围岩应力梯度对应变型岩爆特征荷载影响模型试验研究

应变型岩爆是在深地下开挖引起围岩应力集中后受梯度应力作用下产生的。为探明围岩应力梯度对应变型岩爆围岩破坏及特征荷载的影响,采用自主研发的真三轴气液复合加卸载岩爆模拟试验装置,在相同模型材料、围压与单面卸载条件下,进行了4种竖向梯度应力加载的岩爆模型试验。试验采用类岩石材料的大尺寸(1 000 mm×600 mm×400 mm)试件实现竖向梯度应力加载,模型材料选取具有强岩爆倾向的水膏比为0.7的石膏材料。基于岩爆模型试验的宏观破坏现象观察及加卸载过程的声发射能量与累计能量曲线,分析了竖向加载应力梯度系数对试件岩爆破坏特征的影响规律。基于试验过程的加载应力及声发射振铃总计数曲线的阶段性变化分析,获得了4种不同竖向梯度应力加载条件下试件的峰值荷载、起裂荷载与损伤荷载。结果表明:随着竖向加载应力梯度系数的增大,岩爆碎屑由大块板状为主逐渐过渡到以小块片状、块状与粉末状为主,岩爆碎屑的弹射最大距离逐步增大,岩爆的动力破坏现象越来越来越明显;试件在破坏过程中释放的累计能量逐渐减小,能量释放越来越趋于临近岩爆前集中释放;试件的起裂荷载趋向于增大,损伤荷载则变化不大,峰值荷载减小。     

基于声发射监测技术的非水反应高聚物受压损伤模型研究

为探究非水反应高聚物在上覆荷载作用下的抗压性能，对非水反应高聚物进行单轴抗压强度试验，探讨不同密度高聚物的破坏特征和强度，获得材料在压缩过程中的应力-应变曲线，通过声发射进一步了解高聚物破坏时的内部特征，得到表征高聚物损伤演化过程的声发射累计振铃次数曲线和损伤定位图。结果表明： 1）非水反应高聚物压缩过程的声发射响应分为上升期、平静期和剧烈波动期3个阶段； 2）高聚物密度越大，3个阶段的特征越明显，累计振铃次数越小； 3）声发射监测破坏位置与数量和试件实际受压破坏吻合较好，因此，声发射技术可以较为精准地监测非水反应高聚物的受压破坏。最后，基于Weibull分布提出非水反应高聚物损伤模型，通过与试验结果对比表明，建立的损伤模型可以较好地反映非水反应高聚物抗压损伤演化过程。     

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。     

基于室内模拟试验的公路隧道岩爆预测技术

声发射振铃计数及声发射b值可反映脆性岩石内部微裂纹演化及破坏过程,因此在高速公路隧道围岩体稳定性和岩爆的监测预警领域中得到广泛运用。通过钻取大冶某高速公路隧道工程内大理岩岩芯,进行单轴压缩声发射岩爆模拟试验,并对岩爆模拟试验全过程的声发射振铃计数及声发射b值演变特征进行研究,发现两者在试验的不同阶段特征明显,其中:声发射振铃计数平静期内表现出的"低值稀疏"现象以及声发射b值的"b值低谷"现象可作为岩爆灾害可能发生的特征参数;声发射振铃计数的"突增密集"现象及声发射b值的断崖式跌落现象可作为岩爆灾害即将发生的特征参数,可服务于高速公路隧道围岩体稳定性评价,以及岩爆等动力灾害预警预报。     

岩石损伤破坏过程声发射试验及其能量特征分析

声发射是岩石变形破裂过程中的重要物理现象,也是反映岩石力学特性的一个本构参量.通过三轴应力条件下大尺度岩石损伤破坏声发射试验,得到了3类岩石破坏全过程力学特征和声发射特征.试验中利用高速多通道声发射数字记录系统,获得了岩石试件破坏前微破裂活动的详细时空分布数据.基于试验结果,研究了3类岩石(花岗岩、砂岩、大理岩)压缩变...     

高温作用后砂岩巴西劈裂声发射特征试验

为了研究温度对砂岩力学性质的影响规律，对25～500℃区间内5种温度水平下的红色砂岩开展巴西劈裂试验。结果表明：根据抗拉强度变化情况将温度划分为3个区间（25～200、200～400、400～500℃），高温处理后的红色砂岩抗拉强度受温度影响而发生劣化，抗拉强度随着温度升高先缓慢减小而后下降速度加快，200℃是砂岩阈值温度；砂岩的劈裂破坏模式也由单一主裂纹破坏变为主裂纹和伴生裂纹破坏；声发射特征表现出较为显著的阶段性特征，大致经历声发射活跃期、微弱期、平静期。温度导致岩石内部矿物成分、晶体间隔、晶间水状态和结合离子键发生改变，是导致岩石发生热损伤的重要因素。     

