斜长角闪岩累积损伤特性的围压效应研究

利用带围压装置的SHPB设备对不同围压等级下斜长角闪岩在冲击荷载循环作用下动态力学性能进行试验研究,通过对试验过程的能量计算和不同循环作用次数下试件应力-应变曲线的分析,研究斜长角闪岩在冲击荷载循环作用下的累积比能量吸收值与入射能量,损伤度与围压等参量之间的关系。研究结果表明,当入射波能量相同时,斜长角闪岩的比能量吸收值随围压的增加而减小,且斜长角闪岩的比能量吸收值与围压和入射波能量具有良好的规律性。当围压逐渐增大时,斜长角闪岩损伤度的增加随累积比能量吸收值增加的趋势变缓,即围压越高,试件达到相同损伤度所需耗散的能量越多。得到损伤度D与累积比能量吸收值和围压之间的关系表达式。     

不同冲击荷载作用下软黏土真三轴试验研究

采用SPAX-2000改进型静动真三轴测试系统,对典型的饱和软黏土试样(含水量50%~68%)进行了不同固结围压(100kPa、150kPa、200kPa)和不同冲击荷载频率(1Hz、5Hz、10Hz)下的三轴冲击试验和不排水剪切试验,研究了不同条件下软黏土的力学响应和强度特性。试验结果表明:冲击固结阶段,在相同围压、不同冲击荷载频率下,试样的偏应力峰值和轴向应变均随着荷载频率的增大而减小;在相同冲击荷载频率、不同围压下,偏应力峰值随着围压的增大而增大,轴向应变随着固结围压的增大而减小;根据测试数据,建立了适用于软黏土的变形模量增加率与冲击次数的经验关系,并给出了适用条件。     

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。     

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。     

主动围压下地下工程岩石的冲击压缩特性试验研究

 岩石等脆性材料的力学性能与其所受围压的大小密切相关。为了研究地下工程岩石在围压下的冲击压缩特性,采用具主动围压加载的分离式Hopkinson压杆,对岩石进行主动围压下的SHPB冲击压缩试验,得到岩石在不同围压和不同应变率下的轴向应力–应变曲线,并对试验过程中试件的应力均匀性进行分析。研究表明：岩石类脆性材料在围压作用下其抗压强度和韧性大大提高,并且具有向延性特征发展的趋势,显现出较强的围压效应;在同等级围压下,岩石的峰值强度和峰值应变随应变率的变化表现出显著的应变率相关性,动态强度增长因子与应变率的对数呈近似线性关系,动态强度随应变率的增加而近似线性增长。单轴动荷载下,岩石在以拉应力为主,其他应力联合作用下发生破坏,表现出明显的脆性特征;随着围压的增加,岩石试件将发生脆性向延性的转变,破坏形态以压剪破坏为主,同时发生拉应变破坏和卸载破坏。     

双向激振循环荷载和振动频率共同作用下饱和软黏土孔压试验研究

利用GDS变围压动三轴试验系统模拟真实交通荷载下轴向循环正应力与水平循环正应力的耦合作用,对宁波饱和重塑软黏土进行一系列变围压不排水循环加载试验,对循环轴向偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土的孔压变化规律进行了研究,分析了循环应力比、循环围压及振动频率对孔压的影响。研究结果表明:变围压作用下,孔压随循环应力比、循环围压的增加而增大,随振动频率的增加而减小。不同应力路径斜率、振动频率影响下,孔压率随加载时间的变化规律一致,循环应力比CSR、应力路径斜率η对孔压率–时间关系影响明显,随着循环应力比CSR、应力路径斜率η的增大,孔压率也增大,而振动频率对孔压率–时间关系影响不显著。在上述试验结果基础上得知,估算交通荷载作用下产生的孔压,不能忽视循环围压及振动频率的影响。     

三向压力作用下盐岩SHPB试验及动力强度研究

为研究盐岩的动力强度,以湖北应城盐矿盐岩为研究对象,利用自主研制的可考虑三向压力作用的分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,进行5,15 MPa围压作用下盐岩的动态压缩特性试验研究,获得不同围压与应变率下盐岩的动态应力–应变曲线,并基于联合的热活化与黏性机制相互竞争的材料强度–应变率依赖模型,结合SHPB试验结果进行数据拟合,得到不同围压作用下盐岩的动力强度计算公式,并利用实测数据进行验证,结果表明:在冲击压缩荷载作用下,盐岩的峰值应力和延性有明显的围压效应和应变率效应,峰值应力随应变率的提高而增大,围压对峰值应力和盐岩延性有显著影响;盐岩动力强度计算公式的拟合效果好,误差较小,平均相对误差为2.8%,最大相对误差为7.8%,可为盐岩动力强度研究提供参考。     

