油页岩地下开采巷道围岩的流变特性及工程应用

为研究油页岩巷道围岩的流变特性,采用岩土SJ-1B三轴蠕变仪对油页岩进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,建立了油页岩非线性蠕变方程。根据上述非线性蠕变方程,以吉林桦甸油页岩矿一井运输大巷为工程背景,分析了围岩的应力场和位移场,并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了系统的分析。研究结果表明,油页岩蠕变具有非线性,控制油页岩巷道围岩过量变形的根本途径是改变围岩的应力状态,以及适当提高锚杆、锚索的初始预应力。本文为有效控制油页岩开采时巷道围岩的有害变形提供了理论依据。     

膨胀土非线性蠕变模型研究

通过对南宁膨胀土的三轴压缩蠕变试验,研究了该膨胀土的非线性蠕变特性。基于流变力学和分数阶微积分理论的蠕变模型,构建了可反映膨胀土非线性流变特性的本构方程和蠕变方程。为了更好地描述膨胀土的非线性流变行为,通过引入考虑应力水平影响的类粘滞系数,进一步改进了软体元件。研究发现,膨胀土的非线性蠕变过程可以通过调整分数阶次β1和β2进行有效地模拟。研究结果表明,所建立的模型能完整地描述膨胀土的粘-弹-塑性变形,且模型分析结果与试验结果非常吻合,为计算膨胀土地基在长期荷载作用下的变形提供了理论依据,也对进一步探索膨胀土的应力松弛和长期强度等流变特性具有理论意义。     

分级加卸载下深部粉砂岩三轴蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300米东大巷二煤层底板粉砂岩进行了三轴蠕变特性试验,详细探讨了其轴向蠕变和变形模量的变化特征,分析了围压对蠕变和破坏的影响;研究了该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特征。试验结果表明,在围压条件下,加速蠕变阶段较明显,岩样经过典型的蠕变三阶段后产生明显的黏塑性破坏;变形模量随应力水平的增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;瞬弹应变、瞬时总应变、粘弹性应变和总蠕变均随应力水平增大而增大;围压越大,岩石蠕变值越小,变形模量越小,塑性变形所占比重越大,非线性流变越明显。加大围压可以减缓岩石的蠕变破坏时间,围压越大破坏时的应变值也越高。表明围压对岩石蠕变有明显的约束作用。     

分级加卸载下深部巷道围岩蠕变特性试验研究

采用分级增量循环加卸载方式,对湖南湘煤集团牛马司矿业公司水井头煤矿-300m东大巷二煤层底板粉砂岩进行了单轴蠕变特性试验,探讨了轴向蠕变和各蠕变阶段的非线性粘弹塑性变形特征。试验结果表明,当应力水平低于岩石的长期强度时,粉砂岩只发生衰减蠕变;瞬时塑性应变和粘塑应变随轴向应力的增大而增大,瞬时弹性模量随应力水平增大而增加,而变形模量随应力水平增大和时间的增长逐渐减小,直至趋于某一稳定值;随着应力水平增大,粘弹性应变、粘塑性应变和总蠕变均先减小然后增大,表明低应力下因岩石内部微裂纹不断压密产生应变硬化,高应力下因岩石材料性质不断劣化产生内部损伤发生应变软化。     

堆石料流变的特性研究与反分析

根据堆石料流变的机理分析,认为在力的持续作用下,细化破碎的堆石颗粒滑移充填孔隙是发生蠕变的主要原因,形成对堆石料流变本质的新认识。通过试验比较分析,三轴流变试验和一维蠕变试验对于堆石料流变规律的描述是基本一致的,并与应力状态和时间因素相关,但流变参数却难以通过试验确定。根据4参数堆石料流变(蠕变)关系式和双屈服面弹塑性模型硬化规律随时间的变化,对坝体原型观测资料进行反馈计算确定流变参数。说明采用反馈分析方法是研究堆石料流变参数的有效途径。     

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象，通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验，分析其蠕变特性，分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度；此外，基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明：干湿循环会造成土体承载能力降低，蠕变变形增大，达到稳定的时间变长，且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大；偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形，衰减蠕变和稳定蠕变阶段，中应力下和高应力下经历瞬时变形，衰减蠕变和等速蠕变阶段；Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土，且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域，应加强对该区域的防护。     

