不同加载速率下花岗岩和砂岩声发射特征研究

通过单轴压缩试验,研究了花岗岩和砂岩在不同加载速度（0.05、0.10、0.15 mm/min）时的应力发展规律、强度变化特征以及声发射时空变化特征。结果表明：随加载速度的提高,花岗岩和砂岩的应力-时间曲线发展特征均明显发生改变,从0.05 mm/min增加到0.10 mm/min时,岩石应力变化幅度较大。花岗岩的单轴抗压强度随着加载速度的提升先是快速增大后基本不变;砂岩的单轴抗压强度是随着加载速度的提升逐渐减小的。花岗岩的振铃计数随着加载速度的提高总体上是减小的,而砂岩的振铃计数随加载速度的提高是在减小的。累计振铃计数特征表现为花岗岩随加载速度是先增加后减小,砂岩是逐渐增大的,并且在0.15 mm/min时砂岩的累计振铃计数大于花岗岩。累计能量是随着加载速度提高而减小,砂岩的累计能量大于花岗岩。花岗岩的声发射事件数水平是随着加载速度提高在破坏前先减小,破坏时变化较小,频度在全过程是逐渐减小;砂岩的声发射事件数水平在破坏前是逐渐增大,破坏时则变化不大,频度在全过程是逐渐减小。     

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。     

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。     

砂岩损伤演化声发射特征分析

通过砂岩的损伤声发射试验,分析了砂岩损伤各个过程的声发射特性,发现在岩石损伤的各个过程中,其声发射表现出不同特性,特别是岩石在破坏之前,声发射会有一个稳定期,这对利用声发射监测岩石的破坏具有现实意义。     

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(1000 mm×600 mm×400 ...     

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...     

钢纤维混凝土疲劳及AE特性试验研究

通过对粗骨料混凝土试件施加周期循环荷载前后的两次静载强度试验和声发射检测,得到试件两次静载强度试验的应力—应变全过程曲线和声发射信号,分析其变形、破坏以及声发射特征,得出试件的强度、变形及声发射特征的变化规律。     

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。     

高分子材料固化盐渍土的三轴压缩试验研究

以南通地区氯盐渍土为研究对象，利用自主研制的丙烯酸酯共聚乳液(ZM)对其进行固化，研究了不同掺量、不同围压下固化盐渍土的不排水剪切特性、孔隙水压力变化特性和有效应力路径变化情况，以及排水剪切特性和体积应变变化规律，总结了固化盐渍土临界状态下的强度特性。研究结果表明：CU试验时，终值偏应力随着ZM掺量及围压的增大而逐渐增大，孔隙水压力由“负值”转变为“正值”,且ZM固化盐渍土的孔隙水压力明显小于素盐渍土；CD试验时，固化盐渍土终值偏应力也表现出随着围压的增加而增大的规律，固化盐渍土在低围压时先剪缩后剪胀，而在高围压时则完全表现为剪缩特性；ZM固化盐渍土与素盐渍土的临界状态线斜率一致，仅发生平行左移，反映出ZM固化盐渍土工程特性的改善主要体现在黏聚力上。     

对两种材料加筋土的三轴试验研究

通过两种加筋土样的三轴试验，对不同围压、不同加筋层数土样的应力一应变曲线、强度特性进行了研究。结果表明，土体破坏时能承受的应力随围压和加筋层数的增多而增大。极限抗拉强度较大、延伸率较小的筋材能使加筋土体的应力一应变曲线由应变软化型变为应变硬化型。加筋土样的两个抗剪强度指标都随加筋层数的增多而增大，但不同的加筋材料对不同土类的粘聚力和内摩擦角的贡献不同。     

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。     

旁侧基坑开挖偏心卸载下盾构隧道横断面受力变形研究

为了研究基坑开挖导致旁侧既有盾构隧道产生偏心卸载而带来的不利影响,采用MIDAS/GTS NX软件建立精细化的三环盾构管片模型。基于修正惯用法计算的盾构衬砌环初始围压和Mindlin公式计算得到的基坑开挖卸载产生的附加围压,通过将总围压施加在盾构管片模型上,模拟计算得到盾构衬砌的横向变形和内力;采用椭圆度作为评价隧道安全状况的指标,研究基坑开挖偏心卸载对盾构隧道的影响规律。结果表明： 在基坑开挖偏心卸载过程中,衬砌结构会产生斜向“压扁”的效果,呈现“斜椭圆”变形;由于应力集中的原因,在管片与管片的接缝处应力较大,混凝土应力最大值处在邻接块与标准块之间;混凝土和螺栓的最大应力值会随着椭圆度的增大而增大;随着基坑围护结构位移增大,基坑侧壁应力释放系数β值逐渐增大,隧道的水平位移值也随之增大;在基坑开挖过程中要严格控制围护结构的位移量,以保证盾构隧道安全。     

