基于相对湿度场和变模量本构的岩土膨胀分析模型

随着含水率的增加,红层岩土材料会表现出体应变增加而变形模量降低的双重特征。为研究荷载作用下含水率变化对岩土体变形的影响,本文在湿度应力场理论的基础上,对含水率进行归一化处理,提出基于相对湿度的变模量本构,建立了岩土膨胀分析模型。以压实红黏土和红层黏土岩为研究对象,首先开展侧限膨胀试验,对稳态模型参数和不同法向应力条件下变形模量随含水率的变化规律进行了反演。试验结果表明：压实土和黏土岩都具有一定的膨胀性,膨胀力分别为225kPa和112.5kPa,无荷载侧限膨胀率分别为0.345和0.205;相对湿度相同时,粘土岩具有较大的变形模量,但随着含水率的增加,黏土岩的模量衰减速度快于压实黏土;在膨胀力实验中,压实黏土的膨胀应力能过够更快达到稳定,具有较高的相对湿度扩散率。其次,基于已标定的膨胀分析模型对侧限膨胀试验进行数值模拟,通过数值模拟和实验得到的膨胀力和膨胀率对比,一方面,验证本文方法在稳态分析时的适用性;另一方面,给出了相对湿度场平均扩散率K的标定方法。最后,以圆形洞室遇水问题为算例,进行了稳态理论分析和瞬态数值模拟,通过与湿度应力场理论解的对比,说明了本文模型在考虑遇水软化和大变形引起应力重分布时的优越性。本文膨胀分析模型参数易获得,数值模拟结果准确性高,可为红层膨胀岩和膨胀土地区工程建设提供指导。     

冲击荷载作用下煤岩动力特性试验研究

为研究陕北地区硬质煤岩的动态力学性能,利用应力加载系统和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对煤岩试件进行了基础的动、静力学特性试验,研究了其破坏机理。结果表明:静载作用下,煤岩试件多为单一裂纹破坏;而动载作用下,破坏形式比较丰富,如低应变率时的劈裂破坏和较高应变率下的压碎破坏;弹性模量与峰值应力的率相关性显著,而峰值应变的率相关性较弱;在动态加载方式下,由于加载速度过快,试件内部孔隙、裂隙、颗粒间距等缺陷闭合压实时间过短,宏观上表现为应力-应变曲线压密段缺失。     

扰动冲击下弱胶结红砂岩的能量耗散与分形特征

为探索动态扰动后西部矿区软岩夹层的能量耗散规律和破坏模式,利用分离式霍普金森压杆装置对弱胶结红砂岩进行动态冲击破坏试验,分析该类红砂岩在受到不同加载速率、不同次数扰动冲击以及是否扰动的条件下,试样在相同加载速率破坏性冲击过程中的能量耗散与分形特征.试验结果表明:在不同速率扰动冲击作用下,随着扰动冲击次数的增加反射能递增...     

基于剪切和张拉试验的水泥砂浆–黏土岩二元体界面影响区模型

黏土岩隧道常采用喷射水泥砂浆的方法进行初次支护，若支护与岩体黏结强度不足将产生巨大的安全隐患。以水泥砂浆–黏土岩二元体为研究对象，开展界面的剪切和张拉试验，首先分析黏土岩初始含水率对二元体黏结强度的影响，然后根据二元体的宏观破坏模式和细观的孔隙特征，提出一种确定界面影响区厚度的方法，最后建立界面影响区模型，进行偏压状态下界面脱黏的数值模拟。研究表明：(1)张拉和剪切破坏时，砂浆–黏土岩二元体的破坏面均位于浇注界面附近的黏土岩中，该区域的力学性能较差，为二元体的界面影响区。(2)二元体界面抗剪刚度Ks和残余摩擦因数k与法向应力无关，随含水率增加而减低。(3)二元体浇注过程中浆液向黏土岩渗入和水泥凝结过程中水分向砂浆侧的迁移会引起黏土矿物的胀缩，在影响区内产生大量的初始微裂隙，根据这一特殊的孔隙特征，基于计算机层析扫描(CT)和数字图像处理技术，可以对影响区厚度进行无损伤识别。(4)本文提出的界面黏结模型，考虑了界面在法向和切向的黏结效应及切向的摩擦效应，可以准确地模拟二元体张拉及剪切破坏时的应力–位移关系。(5)当界面处于偏压状态时，砂浆–黏土岩界面的脱黏荷载随荷载与界面法线夹角的增大而...