冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。     

不同小主应力和负温条件下冻结粉质黏土平面应变试验研究

针对冻结法施工中的平面应变问题,利用改进的安徽理工大学冻土真三轴仪进行平面应变试验,分析冻结粉质黏土在不同小主应力和负温条件下的强度和变形特性,建立基于Weibull分布和Drucker-Prager强度准则的冻结粉质黏土损伤本构模型。理论和试验结果表明：同一温度下,不同小主应力下的应力–应变曲线呈现不同程度的硬化特征。破坏强度随小主应力的增加表现出先增后减的规律,随温度的降低呈线性增长的趋势。建立的非线性莫尔–库仑强度准则可以近似描述冻结粉质黏土的强度随小主应力增大而呈现出的非线性变化特征。不同试验条件下小主应力方向的应变均为膨胀变形,体应变均呈现剪缩的特性。随着小主应力的增大,试样的变形模量呈现先增后减的趋势;当小主应力相同时,其值随温度的降低而增大。当温度相同时,破坏时的中主应力随小主应力的增大同样表现出先增后减的趋势。建立的损伤本构模型可以较好地反映复杂应力路径下小主应力和温度对冻结粉质黏土强度和变形特性的影响。     

上海人工冻结软黏土抗压抗拉强度试验研究

对3种典型的上海饱和冻结软黏土进行单轴无侧限抗压强度试验,通过对试验数据的分析,得出饱和冻结软黏土的单轴抗压强度受温度、应变速率、含水率及干密度等因素的影响规律:①抗压强度随应变速率的增加以幂函数的形式增大;②抗压强度随温度的降低线性增加;③在相同的应变速率及温度条件下,含水率越大,冻结软黏土的抗压强度越大;干密度越大,抗压强度越小。并得出抗压强度与温度、应变速率关系的幂函数模型参数。通过恒温下冻土间接拉伸试验,分析了保持轴压的大小及加载速率的大小对抗拉强度的影响,得出试样所受轴压和围压对抗拉强度起到一个弱化作用的结论,并分析了原因。对抗拉强度与加载速率进行线性回归,得出了模型参数。通过分析图表得出了抗拉强度随加载速率增加而增加,轴压保持越高抗拉强度增长速率越小的结论。     

温度和掺砾量对冻结掺砾黏土单轴压缩特性影响的试验研究

为探究冻结掺砾黏土的单轴压缩特性,开展不同温度、不同掺砾量条件下冻结掺砾黏土的单轴压缩试验。试验结果表明:温度和掺砾量对冻结掺砾黏土应力–应变关系、单轴抗压强度、破坏应变和弹性模量影响显著,单轴加载条件下试样均表现为脆性破坏,且掺砾量越小,脆性破坏特征越显著。冻结掺砾黏土的单轴抗压强度随温度的降低而增大,随掺砾量的增加而减小,其变化幅度与试样内部黏土–砾石基质的空间结构分布紧密相关;破坏应变随掺砾量的增加而减小,随温度的变化其规律并非一致,而是显著依赖于掺砾量的大小;弹性模量呈现出随温度的降低而近似线性增大、随掺砾量的增加先增大后减小的变化趋势,且存在一个与温度相关的临界掺砾量。     

饱和冻结黏土在常应变率下的单轴抗压强度

冻土作为一种复杂的多相介质,其强度受多方面因素的影响。通过三种不同干密度饱和冻结黏土在常应变率下的单轴抗压强度试验,得出了饱和冻结黏土的单轴抗压强度受温度、应变率、破坏时间及干密度等因素的影响规律,并分别建立了以温度、应变率(或破坏时间)及干密度为变量的强度预报方程。     

冻结钙质黏土无侧限抗压强度影响因素研究

对典型的钙质黏土进行人工冻土单轴抗压强度试验,分析了强度曲线的特征,得到了冻结钙质黏土抗压强度随冻结温度、应变速率的变化规律,及在不同养护时间、尺寸效应的影响规律,其结论对冻结法施工、冻结壁设计具有应用价值。     

分级加载下冻土动弹性模量的试验研究

基于黏弹性理论,将动态弹性模量的最大值定义为冻土的动模量,通过计算滞回曲线中直线斜率的方法来计算冻土的动模量。通过动三轴试验,对不同频率、围压和负温条件下冻土的动模量随动应变幅的变化规律进行了试验研究,结果表明：在不同频率(0.1～20 Hz)、围压(0.3～2 MPa)和负温(-0.2～-2℃)条件下,青藏黏土的动模量取值范围为393～1749 MPa,兰州黄土的动模量取值范围为101～713 MPa;同一级加载下,动模量随着振次的增加基本不变,可以采用平均值来表征该级加载下的动模量;对于青藏黏土和兰州黄土,不同频率条件下,动模量随动应变幅的增加最终趋于一稳定值,该稳定值随加载频率的增加而增大;不同温度和围压条件下,随着动应变幅的增加,动模量先减小再趋于一个稳定值,该稳定值随围压的变化较复杂,随温度的降低而增大。     

