三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

基于Drucker-Prager准则的岩石损伤本构模型

为解决用对数变换再线性拟合的方法求岩石损伤本构方程参数计算过程复杂、不利于计算机编程的问题,引入岩石应力-应变曲线特征参量,并考虑岩石应力-应变曲线的极值条件,给出了模型参数的解析式,从而建立了新的岩石损伤本构模型.通过与砂岩试件三轴压缩试验结果比较,证明所建立的模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.通过对参数m和F0的讨论,认为m和F0分别代表了岩石的脆性和强度,而弹性模量是参数m和F0的共同反映.     

大理岩细观破坏行为的实时观察与分析

在配置高精度单轴拉伸－压缩加载台的扫描电子显微镜（ＳＥＭ）上,对大理岩试样在单轴压缩荷载条件下所出现的细观变形和强度特性进行实时、动态的观察与研究,阐述大理岩初始细观组构及尖力水平对裂纹产生、扩展方式的影响和其细观破坏过程的力学行为与宏观力学性能的关系。并介绍了用于ＳＥＭ下单轴压缩荷载实验的岩石试样的制备方法和实验技术。     

大理岩真三轴单面卸荷条件下加卸载试验研究

为了准确地评价巷（隧）道开挖面附近围岩的稳定性,采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对大理岩岩样进行第三主应力单面卸荷加、卸载试验研究. 通过高应力巷（隧）道开挖围岩失稳机理分析,采用不同应力加卸路径模拟能量积聚型和应力集中型两种物理工程破坏模型,进一步分析两种破坏模型的应力-应变曲线规律、破坏特征和强度特征. 研究结果表明:随着卸荷面应力的减小出现扩容现象,主要破坏面在临空面附近,随着轴压的升高,劈裂破坏范围增大,卸荷临界值也增大;随着围压增高,屈服点和峰值点增大,并且屈服点和峰值之间的曲线斜率较为平缓,破坏由局部张拉-劈裂-剪切复合性破坏发展成整体劈裂破坏;同围压条件下卸荷破坏强度是加载破坏强度的80%,岩体卸荷比加载更容易破坏,进而修正了广义Hoek-Brown强度准则.      

饱和粘土三轴冻胀应力-应变关系试验研究

为探讨土体在冻结过程中的力学性能,对饱和粘土在不同约束条件下的冻胀应变与冻胀应力之间的关系进行了室内试验研究,并提出了一种三轴冻胀应力-应变关系．结果表明：三轴冻胀应力-应变关系呈对数曲线变化;测力环刚度、初始轴向压力及围压对冻胀应力和冻胀应变有显著影响．     

干模式下颗粒粘滑震动试验研究

为了研究浅源地震的诱发机制,基于室内三轴试验,对颗粒材料的粘滑震动特性进行了分析. 采用颗粒直径为0.6～0.8 mm的玻璃珠,在围压为30、60、100、200、400 kPa和600 kPa的条件下,以0.02 mm/min的轴向应变速率,开展干燥、密实玻璃珠的固结不排水三轴压缩试验,结果表明:试样偏应力主震和偏应力应变间距随着围压的增大而增大;除了初始压密阶段外,体变-应变曲线中所有体积的突然收缩均与粘滑震动有关;在30、60、100 kPa围压条件下,围压-应变曲线中出现较多尖而窄的波峰和波谷;在200、400 kPa和600 kPa围压条件下,围压-应变曲线中只有尖而窄的波谷;玻璃珠类颗粒材料发生粘滑震动过程中既有静摩擦也有转动摩擦;颗粒之间应力链的连续变形和破坏是引起颗粒粘滑震动的根本原因.      

道砟尖角折断的三轴压缩试验与离散元数值分析

为研究道砟尖角折断对道床变形和力学性能的影响,开展了一系列多围压(10、30和60 k Pa)下三轴单调压缩试验,并对道砟样本轴向应变、体积应变、偏应力和道砟试验前后粒径变化进行了统计与分析.在此基础上,利用离散单元法建立了可破裂道砟细观分析模型,统计数值试验中不同围压下断裂尖角数量及位置等.试验仿真表明:道砟试样偏应力随轴向应变的增大而增加,最终达到一个相对稳定值;极限偏应力随围压的增大而增大,且两者之间接近线性关系,当围压由10 k Pa增加到60 k Pa时,极限偏应力由93 MPa增加到387 MPa;道砟样本的剪缩应变随围压提高而增大,围压为10 k Pa时,道砟样本未发生剪缩变形,围压为60 k Pa时,道砟样本的剪缩应变为0.21%;尖角折断数目随样本轴向应变增加而相应增长,且主要发生在上下加载面附近.     

