岩石梯度静应力加载的试验方法及装置
发布时间：2021-11-17 01:10
工程实际中由于自重应力和开挖卸荷,岩体往往承受线性和非线性梯度地应力。室内试验研究相关工况下岩体的物理力学特性时,无法模拟出相应的受力环境。针对岩石力学室内试验装置及试验系统无法精确模拟试件承受梯度静应力的不足,本文提出了一种模拟岩体实际受力环境的方法,研制了相应的试验装置。装置能够对岩石长试件施加线性及非线性的梯度静应力,进行了线性梯度静应力作用下的红砂岩试件的应力波传播试验,验证了该试验装置在进行岩石动力学方面的优点。本文的主要研究内容和结论如下:（1）试验装置由“柔性材料-试件-柔性材料”构成其主体部分,通过螺栓对试件施加法向荷载。分析了存在于本文试验装置中的螺栓预紧力的确定,螺栓预紧力加载次数及加载顺序,以及橡胶与岩石的摩擦力对试验结果的影响等问题,提出了一套标准的试验操作方法。试验结果表明:对岩石试件施加梯度静应力的试验装置可对岩石试件施加可计算的精确的轴向梯度静应力,计算值与实测值之间误差较小。通过旋紧螺栓的方式,可以对试件上下侧面施加均匀或非均匀的法向压力,进而实现对试件施加均匀或非均匀梯度静应力的目的。均匀旋紧力矩对应线性梯度静应力,非均匀旋紧力矩对应非线性梯度静应力;...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轴向静荷载加载装置实物图图
第二章岩石梯度静应力加载装置15图2.4轴向静荷载加载装置实物图图图2.5手动液压装置实物图轴向加载装置对试件施加的轴向压荷载通过液压表呈现，根据试验所需的荷载大小可以选用不同量程的液压表。本试验选用的液压表量程为0~25MPa。考虑到轴向静荷载加载装置中活塞及油缸的横截面面积之间存在的差异，在本试验中，采用式（2.8）进行校正：112sAA（2.8）式中，σs为活塞上承受的轴向压应力；σ1为液压表示数，即油缸内的液压油压力；A1为油缸的截面面积；A2为活塞的横截面积。通过式（2.8）可以通过手动液压装置液压表的示数换算出活塞承受的轴向静应力，若轴向加载装置的加载活塞与试件的横截面积之间存在差异，亦可按照式（2.8）的相关思想进行换算。2.5.3法向加载装置法向加载装置由上下层钢板、上下层橡胶垫和若干螺杆等组成。钢板采用304不锈钢制成，尺寸均为1700mm×215mm×10mm，沿钢板长度方向等间距预留有两列对称分布的螺栓孔，螺栓孔直径15mm，间距135mm，预留孔圆心到相邻钢板长边边缘的距离为40mm，左侧第一组螺栓距离钢板左侧距离95mm，两块钢板的预留螺栓孔位置上下一一对应。在下侧钢板四角及钢板中心预留六个螺栓孔，直径16mm，六个螺栓孔与基座平台上倒T型槽里的螺栓连接，起到固定钢板及上部结构的作用。钢板俯视图如图2.6所示。橡胶垫水平放置在钢板和试件中间，其作用是对岩石上下侧面形成柔性约束，本文试验时橡胶垫的厚度选3~5mm，长和宽的尺寸以略大于试件上下侧面的尺寸为宜，目的是使试件的上下侧面承受侧向摩擦力。为了使摩擦力产生于试件与橡胶之间而不是橡胶与钢板之间，使用AB胶将橡胶粘贴在钢板的表面。加载螺栓选用直径15mm的高强螺栓，固定螺栓选用直径为16mm的高强螺栓，数显扭矩扳手
第二章岩石梯度静应力加载装置16法向压荷载。图2.6钢板示意图（单位：mm）2.5.4附属部件及工具附属部件及工具主要包括滚轴、加载端钢板和数显扭矩扳手。滚轴由304不锈钢制成，等间距水平放置在支架平台上，其作用是让上下层钢板和试件组成的整体可以自由水平移动，且使岩石试件、异性冲头、入射杆及轴向加载装置保持在同一水平面上。加载端钢板放置在试件左端面和轴向加载杆中间，可防止出现应力集中，用于使岩石试件承受均匀静应力。如图2.7所示，为试件未放置加载端钢板时出现的应力集中现象。为了可以定量加载力矩，使用Exploit10-135nm型数显扭矩扳手，其精度为0.1N·m，误差为±2%，装置实物图如图2.8所示。图2.7应力集中现象图2.8数显扭矩扳手实物图2.6试验方法对岩石试件施加梯度静应力的试验装置试验需保证水平放置，其基座平台水平放置于水平地面上，为上层结构提供水平面。基座平台上等间距放置若干滚轴，滚轴的直径可自由选择，以能够使试件与轴向加载装置保持在同一平面为宜。滚轴上依次放置钢板，橡胶，试件，橡胶及钢板。螺栓通过六个螺栓孔可以与基座平台上连接，用以固定上部9513540215加载螺栓螺栓孔固定螺栓螺栓孔1700