冻结重塑黏土损伤特性及影响因素分析

1max一般介于0.6～0.8之间;②温度对冻结重塑黏土损伤特性影响较明显,降低温度可以明显强化冻土结构,减少冻土结构的损伤及延缓冻土损伤的发展,而含水率和围压对其影响不明显;③割线模量可以较好地表征冻土在加载过程中裂缝的发展特点和结构的损伤演化规律,损伤初始点轴向应变和割线模量与温度之间存在较好的线性增长关系,且冻结重塑黏土损伤应变门槛值]]>     

加载速率效应对生土材料单轴抗压特性的影响研究

通过对生土块材在不同加载速率下进行单轴抗压试验,研究了生土材料抗压强度,弹性模量以及峰值应变随加载速率的变化规律,结果表明:当加载速率处于1～3mm/min时,生土材料表现出相对稳定的抗压特性,其抗压强度与弹性模量均随加载速率的增加先增大后减小,峰值应变随加载速率的增加逐渐减小。以切线模量的变化来量度试块的损伤,分析了生土试块损伤的演化规律和临界损伤应力随加载速率的变化规律。研究表明:随加载速率的增加,试块临界损伤应力呈先增大后减小的趋势,在相同的应力比条件下,试块的损伤随加载速率的变化规律不明显。     

粉质黏土冻土三轴强度及本构模型研究

通过对南京典型粉质黏土10℃冻土在不同围压、固结方式、应力路径条件下的三轴试验,分析不同因素对三轴强度影响,结果表明：最大轴向偏应力随围压增大而线性增大,且重塑粉质黏土冻土的最大轴向偏应力随围压的增大速度大于原状粉质黏土冻土的增大速度;固结方式对内摩擦角影响较大,对黏聚力影响不大,先等压排水固结再冻结试样强度会大幅度提高;强度和弹性模量受应力路径影响,其中常规加载应力路径强度及弹性模量要大于卸载应力路径强度及弹性模量;基于Duncan-Chang模型建立考虑围压影响的冻结粉质黏土本构模型,参数a、b与围压呈负相关,获得原状粉质黏土以及先等压排水固结再冻结、先等压不排水固结再冻结和先冻结后固结重塑粉质黏土的破坏比均值分别为0.87、0.89、0.93和0.87。     

CRTSⅠ型CA砂浆动态受压损伤试验

在电子万能试验机上对现场取样的水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)试件在应变率1×10-5～1×10-2S-1下进行动态单轴抗压试验,分析了动态荷载下CA砂浆的抗压强度、弹性模量及临界应变随应变率的变化规律.结果表明:CA砂浆的抗压强度随应变率的增加而增大,CA砂浆的抗压强度、弹性模量及临界应变与应变率之间呈幂函数关系,并给出了抗压强度、弹性模量及临界应变受应变率影响的经验公式.以切线模量的退化来度量CA砂浆的损伤程度,分析了CA砂浆动态损伤槛值随应变率的变化规律:当加载到相同的应变时,应变率越低,CA砂浆的损伤程度越严重;随着应变率的增大,CA砂浆损伤应力槛值及损伤应变槛值均增大;当应变率较高时,应变率对损伤应力槛值与平均抗压强度的比值和损伤应变槛值与平均临界应变的比值影响不大.     

粗晶大理岩单轴压缩力学特性的静态加载速率效应及能量机制试验研究

 加载速率对岩石力学性质具有重要影响,影响的程度与岩石本身的微结构和加、卸载应力路径及状态等密切相关。基于静态加载速率范围内的9个不同等级应变率下粗晶大理岩单轴压缩试验,研究加载应变率对岩石的应力–应变曲线、破坏形态、强度、弹性模量及变形模量与应变能耗散及释放的影响规律,探讨岩石损伤演化的能量机制。根据总体积应变及裂纹体积应变与起裂及扩容应力的相关性,确定各应变率下岩石起裂及临界扩容应力。加载应变率大约以1×10－3 s－1为分界点,小于该值时应力–应变曲线峰值点附近仍存在一定的塑性屈服或流动段,超过该值后表现为“折线”型。随着加载应变率的增加,岩样破裂模式由张剪型逐渐过渡到张性劈裂甚至劈裂弹射。一般而言,起裂及临界扩容应力和峰值应力均随加载速率增大而增大,且起裂及临界扩容应力越接近峰值强度,但当应变率为1×10－4～1×10－3 s－1时,上述值均出现一个相对低值区间,这与粗晶大理岩的微结构特征相关。起裂应力、临界扩容应力、弹性模量及变形模量均与峰值强度线性相关。单轴压缩下峰前能量耗散量越多,强度越高,峰后可释放弹性应变能和释放速率越大,岩石的张性贯通破裂特性愈强,破裂块数越多。能量耗散使岩石损伤而强度丧失,而能量释放使岩石宏观破裂面贯通而整体破坏。     

