高速铁路隧道间距对岩体变形及应力分布的影响

为研究不同隧道间距下岩体变形及应力分布规律,采用类岩材料制备不同孔洞间距的试样,并对试样进行单轴压缩试验等力学测试,获得试样的峰值应力和弹性模量;利用声发射(AE)装置,获得孔洞间距对声发射参数的影响;采用DIC设备对试样的加载破坏过程进行监测,研究试样受力破坏过程中的动态变化.研究表明,随着两孔洞之间间距增大,试样峰...     

受酸腐蚀砂岩力学特性及其统计损伤本构模型

酸性侵蚀环境使得隧道、桥梁、房屋等结构劣化，耐久性和承载性能降低，服役时间缩短，最终导致各种灾害事故发生。为深入探究酸性溶液对岩石力学性能的影响，采用室内长期加速腐蚀试验，对pH=1、3、5的盐酸HCl以及pH=7的蒸馏水(H₂O)腐蚀作用下砂岩的单轴力学劣化特性进行系统研究。基于连续损伤力学和统计理论，借助CT扫描试验分析结果，引入化学-荷载共同作用损伤变量，建立考虑受酸腐蚀砂岩应力-应变曲线压密段的统计损伤本构模型，基于单轴压缩试验结果对模型进行验证。研究结果表明，腐蚀岩样单轴压缩应力-应变曲线的压密段变长，弹性段变短，轴向峰值应力、弹性模量和泊松比减小，轴向、径向峰值点应变增大；腐蚀岩样的裂隙闭合点应变增大、裂隙压缩段变长、裂纹扩展段延长，其脆性特征减弱，柔性特征增强，岩样越来越表现出柔性材料的特征；浸泡溶液pH值越小，浸泡时间越长，岩样损伤软化效应越明显。试验曲线与理论曲线的对比结果表明，所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映受酸腐蚀砂岩在荷载作用下的变形特性。研究结果可为受酸腐蚀岩体的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

增量加卸荷作用下砂岩破坏与声发射特征研究

在公路隧道的施工和运营阶段,岩体经常会受到反复加卸荷的作用。为探究反复加卸荷作用下软岩的强度劣化趋势及声发射特征规律,通过室内单轴反复加卸荷试验配合声发射监测,研究砂岩在不同反复加卸荷条件下的变形、破坏和声发射特征。结果表明：增量反复加卸荷作用下砂岩的破坏形式与其常规单轴的破坏形式具有关联性,主要以剪切破坏形式为主,破碎程度有所提高。在增加保载作用之后,砂岩破裂面变得圆润光滑;反复加卸荷作用下砂岩强度较单轴抗压强度提高了6.8%,增加保载作用后提高了9%;砂岩在反复加卸荷作用下,其扩容应力无明显变化且仍表现出弹塑型破坏特征。在增加保载作用之后,砂岩的滞后变形特征明显;砂岩在峰值应力水平46%～62%之间Kaiser效应明显,在70%以后Felicity效应明显,且FR能较好地量化岩石损伤演化的过程。在增量反复加卸荷过程中,随着加载次数的增加,FR呈现出先增大后减小的规律。根据FR突然降低时的加载应力,可以判断岩石的裂缝损伤应力所处的范围,可为预警岩石破坏提供应用。研究结果可为实际岩石工程中岩体在受到循环反复加卸荷作用下的长期稳定性的评价提供试验参考和理论依据。     

隧道混凝土裂缝声发射特性室内试验研究

隧道混凝土承受荷载大,内部发生形变和开裂损伤时会释放弹性波。因此,利用混凝土单轴拉伸试验,研究混凝土在不同轴拉荷载路径作用下的声发射特性,对隧道混凝土裂缝检测有重要意义。采用声发射（AE）仪器采集了加载过程中混凝土内部的声发射信号,在拉应力接近峰值之前,混凝土内部产生的声发射信号较少,当拉应力达到峰值后,混凝土内部声发射信号开始剧烈增多,声发射幅值较高,试件表面的微裂缝逐渐扩展为宏观裂缝。试验结果表明,声发射特性与混凝土损伤开裂特征相吻合,声发射能够对隧道混凝土内部断裂损伤进行有效探测。     

混凝土三轴循环力学特性及能量演化特征试验研究

循环扰动荷载对地下工程稳定安全具有重要的影响。利用GCTS动态岩石三轴试验系统,对混凝土试样开展常规三轴及三轴循环加卸载试验,研究了循环荷载作用下混凝土的力学特征、变形机理及能量演化规律。研究结果表明：三轴循环加卸载条件下混凝土峰值强度低于常规三轴峰值强度;随着循环次数增加,滞回环面积及塑性应变逐渐增大,试样损伤逐步加剧;混凝土试样破坏时弹性模量逐步降低,相同加载次数时弹性模量随围压增大而不断增大,试样刚度增大;随着循环次数增大,每个循环内总能量密度及耗散能密度都呈现出缓慢增大-急剧增大-减小的趋势,单个循环内总能量及耗散能密度的急剧增大可作为判断混凝土试样损伤破坏的前兆信息。     

