动荷载作用下水泥土的疲劳寿命分析

采用荷载控制、非对称正弦波动荷载对水泥土进行疲劳载荷试验。在动荷载的作用下,水泥土表现为低应力性破裂特征。通过试验结果分析,提出水泥土应力空间的疲劳破坏准则,建立了水泥土3参数幂函数疲劳寿命模型。分析了影响水泥土疲劳寿命的主要因素,结果表明：动荷载应力水平越高,水泥土的疲劳寿命越短,反之越长;水泥土的龄期越长、水泥掺合比越大,水泥土的疲劳寿命越长。     

盐岩三轴间隔疲劳特性试验研究

为研究地下盐穴储气库受间歇性周期注、采循环载荷作用下围岩的非连续疲劳破坏演化过程,对取自巴基斯坦的深层盐岩进行了室内三轴间隔疲劳试验研究,并分析了三轴状态下不同围压、不同应力等级对盐岩间隔疲劳的影响。试验结果表明：（1）与单轴间隔疲劳相比,围压的存在不仅提高了盐岩的抗压强度,而且增加了盐岩的疲劳寿命,围压越高增加的幅度越明显。（2）三轴间隔疲劳试验中,盐岩间隔后循环中的残余应变大于间隔前的残余应变。这与单轴间隔疲劳得到的结果一致,但围压的上升会导致盐岩的残余变形积累速度以及间隔前后循环残余的变形差值都减小。（3）随着应力等级的升高,残余应变以及时间间隔前后的残余应变差值都呈现增大的趋势。     

水平定向钻法铺设HDPE管的短期和长期反应

在水平定向钻进施工设计时,回拖力的估算是一项重要内容。正确估计管道轴囱应力分布对于预测管道的长期性能极其重要。本文展示了HDD不同施工参数对聚合物管和钢管长期和短期反应的影响调查结果。结果表明,应力、应变在管道的整个使用寿命当中持续变化。一些施工参数对短期回拖力以及长期的轴向应力有着显著的影响,并对其使用寿命有潜在影响。这项研究表明,在施工过程中,最大短期轴向应力的一半可以作为长期轴向应力的一种保守措施。     

累积损伤疲劳断裂——地壳构造变形的一种基本机制

 潮汐应力引起地壳岩石的循环应变、累积疲劳损伤,形成疲劳断裂。本文给出疲劳断裂野外宏观地质特征,并对显微构造、小构造、大陆与大洋区域构造、第四纪软岩层中的疲劳断裂实例进行了分析,指出部分石英变形纹就是疲劳纹,以及环太平洋地震带、海底磁异常条带和潮汐作用、疲劳断裂机制的相关性;给出累积损伤-微体积的玄武岩浆上侵-沿疲劳断裂上涌-海底扩张的模式;推测大陆与海洋地壳的疲劳寿命。     

非连续循环荷载作用下岩盐力学特性试验研究

运用多功能试验机首次开展岩盐非连续疲劳试验,研究了时间间隔作用下的岩盐的力学特性(包括变形和弹性常数)的演化规律。试验结果显示:(1)与常规疲劳情况不同,间隔疲劳过程中时间间隔后的循环产生的轴向残余应变总大于时间间隔前的残余应变,且径向和体积残余应变呈现出与轴向相同的规律。(2)时间间隔后的循环内弹性模量总体大于时间间隔前的循环内弹性模量,但泊松比随时间间隔变化不明显,时间间隔前、后均呈相似的上升趋势。(3)间隔疲劳过程中的时间间隔对塑性变形的积累有加速效应,时间间隔越长,疲劳过程中残余应变积累越快,岩盐疲劳寿命越短。(4)循环过程中无应力静置时间间隔的出现,为岩盐内部结构的整体调整提供了时空条件,有利于晶粒在残余应力作用下归位并产生新的滑移面,后续加载时晶粒回到原应力峰值对应位置将耗散更少能量,宏观上表现为塑性变形的加速积累,岩盐更容易发生疲劳破坏,疲劳寿命降低。     

钻杆疲劳断裂寿命分析

在Instron电液伺服机上对钻杆钢进行实验及数据处理的基础上,本文从理论上进一步分析了钻杆的断裂寿命,特别是最大挠度位置正处于钻杆薄弱部位(裂纹处)时,最易导致失效.本文一方面抽象了两种裂纹模型及相应的应力强度因子,另一方面借用材料力学和断裂力学导出了弯矩计算式及钻杆疲劳断裂的寿命表达式.对45MnMoB钢所制的φ50钻杆的寿命进行了估算,其结果是令人满意的.     