不同含水率砼单轴压缩下声发射与分形维数试验研究

为研究水对砼破裂过程中声发射及分形规律的影响,选取养护30 d的C35砼,对干燥、自然、饱水条件下试件进行单轴压缩声发射试验,得到不同含水率下单轴压缩应力-应变曲线及声发射参数。结果表明,含水率的增加会使砼的塑性提高、强度降低;声发射参数可较好地反映岩石孔裂隙的产生过程,与岩石破坏过程中的内部细观结构演化规律具有直接关系;声发射计数随着含水率的增加呈下降趋势,水对岩样有软化、润滑作用,在裂纹产生过程中,水会削减剪切破坏、裂纹张开的激烈程度;不同含水率下试件的声发射计数的分形特征具有良好的相似性,其分形维数D呈现上升→突降→最大值→下降的特征。     

薄层灰岩弯曲变形力学特性试验研究

在岩土工程相关工程建设过程中,常遇到层状岩体稳定问题。鉴于层状岩体在实际工程中经常发生弯折破坏,尤其是薄层岩体,其抗弯性能受岩层厚度的影响最为明显。文中以层理近于水平状的薄层灰岩为研究对象,获取其受弯条件下的力学特性,总结弯曲变形裂纹扩展规律,分析弯曲破坏过程声发射信号变化特点。结果表明,薄层灰岩弯曲受力时试件内部弯曲应力呈线性分布,裂纹起裂点大多始于试件底部中心受拉区域,其扩展路径取决于岩块强度和层面抗剪强度相对大小关系,声发射振铃计数与岩样加载过程的对应关系反映了岩石应力集中破坏的过程,岩石破坏伴随着声发射能量加速释放现象。     

基于声发射技术的石灰岩三轴加载试验研究

通过室内三轴加载及声发射同步试验，研究了完整及损伤石灰岩在围压作用下变形破裂的声发射机理。试验研究表明:损伤石灰岩贯通破坏时，岩石轴向应力突降与声发射参数值突增时间具有一致性，沿着1条主裂缝发生贯通破坏；完整石灰岩贯通破坏时，岩石轴向应力突降时间滞后于声发射参数值突增时间，出现多条裂缝；声发射参数值可作为评估危险石灰岩稳定性的有效指标。     

基于PFC3D仿真重演的加载及卸载岩爆破坏特征研究

以兰-海高速公路桐梓隧道灰岩为研究对象，进行室内力学试验，并基于三维颗粒流程序PFC（particle flow code）进行加载和卸载岩爆试验数值模拟，得出不同应力状态下岩样的细观破坏特征。研究结果表明： 1）加载试验中岩石应力变化、颗粒位移、黏结破坏特征及能量变化情况均表现出3个阶段，即弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。2）岩石加载强度随着初始应力的增大而增大，岩石储存的极限应变也随之增大。3）应力越大，卸载试验岩爆倾向及强度越大，这是由于岩石破坏时应力由卸载面转移到内部，导致岩石内部应力集中；在其他条件不变的情况下，初始应力越大卸载岩爆强度越大，径向应力增大对硐室围岩稳定性有着更不利的影响。4）岩石加载和卸载条件下岩石的破坏具有较大区别。     

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。     

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。     

水泥浆液黏度对全风化花岗岩注浆加固效果的影响

水泥浆液是隧道与地下工程水害治理与地层加固的常用注浆材料。针对利用水灰比调节水泥浆液黏度的传统方法在注浆治理工程中存在的局限性,通过掺加2种外加剂实现了水灰比为1：1的水泥浆液的黏度和流动度在一定范围内动态可调。选取典型工程中遭遇的全风化花岗岩为被注介质,开展了注浆模拟试验,研究了不同黏度浆液在全风化花岗岩中的扩散规律,分析了浆液黏度对注浆加固效果的影响机制。研究结果表明：水泥浆液在被注介质中整体呈现劈裂扩散模式,随着浆液黏度的增大,主劈裂浆脉扩展形态由"三叉形"逐渐向"折线形"转变,主浆脉宽度变厚,被注介质的单轴抗压强度和抗剪强度不断提高;在水泥浆液黏度为24.6 s时,加固土体的单轴抗压强度提高了87%,内聚力和内摩擦角分别提升了220%和46.6%,内摩擦角与抗剪强度随浆液黏度的变化趋势基本一致,可见内摩擦角的提升可作为影响被注介质抗剪性能的关键指标;临近18.8 s的浆液黏度是浆脉扩展形态转变和被注介质强度增长速率变化的敏感黏度。研究成果可为全风化花岗岩及类似地层注浆治理工程中的注浆材料选型、黏度调控及加固效果评价提供技术参考。     