干湿循环泥质白云岩扩容特性及本构模型

为探究干湿循环作用下岩石性能劣化效应,以泥质白云岩为研究对象,针对其实际赋存环境开展干湿循环试验。研究了不同干湿循环作用下泥质白云岩的扩容特性及力学参数;并基于Mohr-Coulomb强度准则建立泥质白云岩统计损伤本构模型。结果表明:岩样的最大体积应变随围压的增大而增大;扩容应力与峰值应力之比随围压呈线性递增关系;扩容应力随围压的增大而线性增大,但其增长速率随干湿循环次数的增大而减小;随着干湿循环作用增强,峰值点的粘聚力降低,内摩擦角增大;扩容点的粘聚力与内摩擦角变化幅度均大于峰值点处,表现为扩容点受干湿循环的影响效应比峰值点处更为敏感;基于Mohr-Coulomb强度准则建立的统计损伤本构模型能描述泥质白云岩三轴压缩的应力–应变关系。     

循环冲击作用下风化红砂岩动态响应特性

针对循环冲击作用下风化红砂岩的动态响应特性,利用动静组合加载装置进行不同轴压、不同冲击荷载下的循环冲击试验,分析轴压和冲击荷载对其力学特性及能量耗散的影响。结果表明:保证入射波相同的情况下,透射波波峰随循环冲击次数的增加而增大,且透射波波峰存在峰值点;反射波呈"双峰",表现较为明显的2个峰值点和1个谷值点,且2峰1谷的到达时刻基本相同;当轴压一定时,随平均应变率增大,动态压缩强度逐渐减小,这也表明风化红砂岩存在较好的应变率效应;试样的能量利用率与冲击荷载和轴压之间存在负相关关系,即当冲击荷载和轴压处于较低水平时,试样的能量利用率较高;随轴压增大,能量利用率峰值逐渐减小,且不同冲击荷载作用下极大值点均出现在轴压为0 MPa处,其最大值为24%。     

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。     

高速铁路软土路基红黏土改良试验研究

为研究纤维改良高速铁路软土路基红黏土的改良效果与路用性能,室内展开不同掺量、不同围压下的纤维改良红黏土三轴不固结不排水强度试验。试验结果表明:聚丙烯有机纤维的掺加显著提升了红黏土试样的力学性能,50kPa围压下,素红黏土的抗压强度为129.21kPa,1%、3%纤维掺量下相比提升21.85%、52.18%,5%掺量下强度达到原强度的2.02倍;纤维掺量对红黏土的提升主要体现在材料黏聚力的大幅提高,而对内摩擦角的影响无明显规律;3%的聚丙烯纤维掺量是大幅提升红黏土路用性能且降低经济成本的最佳方案。     

循环荷载下软黏土强度弱化研究及其动力计算应用

滨海软黏土在波浪循环荷载作用下会发生强度弱化,从而降低软黏土地基承载力,影响结构稳定性。以烟台港原状淤泥质粉质黏土为研究对象,通过室内动三轴试验,以围压、初始静偏应力、循环动应力和循环次数为试验变量,分析不同应力组合作用下的淤泥质粉质黏土的孔压发展规律和不排水抗剪强度弱化规律。根据孔压发展规律拟合出软黏土双曲孔压计算模型,同时利用等效超固结比理论,将得到的孔压模型和强度规律结合起来,提出了综合考虑围压、静偏应力、动应力和循环次数适用于整个动态循环过程的不排水抗剪强度弱化公式,并通过试验对公式进行了验证。最后将公式应用于烟台港防波堤数值模型的动力计算中。从试验到数模,比较完整地提出了一套便于应用于工程实践的考虑地基土体循环弱化效应的动力计算方法。     

不同幅值温度荷载下一种饱和红黏土的固结效应

通过室内试验,研究一种饱和红黏土在不同升温幅值温度荷载作用下的固结效应。亦即,首先将试样在初始温度20℃和一定围压下（σ₃=50,100,150,200 kPa）进行固结。然后,在不排水条件下将试样温度由20℃上升至40℃（或50℃,60℃,70℃,80℃）,再让试样在该温度荷载下进行等温排水固结。试验表明,温度荷载引起的孔隙水压力最大值随升温幅值的增大而增大,达到同一温度设定值后的孔隙水压力与围压比随围压的增大而相应减小,而孔隙水压力值则增大。在温度荷载作用下,固结体应变随温度幅值的增大而增大,而随围压的增大有减小的趋势。在相同幅值温度荷载和相同围压作用下,红黏土的孔隙水压力增长速率及最大值要明显大于一种低塑性的粉质黏土,而其固结体应变却要小些。     