钻杆的疲劳寿命计算

采用断裂力学理论，对表面半椭圆、表面线性、深埋椭圆以及深埋圆形等４种裂纹钻杆的临界裂纹尺寸和疲劳寿命进行计算，并通过实例说明严格检验钻杆和减小弯曲应力对提高钻杆使用寿命的重要性。     

渤海海冰作用下采油平台的模糊疲劳寿命估算

给出了渤海随机海浪及随机海冰载荷作用于平台构件上的随机疲劳应力幅的计算方法, 分析了一年中平台构件的累积疲劳损伤, 提出了考虑累积疲劳损伤的模糊性之后修正的Miner法则.据此, 给出了安全疲劳寿命的估算方法.     

周期荷载作用下盐岩声发射特征试验研究

通过改变恒幅荷载条件下的上限应力、下限应力以及加载速率等试验条件,基于声发射技术对盐岩疲劳损伤特征进行试验研究。试验发现,盐岩声发射信号出现在加载阶段和卸载初期,而砂岩声发射信号一般集中出现在上限应力处;盐岩疲劳寿命对下限的依赖程度大于砂岩;随着上限应力的增大,盐岩声发射振铃数增多。加载速率的提高会加速盐岩的疲劳破坏。通过对比声发射振铃数累计曲线和应变累计曲线,发现两者有很好的对应关系,说明二者在反映盐岩疲劳损伤时具有一致性。最后对盐岩进行3级变幅荷载试验,发现第3级声发射振铃数比相同上、下限应力的恒幅荷载条件下多,说明变幅荷载造成的盐岩损伤比恒幅荷载条件下严重。     

基于弹性模量退化的冻土动力损伤特性研究

为研究冻土在不同温度下的弹性模量退化与动力特佂,通过对不同负温条件下冻土试样进行循环加、卸载试验,获得其在动荷载作用下的应力-应变滞回曲线与疲劳损伤寿命。按照疲劳寿命与应力幅之间的关系确定了冻土在不同温度下的疲劳损伤参数。根据冻土的弹性模量退化规律提出了动弹模衰减控制方程并建立了冻土唯象疲劳损伤模型。根据冻土实测的循环加卸载滞回曲线特征,提出了理想和非理想滞回圈情况下阻尼比联合分析方法;基于Kelvin模型建立了滞回圈演化规律与弹性模量退化及加载时间的数学联系。研究发现：考虑了动弹模衰减影响的唯象疲劳损伤模型描述了冻土的加速疲劳损伤特征;理想滞回与非理想滞回阻尼比联合分析方法考虑滞回圈的实际演化特征;基于弹性模量退化的Kelvin流变模型建立了滞回圈曲线与加、卸载时间的数学联系。     

煤层气井牛顿流体压裂压力损失预测模型

为准确预测牛顿流体连续管压裂作业时沿程管柱内的压力损失,根据我国煤层气井压裂所采用压裂液的特点,运用流体力学理论与方法,建立了基于牛顿流体流变学基本特征的混砂液在连续油管内流动过程中的压力损失预测模型;对不同施工排量、砂比、连续管径和入井长度比等参数对管内压力损失的影响规律进行了分析。提出: a .牛顿流体在管内流动压力损失的主控因素为流体与管壁的摩擦,因此,降低牛顿流体管内压力损失的有效途径是合理选择连续油管直径与优化施工排量; b .为降低管内摩擦压力损失,应参考入井长度比值等参数,合理优选连续油管长度; c .在满足连续管工作压力和保证携砂液性能的前提下,牛顿流体压裂时应尽可能采用大管径、大排量、中砂比施工。      

