砂岩多级循环荷载损伤耗能特征试验研究

为研究动荷载频率、荷载水平和围压对砂岩的损伤耗能特征的影响,用电液伺服岩石三轴试验机TAW—2000对较软白砂岩和硬质红砂岩进行围压0.5MPa和1MPa,频率0.2Hz、0.5Hz、1、2Hz,加卸载波型为余弦波的多级循环荷载试验。试验结果表明:围压和频率对砂岩动荷载能耗特征影响不明显;荷载水平是决定滞回圈面积、动弹性模量和能耗比的主要因素,两种砂岩的滞回圈面积均随着轴向荷载增加而增加;当轴向应变达到最大轴向应变的0.8倍时,砂岩由应变硬化转向应变软化。两种砂岩的能耗比随轴向荷载的增加呈"U"型变化。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

不同围压梯度下砂岩力学及声发射特性研究

分别对砂岩试样施加不同围压，在不同围压梯度下，施加轴向荷载，探究应力-应变的变化及声发射产生数量规律；基于离散元理论，采用二维颗粒流PFC2D软件，建立不同围压下砂岩岩石模型，结合试验数据，研究不同围压梯度下砂岩力学特性及声发射事件的产生。结果表明：随着围压的不断增大，砂岩的破坏应力逐渐增大，达到破坏后产生的微裂缝也逐渐增多。     

砂泥岩混填力学特性试验分析

砂泥岩混合料是砂岩颗粒和泥岩颗粒按一定比例混合的一种常见的填筑土体,因其取材方便而经常被用于水库、路堤、基坑开挖、渠道等实际工程中。本文通过GDS三轴试验系统,对砂泥岩混合土体在不同的砂泥岩颗粒比例、干密度和含水率情况下的强度和变形特性进行了分析。结果表明：低围压时,砂泥岩混合料应力-应变关系曲线表现为应变软化型,随着围压的增加曲线表现为应变硬化型;含水率对砂泥岩混合料应力-应变关系曲线的形态影响不大,偏应力峰值强度随着含水率的增大先增加后减小;干密度较小时,砂泥岩混合料应力-应变曲线表现为应变硬化型,随着干密度的增加,应力-应变曲线形态向应变软化型转变;砂泥岩混合料抗剪强度参数均随干密度的增加而增大;土体抗剪强度参数随砂岩颗粒含量的增加而增加。     

陕北重塑黄土的真三轴试验研究

本文针对陕北重塑黄土,采用西安理工大学研制的新型真三轴仪,开展了真三轴状态下的应力应变关系的试验研究。研究表明:围压σ_c对重塑黄土试件的应力应变关系(广义剪应力q和广义剪应变ε)影响最大,低围压下出现应变软化现象,随着围压σ_c的升高,广义剪应力q大幅升高;中主应力比b对重塑压实黄土试件的应力应变规律影响次之,低b值与广义剪应力q呈正相关,而高b值与广义剪应力q呈负相关,b=0.5或b=0.75为峰值点;含水率影响最小,以最佳含水率为分界点,小于最佳含水率时含水率与广义剪应力q正相关,大于最佳含水率时含水率与广义剪应力q负相关。     

基于突变理论的软粘土蠕变变形经验公式研究

将尖点突变模型和燕尾突变模型应用于软粘土三轴剪切蠕变试验的蠕变变形经验公式研究,得到了不同应力水平的剪应力-轴向应变-时间(q-ε1-t)之间的关系表达式,以及能综合描述各种应力水平的围压-剪应力-轴向应变-时间(σ3-q-ε1-t)之间的关系表达式,两种表达式均与数据吻合良好。     

基于最小耗能原理的海棠山隧道围岩蠕变损伤模型

为了研究海棠山隧道围岩的长期稳定性,采用MTS815.02试验机对砂岩展开不同围压作用下的三轴蠕变试验,进而分析了围岩在不同围压作用下的长期变形特性。通过结合最小耗能原理建立损伤模型,以能量角度研究岩石的性能劣化规律和蠕变特性。研究结果表明:岩石在变形过程中的能量耗散规律与岩石内部损伤演化规律是一致的,结合最小耗能原理引入内变量,较好地反映岩石内部应力-应变变化状态,将岩石损伤演化规律以能量变化方式呈现出来,也较好地描述了岩石内部能量耗散具体过程;当施加在岩石的应力水平较高时,才会出现稳定蠕变和加速蠕变现象,否则蠕变变形只有衰减蠕变变形,同时,围压的增高不仅增大了试样的破坏应力水平,同时延缓了轴向蠕变变形。最终通过砂岩蠕变试验曲线与模型曲线的高吻合度,这说明了基于最小耗能原理来建立非线性蠕变损伤模型,对砂岩蠕变全过程演化规律描述是合适可行的,也充分地说明将岩石作为耗散结构来确定岩石损伤程度以及反映岩石蠕变全过程变形规律是正确的;该模型对于不同围压作用下花岗岩蠕变特性也有较好地描述,计算曲线和试验数据拟合度较高,说明了该损伤模型的适用性广泛,对实际工程具有指导意义。     

