含交错节理岩石直剪试验颗粒流模拟

借助颗粒流程序(PFC)建立了模拟含有交错节理岩石试样破坏的几何模型,对试样宏观力学参数进行标定,在编制了伺服模块的基础上,模拟了试样在不同法向应力条件下的直剪强度变化。采用软件内置的fish语言编制了裂纹扩展过程监测模块,从细观角度描述了交错节理试样在直剪过程中的裂纹扩展规律和破坏模式,并通过追踪微裂纹的数量对试样破坏规律进行量化分析。结果表明,试样剪切应力-剪切位移曲线主要分为4个阶段,随着法向应力和剪裂角的增大,剪切强度线性增加。试样裂纹主要产生在节理处,表现为中间夹块和上下节理凸起破坏,剪裂角对试样破坏规模有重要影响。相比单节理试样,交错节理试样抗剪强度明显降低,破坏规律有所不同。同时进一步考虑了节理间摩擦性质差异的影响,分析发现试样节理间摩擦性越强,试样剪切强度和破坏规模越大。模拟试验结果可为复杂节理岩体力学性质的研究提供参考依据。     

初始组构影响砂土液化势的细观数值模拟

基于PFC2D椭圆颗粒单元的二次开发,通过制备3种不同初始颗粒定向的数值试样,分别为随机定向（R试样）、水平定向（H试样）和竖直定向（V试样）,研究了初始组构对砂土液化势的影响。数值试验采用常体积（面积）循环等应变幅加荷条件,试验过程在对比分析3种不同颗粒定向试样液化宏观力学响应的同时,从颗粒尺度层面探讨了不同颗粒定向试样的初始组构特征,揭示了初始组构影响砂土液化势的细观力学机理。结果表明,颗粒规则定向的试样其抗液化强度要高于随机定向试样,在细观机理上与不同颗粒定向试样的初始平均接触数有关,砂土的液化过程是一个组构各向异性的演化过程。     

重塑黄土崩解特性试验研究

为研究重塑黄土的崩解特性及其与影响因素之间的关系,利用自制崩解试验仪对32种不同干密度、不同初始含水率的黄土试样进行崩解试验,分别得出了试样崩解速率与干密度、初始含水率、有效空隙率的关系曲线,并以土-水特征曲线为基础,分析了试样孔隙结构对其崩解性能的影响。试验结果表明,同一初始含水率下,随着干密度的增加,试样崩解速率呈指数函数形式衰减且衰减速率随初始含水率的增加而近线性增加;同一干密度下,随着初始含水率的增加,试样的崩解速率有降低趋势,但下降趋势并不显著。通过分析干密度、初始含水率与崩解速率的关系,结合试样土水特征曲线,讨论了孔隙结构对崩解速率的影响,并研究了试样崩解速率与有效空隙率的关系,试样崩解速率的分布以有效空隙率等于8%,22%为分界线明显分区,研究认为由于试样制备压实过程中,形成了不同的孔隙结构。     

无纺土工织物垂直渗透特性试验研究

采用单位面积质量为 200,300,400 g/m2 的无纺土工织物开展了一系列垂直渗透试验,分析了各组试验结果的差异,并探讨了试样单位面积质量和层数对试验结果的影响。结果表明：流速与水头差成线性关系,并随着试样层数的增加而减小;透水率随着单位面积质量和试样层数的增加逐渐下降;各组试样的垂直渗透系数值在同一数量级,相同单位面积质量的试样垂直渗透系数随层数的变化无明显规律;相同层数试样的垂直渗透系数随着单位面积质量的增加而减小。     

