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。     

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.      

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.      

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

河漫滩沉积层粉土力学性质改良试验研究

针对河漫滩沉积层粉土用作路基填土或用于边坡工程时的路基冲刷破坏及滑移破坏的工程病害问题,提出采用土壤稳定剂和聚丙烯纤维对沉积层粉土进行物理力学性质改良。直接剪切试验结果显示,两种改良材料均能较好地提高粉土的黏聚力(c)。其中,土壤稳定剂改良粉土的最佳稀释浓度为1：200;聚丙烯纤维改良粉土的最优参数为纤维长度12mm、纤维掺量0.2%。三轴固结不排水剪切试验显示,土壤稳定剂和聚丙烯纤维复合改良效果更显著,低围压条件下土体应力应变曲线为应变软化型,在高围压条件下土体应力应变曲线转变为应变硬化型。因此,在工程应用中推荐将土壤稳定剂和聚丙烯纤维复合以改善粉土的物理力学性质。     

冻融循环对云贵高原尾矿土力学性质的影响

为研究尾矿力学指标在冻融循环过程中的弱化规律，基于冻融尾矿土的常规三轴固结不排水剪切试验，对冻融前后尾矿土的各项力学指标进行了分析. 首先对尾矿土试样进行开放条件下的冻融试验，设置0、1、5、10、15次冻融；然后对不同冻融次数下的尾矿土进行常规三轴固结不排水剪切试验，设置50、100、200、300 kPa 4组围压；最后基于试验结果，对抗剪强度、峰值抗剪强度及弹性模量等力学指标进行分析. 研究表明:冻融对尾矿土的力学性质影响显著，随着冻融次数的增加，其应力-应变关系曲线由应变软化型逐渐向加工硬化型发展；破坏形式由脆性剪切破坏转变为延性破坏，剪切过程中孔压负增长的趋势逐渐减弱至消失；抗剪强度指标、峰值抗剪强度及弹性模量逐渐降低，其中，尾矿土受第1次冻融的扰动最大，表现为有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低了30.55%和6.33%；峰值抗剪强度下降比的平均值达42.66%，弹性模量下降比的平均值达33.61%；10次冻融后尾矿土的力学指标趋于稳定，从第10次到第15次冻融，有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低2.94%和0.37%；峰值抗剪强度下降比的平均值和平均弹性模量下降比的平均值分别为2.53%和4.03%，建议采用冻融10次的力学指标作为工程设计的依据.      

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。      

熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律, 促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用, 对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验; 研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律, 并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明: 熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势, 加载频率为0.5~1.5 Hz时, 临界动应力比为0.150~0.175, 小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积, 缩短液化破坏时间; 熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡, 增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度; 相同动应力比下, 熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关, 在围压大于200 kPa时, 二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小; 熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系, 动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势, 并随围压的增大而增大; 阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22, 发展曲线受围压影响较小。      

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.     

Numerical simulation of rock fracturing under uniaxial compression using virtual internal bond model

A multi-scale virtual internal bond (VIB) model for the isotropic materials has been recently proposed to describe the material deformation and fracturing. During the simulation process of material fracturing using VIB, the fracture criterion is directly built into the constitutive formulation of the material using the cohesive force law. Enlightened by the similarity of the damage constitutive model of rock under uniaxial compression and the cohesive force law of VIB, a VIB density function of rock under uniaxial compression is suggested. The elastic modulus tensor is formulated on the basis of the density function. Thus the complete deformation process of rock under the uniaxial compression is simulated.     

怒江某隐伏断层带岩体的力学参数取值

断层带岩体是工程建设中重点关注的一类特殊岩体，为了获取考虑围压效应的隐伏断层带岩体真实力学参数，依托怒江某水电工程，对坝基深厚覆盖层下隐伏断层带岩体开展三轴试验. 总结了一套断层带岩体取样—试验前处理—施加初始围压—三轴试验—参数取值的评价方法，可避免三轴试验过程中断层带岩体散体以及液压油对试样的影响，使试验结果更接近断层带岩体天然状态下的真实力学参数. 试验结果表明:5个断层带岩体试样的变形模量为449～921 MPa，平均值为665 MPa；黏聚力为0.04～0.22 MPa，平均值为0.13 MPa，取80%保证率的标准值为0.12 MPa；内摩擦系数为0.32～0.61，平均值为0.46，取80%保证率的标准值为0.35；黏聚力试验值比内摩擦系数试验值离散性大，表明断层带岩体黏聚力受物质结构、断层泥含量、胶结程度等的影响更大.      

节理岩体抗剪强度参数的实验分析

对红层软岩的大量实验表明，剪切与三轴压缩实验测得的抗剪强度参数值不一致，而且内摩擦角从完整岩石剪切实验、三轴压缩实验到结构面剪切实验呈现出由大到小的规律．基于上述实验结果，分别从岩石强度理论和实验方法的角度分析了3种实验所得参数不一致的原因，导出了三轴压缩实验得到的岩体抗剪强度参数与结构面抗剪强度参数之间的关系式，并提出了岩体抗剪强度参数的选取原则．     

Comparison of in situ Shear Test and In-Lab Triaxial Shear Test of Compacted Rockfill

IntroductionTheprotectingembankmentprojectinFulingcityareaisalarge scaledprojectandapartoftheThreeGorgesproject.ItisalongYangtszeRiverandWujiangRiverand 4 548.9mlong .Theembankmentisconstructedwithcompactrockfill,whichhasverysmallcohesivestrengths .Itsshe…     

合肥地区重塑黏性土细观结构演化三轴CT试验

为研究非饱和黏性土的细观结构演化特征,采用CT-多功能土工三轴仪,对合肥地区重塑黏性土在不同吸力、不同净围压下进行了非饱和固结排水三轴试验,得到了土体内部结构演化的CT 图像、CT 数平均值和方差.研究结果表明:净围压对土体细观结构演化影响显著.净围压较低时,土体经短暂压密后,原有孔洞消失,产生裂纹,裂纹宽度和长度随时间扩展较快吸力越大,裂纹扩展、贯通程度越显著;CT数平均值减小0.26%~4.16%,方差增大15.82%~37.80%,说明土体密度变得不均匀.净围压较高时,土体整体被压密,一般无裂纹产生;CT数平均值增大1.22%~14.87%,方差减小10.02%~83.37%,说明土体密度变得更均匀,土体更致密.