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。     

桥梁勘察中红砂岩单轴抗压强度标准值的计算方法探讨

岩石单轴抗压强度标准值,是桥梁桩基工程设计中的重要指标。在桥梁工程地质勘察过程中,由于红砂岩是一种软岩,计算红砂岩石的单轴抗压强度标准值时,其单轴抗压强度的离散性大,这直接关系着单轴抗压强度标准值,其值的大小将直接影响桥梁桩基的桩径大小和长短。对此,以江西境内红砂岩为例,分析了红砂岩的单轴抗压强度值变化大的原因,通过实例,探讨在对红砂岩的试验数据进行统计计算时采用的方法和原则,使其单轴抗压强度标准值较为合理。     

基于颗粒流程序的土石混合料振动压实特性数值分析

基于PFC2D颗粒流程序，建立考虑块石破碎的土石混合料振动压实模型，进行了不同含石量、不同泥岩砂岩块石混合比例的土石混合料振动压实试验模拟研究。结果表明:土石混合料试样的最大干密度随泥岩砂岩块石混合比的增大逐渐增大，随含石量的增加先增大后减小，60%含石量为其最优含石量；试样上部的块石受振动锤的影响较大，发生高度破碎，试样下部的块石主要发生高应力下的拉张破坏，破碎程度较低；块石的破碎率随含石量的增加而增大，随泥岩砂岩混合比的增大而增大。     

定侧压混凝土双轴拉-压疲劳累积损伤试验研究

在对有限预应力混凝土桥梁结构进行损伤分析与剩余寿命估算时,为了解混凝土在双轴波动拉-压应力作用下的疲劳强度和损伤特性,通过室内小尺寸的变截面棱柱体试件的双轴疲劳试验,得到了定侧压下混凝土等幅和变幅重复荷载作用下的轴心拉-压疲劳方程和疲劳变形特性。由等幅疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了相应的损伤演化方程;依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳损伤模型。研究表明:极限疲劳割线模量衰减率可作为混凝土发生拉-压疲劳破坏的标志;用规范化的疲劳变形模量定义损伤变量,建立的损伤累积模型,用于疲劳损伤分析和剩余寿命预测时具有较高的精度。     

循环荷载下微波照射玄武岩的损伤变形与能量特征

为研究微波处理对循环加卸载条件下岩石的损伤变形及能量特征的影响，分别对未进行微波处理和微波处理后的玄武岩试样进行单轴压缩试验和循环加卸载试验(循环4次，应力上限分别为相应单轴压缩峰值强度的4个等分点)，分析微波作用对循环荷载下玄武岩应力-应变曲线、强度、变形、损伤和能量特性的影响。结果表明： 1) 微波照射后试样的强度、峰值变形与微波照射时间呈负相关关系； 2) 由于微波的作用，加载的损伤随着循环次数增加呈现先减小、后增大的趋势，其中最后一次循环对试样造成的损伤最大，且微波照射时间越长，每次循环的应力上限越低，其损伤变量越小； 3) 微波照射后，每个循环过程中耗散的能量和外力功均随照射时间的增加呈递减趋势，试样破坏需要的能量随微波照射时间的增加而减小，微波照射降低了试样破坏的能量门槛。     

竖向循环荷载下单桩的累积沉降特性模型试验

高速公路、铁路桩承式路基中桩基的累积沉降发展对路基变形影响很大,为有效控制路基变形并利于后续运营,有必要深入研究竖向循环荷载下单桩的累积沉降发展规律。通过新研发的土体加压装置对模型试验中桩侧土体施加额外的侧向压力,开展了竖向循环荷载下双层地基中单桩模型试验,基于模型试验结果分析了循环荷载下侧向压力对桩顶累积沉降的影响,并进一步探究了侧向增压地基中循环荷载频率、循环荷载比（CLR）、静偏荷载比（SLR）对桩顶累积沉降的影响。研究结果表明：增加侧向压力不仅提高了单桩的极限承载力,还对循环荷载作用下桩顶累积沉降的影响明显,尤其循环荷载较小时增加侧向压力可能会改变桩顶累积沉降的发展模式。循环荷载下单桩的桩顶累积沉降明显受到循环次数、SLR、CLR及循环荷载频率的影响,桩顶累积沉降随着循环次数、CLR和SLR的增加而增大,且在循环加载前期的桩顶累积沉降发展较快,CLR对桩顶累积沉降的影响比SLR的大;荷载频率的增大同样会导致桩顶累积沉降增加,并朝着不利于桩基安全的方向发展;发展型的桩顶累积沉降与循环次数的关系可用对数函数进行表述。当前仅以荷载大小作为桩顶累积沉降发展类型的判定标准存在一定的局限性,应在工程设计及运营中特别注意循环荷载频率、CLR、SLR等因素的影响。