饱和冻结粉土在常应变率下的单轴抗压强度*

 在常应变率下对饱和冻结兰州粉土(黄土)进行了单轴抗压强度试验。通过对试验资料的分析，得出如下规律：(1) 抗压强度对温度十分敏感，它随着温度降低以幂函数的形式增加。(2) 在一定应变率范围内抗压强度对应变率变化反应也比较敏感，它以幂函数的形式随着应变率的增加而增加。(3) 在一定破坏时间范围内抗压强度随着破坏时间的增长同样以幂函数规律减小。(4) 在应变率及温度相同条件下，干容重大的粉土抗压强度高于干容重小的粉土抗压强度，二者的差异程度主要受应变率的影响。     

侧向卸荷条件下软土典型力学特性试验研究

 针对侧向卸荷条件下软土变形、强度、蠕变等典型力学特性,选取珠三角洲相沉积的典型灰黑色淤泥质软土进行室内三轴试验研究。试验结果表明：侧向卸荷条件下的应力–应变规律呈应变硬化现象,可采用平均应力进行归一;土样在侧向卸荷条件下进行不排水剪切时会产生负的孔隙水压力,使得有效应力强度反而低于总应力强度,与轴向加荷条件下的强度规律不同;侧向卸荷条件下的初始卸荷模量小于轴向加荷条件下的初始卸荷模量,与平均固结压力呈线性关系;任一时间的卸荷变形模量仍可表示为切线模量,并可通过试验成果推导得出;侧向卸荷条件下软土蠕变变形比轴向加载显著,即使在偏应力不大时仍占总变形的较大比例;应变率随时间的下降呈较好的双对数线性关系,可以建立考虑剪应力水平对初始应变率影响的线性经验公式来估算某级荷载下应变率随时间的发展。     

C60混凝土高温后低周循环受压疲劳性能研究

为了研究高强混凝土所经温度高低、加温时间长短与低周受压疲劳损伤之间的关系,对经历200、500、800℃高温后的C60混凝土在低周循环受压荷载下的疲劳性能进行了试验研究。结果表明：高温后高强混凝土的色泽变浅,试块整体较疏松;经不同高温后高强混凝土在低周循环受压荷载下最大纵向总应变符合三阶段发展规律;相对于应力水平对高强混凝土疲劳应变的影响,高温历程对其影响更大,尤其是受热最高温度影响最为显著。根据应变发展的第二阶段提出了疲劳寿命的估算公式。分别定义疲劳变形模量比和相对残余应变为损伤变量,建立了经历不同高温后高强混凝土受压疲劳损伤模型,并根据疲劳变形模量比建立的损伤模型对高强混凝土的疲劳寿命进行了预测,预测值与实测值吻合良好。     

原状与重塑人工冻结粘土抗压强度特征 对比试验研究*

 在相同试验条件下分别对原状和重塑人工冻结粘土进行了单轴无侧限抗压试验。试验结果表明：原状与重塑冻结粘土的破坏特征不同，原状冻结粘土表现为脆性破坏特征，而重塑冻结粘土表现为塑性破坏特征。原状冻结粘土的抗压强度略低于重塑冻结粘土的抗压强度，而前者的弹性模量略高于后者。原状冻结粘土的破坏应变则明显小于重塑冻结粘土的破坏应变。     

不同温度梯度冻结深部黏土偏应力演变规律研究

 采用先冻结后K0固结(FC)的传统冻土试验方法进行4种不同温度梯度冻结深部黏土的加、卸荷三轴试验,研究不同温度梯度冻结深部黏土在加、卸荷过程中的偏应力增长速率及偏应力的衰减规律。结果表明：不同温度梯度冻结深部黏土加、卸荷过程中偏应力增长速率与均匀温度下的试验结果基本相同,均可用变换的Duncan- Chang双曲线模型进行拟合,但温度梯度对冻结深部黏土偏应力增长速率衰减影响程度远大于温度;温度梯度减弱冻结黏土偏应力增长速率,同时抑制其衰减程度,这种弱化效应在加、卸荷初期最为显著;相同轴向变形对应的偏应力随温度梯度增长而衰减的规律可以通过衰减因子A加以描述,A与温度梯度的之间的关系符合广义双曲线模型;卸荷过程明显增加了加、卸荷初期冻结黏土偏应力增长速率的衰减,且随温度梯度增长,卸荷过程对冻结深部黏土偏应力衰减幅度和衰减速率影响均大于加荷过程;不考虑冻结壁(冻土墙)冻土温度的非均匀性以及卸荷路径的影响将高估冻土强度。