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.      

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.     

干湿循环作用对泥质板岩冲击动力性质的影响

设计了考虑干湿循环作用影响的泥质板岩分离式霍普金森压杆试验,通过试验研究得到冲击荷载作用下泥质板岩的动强度、动弹性模量、动泊松比和峰值应力对应的应变等参数随干湿循环次数的变化规律.研究结果表明:随着干湿循环次数从0增大到15,动强度、动弹性模量以及峰值应力对应的应变均不断降低,降低幅度分别为20.7％、16.1％和16.7％,而动泊松比的变化规律不显著;干湿循环作用使得泥质板岩的动强度和动弹性模量显著降低,脆性显著增强.研究成果可为考虑干湿循环影响的泥质板岩爆破参数设计和爆破动力性质研究等提供参考.     

基于水岩相互作用的岩石力学性能研究

依托云南省富宁港一期工程,现场采集岩石试样,经过不同次数的干湿循环后作常规三轴压缩试验;对实测岩石力学性能参数进行回归分析,得到泥岩及砂岩在水岩相互作用下力学性能的变化规律;基于岩石弹性模量,应用连续介质损伤力学方法对比分析了泥岩及砂岩的损伤劣化特点;应用Hoek-Brown强度准则对岩石力学参数进行转换得到岩体综合强度参数;通过有限单元法得到不同次数的水岩相互作用下架空斜坡码头性能的变化特点。     

冻融混凝土本构关系与孔结构特征研究

为分析冻融循环作用下混凝土材料的静态力学性能,并探讨立方体试块轴向压缩破坏过程和形态,依据慢冻法试验标准开展了混凝土冻融循环试验,测定未冻融、冻融25次、冻融50次及冻融75次混凝土的单轴压缩应力应变曲线和劈裂拉伸强度;结合孔隙结构的电镜扫描图像分析其劣化成因;同时利用ABAQUS有限元软件及混凝土损伤塑性模型对混凝土立方体试块的轴向压缩破坏过程及破坏形态进行数值模拟.试验结果表明:混凝土抗压强度、弹性模量和抗拉强度随冻融循环次数的增加而降低,变形增大;冻胀作用导致混凝土内部结构疏松造成其宏观力学性能劣化;数值模拟表明,立方体试件在压缩过程中竖直方向缩短、水平方向膨胀,裂缝在产生最大拉伸应变的区域扩展并最终形成四角锥破坏形态.     

石灰岩断口细观复杂程度的分形几何学分析

对石灰岩进行实验室内单轴、三轴压缩试验,得到应力-应变时间序列及岩石损伤破坏实验断口;对不同围压条件下压缩破坏的实验断口进行扫描电镜取像实验,计算石灰岩断口细观尺度下的分数维,以定量追溯其损伤破坏特征。得到围压提高后(20 MPa)的压缩破坏过程趋向复杂、岩石破坏断口分数维增大的一般规律;当围压增加到岩石单轴抗压强度约2/3时,高围压引发的径向新损伤主导了后期压缩过程,致使最终破坏原因趋于简单,岩石破坏断口分数维降至最低。在连续损伤力学的基本关系式中引入分数维约化指标,构建了描述石灰岩细观破坏特征的分形损伤统计模型。同应力-应变关系的实验结果比较,表明分形损伤理论模型符合实验关系曲线,能理想地反映石灰岩三轴压缩实验结果的应变软化特性,是对岩石细观损伤破坏特征的有益探讨。     

改良废旧轮胎混合材料动力特性试验研究

为深入研究冻融循环条件下废旧轮胎颗粒材料的改良方法及动力特性,通过室内试验,确定了废旧轮胎颗粒材料的改良配比.利用改良后的废旧轮胎混合材料制备了若干试样进行动三轴试验,获得了不同温度、冻融循环次数和循环加载次数下试样的动应力-动应变关系曲线.试验结果表明:在动应变5％以内,混合材料试样的动应力-动应变关系曲线无明显峰值点,具有显著的应变强硬化特征;在-15～20℃范围内,试样的破坏强度随温度降低而增加,随冻融循环次数和循环加载次数增加而降低,而且两者对常温试样破坏强度影响较小,对冻结试样影响较大.     