三轴疲劳-卸围压条件下大理岩力学特性试验研究

为了揭示应力扰动和卸载围压作用下大理岩损伤破裂的物理过程和非线性力学行为,采用GCTS RTR-2000伺服加载岩石力学试验机进行了岩石疲劳卸围压试验,同时对破坏试样进行了压后裂纹形态CT扫描可视化分析。结果表明：周期性的加卸载作用对大理岩起到了主因损伤作用,卸围压的作用对大理岩起到了根本性的破坏作用。岩石疲劳循环形成滞回环,滞回环面积由疏变密,滞回环加载和卸载曲线接近重合,加卸载模量近似相等;岩石经过卸围压作用,岩石的轴向、径向和体积应变表现为不同程度增大,表明应变对围压降低具有强敏感性,敏感程度由高到低依次为体积应变、径向应变和轴向应变;由于疲劳循环的影响,卸围压作用产生的围压降幅随循环次数增多而降低,卸围压时长随循环次数增多而减少;量化宏观应变变形,求得应变损伤指数 、 、 ,疲劳循环次数越多,应变损伤指数越大;岩石破坏后细观CT扫描揭示了疲劳循环损伤对岩石破裂形态影响的内在机制。随疲劳循环次数的增加,裂纹密度和规模显著增加。研究成果可为地下工程疲劳活动规律和开挖卸荷问题提供理论和模型支撑。     

两种土壤大孔隙分布的比较

分别对南京和聊城土壤含有各种大孔隙的原状土柱以及含有一个已知直径大孔隙的填充土柱进行CT扫描实验，简单CT扫描原理和过程，对CT图像进行处理，得到两种土壤大孔隙横向与纵向的分布，分析比较它们的不同，结果表明不同土壤由于其形成机理和存在条件（例如气候和植被）的不同，大孔隙的分布各不相同。     

基于CT图像处理技术的岩土材料有限元模型

提出了一种利用数字图像技术对岩土材料CT图像进行处理的有限元模型方法。该方法建立的有限元模型能充分考虑岩土材料的非均匀性,特别是可以考虑空隙分布对岩土材料力学性质的影响。应用该方法对沥青胶结颗粒材料的劈裂试验进行了数值模拟,结果表明：不同方向拉应力分布不均匀,最大拉应力出现在空隙与颗粒的交界处。     

改进三峰谷雨流计数法在爆破震动损伤评价中的应用

构筑物在爆破地震载荷作用下发生破坏是一个非常复杂的损伤累积过程。在进行爆破地震效应研究时,不仅要考虑几何距离、爆破条件以及地质条件对爆破振动强度的影响,也要关注结构本身的劣化过程。据此提出应用疲劳理论进行爆破地震效应分析的思路。首先,阐述了爆破震动应力谱测量的基本方法。其次,针对于三峰谷雨流计数模型的不足,提出了改进方案。改进后的计数模型融等值点压缩、峰谷值检测以及循环计数为一体,简化了计数过程,运用改进的计数模型分析了震动应力谱,得出了各种循环的频数分布规律。统计结果表明,单次爆破中绝大部分为小幅疲劳循环,而且拉压循环所占的比例比较大。     

Investigation and modeling on fatigue damage evolution of rock as a function of logarithmic cycle

The fatigue damage behavior of granite under constant and variable amplitude loadings is studied. The experimental analysis reveals that there is a three‐stage law for the fatigue damage evolution as a function of absolute or relative cycle and the inverted‐S damage model proposed by the author, in this case, is capable of representing the damage behavior of rock. However, when the logarithmic cycle is considered, there are only two stages, i.e. steady and accelerated stages and the fatigue damage evolution greatly depends on the properties of rock and stress level. Accordingly, the fatigue damage evolution curves have been categorized into three types. Then, the effect of maximum stress, amplitude and fatigue initial damage on the damage evolution of rock is investigated. The analysis reveals that the damage evolution greatly depends on these influencing factors. The fatigue life decreases with the increase in the maximum stress, amplitude and fatigue initial damage due to the decrease in the proportion of the first stage to the whole fatigue process and the increase in the damage rate in the first stage. Meanwhile, a linear‐exponential formula is used to model the fatigue damage behavior of rock subjected to cyclic loading. This damage model is superior to the inverted‐S damage model in the convenience of establishment of critical instability point. The physical meanings of its constants have been illuminated and the applicability of this model to constant and variable amplitude cyclic loading explored. The fitting results for the test data show that this damage model can properly represent the fatigue damage behavior of rock. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.