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响[J]. 袁伟,常军然,金解放,郭钟群,梁晨,吴越,张睿,王熙博. 振动与冲击. 2019(17)
[2]围压对红砂岩应力波传播特性的影响[J]. 金解放,王杰,郭钟群,梁晨,袁伟,吴越,张睿,王熙博. 煤炭学报. 2019(02)
[3]不同加载率下水饱和砂岩的力学特性研究[J]. 周子龙,蔡鑫,周静,程瑞山. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[4]基于西原模型的圆形隧道黏弹-黏塑性解析解[J]. 夏才初,刘宇鹏,吴福宝,徐晨,邓云纲. 岩土力学. 2019(05)
[5]车辆轮胎冰雪路面摩擦特性与橡胶材料物理力学性能的相关性研究[J]. 王强,齐晓杰,王云龙,杨兆,王国田,吕德刚. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2018(04)
[6]节理倾角对类岩石冲击能量传递影响的试验研究[J]. 王建国,梁书锋,高全臣,李祥龙,王立娜,赵炎. 中南大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]轴向静载对红砂岩中应力波传播特性的影响试验研究[J]. 金解放,程昀,昌晓旭,袁伟,梁晨,王杰. 岩石力学与工程学报. 2017(08)
[8]气液复合加载的岩爆模型试验研究[J]. 祝文化,马能,夏元友,刘畅,颜文辉. 岩石力学与工程学报. 2017(01)
[9]基于能量耗散原理的盐岩动力特性及破坏特征分析[J]. 尤业超,李二兵,谭跃虎,姜锡权,段建立,杨蒙. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[10]不同地应力下爆炸应力波在节理岩体中传播规律模型试验研究[J]. 李新平,董千,刘婷婷,罗忆,赵航,黄俊红. 岩石力学与工程学报. 2016(11)
硕士论文
[1]螺栓连接镁车架的有限元分析与结构优化[D]. 郭云春.重庆大学 2012
[2]岩土试件端部效应影响数值分析[D]. 葛进生.大连理工大学 2012
[3]基于弹性接触分析的车架螺栓连接结构分析方法研究[D]. 张志远.吉林大学 2011
本文编号：3499929
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轴向静荷载加载装置实物图图
第二章岩石梯度静应力加载装置15图2.4轴向静荷载加载装置实物图图图2.5手动液压装置实物图轴向加载装置对试件施加的轴向压荷载通过液压表呈现，根据试验所需的荷载大小可以选用不同量程的液压表。本试验选用的液压表量程为0~25MPa。考虑到轴向静荷载加载装置中活塞及油缸的横截面面积之间存在的差异，在本试验中，采用式（2.8）进行校正：112sAA（2.8）式中，σs为活塞上承受的轴向压应力；σ1为液压表示数，即油缸内的液压油压力；A1为油缸的截面面积；A2为活塞的横截面积。通过式（2.8）可以通过手动液压装置液压表的示数换算出活塞承受的轴向静应力，若轴向加载装置的加载活塞与试件的横截面积之间存在差异，亦可按照式（2.8）的相关思想进行换算。2.5.3法向加载装置法向加载装置由上下层钢板、上下层橡胶垫和若干螺杆等组成。钢板采用304不锈钢制成，尺寸均为1700mm×215mm×10mm，沿钢板长度方向等间距预留有两列对称分布的螺栓孔，螺栓孔直径15mm，间距135mm，预留孔圆心到相邻钢板长边边缘的距离为40mm，左侧第一组螺栓距离钢板左侧距离95mm，两块钢板的预留螺栓孔位置上下一一对应。在下侧钢板四角及钢板中心预留六个螺栓孔，直径16mm，六个螺栓孔与基座平台上倒T型槽里的螺栓连接，起到固定钢板及上部结构的作用。钢板俯视图如图2.6所示。橡胶垫水平放置在钢板和试件中间，其作用是对岩石上下侧面形成柔性约束，本文试验时橡胶垫的厚度选3~5mm，长和宽的尺寸以略大于试件上下侧面的尺寸为宜，目的是使试件的上下侧面承受侧向摩擦力。为了使摩擦力产生于试件与橡胶之间而不是橡胶与钢板之间，使用AB胶将橡胶粘贴在钢板的表面。加载螺栓选用直径15mm的高强螺栓，固定螺栓选用直径为16mm的高强螺栓，数显扭矩扳手