沥青混合料单轴压缩试验的细观分析

运用基于离散元法的二维颗粒流程序PFC2D模拟沥青混合料单轴压缩试验,选择连续密级配AC-13作为研究对象,得到模拟试验与实际室内试验试件的应力-应变曲线,二者的结果较吻合。输出模型图、颗粒间接触力图、颗粒位移图,从细观角度分析沥青混合料的性质,分析结果更加准确、合理,克服了单纯从宏观角度分析沥青混合料性质的片面性。     

加筋黏性土加筋效果的三轴试验研究

为研究施工期加筋黏性土的加筋效果,考虑加筋构筑物施工速度快、排水条件差等不利条件,选用各向同性的铝箔做加筋材料,采用三轴试验研究施工期加筋黏性土强度及变形破坏特性.试验结果表明:加筋黏性土的应力-应变特性曲线呈应变软化型,试样均表现为拉断破坏;相同轴向应变时,围压越大,轴差应力越大;围压一定时,加筋层数越多,加筋效果越好;高围压下需达到一定轴向应变,筋材即发挥作用,围压越大滞后效应越明显;黏性土中加筋作用表现为土体黏聚强度的增加,说明准黏聚力理论可用于分析评价施工期加筋黏性土的加筋效果.     

基于统计损伤的沥青混凝土路面本构关系研究

基于统计损伤理论,建立了沥青混凝土在三轴压力作用下的损伤本构模型.分别对不同温度,不同围压下用该模型得出的应力-应变曲线与用双曲线模型得出的应力-应变曲线进行对比,结果表明沥青混凝土材料的强度随温度的升高而降低,随围压的增大而升高,且该模型适用于沥青混凝土材料的弹性阶段.     

典型区域软弱土室内水泥固化三轴CD试验

针对软弱土地基上建造构筑物易出现地基承载力不足、边坡失稳破坏等问题,通过对室内开展不同水泥掺量、不同围压下三轴CD试验,分析研究了水泥土的应力-应变特征、变形规律、强度特性和破坏形式。试验结果表明:同一围压下随水泥掺量的增加,水泥土的抗剪强度呈现近线性增长关系;随着围压的增加,水泥土破坏时的应变、抗剪强度及破坏后的残余强度呈现逐渐增大趋势;随水泥掺量的增大,水泥土体积应变呈现先增后减小趋势,具有剪胀特性,最终会趋于某一稳定值;水泥土的破坏模式与水泥掺量和围压有关,主要表现为塑性剪切破坏(低a_c/高p_o)、脆性劈裂破坏(高a_c/低p_o)和斜向剪切破坏{(低/高a_c、高/低p_o)之间}3种破坏模式。     

疲劳破坏主裂纹的分形分析

通过实验分析得到的在不同应力循环次数下疲劳破坏试件的主裂纹.发现形成疲劳破坏断口的主裂纹随着应力循环次数的增加,主裂纹形成、发展并具有分形行为;当循环次数增加到一定值时,主裂纹的分形维数随着循环次数增加而减小;当发生疲劳破坏时,主裂纹的分维数近似等于1,对应的应力循环次数是灾变点.     

干模式下颗粒粘滑震动试验研究

通过室内三轴试验研究颗粒材料的粘滑震动特性来解释浅源地震的诱发机制已受到国内外学者的广泛关注。本文采用颗粒自径为0.6}0.8mm的玻璃珠，在围压为30kPa. 60kPa. 100kPa. 200kPa. 400kPa和600kPa的条件下，以0.02mm/min的轴向应变速率，开展十燥、密实玻璃珠的固结小排水三轴压缩试验。得出试样偏应力主震4R和偏应力应变间距」。随着围压的增大而增大。除了初始压密阶段外，体变一应变曲线中所有体积的突然收缩均与粘滑震动有关。在30kPa.60kPa.100kPa围压条件下，围压一应变曲线中出现较多尖而窄的波峰和波谷。在200kPa. 400kPa和600kPa围压条件下，围压一应变曲线中只有尖而窄的波谷。通过对三轴压缩试验前后玻璃珠表而的观察，发现玻璃珠类颗粒材料发生粘滑震动过程中既有静摩擦也有转动摩擦。最后给出，颗粒之间应力链的连续变形和破坏是引起颗粒粘滑震动的根本原因。     

疲劳破坏主裂纹的分形分析

通过实验分析得到的在不同应力循环次数下疲劳破坏试件的主裂纹．发现形成疲劳破坏断口的主裂纹随着应力循环次数的增加，主裂纹形成、发展并具有分形行为；当循环次数增加到一定值时，主裂纹的分形维数随着循环次数增加而减小；当发生疲劳破坏时，主裂纹的分维数近似等于1，对应的应力循环次数是灾变点．     

碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理及本构关系

为探究新型碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理,通过室内单轴压缩试验分析了不同纤维类型、不同纤维掺量、不同纤维长度对碱式硫酸镁混凝土的强度、弹性模量、峰值应力、峰值应变、压缩韧性指数的影响,进而得出纤维碱式硫酸镁混凝土的本构关系。试验结果表明：纤维碱式硫酸镁混凝土在受压破坏时,呈现明显的塑性破坏特征,长纤维能有效抑制主裂纹的产生,短纤维可以阻止微裂纹扩展,掺量为0.2%,长度12 mm的纤维时峰值应力和峰值应变提升效果最明显,峰值应变提高率为35.9%。在试验结果的基础上提出了关于纤维掺量和纤维长度因素的单轴压缩应力-应变全过程曲线方程,对拓展其在土木工程行业中的应用领域具有实际意义。     

