围压对横观各向同性砂岩弹性参数的影响

通过层理面角度为0°、45°和90°的长方体砂岩试样的单轴和三轴试验,直接测量了不同围压下砂岩的5个独立的横观各向同性弹性参数:弹性模量E,E′;泊松比ν,ν′;剪切模量G′。测得了前人难以测量的不同围压下的ν和G′值,得到了横观各向同性弹性参数与围压之间的函数关系,并揭示了弹性参数随围压变化的力学机制。试验结果表明,随着围压增大,弹性模量增大,泊松比减小,剪切模量增大。当围压超过30 MPa时,2个垂直方向的弹性模量、泊松比和剪切模量分别趋于相同值,表现为各向同性。由此可以推断:该砂岩的横观各向同性由内部微裂纹在平行于和垂直于层理面方向分布不均引起,围压升高造成裂纹闭合,最终导致各向异性消失。岩石的裂纹闭合效应可以用裂纹密度来定量评价与描述。     

循环荷载下岩石变形参数和阻尼参数探讨

 对取自一拟建核电站地基的细砂岩,在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行低周循环荷载试验,研究循环荷载下细砂岩的纵横向变形特征,探讨循环荷载周次及动应力幅值对细砂岩动弹性模量、动泊松比、阻尼比和阻尼系数的影响,及与其相互关系。结果表明,相同应力下纵向应变高于横向应变;低幅值应力下,随循环荷载周次增加,纵向应变增量高于横向应变增量,但高幅值应力下则相反;横向应变滞回环的卸载阶段应力–应变曲线与纵向应变滞回环的加载段和卸载段均表现出向下突出的变化特征,但横向应变滞回环的加载段则相反;随动应力幅值增加,细砂岩动弹性模量和动泊松比分别呈抛物线递增和线性递增,阻尼比和阻尼系数均按幂函数律递减,由第16周次动应力滞回环得到的阻尼参数可表征测试岩石的阻尼特征;阻尼比和阻尼系数均随循环荷载周次增加线性递增,对应低幅值动应力下的增量大于高幅值动应力下的增量。     

循环荷载下湖相软土动力特性研究

以洞庭湖区沉积软土为对象进行循环振动三轴试验,研究不同动应力幅值、振动频率和围压下湖相软土的动力特性。结果表明:湖相软土轴向累积应变多呈稳定型增长,动应力幅值越大,累积应变越大,振动频率或围压越大,累积应变越小;动孔隙水压力随动应力幅值的增大而增大,受振动频率的影响较小,同时随围压的变化规律不统一,有待进一步研究;动应力幅值或振动频率越大,动弹性模量越小,围压越大,动弹性模量越大,且动弹性模量随振动次数的增加存在衰减现象,衰减规律亦受动应力幅值、振动频率和围压的影响。道路运营初期是软基沉降控制的关键阶段,为减小软基沉降,应特别重视对浅层软土的处理,并严格控制车载质量和车速。     

循环荷载作用下围压对砂岩滞回环演化规律的影响

 利用MTS815岩石力学试验系统对砂岩进行循环荷载作用下不同围压时的三轴压缩试验,研究循环荷载作用下围压对砂岩滞回环演化规律的影响。试验结果表明：(1) 可将滞回环分为加载段和卸载段分别进行二次拟合。在加载段,随着循环次数的增加,拟合参数A,B随围压的增大而增大,而拟合参数C随围压的增大而减小,拟合曲线的开口均逐渐增大并趋于稳定,且围压越大,其达到稳定的时间越短;在卸载段,随着循环次数的增加,拟合参数A随围压的增大而减小,拟合参数B,C随围压的增大呈现减小的趋势,拟合曲线的开口逐渐增大并趋于稳定,且围压越大,其拟合曲线的开口越大。(2) 随着围压的增加,砂岩的滞回环面积增大,这说明随着围压的增加,试件在每个循环中所耗散掉的能量也在增加,即裂纹扩展所需要的能量也会随着围压的增加而增加。(3) 分析试验参数和拟合曲线,得出轴向单位体积耗散能与循环次数的关系符合乘幂负指数关系,曲线的特征是随着循环次数的增加,轴向单位体积耗散能衰减很快,逐渐达到稳定。     