干湿循环下红层土石混合料强度及变形特性的试验研究

为研究干湿循环下红层土石混合料的劣化规律，以取自四川盆地的红层土石混合料为研究对象，通过静态崩解试验，探讨不同粒径红层软岩块石的崩解特征；对2组红层土石混合路基填料原始级配缩尺，通过叠环式剪切试验，研究干湿循环次数对红层土石混合料黏聚力、内摩擦角、剪胀率和剪切模量等指标的影响.研究结果表明：红层软岩块石遇水崩解显著，崩解过程可分为剧烈段、过渡段和稳定段，崩解剧烈段块石含量降低近70%；粒径较大时，块石受结构面影响更强，崩解更彻底；随干湿循环次数的增加，抗剪强度在崩解剧烈段明显降低，过渡段基本不变，稳定段略有回升；块石崩解后，其咬合作用显著降低，表观黏聚力急剧减小，静电引力和固化胶结使黏聚力轻微增大，崩解物间的摩擦和重定向排列使内摩擦角轻微增大；最大粒径和含石量显著降低，法向应力下土石混合料更密实，剪胀率明显降低；骨架-密实结构转变为悬浮-密实结构，剪切模量明显降低；干湿循环下黏聚力和剪胀率劣化更明显，内摩擦角的劣化受块石粒径影响最大，剪切模量的劣化受块石粒径影响最小；路堤填筑前，对红层土石混合料进行2次崩解处理，以削弱其受降雨-蒸发循环作用的不利影响.     

低液限粉土及其改良土干湿循环特性试验研究

路基土的耐干湿循环特性反映了其抵抗自然环境中水分变化产生破坏的能力,是路基填土耐久性最重要的指标之一。结合室内试验研究了低液限粉土及其改良土（水泥改良土和石灰改良土）在不同的干湿循环次数条件下的工程特性,分析了干湿循环次数对土体抗压强度及其变形的影响规律,提出了低液限粉土宜于水泥改良的结论,为工程应用提供了技术参考。     

层状复合岩石三轴压缩力学性能研究

为了研究不同围压、多种界面层倾角和界面层间距的层状复合岩石的力学性能演化规律,利用ZTR-2000微机控制岩石三轴测试系统,开展了不同围压条件下岩样的试验研究。试验结果表明:轴向抗压强度随界面层倾角的增大而降低、随着围压的增大而提高。在低围压时,界面层间距能够提升抗压强度;在高围压时,界面层间距对抗压强度影响不大。层状复合岩石的弹性模量的随层间距呈现规律性变化;岩样破坏类型受倾角和界面层间距影响。     

非共面双裂隙层状岩石破坏特征及工程应用

为了研究层状岩石在预存裂隙作用下的破坏机理，基于颗粒离散元理论，构建能反映岩石各向异性特征的数值模型. 基于该模型，系统研究了含非共面双裂隙层状岩石在单轴压缩条件下裂纹的产生与演化规律，并揭示了双裂隙层状围岩中隧道开挖后岩体的破坏模式. 研究结果表明:存在预制裂隙的岩石，其抗压强度值小于相同条件下的完整岩石，但岩石强度与层理面倾斜角度的关系曲线仍呈U形分布；竖向加载时，试样的破坏形态同层理面倾斜角度（β）与预制裂隙倾斜角度（α）间相对大小有关. 当β < α时，岩石的破坏受预制裂隙控制；当β > α时，岩石的破坏可分为预制裂隙与层理面共同控制与层理面控制两类；隧道围岩的细观破坏模式也与β、α的相对大小有关，但破坏区域均集中在洞周两侧垂直于层理面的一定范围内.      

土工袋竖向承载及循环压缩特性试验研究

土工袋技术近年来已被成功应用于房屋地基加固,具有较好的隔震效果,但其在动荷载条件下的变形特性尚未深入研究.为了进一步分析土工袋竖向承载能力及变形特性,开展一系列室内土工袋组合体无侧限极限抗压强度试验以及循环压缩试验,并通过控制循环次数、上部静荷载及循环荷载比值的大小研究其对土工袋组合体竖向应力、应变和动压缩模量的影响.试验结果表明：随着层数的增加,土工袋组合体极限抗压强度逐渐减小并趋于稳定值0.7 MPa,压缩模量峰值也随之减小并稳定于6.73 MPa;循环压缩试验初期土工袋组合体塑性变形显著,每一循环周期产生的竖向残余应变随着循环次数的增加逐渐减小并趋于0;动压缩模量在试验过程中基本保持稳定,不受循环次数的影响;随着上部静荷载的增大,土工袋组合体动压缩模量逐渐增大,上部静荷载为50 kN的土工袋组合体经过200次循环荷载作用后动压缩模量达到53.87 MPa;反之,循环荷载比值越大,动压缩模量越小,循环荷载比值为0.4条件下土工袋组合体在200次循环荷载作用后仍能达到49.39 MPa;在竖向动荷载作用下,土工袋能够满足其作为隔震材料的承载能力及稳定性要求.     