长期往复荷载作用下近海饱和软黏土强度和刚度的弱化特性

长期往复荷载作用下,饱和软黏土强度和刚度的衰减是近海桩基础设计必须考虑的,利用带弯曲元的循环三轴仪对原状饱和软黏土进行了一系列等向固结和非等向固结条件下不排水单调和循环加载三轴试验,并在循环加载过程中通过弯曲元测试土体剪切波速。试验结果表明,在相同的固结条件下,随循环次数的增加和动应力比的提高土体的强度和刚度衰减显著;在相同动应力比作用下较小的有效固结应力和偏压固结减缓了土体刚度的弱化。已有的相对偏应力水平参数不能反映不同固结条件下近海饱和软黏土强度和刚度循环弱化特性,为此引入了动偏应力水平参数,考虑了有效固结应力、固结静偏应力、动偏应力的相互影响,利用动偏应力水平对饱和软黏土的强度和刚度循环弱化特性进行描述。     

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。     

长期循环荷载作用下温州结构性软黏土的应变特性研究

针对软黏土存在的结构性特征,在不同围压下对天然温州软黏土进行了不排水静剪和大数目（50000次）循环加载试验,研究了结构性对土体强度的影响,并进一步分析了结构性软黏土在长期循环荷载作用下的应变特性。研究表明：围压较低时,土体的结构性在固结过程中没有或很少被破坏,软黏土表现为较高的归一化强度;随着围压的增大,归一化强度逐渐降低;当围压高于土体屈服压力时,土体结构性在固结过程中被完全破坏,此时土体的归一化强度达到稳定值,与重塑土强度相同。这种特性使得软黏土在循环加载试验中,即使在相同动应力比（mtml_13-0310_bak/img_0.png26.013.95= 0.45）下,不同围压下的应变行为也表现出明显的不同。这种区别表现在应力-应变滞回曲线、回弹特性和累积塑性应变等方面。     

应力历史对重塑红黏土动力特性影响的试验研究

土体动力特性是影响工程稳定性的重要因素。大量试验研究表明应力历史对红黏土静力特性有较显著影响,但目前研究应力历史对红黏土动力特性影响的成果甚少。为进一步揭示应力历史对红黏土动力特性的影响,对承受过不同应力历史的重塑红黏土土样进行了大量动三轴试验,得到了不同应力历史条件下重塑红黏土的动应力应变骨干曲线及动模量变化曲线,分析了不同应力历史对重塑红黏土的影响规律。试验结果表明：在不超过重塑红黏土强度的范围内,提高土体压实度、围压、固结比和振动频率,有利于提高土体动强度和动弹性模量。为给相关工程提供基础数据及参考,建立了重塑红黏土动力指标与应力历史因素的经验公式。     

确定岩石动、静力剪切强度的方法

本文探讨了确定岩石动、静力剪切强度的六种试验方法,并用这些方法,系统地研究了花岗岩、大理岩和砂岩的剪切强度。同时得出:①岩石的剪切强度随着加载速率的提高而明显增加（即动力剪切强度高于静力剪切强度）和随剪切面上正应力的增加而增加;②砂岩受400kg/cm²围压作用时剪切强度会出现一个由增加变为减少的转变点,即砂岩由脆性变为柔性的转变点,当围压低于此值时,砂岩的剪切强度随围压的增加而提高;当围压高于此值时,其剪切强度随围压的增加而降低等结果。笔者还建议使用简易的冲剪法去确定岩石的动、静力剪切强度。     

高应力下原煤三轴压缩力学特性研究

 基于取自淮南矿区－780 m标高B10煤层的原煤的试件,通过MTS815.04电液伺服试验系统进行高应力下原煤的常规三轴压缩试验,研究煤岩的变形、强度、参数及破坏特征。研究结果表明：(1) 煤岩偏应力–轴向应变曲线主要由弹性、屈服、峰后脆性破坏阶段或应变软化段构成。其中,弹性段明显较长,且围压越大,曲线越陡,弹性模量越大;屈服段则总体较短。(2) 煤岩在单轴或低围压条件下,峰后脆性破坏特征明显;随着围压升高,峰后开始呈现延性特征,且围压越高,延性特征越明显。当围压达到50 MPa时,峰后轴向应变几乎呈现塑性流动状态。(3) 随着围压的增加,峰值轴向应变呈抛物线趋势增加,峰值侧向应变则呈线性增加趋势。(4) 煤岩偏应力–体积应变曲线,在低围压条件下表现出扩容机制,且围压越低扩容特征越明显;在高围压下,从峰前越至峰后,则始终向右延展,呈现出不断收缩的状态;而峰值体应变随围压的增加呈抛物线形式增加,收缩特征明显。(5) 煤岩强度随围压增加呈线性趋势增加,且强度参数c,φ值分别为12.72 MPa,24.12°。(6) 煤样的破坏模式主要以剪切破坏为主,破断角大小为23°～35°,且随着围压的增加,以抛物线趋势增加。采用Mohr强度理论可以较好地解释这一变化。