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。     

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。     

温度影响粉质黏土固结和强度特性的试验研究

随着能源岩土工程的发展,温度对土体固结和强度特性的作用变得越来越重要。采用温控三轴仪,通过等温增压固结试验、等压升温固结试验和温控三轴剪切试验,研究温度对饱和粉质黏土固结和强度特性的影响。结果表明,温度越高,土体固结速率越快,固结体应变越大。不同温度下试样的正常固结线几乎平行。同一围压作用下,温度越高,孔隙比越低。热应力造成的固结体应变随温度升高呈线性增长。剪切过程中,轴向应变较小时,同样偏应力作用下,温度越高,轴向应变越小;而轴向应变较大时,趋势相反。试样破坏偏应力随温度升高而线性减小,且围压越大,温度效应越明显。有效粘聚力c′随温度升高而减小,而有效内摩擦角φ′则不受温度的影响。     

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。     

循环荷载作用下加筋土路基动力响应研究∗

为明确模块面板式加筋土路基在顶面循环荷载作用下的受力变形规律与机制,以延安市某加筋土路基工程为背景,开展动三轴试验,关注不同荷载强度下试样动应力、动应变等多项指标的演化趋势,同时搭建加筋土路基数值模型并完成计算,明确路基水平沉降与面板侧向位移的潜在规律,进而探讨循环荷载作用下加筋土路基工程的动力响应机制。认知如下：在循环荷载的参与下,累积轴向塑性应变随加载次数的增加呈增长趋势,即先快速增大,随后趋缓,最后稳定;塑性应变曲线形态不一,呈“宽胖型”与“陡峻型”并存的态势;Monismith 模型和改进 Monismith 模型均可较好表达累积轴向塑性应变与循环次数的内在联系,但改进 Monismith 模型更为理想,动应力幅值越大,试样变形稳定所需加载次数越多;路基沉降和面板水平变形随着荷载强度的增加而增大,但所据位置较为稳定,其中峰值路基沉降始终处于载荷外侧处,峰值水平变形则位于 0.36~0.43 h 区间。     

交通荷载作用下非饱和土的动力特性试验研究

通过泥浆固结法制备大量均一试样,基于改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪进行了动三轴试验,研究了非饱和粉质粘土在交通荷载长期作用下的动强度和变形特性,同时分析了在饱和条件下反复干湿循环对其动强度的影响。结果表明:基质吸力的增加提高了土体抵抗变形的能力,相同动应力及振次条件下,土体的累积塑性应变随着基质吸力的增加而减小;土体的临界循环动应力以及动强度随着基质吸力的增加而增大,但动强度随基质吸力增加而增大的速率随基质吸力的增加而减小;干湿循环对粉质粘土的动强度有显著影响,使得土体的动强度提高。     

花岗岩非定常蠕变及其参数确定

深部岩体工程的长期稳定性与围岩的时效变形特性有着紧密的联系,花岗岩在高地应力作用下会呈现出流变特性,采用TAW-2000岩石三轴试验机,对花岗岩试件在三轴压缩条件下进行了蠕变特性试验。通过德鲁克-普拉格屈服函数在西原体一维蠕变方程中引入强度参数C、φ值,推导出三维状态下轴向蠕变方程来描述花岗岩蠕变过程,并分析了变形参数泊松比和强度参数C、φ的变化规律。由三轴试验结果,用非线性最小二乘法求出了不同围压作用不同时刻下的流变参数,并根据参数分布规律得到了流变参数与应力和时间的关系,最后推出非定常三维非线性蠕变方程。研究表明:该模型能很好反映花岗岩流变参数随应力和时间的弱化规律、稳定蠕变和衰减蠕变过程的蠕变特性,为深部岩石工程的长期稳定性问题提供新的研究思路与研究方法。     

钢筋混凝土柱偏心受压性能的尺寸效应试验研究

为揭示钢筋混凝土偏心受压柱的力学性能随尺寸的变化规律,在5组不同偏心距、3种截面尺寸为(200×200)mm、(400×400)mm、(800×800)mm的钢筋混凝土柱偏心受压试验数据基础上,对比分析了试件几何尺寸及偏心距对破坏形态、承载力、峰值荷载下混凝土及钢筋应变、弯矩、变形能力的影响。结果表明:试件的屈服及峰值承载力均随偏心距的增大而减小,且峰值承载力随尺寸的增大而减小;峰值荷载下,混凝土应变随偏心距的增大而减小,钢筋应变随偏心距的增大而增大,且两者应变均随尺寸的增大而减小;试件的变形能力随偏心距的增大而减少,尺寸越大,延性越差。     