围压对错缝拼装管片衬砌结构力学性能的影响

为了探明围压对盾构隧道错缝拼装管片衬砌结构力学性能的影响,以苏通GIL电力管廊隧道为工程背景,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统"对3种不同围压下的错缝拼装的管片衬砌结构进行了原型加载试验,从管片衬砌结构的内力、变形、纵缝张开、螺栓应变和主筋应变等方面研究了围压对管片衬砌结构的影响。研究结果表明：①围压变化对管片衬砌结构弯矩的大小和分布影响较小,而对轴力大小和分布影响较大,围压增大,管片衬砌结构的轴力分布更为均匀;②管片衬砌结构的形变呈现不规则的"椭圆形",围压增大可显著降低管片衬砌结构的整体形变,提高管片衬砌结构的稳定性;③围压增大有利于控制管片纵缝张开量,减小螺栓的应变;④围压的增大能够降低管片内侧主筋拉应变,但管片外侧主筋的压应力会随围压的增大而增大,使得正常使用阶段管片外侧主筋应力由压应力控制;⑤围压增大能够有效延长管片衬砌结构单点位移、纵缝张开、螺栓应变线性变化过程,延缓了管片衬砌结构进入塑性变形的时间;⑥高围压条件下管片结构处于高轴压受力状态,使得管片结构外侧受压钢筋应力增大,易造成钢筋屈服先于混凝土压溃发生,使管片结构抗压强度降低。在进行工程设计时,建议对高围压下管片结构的外侧受压钢筋进行加强设计。     

高温淬火后预制孔洞花岗岩力学特性试验研究

运用弹性接触理论对不同温度热处理淬火后的含预制孔洞花岗岩试样开展三轴压缩试验和微米压痕试验,研究含缺陷孔洞花岗岩的物理力学性能受温度影响的变化特征,对比分析了花岗岩试样在不同高温热处理淬火后相关力学参数的变化规律。试验结果表明:在0 MPa围压时,岩样峰值强度随着热处理温度升高呈先增大后减小的趋势;在5 MPa围压时,随着热处理温度升高,花岗岩试样峰值强度逐级降低。花岗岩试样的弹性模量在200 ℃时呈略微增大趋势,随着温度的不断升高而逐渐减小,岩样的泊松比无明显的变化规律,而岩样的体积应变逐渐增大。花岗岩试样维氏硬度在200 ℃和400 ℃时呈增加趋势,而在600 ℃时发生骤降。     

岩石峰后应力应变特性的加卸载试验研究

为了研究隧道开挖过程中围岩在加卸载条件下的应力应变特性,采用TAW-2000微机控制岩石伺服压力试验机对辉绿岩进行了三轴加载和卸围压试验,通过分析岩石强度、体积变形在试验全过程中的变化规律及其与围压的关系,研究岩石的力学特性、变形特性及其破坏机理.结果表明,在卸载试验条件下,岩石在屈服破坏后,同样具有应变软化特性和破裂...     

酸性溶液作用下砂岩损伤时效特性机制分析

为探究酸性溶液作用下砂岩损伤时效特征，以高黎贡山隧道岩溶段砂岩为试验研究对象，借助扫描电镜和XRD衍射试验分析酸性溶液对砂岩宏观形貌、缺陷形态、孔隙结构、矿物组成成分以及孔隙率的改造作用，在不同浸泡时间节点对不同溶液中砂岩试件的质量、尺寸及三轴抗压强度等进行测量。试验结果表明： 1）溶液pH越低，同一时间节点内试件的孔隙率、质量和尺寸相对变化越大，且在各溶液中初期变化速率达到最快，后期均呈平稳趋势； 2）在围压20 MPa条件下，与pH=7的溶液中49 d的岩样相比，pH=1的溶液中试件的三轴峰值抗压强度累计降低20.98%，其下降速率随时间推移而减缓，黏聚力与内摩擦角均随时间增加呈下降趋势，且黏聚力对酸性溶液的敏感程度高于内摩擦角； 3）在酸性溶液侵蚀作用下，试件内长石与方解石等组成成分大量消耗致使试件微观结构改变，且随着溶液pH值降低，试样孔隙间距增大，胶结物消耗加剧，溶蚀孔洞及微裂隙发育较好。     

高铁路基粗粒土填料静力特性大型三轴试验研究

选取宁杭高铁德清站路基填料站现场典型粗粒土填料制备试样,在100,150,200,300 kPa围压下开展大型三轴固结排水剪切试验,得到相应的应力-应变和体变特性曲线.试验表明:围压越大,偏应力达到稳定值所需的轴向应变越大,当围压为300 kPa、轴向应变达到15％时,偏应力仍在继续增长.不同围压条件下的试样剪切初期均...     