储层条件下致密砂岩动静态弹性力学参数实验研究

岩石动、静态弹性参数之间存在差异,开展储层条件下岩石动、静态弹性参数实验,确定动、静态弹性参数转换关系,对储层压裂改造有重要的实际意义。利用NER公司的Auto Lab 1500对苏里格气田致密砂岩进行模拟储层条件(包括地层温度、压力)下的岩石力学性质测试。结果表明:(1)同一批岩样,相同测量条件下测量得到的动态杨氏模量大于静态杨氏模量,且动态杨氏模量与静态杨氏模量有较好的线性关系,动态泊松比大于静态泊松比,但无明显相关性。(2)同一块岩芯,纵、横波速度随围压增大而增大,随温度升高而减小;动、静态杨氏模量随压力的增大而增大,动态杨氏模量随温度增大而减小,静态杨氏模量随温度升高而增大;动态泊松比随围压增大而减小,随温度升高略微减小,静态泊松比随围压增大而增大,随温度升高减小明显。对产生这种现象的机制进行分析,并确定在不同温度、压力条件下动、静态弹性参数之间的转换关系,为苏里格地区致密砂岩储层地层条件下岩石力学性质的研究提供了基本参数,对制定油气层的压裂施工方案提供参考依据。     

黏土动、静弹性模量相关性试验研究

从实地黏性土的工程特性和动力特性试验入手,通过标准击实试验、抗压试验和波速测定等,并对7个样品的动、静态弹性参数进行测试、分析,研究不同含水率黏土样品的动、静态弹性参数试验和两者之间的转换关系,提出将含水率与密度的比值作为研究动、静态弹性参数的关系变量,建立该黏土的动、静态弹性模量和动、静态泊松比之间的转换关系。试验结果表明：（1）动、静态弹性模量和动、静态泊松比与含水率之间存在较好的三次曲线关系,动、静态弹性模量随含水率的升高而减小,动、静态泊松比随含水率的增加先增大后减小再增大,而动、静态弹性模量之比随含水率的升高而增大,动、静态泊松比之比随含水率的升高先减小后增大再减小（;2）动、静态弹性模量之比、动、静态泊松比之比与含水率密度之比之间也存在较好的三次曲线关系,动、静态弹性模量之比随含水率与密度的比值的增大而增大,动、静态泊松比之比随含水率与密度的比值的增大呈减小趋势;（3）动态弹性模量大于静态弹性模量,动态泊松比小于静态泊松比;（4）含水率与密度的比值作为研究动、静态弹性参数的关系变量,具有高的拟合精度;（5）动、静态泊松比随含水率的变化较弹性模量随含水率的变化小,动静泊松比之比随含水率与密度的比值的变化也较动、静态弹性模量随含水率与密度比值的变化小。该项研究为黏土动弹性模量在工程实际中的应用提供了试验依据,且为黏土的动、静弹性模量关系研究提供新的研究方法。     

超声波法测定冻土动弹性力学参数试验研究

运用UVM -2型声速测定仪 ,测定了不同含水率的冻结砂土、冻结黄土和冻结黏土在不同温度下的超声波波速 (纵波波速和横波波速 ) ;根据弹性理论 ,利用所测得的超声波波速 ,计算了被测冻土试样的动弹性力学参数 (动弹性模量E、动剪切模量G和泊松比 μ)。计算结果表明 :冻土的动弹性模量和动剪切模量随着温度的降低而增加 ,它们之间的规律可用一个统一的方程来描述 ;冻土的动泊松比随着温度的降低而减小 ;在低含水率范围内的冻结黄土 ,其动弹性模量和动剪切模量随含水率的增加而增加 ,在高含水率范围内的冻结黏土 ,它们则随含水率的增加而减少 ;冻土的动泊松比随含水率的增加而增加。     

波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变εd随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。     

三维静载与循环冲击组合作用下砂岩动态力学特性研究

 利用动静组合加载试验装置,对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验,研究砂岩抵抗循环冲击载荷能力的变化特性,并重点讨论围压和轴压对砂岩动态疲劳力学特性的影响。围压分别设置为4,8,10和12 MPa四个系列,轴向静载荷分别设置为49,84,105和125 MPa四个系列,入射杆上的入射波大小相等,入射能大小为230 J。结果表明,相同围压下,总循环冲击次数随轴压的增大而减小;相同轴压下,随围压的增加,岩石承受的总循环冲击次数增加。随循环冲击次数的增加,岩石动态峰值应力、加载段的变形模量和弹性应变逐渐减小,动态峰值应变和残余应变逐渐增加。动态峰值应力和平均应变率具有良好的负线性关系;相同围压情况下,随轴压的递增,动态峰值应力和平均应变率拟合直线斜率的绝对值越来越大;相同轴压情况下,随着围压的增加,拟合直线斜率的绝对值越来越小。三维静应力情况下,减小轴压或增加围压有利于提高岩石抵抗外部循环冲击的能力。     

