不同应变速率下裂隙砂岩强度特性及贯通破坏模式研究

施工开挖速度及工作面推进速率会对周围岩体的变形破坏行为产生极大的影响。为研究不同应变速率下裂隙砂岩强度特性及贯通破坏模式,利用伺服压力机对其进行单轴压缩,分析了裂隙砂岩力学特性、贯通破坏模式等随应变速率的变化规律,并从能量演化角度阐释了不同应变速率下裂隙砂岩的力学行为。结果表明:(1)裂隙砂岩试样峰值强度会随应变速率的增加,呈增大趋势且增幅逐渐变大,与完整砂岩相比,其应力—应变曲线呈现较大应力波动;(2)裂隙砂岩贯通模式主要以拉剪贯通为主,且随着应变速率增大,试样三裂隙区域破坏程度更大,剪贯通模式越为显著;(3)随着应变速率的增加,总能量、弹性能及耗散能均随应力的增大而增大,且应变速率越大,储存的弹性能所占输入总能量的比例越大,而耗散能所占比例越小。     

冻结裂隙砂岩的力学特性研究

为得出围压、裂隙倾角、冻结温度等因素对砂岩力学性能的影响规律,采用三轴压缩试验方法和理论分析方法,研究了不同围压下,无裂隙0°,15°,30°和45°倾角裂隙砂岩在-5℃,-10℃和-15℃冻结时的强度、内摩擦角和粘聚力变化特征。结果表明:无裂隙和有裂隙砂岩的强度,随冻结温度的降低而非线性增强,随围压的降低而近线性降低,随裂隙倾角的增大而减小;粘聚力随冻结温度的升高而减小,内摩擦角和粘聚力均有随裂隙倾角的增加而先减小后增大的变化趋势;无裂隙,0°,15°倾角裂隙砂岩的内摩擦角均随冻结温度的升高而减小,30°倾角裂隙砂岩的内摩擦角随冻结温度的降低先增大后减小,45°倾角裂隙砂岩的内摩擦角则随冻结温度的降低先减小后增大。     

双孔洞倾角对红砂岩抗拉强度及破坏特征影响的试验研究

为了研究双孔洞倾角对红砂岩抗拉强度及破坏特征的影响,对含不同双孔洞倾角的红砂岩进行单轴抗拉试验,通过高速摄像机记录其破坏过程,并结合ANSYS数值模拟软件分析其破坏过程中应变场演化规律。进一步探究双孔洞倾角对红砂岩抗拉强度及破坏特征的影响。结果表明:随双孔洞倾角的增大,(1)红砂岩的抗拉强度呈现先降低后升高再降低的变化趋势;(2)试样破坏模式由裂纹贯穿单孔洞破坏向裂纹沿着单孔洞边缘贯穿破坏再向裂纹贯穿双孔洞破坏;(3)应变集中区逐渐将双孔洞与试样边缘连通,且最大应变表现出与抗拉强度相同的变化规律。     

山区道路边坡碎裂砂岩不同含水状态下强度劣化机理试验研究

本文针对山区道路路基碎裂岩边坡稳定性问题,为研究坡体碎裂岩饱水后强度劣化特性,依托某城市道路工程K2+260～K2+360路基右侧高边坡工程,采用超声波回弹综合法进行碎裂砂岩现场选样,应用电液三轴伺服试验系统,分别开展碎裂砂岩岩样在自然状态及吸水饱和状态下的变形及力学特性试验研究。试验结果表明:岩样饱水后的单轴抗压强度和弹性模量分别下降了31.12%和28.98%,说明其属水敏性岩石;岩样应力-应变全过程曲线均出现多个峰值点及多次应力下降,曲线产生突跳,说明岩样节理裂隙发育导致结构不均匀。开挖卸荷过程中如果防护不及时,坡体内应力可能会沿某个软弱面集中形成优势面,从而导致坡体失稳。     

渗流作用下软硬互层砂岩边坡稳定性研究

文章利用Midas GTS有限元岩土分析软件,建立了软硬互层砂岩边坡模型,模拟开挖边坡内部土体的变化特征,并把渗流引入计算中,分析渗流作用下边坡的稳定性及影响因素。研究表明:互层边坡滑动特征为土体滑动,切割砂岩形成破坏;渗流对边坡影响显著,但是边坡稳定性对入渗边界和入渗水头压力不敏感;土层厚度对边坡稳定性影响显著。     