第二章岩石梯度静应力加载装置16法向压荷载。图2.6钢板示意图（单位：mm）2.5.4附属部件及工具附属部件及工具主要包括滚轴、加载端钢板和数显扭矩扳手。滚轴由304不锈钢制成，等间距水平放置在支架平台上，其作用是让上下层钢板和试件组成的整体可以自由水平移动，且使岩石试件、异性冲头、入射杆及轴向加载装置保持在同一水平面上。加载端钢板放置在试件左端面和轴向加载杆中间，可防止出现应力集中，用于使岩石试件承受均匀静应力。如图2.7所示，为试件未放置加载端钢板时出现的应力集中现象。为了可以定量加载力矩，使用Exploit10-135nm型数显扭矩扳手，其精度为0.1N·m，误差为±2%，装置实物图如图2.8所示。图2.7应力集中现象图2.8数显扭矩扳手实物图2.6试验方法对岩石试件施加梯度静应力的试验装置试验需保证水平放置，其基座平台水平放置于水平地面上，为上层结构提供水平面。基座平台上等间距放置若干滚轴，滚轴的直径可自由选择，以能够使试件与轴向加载装置保持在同一平面为宜。滚轴上依次放置钢板，橡胶，试件，橡胶及钢板。螺栓通过六个螺栓孔可以与基座平台上连接，用以固定上部9513540215加载螺栓螺栓孔固定螺栓螺栓孔1700
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响[J]. 袁伟,常军然,金解放,郭钟群,梁晨,吴越,张睿,王熙博. 振动与冲击. 2019(17)
[2]围压对红砂岩应力波传播特性的影响[J]. 金解放,王杰,郭钟群,梁晨,袁伟,吴越,张睿,王熙博. 煤炭学报. 2019(02)
[3]不同加载率下水饱和砂岩的力学特性研究[J]. 周子龙,蔡鑫,周静,程瑞山. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[4]基于西原模型的圆形隧道黏弹-黏塑性解析解[J]. 夏才初,刘宇鹏,吴福宝,徐晨,邓云纲. 岩土力学. 2019(05)
[5]车辆轮胎冰雪路面摩擦特性与橡胶材料物理力学性能的相关性研究[J]. 王强,齐晓杰,王云龙,杨兆,王国田,吕德刚. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2018(04)
[6]节理倾角对类岩石冲击能量传递影响的试验研究[J]. 王建国,梁书锋,高全臣,李祥龙,王立娜,赵炎. 中南大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]轴向静载对红砂岩中应力波传播特性的影响试验研究[J]. 金解放,程昀,昌晓旭,袁伟,梁晨,王杰. 岩石力学与工程学报. 2017(08)
[8]气液复合加载的岩爆模型试验研究[J]. 祝文化,马能,夏元友,刘畅,颜文辉. 岩石力学与工程学报. 2017(01)
[9]基于能量耗散原理的盐岩动力特性及破坏特征分析[J]. 尤业超,李二兵,谭跃虎,姜锡权,段建立,杨蒙. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[10]不同地应力下爆炸应力波在节理岩体中传播规律模型试验研究[J]. 李新平,董千,刘婷婷,罗忆,赵航,黄俊红. 岩石力学与工程学报. 2016(11)
硕士论文
[1]螺栓连接镁车架的有限元分析与结构优化[D]. 郭云春.重庆大学 2012
[2]岩土试件端部效应影响数值分析[D]. 葛进生.大连理工大学 2012
[3]基于弹性接触分析的车架螺栓连接结构分析方法研究[D]. 张志远.吉林大学 2011
本文编号：3499929
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