单轴压缩下不同长度单裂隙岩体能量损伤演化机制

为探寻裂隙岩体变形破坏过程中内在的能量演化机制,基于岩石能量耗散理论和室内试验数据,研究了单轴压缩条件下单裂隙岩体变形破坏过程中各能量指标（总能量、弹性应变能及耗散能）演化规律,分析了裂隙长度变化对岩样力学特性、破坏模式、各能量指标及峰前能量突变幅度的影响规律。研究结果表明：裂隙岩体的峰值强度、峰值应变及弹性模量均随裂隙长度增大呈逐渐减小趋势,岩样最终的破坏模式主要为拉剪复合破坏;依据岩样变形破坏过程中耗散能演化规律可将裂隙岩体受荷能量损伤划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、突变损伤阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段6个阶段;峰值点岩样的总能量、弹性应变能及耗散能均随裂隙长度的增大而逐渐减小,但耗散能减小幅度最小;储能极限随裂隙长度变化拟合公式符合指数递减规律;岩样峰前能量突变幅度随着裂隙长度的增加而逐渐减小,且能量突变幅度越大,引起裂纹损伤扩展程度越严重。研究成果对于深化认识裂隙岩体的能量演化机制具有重要的理论价值和实际意义。     

裂隙性黄土单轴抗压强度离散元分析

为探究单轴压缩条件下裂隙倾角对裂隙性黄土的应力-应变曲线、单轴抗压强度以及破坏模式的影响规律。将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证数值模型的可靠性,基于此采用离散元软件3DEC开展裂隙性黄土单轴抗压强度数值模拟。结果表明:裂隙倾角对裂隙性黄土的应力应变曲线影响显著,裂隙倾角10°～30°时,曲线有明显的屈服强度且应变较大;裂隙倾角50°～70°时,曲线没有明显的屈服强度,应力陡降且应变较小;裂隙倾角为0°和90°时,曲线没有明显的峰值点和应力降;随着裂隙倾角的增大,裂隙性黄土单轴抗压强度呈现先减小后增大的趋势,且存在最不利裂隙倾角区间(60°,70°)。不同倾角的裂隙性黄土的破坏模式不同,主要有压裂破坏、滑移破坏、滑移压剪复合破坏以及压裂滑移混合破坏等4种类型。基于Mohr-Coulomb准则,计算了不同裂隙倾角的裂隙性黄土单轴抗压强度理论值,将理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现当β≤φ_j=32°和β=90°时试样的抗压强度理论值相同,而试验值和模拟值并不相同,说明数值模拟结果比理论计算结果更加符合实际情况,进一步说明了数值模拟结果的合理性。     

类岩石材料裂纹单轴压缩扩展行为研究

构建可靠的裂隙网络模型是岩质边坡、隧道和地下矿山巷道等各类岩体工程稳定性研究的基础。开展室内试验，研究含不同尺寸、不同倾角裂纹岩样在单轴压缩下的力学行为。结果表明：类岩石试样的峰值强度随裂纹倾角的增大而减小，且随裂纹倾角的增大，峰值应力对应的应变减小、幅度较大，类岩石试样在峰值强度后，表现出准脆性破坏特点；裂纹尺寸对试样的峰值应力和对应的峰值应变有较大影响，随裂纹尺寸增大，试样的峰值应变增大，但裂纹的形状（圆形和矩形）对峰值应力、应变的影响较小；验证了最大周向应力理论得到的在不同裂纹倾角下的开裂角，与单轴压缩下到不同裂纹倾角进行比较，发现在裂纹倾角较小时裂纹的开裂角与试验得到的相差不大，约7.39%～11.82%；而裂纹倾角增大时，相差较大，约33.15%。     

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。     

不同卸围压速率下混凝土材料能量特征研究

为了探究混凝土材料在不同卸围压速率下的强度特征和能量变化规律,制备圆柱状混凝土试件,开展常规三轴卸围压试验。研究结果表明:混凝土试件的峰值强度随着卸围压速率的增大呈线性关系减小,其峰值轴向应变随着卸围压速率的增大呈单指数关系减小;卸围压速率越低,试件卸围压阶段所持续的时间越长,积累的弹性能随之增大;同时发现试件的卸围压速率越小,卸围压开始时刻到应力峰值时刻的耗散能增长速率越快,且试件峰后破坏阶段的耗散能曲线斜率随着卸围压速率的增大逐渐增大;随着卸围压速率的增大,混凝土试件应力峰值时刻的轴向能量、环向能量、弹性能和耗散能均减小,低卸围压速率下试件变形充分,而卸围压速率较高的时候,试件的变形破坏具有突发性。     