路基应用场景下尾矿土的力学特性试验研究

尾矿土的大量积存是目前亟待处理的重要问题,而将其作为填料用于路基修筑已在实际工程中被证明是合理有效的解决途径。为揭示路基应用场景下尾矿土的力学特性,文章开展了考虑湿度与围压变化的不固结不排水三轴剪切试验。结果表明：不同湿度与应力状态下尾矿土应力应变曲线均为硬化或稳定型,且Konder双曲线模型可准确描述尾矿土的变形行为;尾矿土的弹性模量与峰值破坏强度表现出明显的湿度敏感性与应力依赖性,具体表现为含水率的升高与围压的降低均导致弹性模量与峰值破坏强度发生衰减。此外,随着湿度水平逐渐增大,尾矿土的粘聚力与内摩擦角有所降低。研究所得可为路基工程中尾矿土的资源化利用提供理论依据与技术指导。     

基于改进动力强度折减法的隧道地震破坏机理探讨

文章分析了影响隧道在地震作用下破坏的因素,研究了不同围岩级别、不同跨度、不同结构形式和不同埋深等条件下隧道结构在地震中的破坏机理,分别针对各个影响因素进行了对比分析;通过静动力转换边界将静力场施加到动力计算中作为初始应力条件,对动力强度折减法进行了改进,通过计算应用证明了其可行性;使用改进的动力强度折减法对深、浅埋隧道在地震作用下的破坏机理进行了计算分析。结果表明,不同埋深隧道在地震中的破坏过程不同,浅埋隧道是从隧道上方两侧开始破坏的,逐渐形成贯通到地面的破裂面;深埋隧道最先在4个边角的应力集中处出现塑性应变,顶部和底部的塑性应变较小,随后从两侧开始逐渐形成贯通的塑性应变区,直至破坏。     

高速公路边坡支护工程优化设计研究

文章结合某高速公路边坡工程实例,通过大型剪切试验获取结构面参数,分析了公路边坡支护优化设计方案.通过现场大型剪切试验结果可知,饱和条件下各试样的抗剪强度参数均有所下降,相同试验条件下试样的残余抗剪强度参数均低于峰值抗剪强度参数,针对已经产生滑动破坏的边坡支护设计时宜采用残余抗剪强度参数.使用现场实测参数优化后,可节约边...     

基于武当群片岩各向异性试验的隧道围岩变形机理分析

针对通省隧道拱顶出现纵向裂缝、拱肩钢拱架被剪断等变形破坏问题,文章考虑武当群片岩各向异性特点,基于波速试验、单轴压缩与三轴压缩试验,结合围岩变形特征调查与数值模拟试验,分析了武当群片岩试样应力-应变曲线特征与破坏形态特征,建立了弹性模量、泊松比、抗压强度随片理倾角从0°~45°~90°变化时的对应关系,提出了隧道围岩破坏模式,总结了隧道围岩变形机理。研究结果表明:武当群片岩各向异性在隧道围岩变形破坏过程中起到了控制性作用;非对称模式为隧道围岩主要破坏模式;当隧道围岩最大剪应力与片理空间关系不利时,围岩沿片理面发生剪切破坏。研究结果对武当群片岩区域在建或拟建地下工程的现场设计、施工开挖具有重要的指导意义。     

深埋隧洞围岩应力分布与破坏机理

深埋隧洞围岩高应力破坏机理是研究深埋岩体力学特性和深埋地下工程实践中被关注的一个重要认识问题,深埋条件下围岩应力和围岩强度之间的矛盾更加复杂和典型,也成为认识问题的基本出发点。文章介绍了深埋隧洞开挖时不同部位围岩应力的变化路径;通过对比锦屏辅助洞出现的围岩破坏现象,分别论述了导致边墙松弛型破坏、应力集中部位的片帮破坏和岩爆破坏的围岩应力变化特征,在一定程度上解释了这些破坏的内在机理;并通过采用数值方法再现脆性围岩V型破坏形式,分析探讨了脆性围岩高应力破坏的局部化问题;指出了深埋岩石力学研究中的几个重要环节,如岩体力学特征的尺寸效应和应力路径效应等对准确认识深埋隧洞高应力破坏内在机理的重要意义。     