卸荷损伤对节理岩体变形特性影响研究

节理岩体在加载与卸荷条件下,力学特性显著不同,现阶段对于节理岩体卸荷条件下的损伤特性研究较少,且未考虑不同卸荷程度对节理岩体力学特性的影响,基于此,本文开展含不同倾角预制节理岩体在不同程度卸荷损伤后重复加载试验,综合分析卸荷程度、节理倾角及围压对岩体变形特性的影响规律。研究结果表明:(1)岩样的峰值强度随着卸荷量的增加有不同程度的降低,卸荷程度较低时,对岩样极限强度影响较小,随着卸荷量逐渐增大,岩样极限强度降低程度增大。(2)围压较低时,岩样脆性跌落特征明显,随着围压的增高,岩样破坏后达到残余强度的变形开始增加,不同卸荷量造成的差异开始逐渐减小。(3)节理及卸荷量对岩样泊松比均有较大影响,节理岩样泊松比大于完整岩样,节理倾角为45°时,岩样泊松比最大;岩样泊松比随卸荷程度增加而增大,卸荷程度越高,泊松比增大速度越快。(4)节理岩体弹性模量与加载围压的大小、节理倾角以及卸荷损伤程度均有关系。随着围压的升高,岩样弹性模量逐渐增大,其增长速度随围压增大而逐渐降低;卸荷程度越高,岩样弹性模量降低程度越大,对于含不同倾角节理的岩体,影响程度又不一样,其中含45°,60°倾角节理所受影响最大。     

双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼变化规律试验研究

 通过GDS双向动三轴系统对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土的动模量与阻尼变化规律进行研究。结果表明：随着径向循环应力增加,孔压比增加,双向激振对孔压的影响仅限于对初始孔压的提高,且初始孔压提高的幅度近似与径向循环应力相等;双向激振对门槛循环应力比的影响不明显;径向循环应力对动模量与阻尼的变化规律有显著的影响,在动应变一定的情况下,随着径向循环应力比的增加,动模量降低,阻尼比增加。随着径向循环应力的增加,小应变弹性模量随之减小,且近似与径向循环应力比成线性关系,据此实现了Hardin公式的修正,建立了双向激振下小应变弹性模量经验模型。径向循环应力及围压对 及 关系曲线影响不明显,通过对双曲线型模型修正,建立双向激振下饱和软黏土动模量与阻尼随动应变变化的经验模型。     

应变控制下舟山岱山海相软土动弹性模量及阻尼比试验研究

 为探究舟山岱山海域海底岩土地质层动力学特性,借助GDS动三轴系统对应变控制循环荷载作用下舟山原状海相软土动弹性模量和阻尼比变化规律进行研究。得到舟山岱山海相软土动应力、动应变、动孔压时程曲线以及应力–应变关系曲线,讨论各围压下动弹性模量和阻尼比随动应变幅值的变化趋势。结果表明：舟山岱山海相软土的应力–应变关系曲线为不完全封闭的滞回圈;循环加载过程中土样发生应变软化;同级加载下动弹性模量和阻尼比数据点围绕某恒值作小幅波动,故可采用代表该恒值的均值来表征该级加载下的动弹性模量和阻尼比,由此所得的各围压下动弹性模量–动应变幅值、阻尼比–动应变幅值关系曲线呈收敛趋势;由修正Hardin-Drnevich (H-D)模型建立的应变控制下舟山岱山海相软土动弹模及阻尼比归一化模型可揭示深海环境中海相土受围压影响的动力学机制。将共振柱试验结果与动三轴研究作比较,得到结论：两类试验成果可以互为补充,前者可揭示海相土的弹性特征,后者可反映海相土弹塑性阶段的动力学特性;舟山岱山海相软土在两类试验中均对围压敏感。     

