某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

黏性土剪切蠕变特性研究进展

黏性土是研究剪切蠕变最常见的土体类型,也是滑坡中普遍存在的土体类型。黏性土剪切蠕变破坏诱发了大量自然或工程边坡失稳,造成不可预估的人员伤亡和经济损失,所以开展黏性土剪切蠕变特性研究具有科学的理论意义和实际的工程效益。在收集整理国内外相关资料的基础上,从试验方法、蠕变特性、力学强度特征以及蠕变本构模型等方面总结了目前黏性土剪切蠕变特征的研究现状及进展,取得如下主要认识:(1)由于复杂的室外条件,黏性土剪切蠕变研究方法主要采用室内环剪试验、三轴压缩试验以及直剪蠕变试验;(2)黏性土的蠕变过程呈现多阶段变化特点,即瞬时变形阶段、衰减阶段、稳态阶段以及加速蠕变破坏阶段,期间伴随着衰减蠕变与非衰减蠕变的变形特征;(3)影响坡体稳定性的强度特征指标主要包括:峰值强度、残余强度、启动强度、完全软化强度以及长期强度,其量值受水化作用、土体的矿物成分和粘粒含量、土体结构的内部连结特征、土体的粒度分布特征以及塑性指数等共同影响;(4)常用蠕变模型有经验模型和元件模型,分别包括Mesri、Singh-Mitchell和Maxwell、Kelvin以及Burgers,建立合适的蠕变本构模型能准确地描述土体的变形特征;(5)基于剪切蠕变性质的研究成果,今后的研究方向集中于以下几个方面:微观模型的研究;新技术和研究方法的应用和改进;建立可描述加速蠕变阶段的元件模型。     

花岗岩蠕变特性及分数阶黏弹塑性模型研究

为了解花岗岩蠕变特性，采用全自动岩石三轴伺服仪对其开展试验研究，在常规三轴压缩试验基础上进行多级加载蠕变试验，系统分析花岗岩蠕变过程中整体蠕变规律和同围压不同应力水平下的轴向及环向蠕变变形量、蠕变速率随时间的变化规律。基于分数阶微积分算子及损伤力学理论，在Scott Blair黏壶基础上，考虑蠕变参数的非定常性，建立花岗岩黏弹塑性蠕变本构模型，并推导出其在恒应力情况下的三维黏弹塑性蠕变本构模型。结合花岗岩室内多级加载蠕变试验结果，采用Quasi Newton（BFGS）法对三维蠕变模型参数反演。结果表明，提出的模型与试验数据拟合较好并克服Nishihara模型不能描述蠕变非线性加速特征的不足，能够很好地反映花岗岩三阶段蠕变过程。     

改进西原蠕变模型研究及二次开发计算*

为了研究黏土在不同应力水平下的蠕变规律,基于软黏土流变模型及已有的黏土蠕变试验结果,分析3种常用的经验蠕变模型对软土蠕变研究适用性,提出幂函数非线性元件,在传统西原模型的基础上引入非线性黏塑性体(NVPB)构成改进的西原模型。研究结果表明:幂函数描述黏土在低应力和高应力条件下所表现的变形特点都有着较高的准确度,改进西原模型能够较好地描述黏土蠕变的非线性问题以及黏土在高应力水平下的加速蠕变变形。利用自定义本构程序开发接口UMAT对该模型进行二次开发并对模型进行验证。改进的西原模型对比经典西原模型能够更好地描述在不同应力水平下软土的的蠕变变形特征。研究结果可为软土地区沉降预测提供理论参考。     

硫酸盐腐蚀作用下膏体充填材料蠕变特性研究

为研究硫酸盐腐蚀后膏体充填材料的蠕变特性,采用饱和的Na2SO4溶液对充填体进行腐蚀试验,并对各个腐蚀时间不同的充填体采用TAW2000型岩石三轴试验机进行三轴蠕变试验。根据试验数据建立膏体充填材料的蠕变本构模型,将一个应变触发的非线性粘壶串联到Burgers模型上,建立满足充填体蠕变特性的改进Burgers模型,并推导其一维和三维蠕变本构方程。研究结果表明:在硫酸盐腐蚀作用下,充填体的蠕变变形在腐蚀6d时出现了一定的减少,但随着腐蚀时间的推移蠕变变形明显加大,在应力较大时出现了加速蠕变并导致试件破坏,硫酸盐腐蚀作用严重影响了充填效果;建立的改进的Burgers模型与试验数据基本吻合,能够反映腐蚀后充填体蠕变规律。     

渗透水压力作用下软岩蠕变特性及变参数蠕变模型

针对渗透水压力作用下极软岩石巷道蠕变变形量大、容易突水等问题,选取油页岩为软岩试样,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法,分析渗透水压力作用下软岩蠕变特性,建立了考虑渗透水压力的变参数软岩损伤蠕变模型。结果表明:随应力水平提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,瞬时应变以线性关系增加;在蠕变过程中,随渗透水压力增加,岩石蠕变变形量呈先减小后增加的趋势,表明渗透水压力增大了岩石蠕变变形的能力;采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法反演蠕变参数,所得理论曲线与试验曲线吻合较好,表明所建模型合理。     

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究北大核心CSCD

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。     

软岩大断面隧道二次衬砌支护时机的选择研究

为探明软岩大断面隧道开挖后围岩的变形与支护时机的相关关系，利用监控测量数据反演分析中获得的蠕变参数，校正ABAQUS的D-P蠕变模型；在此基础上建立数值计算模型，对具有代表性的围岩进口浅埋段、出口浅埋段和洞身段进行了相关的数值分析，研究软岩大断面隧道岩体的变形规律和支护时机之间的关系；通过埋设现场监控量测点对二衬支护时机的结果进行了验证。研究结果表明:出口和进口浅埋段的V级围岩，开挖后岩体的变形速率大、时间短，选择以最终位移量的80%为最佳支护时机，二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的15 d左右；洞身段IV级围岩具有变形速率小、时间长，以最终位移量的90%为最佳支护时机，洞身段二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的30 d左右。现场验证表明，选择的二次衬砌支护的时机是可行的。     

基于胶结系数岩石强化的蠕变控制模型

深部巷道围岩破碎、注浆模式复杂、流变特性显著。探索破碎岩体胶结模式及蠕变控制模型,将利于深部巷道围岩稳定。通过对大理岩和粗砂岩进行取样—劈裂—蠕变—胶结4个步骤的制样,在RLW-2000型三轴流变仪上,对大理岩和粗砂岩2组试样进行损伤胶结强化蠕变试验,分析损伤岩石劈裂胶结强化后的基本蠕变特性,确定劈裂岩石胶结基本模式,推导基本劈裂岩石胶结强化的蠕变本构模型,并进行反演对比分析。结果表明:随着蠕变应力水平提高,大理岩蠕变应变呈缓慢增加—加速增加—急速增加过程,而粗砂岩蠕变应变呈减小—稳定—增加过程,均表现为试样裂隙的持续压密、扩展与贯通失稳;胶结岩石的胶结形态分为紧缝胶结与厚度胶结2种模式,紧缝胶结优于厚度胶结;厚度胶结的胶结厚度越大,胶结岩石体强度越大,但增幅呈衰减趋势;推导M-K-B本构模型符合胶结岩石蠕变基本特性;在同一蠕变应力水平下,随着胶结系数提高,胶结岩石蠕变应变减小,但减幅变小。