三峡库区高陡危岩软弱基座力学特性研究——以望霞危岩炭质页岩基座为例

对三峡库区巫峡望霞危岩软弱基座炭质页岩样品进行X射线衍射与SEM扫描电镜分析,结果表明矿物成分中蒙脱石、云母、绿泥石含量较高,这些层状结构硅酸盐矿物具有高吸水性与易滑性特点;岩溶区地表碱性环境下蒙脱石和云母向绿泥石转化,岩石抗剪强度低,易发生滑动导致危岩体失稳。使用RMT-150C岩石力学试验系统进行不同围压下炭质页岩三轴压缩试验,通过一元线性回归分析方法获取了炭质页岩强度参数粘结力c=200 k Pa、内摩擦角φ=29.9°;对岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压数据进行回归分析获得线性控制方程,建立了炭质页岩应力-应变全过程曲线,结果表现出压密、弹性变形、应变软化、塑性流动4个阶段。     

岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

冻土蠕变特性研究现状及展望

对目前冻土蠕变试验研究和模型研究的研究成果进行了总结。从微观蠕变试验和宏观蠕变试验两方面对冻土蠕变的试验研究进行介绍。分经验模型、流变模型和一般的应力-应变-时间模型对冻土蠕变本构模型研究进行分析总结。从试验研究和本构模型研究两方面介绍冻土的动蠕变研究进展。同时,也介绍了冻土与桩基之间冻结强度的研究。目前,冻土蠕变研究大都集中在短期冻结强度,尤其缺乏桩土之间蠕变变形及长期强度的相关研究。随着未来冻土区铁路、公路建设以及民用建筑等级的提高,桩基础将越来越多的被应用。为优化冻土区桩基的设计,在当前有必要加强冻土区桩基蠕变特性的研究。     

结构面长期强度确定方法对比研究∗

结构面长期强度的确定对工程岩体长期安全稳定性评价具有重要意义。在对水泥砂浆结构面试件分别进行了不同法向应力条件的剪切应力分级剪切蠕变试验和循环剪切应力松弛试验的基础上,分别利用过渡蠕变法、应力-应变等时曲线法和应力松弛法对结构面的长期强度进行了求解。结果表明:过渡蠕变法确定的长期强度精度依赖于蠕变试验中加载应力级的划分;等时曲线法将长期强度值视为考虑时效作用的屈服强度值,结果偏保守;应力松弛法考虑了循环加载条件应力松弛的终止条件和长期强度之间的关系求得,结果合理明确。该研究对考虑时效作用的工程岩体安全稳定性支护提供设计依据。     

考虑损伤特征的冻风积土加载模型与试验研究

为了研究冻风积土在不同温度、各级围压条件下的应力—应变关系与加载损伤特佂,通过对不同负温不同围压条件下的冻风积土试样进行三轴剪切试验,获得其应力—应变关系曲线。按照用切线模量定义损伤变量方法对Duncan-Chang非线性模型变换得到了损伤变量随偏应力的演化规律表达式,引入具有衰减特性的负指数控制方程用以描述切线模量随偏应力增加而衰减特征。将损伤变量和切线模量的控制方程导入损伤本构关系中推导出了冻风积土加载损伤模型。研究发现:(1)损伤变量是一个依赖于围压及抗剪强度指标c、φ值并随偏应力不断演化的变量;(2)加载损伤模型在偏应力较小时描述冻风积土在三轴剪切过程中的应力—应变发展关系较为理想。     

关中咸阳地区Q_2黄土蠕变特性试验研究

通过对关中咸阳地区Q2黄土进行三轴蠕变试验,得到了关中咸阳地区Q2黄土不同围压及不同含水率下的应变—时间曲线和应力—应变等时曲线。分析试验曲线表明:围压及含水率对关中咸阳地区Q2黄土的蠕变特性具有较大影响,表现在其蠕变变形量与含水率在相同围压时呈正相关关系,与围压在相同含水率时呈负相关关系。再进一步对关中咸阳地区Q2黄土蠕变破坏应力与围压及含水率试验数据做拟合分析,得到了其蠕变破坏应力与围压呈线性正相关关系,与含水率呈负对数关系的变化规律。在以上分析的基础上,通过改进常用的五元件模型(H-K-K)参数性质及结构,得到了可描述Q2黄土加速蠕变的七元件非线性蠕变模型,并应用试验数据对其进行拟合辨识,最终得到较为理想的结果。     