季冻区隧道砂岩三轴压缩力学特性及损伤本构模型研究

为研究季冻区围岩强度及变形规律,文章以辽宁地区公路隧道为工程背景,采用MTS815.02三轴试验系统对经历不同冻融循环次数后的砂岩试样进行三轴压缩试验,研究岩石力学参数随冻融循环次数的变化规律,并基于Weibull分布函数和D-P屈服准则建立考虑冻融作用的岩石统计损伤本构模型,结合试验数据对模型进行验证,结果表明:砂岩的力学特性受冻融影响显著,峰值强度、弹性模量随冻融循环次数增加呈指数递减,泊松比随冻融循环次数增加呈指数递增,峰值强度、弹性模量随围压的增大而逐渐增大,泊松比随围压的增大而逐渐减小;基于Weibull分布建立的考虑冻融作用的统计损伤本构模型与试验结果吻合度良好,验证了该模型的准确性与合理性;Weibull分布参数F_0、m均随冻融循环次数的增加而逐渐减小,且二者的改变均对模型理论曲线产生显著影响。     

干湿循环含低应力条件下百色膨胀土抗剪强度试验研究

浅层坍滑是膨胀土边坡在大气干湿循环作用下必然发生的地质灾害,常给膨胀土地区工程建设带来极大困扰。为探究特定边界条件下膨胀土的真实强度,文章开展了干湿循环含低应力条件下百色膨胀土常规饱和慢剪试验,对比分析了摩尔库伦直线、双直线、广义幂函数法拟合所得抗剪强度参数及低应力段三法拟合值与实测值的差异,得到随循环次数增加,三法拟合所得抗剪强度参数均呈大幅衰减,且衰减主要体现在粘聚力(或纵轴交点值)的大幅降低上,内摩擦角虽有减小,但降幅不大;低应力段抗剪强度实测值与摩尔库伦直线法拟合值差异大,而双直线、广义幂函数法差异小,表明低应力下膨胀土强度包线具有明显非线性特征,验证了已有研究成果的合理性。     

地铁荷载作用下水泥土应变监测模型试验研究

在软粘土地区修建地铁等工程中,采用水泥土加固法可有效提高地基强度,减小地基沉降,因而其得到了广泛应用。在施工过程中,由于扰动影响使得复合土体存在初始固结度,在循环荷载作用下其应变发展规律会存在一定差异,进而影响其长期变形。文章通过室内GDS动三轴试验对水泥土进行了动力测试,分析了水泥掺入比和初始固结度对其应变发展的影响。综合已有研究和试验结果,建立了考虑掺入比和初始固结度的应变发展模型。试验结果表明:初始固结度低的试样,应变发展速率越快;当初始固结度较低时,掺入比小的水泥土应变发展速率较快;水泥土应变发展呈非破坏型,不同固结度下水泥土的动应变与循环次数的对数lg N之间近似呈线性关系。     

沥青混凝土公路界面裂隙研究

为了减少沥青公路界面裂隙发育对路面的整体破坏,文章利用断裂力学理论结合二维ANSYS有限元模型,对沥青混凝土公路界面裂隙进行研究,结果表明:车轮荷载下裂隙表现出张拉型与剪切型同时作用的复合型扩展模式;沥青路面裂纹初始长度越大,其应力强度因子初始值越大,而其扩展相同距离的疲劳扩展寿命变得越来越小。     

隧道楔形掏槽爆破试验研究

在现场调研和理论分析的基础上,通过楔形掏槽爆破试验,研究分析了岩石强度和掏槽孔倾角与炮孔利用率、槽腔深度和槽腔体积的关系.试验结果表明,掏槽孔倾角变化会严重影响炮孔利用率、槽腔深度和槽腔体积,尤其是倾角不对称时影响最为严重;不同强度的试块存掏槽爆破时对应有最佳的掏槽孔倾角.     