细粒类路基土动态回弹模量试验与本构关系模型

选用砂土、粉土和黏土三种具有代表性的路基土，对不同含水率和压实度下的路基土进行动态回弹模量试验。结果表明：动态回弹模量随围压的增大而增大，随偏应力的增加而减小，受围压的影响更为显著；随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大，受含水率的影响更为显著。采用美国路面结构力学——经验法设计指南所推荐的模型形式为基础，选用塑性指数、CBR、含水率、压实度、偏应力和围压等作为考虑因素，建立了具有较高精度和适用性的路基土动态回弹模量预估模型，可为沥青路面结构设计及路面结构的非线性分析提供参考。     

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。     

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。     

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。     

剪切速率对心墙料应力-应变-强度特性影响

以两河口砾石土心墙料为对象,开展剪切速率对其力学性状影响的三轴固结排水试验研究,分析不同速率下应力-应变-强度特性的变化规律,并建立了强度参数随剪切速率变化的力学模型。发现砾石土在小围压下极易发生应变软化现象;对于同一围压不同剪切速率下,剪切强度随剪切速率的增大而增大;随着剪切速率的不断增大,强度参数有逐渐增大的趋势,最终趋于稳定。     

液压与气液复合加载洞室岩爆模型对比试验

为了探讨液压与气液复合加载条件下地下洞室岩爆现象的差异,选择具有明显脆弹性的石膏模型材料,制作了大尺寸模型试件,利用自主研发的气液复合型岩爆模型试验装置开展液压与气液复合加载洞室岩爆物理模型试验,模拟深部地下洞室开挖过程中的岩爆现象。采用应力应变测试、声发射监测及影像获取等方法,对试件加载过程中洞室的宏观破坏现象、洞室周边内部变形规律、声发射特征参数及裂纹的扩展进行分析。试验结果表明:洞室边墙和拱肩部位产生较大的应力集中区,洞室岩爆破坏顺序是先边墙,后拱肩方向,边墙和拱肩部位在极短的时间内出现裂纹及扩展,形成较大范围的层裂、剥落及弹射碎片,并伴随较大的声响;在相同的加载应力路径下,气液复合加载较液压加载破坏区范围更大,在本试验气液复合加载条件下,边墙破坏区范围大致为0.6b(b为洞室宽度);岩爆的发生及烈度与加载方法和破坏时能量的释放速率密切相关,采用气液复合加载的模型试件,在对应破坏点处应变具有明显的梯度变化,应变值显著高于液压加载试件,同时,声发射能量较液压加载具有明显的突变,岩爆的宏观破坏过程及现象更为明显,破坏程度更为剧烈。气液复合加载的试验方法更为符合实际工程岩体破坏过程的实际受荷。     

基于不同初始静偏应力的结构性软黏土动力特性试验研究

以天津滨海新区结构性海积软土为研究对象,采用GCTS动静扭剪试验仪,基于正弦波与方波两种波形,在固结排水条件下施加不同初始静偏应力,通过考虑循环振次、应力幅值、振动频率以及围压等因素对土体结构的影响,研究结构性软黏土的动力特性。试验结果表明:初始静偏应力小于土体初始屈服应力时,施加静偏应力增加了土体固结度,提高了其结构强度,应变软化现象减弱,累积塑性应变曲线中屈服点对应的应力值大。初始静偏应力大于土体初始屈服应力时,土体初始结构破坏,出现严重的应变软化现象,累积塑性应变曲线迅速由稳定型转变为临界型,且在同条件下,方波应变值始终大于正弦波。孔压变化与初始静偏应力有关,随着静偏应力增大其孔压滞后现象严重。土体屈服应变随初始静偏应力增大而增加,静偏应力及振次相同时,方波作用下的土体屈服应变值小于正弦波。两种波形下,土体屈服应变随振次增加均呈减小趋势,且最终均会趋于一点,正弦波趋于相同数值下的振次远大于方波。土体动强度随应变标准提高而呈现增大趋势,应变标准为屈服应变值时,动强度曲线表现为先陡后缓,其他应变标准下动强度曲线较为平缓。两种波形下的动强度随振次增加而减小,最终均会趋于一点,且正弦波值大于方波。