土工布包裹对粗粒料三轴试验的影响研究

粗粒料三轴试验中,常使用在试样周围包裹土工布的方法防止橡皮膜被刺破。借助中型三轴仪,分别对粗粒料进行包裹土工布与未包裹土工布的常规三轴固结排水剪切试验,研究了土工布对试样强度和变形特性的影响。试验结果表明:对于相同的围压,包裹土工布试样的峰值强度(σ₁-σ₃)_f都比未包裹土工布的要大;低围压下,包裹土工布使试样强度提高很大,但随围压的增加,强度提高的幅值呈幂函数形式减小。对于线性强度指标,包裹土工布试样的黏聚力c是未包裹土工布试样的1.8倍,而内摩擦角φ则减小了1.8°。对于非线性强度指标,包裹土工布试样的φ₀是未包裹土工布试样的1.07倍,Δφ增加了5.5°。在相同围压下,包裹土工布试样的体积应变和侧向应变都比未包裹土工布试样的大;包裹土工布与未包裹土工布试样的体积应变差和侧向应变差受围压变化的影响较小。     

原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验

利用应变控制式静力三轴剪切仪,对3组夯实原状饱和粉土试样进行了不同围压下固结不排水剪切试验,在此基础上,又采用干装法和控制固定含水率的湿装夯实法制备了相同干密度的重塑饱和粉土试样,对两种方法制成的试样进行了同样的对比试验。通过对原状试样与不同成样方法的重塑试样的应力-应变关系、有效应力路径和抗剪强度指标等试验结果的对比分析,探讨了两种室内成样方法制备重塑试样的试验结果与原状试样结果的差别以及产生的原因。试验结果表明：在3组对比试验中,两种重塑样之间、重塑样原状样之间的应力-应变关系和有效应力路径均差异较大     

考虑缩尺效应对堆石料颗粒破碎影响的压缩试验研究

大量的压缩试验结果表明，堆石料试样的压缩特性和颗粒破碎特性存在明显的缩尺效应，但系统研究缩尺方法、试样最大粒径、试样直径等对颗粒破碎特性的影响较少。采用侧限压缩试验开展灰岩堆石料的尺寸效应研究，分析了缩尺方法、试样直径和试样最大粒径对压缩特性和颗粒破碎特性的影响规律。结果表明：压缩系数随着试样中粗颗粒含量的上升呈先降低后增大的趋势，压缩系数与试样最大粒径呈正相关，与试样直径呈负相关；引入相对颗粒破碎率评价指标，建立了缩尺方法与相对颗粒破碎率之间的幂函数关系，相对颗粒破碎率随试样直径和试样最大粒径的发展规律可拟合为曲面方程。研究成果可为进一步构建考虑缩尺效应的弹塑性本构模型提供理论基础。     

基于p-q角度的饱和重塑淤泥质土三轴试验过程中的能量变化规律研究

从p-q角度来看,土体的形变包含体应变和剪应变,其所对应的能量为体变能量和畸变能量。利用GDS动态三轴仪对饱和重塑淤泥质土进行了一系列固结排水三轴压缩试验。以试验结果为基础,对单位体积试样吸收的能量、体变能量和畸变能量进行计算,得出三者在剪切过程中的变化特征。研究结果表明:试样吸收的能量、畸变能量以及它们在某一应力状态下的能量增量恒为正;试样的体变能量及其增量受试样体积变化的影响;从能量角度解释了试样的"剪胀"现象;在剪切初始阶段,欠固结试样体变能量大于畸变能量,试样以体积压缩为主,超固结试样畸变能量基本大于体变能量,试样以剪切为主,正常固结试样的两种能量近似相等。     

平台巴西圆盘试样岩石动态拉伸特性的试验研究

采用INSTRON电液伺服材料试验机对大理岩平台巴西圆盘试样实施了动荷载试验,获得了大理岩在动荷载下的拉伸强度与弹性模量,并与静态实验进行了比较分析.结果表明大理岩在动荷载下的拉伸强度与弹性模量比静荷载下均有提高.与完整平台试样比较,平台有助于试样从中心起裂.总结了试样加工和测试方面的经验,探讨了岩石在动荷载下的破坏机理.     