循环冲击下灰岩动态破坏的围压效应

为优化地下工程巷道围岩掘进爆破参数和控制爆破对围岩的扰动，亟需掌握围岩的动态力学特性和破坏、能耗等特征，借助分离式霍普金森压杆（SHPB）开展灰岩在三维动静组合循环冲击下的试验研究，分析一定轴压、不同围压和循环冲击耦合作用对灰岩峰值应力、动态抗压强度、破坏特征以及能量吸收率等的影响。结果表明：当轴压一定时，灰岩在相同冲击次数下的峰值应力和动态抗压强度随围压的增大先增大后降低，破坏程度随围压的增大先减轻后加剧，说明适当地增大围压会提高灰岩的抗冲击性能，但这种提高并不是无限的，围压过高会使灰岩的内部损伤劣化，进而降低其抗冲击性能；灰岩的能量吸收率随冲击次数呈多项式关系，其吸收的冲击入射能随着围压的增大先降低后升高，适当的围压会降低灰岩的吸收能，但过大的围压会使灰岩试样吸收能明显升高。因此，地下工程在爆破开挖前，可根据围岩应力检测判断围岩受力状态，进而预判不同单响药量下的破岩效果，为调整和优化爆破参数以及控制爆破对围岩造成的损伤和扰动提供理论支撑。     

路基水毁特征及边坡稳定性有限元分析

路基水毁是高速公路破坏的主要形式,对公路运输造成了严重影响。受季节因素的影响,高速公路建筑结构的水稳定性能不断变化。高速公路中存在较多的沿河路段,这些路段的边坡受到洪水的冲刷后,会出现失稳破坏的情况。基于国内外研究现状,从路基水毁特征和水毁类型出发,建立了边坡的有限元分析模型。研究发现,高速公路的边坡失稳主要出现在沟谷沿河路段,以及跨河大桥的桥头处。随后利用ANSYS软件对边坡稳定性进行分析,并讨论了洪水冲击下的边坡稳定性变化。     

三轴压缩条件下千枚岩力学及扩容特征分析

岩石在变形破坏中具有扩容特征.文章以千枚岩为研究对象,通过室内岩石常规三轴压缩试验,揭示了节理夹角为5°～45°影响下小角度节理千枚岩的强度与扩容特征.结果表明:(1)岩石的特征点应力随围压的增大而增大,其扩容特征随之减弱;(2)岩石的峰值应力随节理面与最大主应力夹角的增大而减小;在节理夹角为5°～45°范围内,闭合应...     

不同风化条件下高速公路边坡风化岩土体力学性质研究

文章通过室内对不同风化程度下的风化岩体开展三轴压缩力学试验,研究风化条件对高速公路边坡风化岩体的力学性质的影响。研究发现：(1)红壤中不仅存在细小土粒,还存在粒径较大颗粒物;而砂层和碎屑层的极大点对应粒径则分别为30 μm和60 μm处;(2)围压不仅能够有效提升风化红土的承载能力,也能够增强其变形能力,围压每增大50 kPa,抗压强度平均增大67.91 kPa,轴向应变增加1.73%;(3)不同风化程度土的三轴抗压强度分别为168.32 kPa、198.33 kPa和278.09 kPa,峰值点轴向应变分别为3.15%、2.72%和2.46%;(4)岩体的风化程度越高,横向鼓胀变形越明显,岩体表现出的延性变形特征越明显。     

含腐殖质夹层沥青路面在交通荷载作用下力学响应分析

为了分析含有腐殖质夹层沥青路面力学响应,采用有限元数值模拟的方法,探讨了不同交通荷载作用下腐殖质夹层距路表深度对路表弯沉、面层层底拉应力、面层拉应变、基层层底拉应力及底基层层底拉应力的影响规律,并与正常沥青路面的力学响应进行对比。研究结果表明：随着腐殖质夹层离路表越深,路表弯沉值及底基层层底拉应力逐渐减小,面层层底拉应力、面层拉应变及基层层底拉应力逐渐增大;路床范围内含有腐殖质对路面力学响应的影响大于路床范围外。研究成果可用于指导原地面存在腐殖质夹层的沥青路面施工设计。