不同节理倾角砂岩卸围压力学破坏特性试验研究

经历漫长地质构造后,岩体内存在大量的节理,而充分认识节理岩体卸荷力学行为对保障地下工程安全开挖具有重要的理论价值。因此,通过对预制节理砂岩试样开展卸围压试验,分析节理倾角对砂岩强度和变形破坏特性及声发射特征的影响规律。结果表明,卸围压对节理砂岩试样峰前应力-应变曲线特征影响较小,导致峰后的残余强度消失;节理砂岩试样卸围压峰值强度较常规三轴压缩低,且随节理倾角的变化规律相同;在倾角θ=40°时出现异常,主要是节理存在导致剪切裂纹向节理偏移。压密阶段声发射事件随节理倾角增大越来越不明显,而进入塑性段节理倾角对声发射特征影响较大。峰后声发射事件缓慢增加,主要是卸围压导致侧向做负功,一定程度上降低了弹性应变能释放的剧烈程度。     

冲击荷载下盐腐蚀水泥砂浆接触损伤研究

利用冲击球压法研究标准养护条件和不同盐腐蚀环境(5%NaCl溶液、5%Na_2SO_4溶液和5%NaCl与Na_2SO_4混合溶液)下水泥砂浆受冲击荷载作用的表面损伤失效规律及损伤叠加效应。结果表明:盐腐蚀下水泥砂浆遭受小能量冲击时,表面损伤区压痕尺寸随冲击荷载值增加呈先快速后平缓的增长趋势,试样表面损伤越严重,压痕增长越快;在相同冲击荷载作用下,水泥砂浆表面力学性能指标(动态硬度值和恢复性系数)从高到低依次为标准养护砂浆、5%NaCl溶液中砂浆、5%NaCl与Na_2SO_4混合溶液中砂浆、5%Na_2SO_4溶液中砂浆;在冲击荷载作用下,短期盐腐蚀砂浆试样表面颗粒剥落,微裂纹不断扩展并合,损伤区三维形貌参数均大于标准养护砂浆。本文研究成果可为冲击荷载与腐蚀离子双因素作用下铁路桥梁工程材料的耐久性研究提供依据。     

早期受扰混凝土受硫酸盐侵蚀后的受荷损伤模型

基于损伤力学原理,考虑初凝至终凝期间早期扰动和硫酸盐侵蚀对混凝土造成的损伤,推导混凝土受压状态下的损伤演化方程和本构方程。通过侵蚀后的早期不同时刻受扰混凝土试件的抗压强度试验及声发射采集结果分析,研究早期扰动对受侵蚀混凝土的应力和弹性模量的影响,并建立早期受扰混凝土受硫酸盐侵蚀后的受荷损伤模型。结果表明:早期扰动会导致混凝土的峰值应力和弹性模量降低,在初凝至终凝中间时刻受扰混凝土的峰值应力和弹性模量降低幅度最大,分别降低了36.1%和34.5%;损伤演化方程和本构方程的拟合结果与试验值的相关系数均在0.98以上;与未受扰混凝土相比,受扰侵蚀混凝土受荷初期压密阶段更长,在初凝至终凝中间时刻受扰的混凝土在相对应力达到70%之前几乎都处于初始压密阶段。     

红层泥质岩循环干湿风化下变形特性试验研究

泥质岩土石料填筑体因风化引起的工后变形沉降破坏,已成为道路等土建设施成败的关键。基于此,对泥质岩烘干与浸水循环条件下,侧向自由与侧向约束下的膨胀与收缩变形特征进行试验研究,研究结果表明:通过无侧限状态下,自然风干的试样与加热带加速风干的试样变形特征对比可知,加热带加速风干过程不影响试样干湿过程中整体的体积变形趋势,同样可以体现泥质岩试样在自然状态下循环干湿的变化特征;通过加热带风干条件下,无侧限和有侧限约束下的试样对比可知,约束条件不影响试样过程中整体的体积变形趋势;泥质岩在循环干湿风化过程的单次浸水和单次风干过程的体积变形特征与岩石受荷蠕变特征相似,并提出类Kelvin膨胀及收缩模型,与试验数据拟合效果良好;自然风干泥质岩试样在循环干湿风化过程中随干湿次数的增加,体积变形量逐渐增大,循环干湿过程中试样变形稳定所需时间主要取决于试样内部裂隙的扩展情况。     

贯通与半贯通红砂岩试样圆孔胀裂特征研究

胀裂破岩是常见的破碎岩石手段,为研究单孔岩样的胀裂效果,制作了4种不同边距的贯通、半贯通圆孔红砂岩试样。借助自制的胀裂装置,在刚性伺服机上进行单轴加载,分析不同加载速率、钻孔边距和钻孔深度下圆孔周边的裂纹扩展形式,研究不同边距下试样的破坏特征。研究发现：当边距为40 mm时,半贯通试样破坏所需的时间超过贯通试样。达到峰值荷载时,大部分半贯通试样的胀裂只在一侧产生裂纹,小部分出现2条不规则的裂纹,大部分裂纹只延伸一定长度而未贯穿至试样底部。随着边距增加,贯通试样在2种加载速率下破坏时间的差值逐步扩大,0.4 mm/min速率下试样的胀裂时长快速增加,破岩速率大幅降低,而0.8 mm/min速率下试样破坏时发生的位移更小。分析试样的局部应变发现,2种加载速率下试样的局部应变变化规律差异并不明显。研究结果表明：相比半贯通试样,贯通试样更容易发生变形,胀裂产生的裂纹水平对称;在边距和孔深一定的情况下,2种加载速率对试样的胀裂破坏差异较小。研究结果可为钻孔胀裂法破碎岩石提供参考。