重塑黄土的湿化变形规律及细观结构演化特性

为了研究填土在三轴浸水过程中的湿化变形规律及其细观结构演化特性,用改进的非饱和土CT-三轴仪对延安新区的重塑Q₂黄土做了3组共17个偏压固结浸水试验. 在三轴浸水过程中对试样的两个断面进行了多次CT扫描,得到了固结和湿化过程中土样的宏观变形以及土样内部细观结构演化的CT图像和相应的CT数据,基于CT数定义了土的结构性参数和结构演化变量. 研究结果表明:干密度、净围压、基质吸力和偏应力均对试样的湿化变形特性有显著影响;提高干密度可有效减小湿化变形量和降低湿剪破坏的风险（干密度1.52、1.69 g/cm3的试样浸水过程中体应变分别为–0.58%～4.66%、–0.58%～2.43%,干密度1.79 g/cm3的试样体应变为0.019%）;湿化过程中试样越来越密实,试样的CT数均增大;浸水初期,试样原有结构发生破坏,CT数变化较剧烈,均能达到总变化量的60%;同时干密度、净围压、基质吸力、偏应力及含水率对土的结构性参数和结构演化变量有显著影响. 研究成果对填土工程的设计具有重要参考价值,为建立非饱和重塑黄土的结构损伤演化方程与结构性模型提供了科学依据.      

干湿循环作用下炭质页岩声发射特征试验研究

为研究干湿循环对炭质页岩力学特性的影响,开展了在不同干湿循环作用下的炭质页岩单轴压缩试验,并采用声发射技术监测其受载过程中的声发射信号。研究结果表明：干湿循环会加速岩石的初始损伤,随着干湿循环次数的增加,岩样的峰值强度和弹性模量呈递减趋势,声发射峰值振铃计数和累计振铃计数逐渐减小;声发射振铃计数呈现平静期、发展期、爆发期和跌落期四个阶段,与应力-应变特征具有较好的一致性。因此,可以将声发射峰值振铃计数作为岩石破坏前兆的依据。     

红层泥岩加卸载力学特性与能量演化机制

为研究红层泥岩的力学特性和能量演化规律，基于5种不同围压梯度（200、250、300、350、400 kPa）及轴压与围压不等速率的应力路径，以四川遂宁地区红层泥岩为例开展了室内循环加卸载试验，得到围压效应对红层泥岩力学特性、总应变能密度、弹性应变能密度、耗散能密度的影响，以及应力-应变与能量之间的演化规律.研究结果表明：从初始加卸载至试验结束，轴向应力输入的总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度总体呈先增大后减小的“正态分布”形式；在峰前阶段，弹性应变能密度与耗散能密度间的差值会随着循环加卸载次数的增加而增大；围压的侧限作用提高了试样承载能力，总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度随着围压的增大而增大；在峰后阶段，当围压≤300 kPa时，耗散能密度低于弹性应变能密度，而围压>300 kPa时，耗散能密度高于弹性应变能密度，围压增大会进一步抑制试样破坏后弹性应变能密度的释放；相同围压下，随着干湿循环次数的增加，干燥、饱和状态下的抗压强度和弹性应变能密度均呈负相关关系；相同干湿循环次数，干燥状态的抗压强度和弹性应变能密度比饱和状态高，呈正相关关系.     

干湿循环作用下充填节理岩石压缩特性

为探明干湿循环作用对充填节理岩石压缩力学强度与变形破坏特征的影响，人工制备多种不同充填物的节理岩石试样，对其进行0(全程干燥)、1、5、10、15、20次干湿循环预处理，使试样产生一定的累积损伤；在此基础上，对充填节理岩石试样进行静态单轴压缩试验和动态冲击试验，并在动态冲击试验过程中借助高速摄像机观察充填节理岩石的冲击破坏特征。研究结果表明：随着干湿循环次数的增加，充填节理岩石的静态和动态抗压强度不断降低，且降低幅度逐渐变小，20次干湿循环作用后岩样的静态和动态抗压强度总劣化度均为20%～30%;通过拟合发现岩样的动态抗压强度降低规律符合指数函数分布；随着干湿循环次数的增加，静态破坏模式由劈裂破坏逐步发展为剪切破坏，动态冲击中充填节理岩石破碎程度和充填节理层粉碎飞溅程度加剧，验证了干湿循环作用会严重影响充填节理岩石的变形破坏特征和动态抗冲击能力；应力波透射系数随干湿循环次数的增加而不断降低，20次干湿循环作用后岩样的应力波透射系数降低了约10%,说明干湿循环作用对应力波传播能力造成了显著影响。