某隧道高地应力近水平岩层白云岩三轴试验研究

依托某高地应力近水平岩层硬脆围岩隧道,通过现场钻孔取芯进行岩芯三轴压缩试验。研究表明:白云岩在低围压下发生张拉劈裂和剪切破坏,在高围压下主要发生剪切破坏。通过三轴试验,得到高（30、35 MPa）低（10、15 MPa）不同围压下白云岩的应力-应变关系,通过绘制应力莫尔圆获得白云岩的强度参数:弹模E=31.91 GPa,黏聚力c=22 MPa,内摩擦角φ=47°,并得到白云岩的强度表达式,可为原岩应力的获取提供依据。     

冻融循环下橡胶-砂胶结材料力学特性试验

在季节性冻土区，冻融作用将改变桩周土体的强度，并诱发桩基发生病害，研制桩周土体置换材料，探明温度及冻融循环对其力学特性的影响机理，对于季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害的防治非常必要。利用橡胶颗粒、砂和聚氨酯胶黏剂制作试样；开展不固结不排水三轴压缩试验，获得不同条件下橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线；并通过非线性拟合和回归分析，建立试样切线模量和切线泊松比与轴向、径向应变之间的拟合关系式；据此分析了橡胶-砂胶结材料试样在不同的冻融循环次数、温度及围压等条件下的力学特性。结果表明：橡胶-砂胶结材料试样的应力-应变曲线没有峰值点，为典型的应变硬化型材料；橡胶-砂胶结材料的切线模量介于2.0～9.0 MPa之间，温度对试样破坏强度和切线模量的影响较大，而冻融循环次数和低围压对试样破坏强度和切线模量的影响相对较小；橡胶-砂胶结材料试样的切线泊松比介于0.50～0.75之间，径向应变越大，切线泊松比也越大。相对而言，切线泊松比受冻融循环次数、温度及低围压的影响并不明显，可忽略不计。橡胶-砂胶结材料有望为季节性冻土区桩基冻融与冻胀病害防治提供支撑。     

川南地区典型砂岩强度特性分析

以四川宜宾市高县的典型砂岩为研究对象，进行基本物性试验、矿物成分分析、饱和与烘干两种状态下的点荷载和单轴抗压强度试验，分析含水状态对砂岩强度的影响和点荷载强度指数I_s(50)与单轴抗压强度UCS间的转换关系。结果表明:饱和状态下砂岩I_s(50)在0.89～1.36 MPa，均值1.14 MPa，UCS为19.98 MPa，烘干状态下I_s(50)在2.07～2.82 MPa，均值2.43 MPa，UCS为43.98 MPa；试样I_s(50) 与UCS在饱和后衰减比例基本一致，约55 %，工程实践中可利用点荷载强度了解其软化特性；公路沿线典型砂岩建议采用UCS=17.53 I_s(50)作为两种强度之间的转换关系。     

钙质砂固结排水剪切特性三轴试验

为给中国南海岛礁吹填钙质砂地基上基础设施提供设计与施工参考,通过一系列三轴试验研究了钙质砂固结排水剪切特性。定性分析了钙质砂应力-应变、体变与应力路径变化规律,非线性拟合试验数据获得了不同特征状态下钙质砂抗剪强度、内摩擦角和孔隙比的归一化表达式及其参数取值,进一步定性分析给出了抗剪强度、内摩擦角和孔隙比的非线性变化特征。研究结果表明：(1)围压小于300 kPa时钙质砂发生应变软化和剪胀;特征状态偏应力随围压或相对密度增大而变大,体变随围压(或相对密度)增大而增大(或减小);钙质砂排水剪切应力路径为一系列平行直线,围压越大应力路径越长。(2)不同相对密度下特征状态抗剪强度(或内摩擦角)具有较好归一性;峰值状态抗剪强度(或内摩擦角)大于相变状态,而相变状态大于临界状态;抗剪强度(或内摩擦角)为量纲一化平均主应力的幂函数(或对数函数),而相对密度对余量内摩擦角的影响随围压增大而减小直至消失。(3)在压缩平面内,特征状态孔隙比随量纲一化平均主应力增加而减小,且不同相对密度下临界状态孔隙比具有较好归一性;特征状态孔隙比可用负指数函数予以表达,该函数的上、下限与特征状态孔隙比实际极限值基本吻合。     

钙质砂三轴固结不排水剪切特性研究

采用三轴固结不排水剪切试验，对南海海区岛礁饱和钙质砂进行剪切特性分析。结果表明:围压并不是影响偏应力的主要因素；达到偏应力峰值所对应的轴应变均在3%以内；初始弹性模量随初始孔隙比增大而减小，初始围压越大，初始弹性模量也越大；在给定的初始孔隙比下，剪切模量随着围压增大而增大。     

不铺设和铺设玻纤格栅的路基建筑垃圾填料力学特性研究

针对不铺设和铺设玻纤格栅两种不同工艺填筑路基所使用的建筑垃圾试样开展不同围压下的三轴压缩试验。结果表明:不同围压下建筑垃圾试样的应力-应变关系在初始段近似线性增加，低围压下试样有明显的峰值应力，高围压下试样的偏应力并无明显峰值而是随轴向应变持续缓慢增加；不铺设和铺设玻纤格栅建筑垃圾的黏聚力、内摩擦角、弹性模量E₅₀差异很小，割线模量E_sec随应变呈先增大后减小的趋势，且围压越大E_sec越大。因此，铺设玻纤格栅后有利于提高以建筑垃圾作为填料路基的整体稳定性。