高拱坝坝肩软弱结构面HM耦合效应试验研究

为定量揭示高拱坝工程蓄水运行后,坝肩岩体中软弱结构面在HM(Hydro-Mechanical)耦合作用下的弱化效应,结合锦屏一级高拱坝工程,现场采集该拱坝坝肩主要断层的原样,用重塑试样方法制备试件,在MTS岩石力学试验系统上开展不同水压(0,1,2,3,4 MPa)情况下的系列三轴压缩试验。结果表明:断层物质的强度参数具有显著的水压弱化效应,其中强度参数f随水压的升高弱化不大,各断层的平均弱化率不超过7%;强度参数c随水压的升高急剧减小,最大弱化率可达100%;考虑两者的综合效应抗剪强度τ,在3 MPa水压与10MPa正应力的工程条件下,各断层抗剪强度的平均弱化率约为25%。同时,建立了不同渗透水压力条件下结构面强度参数预测模型,并采用有效应力原理对结构面抗剪强度的弱化规律和机理进行初步分析。试验成果已应用于锦屏一级拱坝坝肩稳定性研究,研究方法可供多场耦合作用下软弱结构面的力学性能研究参考。     

南宁膨胀土加载-卸载试验及蠕变特性

利用固结仪对南宁膨胀土进行了一维加载-卸载实验,得到了加载-卸载条件下的应力应变关系。试验结果表明,土样加载或卸载时,以瞬时变形为主,其后随着时间的推移,迅速出现衰减蠕变或回弹变形,但最后仍然留下部分残余变形;含水率和应力水平越高,其塑性和流变特性越明显。根据压缩曲线和回弹曲线分析得到,膨胀土的变形由瞬时弹性变形、瞬时塑性变形,弹性滞后变形等组成。探索了膨胀土流变元件模型的组成形式,并通过拟合确定了相关的流变参数.所得结果可供膨胀土流变问题的进一步研究参考。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

基于分数阶微积分及改进弹塑性体的流变模型北大核心CSCD

为了减少流变模型元件个数并提高模型描述岩石非线性流变特征的能力,从改进一种弹塑性体元件入手,在考虑岩石残余强度的基础上,引入损伤变量修正系数,得到改进后的弹塑性体元件。同时引入由分数阶微积分表征本构关系的软体元件,将其与弹簧元件并联构成分数阶开尔文模型。由改进的弹塑性体元件串联分数阶开尔文模型,即可得到一种新的三元件流变模型。以大理岩单轴蠕变试验数据为例对模型进行验证,结果表明三元件流变模型具有较好的模拟精度及良好的应用前景。     

基于不同结构强度软粘土长期强度特性研究

天然软粘土一般具有结构性,土的结构性反映其内部颗粒孔隙连结及空间组合,决定了土体的物理力学效应,是软粘土长期强度的重要内在影响因素。为研究结构性强弱不同对软粘土长期强度特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的土体,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验。试验结果表明,软粘土由于存在结构性,其长期强度具有明显差异。通过对不同结构强度土体蠕变等时曲线进行分析,建立了考虑结构强度影响的软粘土长期强度经验模型。利用本文建立的经验模型,以结构屈服应变(1.9%)作为人工结构性软粘土蠕变变形的破坏准则,结果表明预测值与试验值较为吻合,验证了本文建立的考虑结构强度影响的土体长期强度预测关系式的合理性。     

基于膨胀土蠕变试验的粘弹性模型对比研究

对广西南宁膨胀土进行了一系列室内压缩蠕变试验,得出了相应的蠕变曲线.运用K-H体模型和Bu体模型进行对比研究,确定了正常应力条件下非饱和南宁膨胀土的粘弹性模型和各流变常数,提出了正常应力条件下南宁膨胀土的本构方程及蠕变方程.为膨胀土工程设计和分析提供可靠的理论依据.     

三峡千将坪滑坡滑动带土的非饱和蠕变模型

为定量研究降雨和库水位变动情况下的滑坡蠕滑变形特性，进行了三峡千将坪滑坡滑带土的非饱和三轴排水蠕变试验研究，得出了该滑带土在相同净围压，不同基质吸力下的一组蠕变曲线，在此基础上，类比Singh-Mitchell及Mesri蠕变模型的建模思想，并根据试验曲线自身的特点，给出了适合该滑动带土的非饱和蠕变模型，即剪应力-应变关系采用幂次函数，应变-时间关系采用双曲线函数。拟合结果表明，该模型能够较好地拟合试验曲线，为预测滑坡在库水或降雨作用下的长期稳定性提出了参考意见。