广吸力范围内非饱和粉土动力变形特性

以非饱和粉土为研究对象,利用饱和盐溶液蒸汽平衡法和吸力可控的动三轴仪进行动力变形试验,得到了广吸力范围内非饱和粉土试样在净围压和吸力基本不变条件下的骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,研究了吸力对非饱和粉土动力变形特性的影响。结果表明,在同一净围压下,非饱和粉土试样的骨架曲线和动弹性模量随着吸力增大而提高,而阻尼比随着吸力增大而减小。此外,随着试样的水力状态从边界效应区到过渡区再到残余区的变化,非饱和粉土试样的骨架曲线和动弹性模量的提高幅度逐渐减小,而阻尼比减小的趋势显著,动弹性模量随应变的衰减率随着吸力的增大而减小。     

黄土和泥岩的动力学特性及微观损伤效应

 为了系统研究天水地区黄土和泥岩的动力学特性和微细观损伤机制,采用循环荷载试验、反复剪试验和SEM电镜扫描技术,获取岩土体的动力学行为特征和微观参量。研究结果表明：黄土和泥岩的动弹性模量随围压的增加逐渐增大,呈非线性关系,而动弹性模量与阻尼比呈反比关系;动剪应力比大于某阈值时,岩土体在相应周期动应力下发生破坏;地震强度以及岩土体自身材料对其动力学强度影响较大;反复剪切次数增加,岩土体的抗剪强度降低,最终达到残余强度,但随围压的增大,岩土体咬合程度增强,抗剪强度增加;静力剪切使土颗粒变细,属颗粒剪切磨碎模式,土颗粒排列更平整,定向性好,颗粒间孔隙变密实;循环动荷载作用下,随着剪切幅值的增加,颗粒剪切磨碎,排列更平整,孔隙明显减少,剪切面表现为“板结”。泥岩微观孔隙的定量化分析与定性研究一致性较好。研究结果对黄土高原地区工程灾害的预测和控制具重要的理论意义和实用价值。     

冻融循环对不同塑性指数路基土动力特性影响

取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,在最佳含水率下制成压实度大于95%的试件,在经历不同次数完整冻融循环过程后,进行不同围压下的动三轴试验。试验结果表明：在加载初期,土的动模量（包含动弹性模量和动剪切模量）随着循环次数的增加呈下降趋势,随着动荷载次数的继续增加,动模量渐趋稳定。取荷载作用5000～6000次的动模量的平均值作为土在此状态下的稳定值,得出规律如下：季冻区压实路基土动模量随围压的增加而增大,随冻融循环次数的增加而减小,随塑性指数的增加而增加；阻尼比随冻融循环次数、围压及塑性指数均无明显规律可循。通过数据分析得到动模量与围压、塑性指数和冻融循环次数的关系式,对于季冻区缺乏动模量数据的路基土,可依此公式进行冻融循环后的动模量推算,进而为季冻区的路基设计提供参考。     

高速铁路路基粗粒土B组填料大型动三轴试验研究

为研究高速铁路路基粗粒土B组填料的动弹性模量与阻尼特性,进行了大型动三轴试验。结果表明:动应变是影响粗粒土B组填料动弹性模量和阻尼比最主要的因素。随着动应变增大,动弹性模量呈幂指数减小、阻尼比呈S型曲线增加。随着固结围压或加载频率的增加,动弹性模量和阻尼比均增大。随着振动次数的增加,动弹性模量呈减小的趋势,应力水平越低衰减幅度越小。根据试验结果,建立了考虑围压、频率影响的动弹性模量及阻尼比关于动应变的关系模型,为高速铁路路基粗粒土B组填料的动力参数取值提供参考。     

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。     

青藏铁路冻结粉质粘土动静三轴试验对比

直接针对采自青藏铁路工程中的粉质粘土,根据低温动、静三轴试验结果,进行了冻土的动强度与静强度对比研究。研究表明,冻土的静强度和动强度均随负温降低而增大、随含水率增加而减小,相应的静粘聚力、静内摩擦角和动粘聚力、动内摩擦角随负温及含水率的变化规律也如此;冻土的动强度随围压上升而增大;冻土的静力变形明显存在弹性、塑性两个不同性质的变形发展区,冻土的静强度在塑性变形区随围压上升有增大的趋势,但在弹性变形区这一变化规律不明显,并且在塑性变形区冻土静强度增长缓慢且发生一定的塑性流动;冻土的动内摩擦角随振次增大显著减小,而动粘聚力随振次变化较小。