城市固体废弃物持水特性的室内试验

为了对城市固体废弃物的持水特性进行分析,采用非饱和固结仪对6组人工配制的城市固体废弃物试样进行了土水特征曲线测定的室内试验,同时还采用滤纸法量测试样的土水特征曲线,并对试样孔隙大小分布指标λ进行了分析。试验结果表明:试样的进气值很低,为1kPa左右,荷载作用使进气值升高;λ值随着试样初始孔隙比的增加而减小,随着试样有机物质量分数的增加而增加;使用滤纸法测城市固体废弃物的土水特征曲线时,高吸力阶段的值更加合理,更有参考性。     

初始组构影响砂土液化势的细观数值模拟研究

本文基于PFC2D椭圆颗粒单元的二次开发，通过制备三种不同初始颗粒定向的数值试样，分别为随机定向（R试样）、水平定向（H试样）和竖直定向（V试样），研究了初始组构对砂土液化势的影响。数值试验采用常体积（面积）循环等应变幅加荷条件，试验过程在对比分析三种不同颗粒定向试样液化宏观力学响应的同时，从颗粒尺度层面探讨了不同颗粒定向试样的初始组构特征，揭示了初始组构影响砂土液化势的细观力学机理。结果表明，颗粒规则定向的试样其抗液化强度要高于随机定向试样，在细观机理上不仅与不同颗粒定向试样的初始平均接触数有关，而且与孔隙形态和孔隙率的分布密切相关；砂土的液化过程是一个组构各向异性的演化过程。     

准动态单轴压缩中类岩材料波速变化试验研究

为了解岩石内部的损伤程度和微裂纹发展状况,对单轴准动态荷载下石膏试样应力状态和纵波速度的关系开展了试验研究。在轴向荷载作用下,分别对石膏试样的纵向和横向进行了声波测试。结果表明：低强度石膏试样的应力声速曲线特征明显,其峰值后曲线可以划分为4个阶段,各阶段声速变化与试样的损伤破坏相一致,与应力应变曲线的各变化阶段也能很好对应,且试样的应力波速关系在轴向和横向表现出相似的变化特征。石膏试样的损伤阈值出现在应力为抗压强度60%~80%时,从应力应变曲线看,损伤阈值出现在试样由弹性变形向塑性变形转变的阶段。     

试样土含水率试验影响因素分析

阐述了土的液相概念、性质以及对工程地质的影响,根据实践经验详细介绍了土试样含水率的具体测定方法,分析了野外取土、试样储存、试样质量、取样方法、温度控制及冷却方式等土的含水率测定的影响因素,以提高含水率试验的准确度。     

非饱和重塑低液限黏土体积变化特性试验研究

采用GDS非饱和土三轴仪,在分别控制试样基质吸力和净平均应力条件下,对重塑非饱和低液限黏土的体积变化和含水率变化特性进行了试验研究.试验结果表明,试样的压缩指数密切地依赖于基质吸力,回弹指数也和基质吸力有一定的相关性,而且试样的收缩系数和土水特征曲线也密切地依赖于净平均应力.在给定的基质吸力条件下,随着净平均应力的增加孔隙比和含水率逐渐降低而饱和度逐渐增加,并在较高基质吸力情况下,试样含水率近似线性地依赖于净平均应力.在给定的净平均应力条件下,随着基质吸力的增加试样发生收缩.当试样基质吸力卸载到0时,试验结果表明在低净平均应力下试样发生膨胀,而在较高净平均应力下试样膨胀后发生坍塌.     

高围压作用下堆石体剪切带形成及相关细观结构演变

为了研究高围压作用下堆石体中剪切带形成及相关细观结构演变,采用自编程序构造3种不同形状的可破碎颗粒簇,随机生成二维颗粒流试样,进行双轴压缩试验.结果表明,轴向应变为6％时,试样由体缩向体胀过渡;轴向应变达到10％以后,试样内部发生了结构性变化.试样中颗粒簇的旋转、移动、破碎以及孔隙率等细观结构演变能清晰反映试样中剪切带...     