循环温度荷载作用下饱和黏土的体积变形特性

采用温控三轴仪,研究了排水条件下温度循环引起的饱和黏土体积变化特性。试验结果表明,温度循环会使得土体产生不可恢复的体积变形,塑性体积应变的大小随温度循环周数的增加而增加,并逐渐趋于稳定值;若将经历过温度循环的土样重新加载到新的正常固结状态,后续温度循环中产生的塑性体积应变量值及发展规律与初始循环下的类似;同等温度增量下,体积应变的大小主要受超固结比OCR的影响,与应力水平无关。OCR越大,体积应变越小,随温度循环周数稳定的也越快。基于广义塑性理论,给出了热-力耦合作用下土体体积应变的计算模型。模型中考虑了温度塑性应变对屈服应力的硬化作用,根据屈服应力与前期固结应力之间的差异间接体现温度历史的影响,进而合理地模拟体积应变随温度循环周数的累积规律。利用所建立的模型对本文试验和文献中的数据进行了模拟,验证了模型的可靠性。     

先动后静荷载联合作用下结构性软粘土力学响应

为研究结构性软粘土在先动后静荷载作用下的力学响应特性,利用动静扭剪仪对天津滨海结构性软粘土进行了不同动应力幅值和波形的循环荷载作用,当动力累积塑性应变达到不同控制值后,再对土样进行静力三轴剪切试验。试验结果表明,在循环荷载作用下,累积塑性变形不断增大,土体结构破损加剧,随着先期动应力幅值和累积塑性应变的增大;之后,静力三轴应力应变关系曲线由应变软化型逐渐变为硬化型,其区分界限(1.25%)即为结构屈服应变;以结构屈服应变为分界点,相同围压下静力破坏应力随累积塑性应变的增大呈先快后缓的下降趋势。     

地震发生有前兆吗?

地震前兆是指地震前出现的与该地震孕育和发生相关联的现象。地震是地壳运动中岩石应力应变不断积累、增加,当其超过岩石破裂强度时所发生的岩体突然破裂。所以,地震的孕育总是伴随有一个应力应变长时期积累的过程,当这个过程中应力强度增长到接近岩石破裂强度时,岩石中出现小的破裂,且其数量和长度随应力的增长而增大,并因此而导致岩石体积变形,于是在地表就能观测到地壳形变。例如,1966年邢台地震前,震区内某水准点的高程变化有明显的震前异常,从1964年底开始,一反其历年来长趋势下降的常态,而以每年100毫米的速度急剧上升,至震前又转为     

孔隙压力对含随机缺陷岩石破坏过程及全部变形特征的影响

对于平面应变压缩条件下含有随机缺陷的岩样,利用FLAC研究了孔隙压力对岩样破坏过程、全部变形特征及前兆的影响。以前编写的若干FISH函数,被用于生成缺陷和计算轴向、侧向、体积应变及侧向应变与轴向应变比值的负值(计算得到的泊松比)。在峰值应力之后,密实岩石单元服从线性应变软化行为及随后的理想塑性行为,而材料缺陷呈现理想塑性行为。当孔隙压力较高时,应力—侧向应变曲线具有一平台;破坏的前兆更明显;变形后岩样的体积总是大于原始体积;在初始加载阶段、均匀变形阶段及峰后变形阶段,由于明显的侧向膨胀,计算得到的泊松比远大于0.5。当孔隙压力较低时,在峰值应力之前,变形后岩样的体积小于原始体积,体积扩容出现于峰值应力之后,引起了负的体积应变。利用广义虎克定律,解释了平面应变弹性状态下数值结果的合理性。对岩样进行带状区域扫描后,确认随机缺陷的初始分布与岩样的最终破坏形态紧密相关。     

考虑蠕变的约束钢梁简化抗火设计方法

高温荷载作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。为定量确定高温蠕变对约束钢梁抗火承载力的影响,利用ANSYS建立了考虑蠕变的约束钢梁有限元分析模型。与试验数据对比发现:仅仅通过应力应变关系考虑蠕变不能较好地模拟约束钢梁中蠕变的发展,而采用Poh模型的应力应变关系并考虑蠕变与试验数据吻合最好。利用验证后的分析模型进行参数分析,发现转动约束刚度、屈服强度、升温速率和跨高比等都对约束钢梁的临界温度有明显的影响。《建筑钢结构防火技术规范》给出的约束钢梁抗火设计方法未充分考虑这些参数的影响。对参数分析的结果进行回归分析,给出了适用的考虑蠕变的约束钢梁抗火简化计算方法。     

初始剪应力对饱和软粘土静、动力学性能影响——试验研究

通过静、动三轴试验,研究了初始剪应力对软粘土应力-应变关系、应力路径、孔压和强度的影响.研究结果表明,随着初始剪应力的增大,动应变和孔压增大,土体将在较小的循环次数下发生破坏.以转折应变为破坏标准,得到了不同初始剪应力下软粘土的动强度曲线;随着初始剪应力的增大,土体动强度减小.当不存在初始剪应力时,动强度随破坏循环次数的增多而衰减得较快,当初始剪应力较大时,其衰减缓慢.     