季冻区路基土的能量损伤演化模型研究

依托辽宁阜新某公路路基土样,进行冻融循环试验及三轴压缩试验,分析不同含水率、围压、冻融次数下的弹性能变化规律;基于能量衰减定律,建立能量损伤演化模型,探索季冻区路基土的损伤规律。结果表明:含水率较高时试件应变与弹性能正相关,弹性能随冻融次数和含水率的增加而平顺,含水率较小时弹性能迅速升高出现峰值,然后逐渐减小最后趋于平稳;在围压加持下,随着应变的增加弹性能整体呈现先增大至峰值点后减小并趋于稳定的变化趋势,曲线相同应变位置的弹性能值随围压的增大而增大;能量损伤演化模型曲线与试验曲线吻合度较高,为季冻区冻土路基灾害防治提供了理论依据。     

不同荷载形式下的路基粗粒土填料稳定性分析

采用传统三轴试验法和PFD~(3D)软件构建路基粗粒土填料模型分析了不同静载荷作用和循环荷载作用下的路基粗粒土填料各项力学性能。研究结果表明:静荷载和循环荷载作用下,路基粗粒土的体积应变均会发生体缩变形向体胀的转变。静荷载作用下,随着偏应变的增大,不同围压下的粗粒土应力比呈现出一个先增加后保持不变的趋势,围压较高路基土填料体积应变和应力比最大处对应的偏应变较大;循环荷载下,路基粗粒土应力比随着时间步数的增加在极短的时间内达到最高峰值,随后围绕平衡位置上下波动;偏应变在荷载加载阶段呈线性增大,在荷载卸载阶段呈线性减小,不可逆变形值接近于0. 013,表明路基填料具备了较大抗变形能力。     

软土地区土体流变特性的试验研究

文章针对软土的流变特性,利用先进的CDS应力路径三轴仪进行了多级不排水减压三轴压缩蠕变和常规三轴压缩蠕变试验,试验结果表明:在每级偏应力下的初始短时间内,应变快速发展,在经过大约24h后,应变值基本稳定;随着偏应力的增大,应变随之增大,而变形稳定所需的时间也增长;在相同偏应力条件下,不排水常规三轴压缩蠕变的应变值要小于减压三轴压缩蠕变的应变值。侧向减压蠕变试验的应变率经历了逐渐上升到峰值然后下降,并最终趋于稳定的过程;偏应力越大或时间越长,土体的非线性蠕变越明显。     

干湿循环作用下红砂岩强度劣化特性试验

为探究库水位周期性涨落条件下,库岸边坡消落区岩体的强度劣化特性及损伤演化规律,以红砂岩为研究对象,通过干湿循环试验模拟库岸边坡岩体的实际赋存环境,以常规单轴、三轴试验为手段,开展干湿循环作用下红砂岩强度劣化特性试验研究,分析干湿循环作用下红砂岩波速等特性的演化规律,定量分析了干湿循环作用对红砂岩强度主要力学参数的影响,并提出了基于黏聚力的损伤变量。结果表明：随干湿循环作用次数的增多,红砂岩的波速逐渐减小,孔隙率逐渐增大,减小和增大的趋势呈现出明显的三阶段特征,红砂岩单轴强度也逐渐减小,对应的峰值应变逐渐增大,其破坏形式为脆性破坏;以波速计算的红砂岩损伤变量表明,损伤变量随干湿循环次数的增多呈非线性增大趋势,可采用幂函数拟合;干湿循环作用下红砂岩黏聚力显著减小,而摩擦角变化不明显,干湿循环作用主要通过弱化黏聚力造成红砂岩单轴强度的降低,单轴抗压强度降低百分比η_1N与黏聚力降低百分比η_2N呈显著非线性对应关系;提出了基于黏聚力衰减的新损伤变量,并通过与波速损伤变量的计算值和试验值的对比验证了该损伤变量指标的合理性。     