含裂隙类岩材料疲劳损伤过程声学特性研究

采用单轴压缩等幅疲劳试验方式,对含预设裂隙的类岩模型试样、相应加锚模型试样及完整试样进行循环荷载试验,对试样进行实时超声波速、波形、时域波幅的测量及分析。结果表明:超声波速随裂隙倾角增大而减小,裂隙倾角0°试样波速最大,裂隙倾角90°试样波速最小;纵波波速随疲劳损伤的发展呈较明显的倒S形三阶段衰减规律,锚固试样波速衰减曲线比无锚杆试样平稳;波形在疲劳损伤过程中从近似半圆形逐渐发生畸变,波形相关系数随疲劳损伤累积呈下降趋势;时域幅值变化不稳定,锚固试样的时域幅值大于相同情况下无锚杆试样。更多还原     

基于CT试验的水力劈裂机理研究

利用黏土心墙料开展了室内条件下的水力劈裂试验,并通过CT仪对试验前后试样的结构形态进行了研究,分析了水力劈裂发生时试样中的裂缝状态变化、劈裂的发生机理及影响因素。研究结果表明,利用图像观测手段可以很好地观察水力劈裂过程中土体裂缝的产生过程及其具体形态;水力劈裂试验显示,均质试样不会出现劈裂现象,而初设裂缝试样在较高水压下出现了水力劈裂现象,CT图中发现了贯穿的裂缝,且试样内部结构变化较大;验证了水力劈裂中的"水压楔劈"效应,认为土体贯穿性破坏是张拉作用导致的。     

改性黄河砒砂岩筑坝材料性能试验

为改变砒砂岩遇水溃散的特性,满足砒砂岩区淤地坝建设对建筑材料的需求,研究了砒砂岩改性技术。通过试样固结体积观测、抗剪强度测试、X射线衍射(XRD)、热重(TG-DTG)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析,探讨了不同浓度改性剂对砒砂岩固结体积、抗剪强度、矿物组成和微观结构形貌的影响。试验结果表明,改性后砒砂岩的膨胀性得到显著抑制,材料体积稳定性及抗剪强度得到提高,试样的体积减小率及抗剪强度最大值分别为50%和138 kPa;改性后试样中蒙脱石晶层间距和试样质量损失明显减小,试样的水化膨胀特性得到有效控制;改性后试样的孔隙结构得到改善,裂隙数量及尺寸显著减小,试样更加均匀密实。     

低应力状态下干湿-冻融循环对季冻区膨胀土强度的影响

考虑渠道浅层土体的实际应力状态,开展了一系列低围压下的三轴固结不排水剪切试验,分别研究了干湿循环、冻融循环和干湿－冻融循环三种环境作用对取自黑龙江大庆的膨胀土的应力－应变关系和抗剪强度的影响。结果表明,在低围压下:未经历和经历了三种循环作用的试样,其应力－应变曲线总体上表现为弱应变软化型或应变稳定型;相同围压下,经历了三种循环作用的试样均随作用次数的增加,产生破坏强度明显降低的现象,其中经历干湿－冻融循环的试样在作用８次后趋于稳定,其试样破坏强度降低的幅度最大;经历三种循环作用后,试样黏聚力均呈指数型衰减,而内摩擦角变化不大,其中经历干湿－冻融循环作用的试样黏聚力衰减程度最大。     

密实度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响

为研究试样相对密度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响,对4组不同相对密度的砂卵砾石料进行不同围压下的中型三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:在试验的相对密度范围内,随着围压增大,相对密度小的试样应力应变曲线硬化特征逐渐明显,而相对密度大的试样无论围压大小,应力应变曲线都呈应变软化型;试样在剪切过程中均表现出不同程度的剪胀性;试样抗剪强度指标φ和φ0随着试样相对密度Dr增大而增大,c和Δφ随Dr增大而减小,并建立了试样抗剪强度与相对密度的函数关系式;割线模量、切线体积模量都随Dr增大而增大,可近似用线性关系表示。