岩石MCVISC流变模型及其在FLAC~(3D)程序中的实现

进行了某地粉矿岩试件在单轴条件下分级增量循环加、卸载蠕变试验,得出该粉砂岩具有瞬弹、衰减蠕变、等速蠕变等阶段特征。通过对西原模型的改进,建立了一个能全面反映粉砂岩瞬弹、衰减蠕变、稳定蠕变的线性蠕变模型,即MCVISC模型。以此为基础,推导了蠕变本构模型三维状态下的有限差分形式。在Visual C++语言的环境下,利用FLAC3D所提供的二次开发接口进行了自定义模型的程序研制,给出了模型二次开发的程序流程和代码编写中的关键技术,并对程序的正确性和可靠性进行了验证和算例分析。结果表明,无论是应变量值还是蠕变整体变化趋势,数值模拟结果与室内蠕变试验结果吻合较好,说明了开发的蠕变本构模型的正确性和适用性。     

三峡库区高边坡紫色土抗剪强度的水敏性特征∗

为了研究高边坡紫色土的抗剪强度及变形随含水率的变化规律,在不同围压下对不同含水率的非饱和重塑紫色土进行了固结不排水三轴试验。结果表明：在不同的含水率及围压条件下,土体应力-应变关系曲线均呈现出“持续硬化”甚至“加速硬化”现象。其应力-应变关系曲线经历了3个阶段：轴向应变0%~2.3%为弹性阶段,2.3%~4%为应变硬化阶段,4%后逐渐变为屈服阶段。在同一围压下,土体主应力差峰值随含水率的增加而降低,其峰值下降幅度最大可达67.37%。不同含水率下的最大主应力差与围压均表现出较好的线性关系。在给定含水率下,主应力差峰值随围压的增加而明显增大,其峰值增大幅度最大可达150.98%,但随着含水率的升高,这种增大趋势逐渐减小,且围压对紫色土抗剪强度影响约为含水率对其影响的66.63%。随着含水率的增加,土壤的内聚力先增加后减小,峰值处的含水率为12%;而土壤的内摩擦角随含水率的增加呈现一阶线性减小,且下降程度最大可达56.88%。土体任意平面(破坏面)上σ-τ曲线的斜率随着含水率的增加而逐渐减小,而破坏包面逐渐变缓。分析并讨论了含水率对紫色土内部结构、颗粒间作用力及特性的影响,以期为三峡库区高边坡紫色土的综合治理提供理论支持和技术支撑。     

高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究

利用自行研制的岩石高温装置和RMT-150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200~700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58.92%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。     

加筋土动力特性的三轴试验研究

为了研究加筋土的抗震性能,在GDS高级动态三轴测试系统上对不同加筋层数的试样进行了不同围压和不同动应力作用下的动三轴试验.试验结果表明:动荷载作用下加筋可以约束土体的侧向变形,增强土体的抗震性能,但其效果与加筋层数有关;轴向累积应变与时间成对数关系.随动应力幅值的增加,试样轴向累积应变增大.围压越大,轴向累积应变越大.     

复杂应力路径下饱和粉土孔压与变形试验研究

为了研究均等固结条件下复杂应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土孔压和变形的影响,利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验。采用累积广义剪应变γg来描述粉土在复杂应力路径下的变形,并以γg=5%为液化破坏标准。研究表明:(1)未液化粉土γg的发展趋势可以通过修正Monismith模型较好地表示,模型得到的预测值与测量值的误差大致在10%以内。(2)当CSR≤0. 05时,CSR和δ对于粉土γg随孔压比ru增大而增大的影响不明显,此时粉土γg几乎不发展且ru远小于1. 0。(3)粉土在不同应力路径下的临界循环应力比CSRth有所不同,当δ=1时,0. 05 CSRth≤0. 065;δ=2时,0. 065 CSRth≤0. 08;δ=4时,试验粉土均不会液化。     

压实黄土抗剪强度参数影响因素研究

为了进一步研究河南三门峡地区黄土抗剪强度的影响因素,采用应变控制式三轴仪对不同含水量、不同压实度下的重塑黄土进行不固结不排水三轴试验。试验结果表明:相同压实度下,随着含水量的增加,应力应变关系曲线由弱应变硬化向强应变硬化转变;粘聚力与内摩擦角均随含水量的增加而减小,粘聚力与含水量的变化呈明显负线性相关,内摩擦角与含水量无明显的相关性。相同含水量下,粘聚力与内摩擦角随压实度的增加而逐渐增大,且呈现出明显的指数相关。含水量对抗剪强度参数的影响比压实度大。对以上强度参数采用最小二乘法进行拟合,得出考虑含水率和压实度的抗剪强度相关关系式,能够较为准确的反映在某种试验条件下强度参数的变化规律,为实际工程应用和数值模拟提供依据。