浸水作用下二灰黄土的稳定性

对二灰黄土进行了不同干湿循环次数和不同浸水时间2种浸水作用下的强度试验和压汞试验, 分析了二灰黄土水稳定性。分析结果表明: 二灰黄土强度较高, 7 d龄期无侧限抗压强度可以达到1.33 MPa; 随着干湿循环次数的增加, 二灰黄土强度出现衰减, 经过2次干湿循环后二灰黄土强度就大幅度降低, 并趋于稳定, 经过10次干湿循环后二灰黄土无侧限抗压强度和抗剪强度降低幅度分别为42.8%、47.4%; 随着干湿循环次数的增加, 二灰黄土的总孔隙体积呈线性增加, 经过10次干湿循环后二灰黄土的总孔隙体积从0.200 1 mL·g-1增大到0.238 3 mL·g-1, 增加了19%; 在干湿循环过程中, 不同孔径孔隙体积变化规律不同, 大孔隙体积呈线性增加, 小孔隙体积和微孔隙体积基本上没有发生变化; 随着浸水时间的延长, 二灰黄土强度出现衰减, 经过2 d浸水后强度产生大幅度降低, 并随着浸水时间继续延长强度逐渐趋于稳定, 经过4 d浸水后二灰黄土无侧限抗压强度和抗剪强度降低幅度分别为33.6%、54.7%。可见: 在石灰与粉煤灰掺量较小的情况下, 水对二灰黄土的强度有明显的弱化作用, 浸水作用可导致二灰黄土强度降低, 干密度略微减小, 总孔隙体积增大, 但相对于未改性黄土, 二灰黄土仍然具有较高的强度和较好的水稳定性, 可以在黄土地区作为道路的底基层推广使用。      

不同工况下填筑红粘土的开裂规律研究

基于室内模拟试验的基础,运用MATLAB图像处理软技术,对不同压实度、干湿循环次数、加筋与未加筋的红粘土表面裂隙的特征进行了描述和定量分析,探讨了填筑红粘土在不同工况条件下的开裂规律。试验结果表明:第1次干湿循环作用对红粘土裂隙发育影响最为明显,裂隙开裂的宽度急剧加大,随着干湿循环作用次数的增加,裂隙率逐渐增加,最终趋于一种稳定状态;土样压实度提高,裂隙率降低;加筋可有效地抑制红粘土裂隙的发育。     

干湿循环条件下碾压膨胀土的裂隙发展规律

为探讨公路工程中膨胀土路基裂隙的开展过程和演化规律,设计并开展了室内模拟试验,初步获得压实膨胀土中裂隙的发育过程及随干湿循环作用次数的变化规律.运用MATLAB的图像处理功能,对开裂试样进行了定性描述和定量统计分析.分析结果表明:初始状态下,试样中产生的裂隙细微短小,裂隙率较低;首次干湿循环作用后,试样裂隙率大幅提高,且开裂宽度和深度急剧加大;但经随后几次干湿循环的作用,裂隙的增长率逐步减小并趋于稳定.研究结论对指导膨胀土路基施工有一定意义.     

砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系

以甘肃渭源—武都高速公路木寨岭隧道开挖揭露的砂质板岩为对象，开展了砂质板岩单轴抗压强度试验和点荷载强度试验；通过对试验数据进行正态分布检验、高度异常数据剔除和置信区间强度统计，获得了砂质板岩单轴抗压强度、点荷载强度以及两者之间的换算关系，并与岩石试验相关规范和国际岩石力学学会(ISRM)推荐换算公式进行了对比。研究结果表明:饱和砂质板岩单轴抗压强度服从正态分布，平均值为56.3 MPa，95%置信度下的置信区间为49.20~63.50 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与正态分布不完全一致，平均值为7.36 MPa，95%置信度下的置信区间为6.50~8.22 MPa；饱和砂质板岩点荷载强度与单轴抗压强度之间具有显著的线性正相关性；岩石强度受各试件内部节理裂隙的方向、填充物、宽度和长度等的影响，强度数据总体离散性较大；饱和、烘干状态下砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度的换算系数分别为7.72和8.72，均明显小于大多数研究中15~30的换算系数，原因在于砂质板岩内部赋存有层理或不同角度的节理裂隙等缺陷，单轴抗压强度受试件内部节理裂隙的影响较大，导致其强度平均值偏低，而点荷载强度受试件内部节理裂隙的影响较小；采用规范和ISRM推荐公式所得砂质板岩单轴抗压强度为实测值的2~4倍，用于隧道设计难免会产生较大偏差；相比规范和ISRM推荐公式，研究所得砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系的相对误差未超过15%，可作为规范中公式的有益补充。      

循环荷载下钢管混凝土与钢筋黏结的试验研究

为探究循环荷载下配筋钢管混凝土构件黏结锚固性能，对配筋钢管混凝土试件开展了单调加载和循环加载试验.通过单调加载试验，对比分析了黏结力与滑移量之间的响应关系；基于单调加载试验结果，对若干配筋钢管混凝土试件在单轴循环荷载作用下的黏结特性进行了试验研究，考虑包括箍筋配置、黏结长度、钢筋直径、加载次数等因素对黏结性能的影响规律，分析了不同试件黏结力的退化机制及其破坏模式.结果表明：箍筋提高了试件承受循环荷载作用的能力，配筋钢管混凝土试件的黏结力和延性随黏结长度、钢筋直径的增加而增大，配筋钢管混凝土试件中钢筋的黏结力及延性随着前期承受循环荷载的加载次数的增加而降低，配筋钢管混凝土黏结破坏时整个黏结区域相对比较平滑，变形肋印迹不明显.     

干湿循环对粉质粘土路堤边坡稳定性影响分析

反复干湿循环作用下粉质粘土强度参数发生衰减,抗剪强度降低,导致粉质粘土填筑的路堤边坡容易失稳破坏。粉质粘土路堤边坡的稳定性随干湿循环次数的增大而降低,稳定系数经过前3次较大幅度的降幅后逐渐趋于平稳状态。     

基于干湿循环试验的黄土路堑浅层边坡长期稳定性分析

为评估干湿循环作用对黄土边坡浅层土体强度的劣化效应，对甘肃定西Q₃原状黄土开展了不同干湿循环路径下的室内直剪试验，分析干湿循环次数、循环幅度与下限含水率对土体抗剪强度的影响，建立了考虑干湿循环三参数的强度劣化模型，并运用强度折减法对比了不同干湿循环路径下黄土路堑浅层边坡的长期稳定性。试验结果表明：随着干湿循环次数增加，原状黄土的黏聚力呈现先减小后趋于稳定的变化趋势，可采用双曲线函数进行拟合，内摩擦角呈线性下降趋势，10次干湿循环后，原状黄土黏聚力与内摩擦角的最大劣化度分别为27.64%与9.88%;在相同干湿循环次数下，循环幅度对原状黄土黏聚力和内摩擦角的劣化效应大于下限含水率；干湿循环过程中黄土路堑浅层边坡的长期稳定性系数遵循指数下降函数，不同干湿循环路径下边坡稳定性系数最大降幅为61.5%,且在6次循环后稳定性系数降幅约占总减小值的85%;干湿循环中循环幅度和下限含水率影响着黄土路堑浅层边坡稳定性，表现为随着下限含水率增大，浅层边坡稳定性系数先增大后趋于稳定，但随着循环幅度增大，稳定性系数线性减小；工程实际中边坡不同深度土体含水率变化范围不同，干湿循环路径存在...     

碾压混凝土力学特性及本构模型研究

为了解岷江流域某高拱坝坝体碾压混凝土的力学特性，对取自该坝体的碾压混凝土试样，进行了常规三轴压缩和直接剪切全过程试验。根据试验资料，对碾压混凝土在常规三轴压缩和直接剪切作用下的变形、强度、破裂特性及其本构特性进行了详细分析。结果显示，碾压混凝土在三轴压缩下的切线模量较大，而抗压强度相对较小；三轴压缩下的抗剪强度参数与直接剪切下的抗剪强度参数的差值较小。