太原黄土含水率对邓肯-张模型参数影响研究

为研究太原黄土的工程力学特性以及分析含水率对黄土整体稳定性的影响,对土样进行不同初始条件的室内三轴试验,将试验结果用邓肯-张模型进行拟合分析,获得了太原黄土的邓肯-张模型参数及其随含水率变化的规律。结果表明,随着含水率增大,黄土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均有减小趋势,初始含水率较小时,试样有应变软化趋势,表现出剪胀现象。切线弹性模量及体积变形模量都随含水率的减小而增大,随应变的增大而迅速减小。在工程建设中要严格控制黄土的含水率等相关指标。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

基于对数应变考虑渗流影响的软弱围岩圆形隧洞弹塑性解

为求解发生大变形时软弱围岩圆形隧洞的应力和位移，基于三剪应力统一强度理论和拉格朗日坐标下的对数应变，通过考虑施工期、运行期和检修期3种工况下主应力顺序以及渗流等影响，推导理想弹塑性模型软弱围岩的弹塑性解，并分析弹性模量、泊松比、孔隙水压力和强度准则4个参数对塑性区厚度和洞壁处径向位移的影响。研究结果表明： 1）施工期围岩塑性区厚度随弹性模量的增大呈现先增大后逐渐趋于一个稳定值（小应变解），而运行期围岩塑性区厚度随弹性模量的增大呈现逐渐减小后逐渐趋于一个稳定值（小应变解），洞壁处径向位移在施工期和运行期2种工况下均随弹性模量的增大逐渐减小； 2）施工期和运行期围岩塑性区厚度随泊松比增大几乎无影响，而洞壁处径向位移随泊松比增大呈线性增大； 3）施工期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移随孔隙水压力的增大而增大，而运行期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移随孔隙水压力的增大而减小； 4）不同强度准则下的塑性区厚度和洞壁处径向位移变化显著； 5）检修期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移变化规律与施工期类似。对于发生大变形的软弱围岩圆形隧洞，推导的弹塑性解与小应变解明显不同。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

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...     

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。     

软胶结模型参数对黄土应力-应变特性的影响

采用颗粒流方法开展三轴压缩的离散元分析,研究软胶结接触模型在模拟黄土时其细观参数对力学特性的影响;依次改变需考察的参数取值,分组进行三轴压缩.结果表明:在模拟低含水率、结构性强的软化型黄土时有较好契合度;摩擦系数、胶结强度对应力-应变曲线软化类型及偏应力峰值影响较大,法向与切向刚度比,胶结抗拉强度等不改变软化类型,只影...     

基于Martin-Darvidenkov模型的冻结粉质黏土动力特性研究

冻土作为一种由固体矿物颗粒、冰晶体、未冻水及气体组成的多相结构体系，其动力学性质相较融土更为复杂。为了研究冻土动力特性的演化规律，探究等效线性黏弹性模型对冻土的适用性，以青藏粉质黏土为对象开展了一系列分级循环加载条件下的低温动三轴试验，深入分析冻土动弹性模量和阻尼比随振次、围压及动应变幅值的变化规律。研究结果表明：冻结粉质黏土骨干曲线的初始斜率随围压的增大而减小，体现了围压的强化作用；分别采用H-D模型和M-D模型对冻土的骨干曲线进行描述，结果显示相比H-D模型，采用M-D模型可以较好地模拟冻结粉质黏土骨干曲线在高动应变幅值下的软化现象；冻结粉质黏土的动弹性模量随动应力幅值的增大非线性减小，且基于M-D模型的动弹性模量预测模型可较好地描述冻结粉质黏土动弹性模量随动应变幅值的非线性变化规律；在每级循环荷载作用下，动弹性模量随振次的增大有小幅波动；滞回曲线面积随动应变幅值的增大呈非线性增大的趋势，阻尼比随动应变幅值的增大呈现出先减小后增大的趋势。此外，在每级动荷载作用下，当加载级数较小时，阻尼比随振次的增大逐渐减小，随着加载级数的增大，阻尼比随振次增大而减小的趋势逐渐减弱；当加载级数较大时，阻尼比随振次的增大呈现出逐渐增大的趋势。