单轴压缩下炭质板岩的应变速率效应及声发射特性

为了探究应变速率对炭质板岩单轴力学特性和声发射特征的影响,开展了4组不同准静态应变速率（8.50×10^-6s^-1、1.70×10^-5s^-1、1.70×10^-4s^-1和3.34×10^-4s^-1）下的单轴压缩试验,并同时监测了加载过程的声发射信号。基于试验数据,总结分析了应变速率对炭质板岩应力-应变关系、能量耗散及声发射特征的影响规律,探讨了应变速率的影响机制。同时,基于加载过程中耗散能密度的演变规律,提出了将耗散能曲线平直段起点作为炭质板岩闭合应力σ_cc、平直段终点作为扩容应力σ_cd的特征应力确定方法。结果表明：在准静态应变速率范围内,炭质板岩的弹性模量和峰值强度随应变速率的增大均先增大后减小,在应变速率1.7×10^-4s^-1时达到最大值;闭合应力、起裂应力和扩容应力与峰值应力的比值基本在0.37、0.55和0.74左右,不随应变速率发生变化;应变速率对声发射信号影响显著,随应变速率增加,0~50kHz内的主频率占比逐渐增加,而100~250kHz内的主频率占比逐渐减小,炭质板岩的破坏形式逐渐由张拉破坏变为剪切破坏。     

初始相对密实度对饱和细海砂直剪特性的影响

以松散、中密、密实等不同初始相对密实状态的饱和细海砂为研究对象,利用直接剪切试验研究了饱和细海砂的剪切特性。研究表明:砂土的初始相对密实度对其应力应变关系有重要影响,密实砂土呈现强度软化,松散砂土呈现强度硬化;相对密实度越大,饱和细海砂的剪应力峰值越大;同一相对密实度,饱和细海砂的剪应力峰值随竖向应力的增大而增大。竖向应力较低时,不同密实度的饱和细海砂在剪切过程中,体积先减小(即剪缩)后增大(即剪胀);竖向应力较高时,呈先剪缩-剪胀-再剪缩的趋势。内摩擦角随相对密实度的增加而增大。     

细粒含量对饱和砂土静态液化失稳特性影响的三轴试验研究

通过开展三轴固结不排水剪切试验,研究了初始相对密实度、黏土掺量及固结方式对含细粒砂土静态液化特性的影响。纯丰浦砂试验结果表明,中密和密实试样的应力应变关系呈持续应变硬化特性,孔压先增加后减小到负值,只有在极松散（密实度D_r=5 %）情况才出现持续的应变软化。掺入一定量上海黏土的丰浦砂试样试验结果表明,在细粒含量不高条件下,细粒含量增加导致砂土更易发生应变软化。基于试验结果以及计算得到的二阶功变化情况,获得了砂土静态液化失稳触发点对应的应力比。该应力比随试样初始密实度增大而增大,随细粒含量增加而减小,说明砂土越松散、细颗粒含量越高越易触发静态液化失稳。     

泾阳黄土抗剪强度的环剪试验研究

以泾阳滑带土为研究对象,采用HJ-1型环剪仪对泾阳县的重塑黄土进行了单级环剪试验,研究了不同含水率,干密度,剪切速度下重塑黄土在较大剪切位移下的强度变化规律。研究表明:土体应力-应变曲线呈软化现象;粘聚力和内摩擦角均随含水率的增加而降低;剪切速度越大的其达到峰值强度所需的剪切位移越小,粘聚力越大,但其对内摩擦角影响不显著;干密度与峰值强度呈正相关关系,对残余强度的影响不明显。脆性指数随含水率和剪切速率的增大而减小。     

胶结砾质土心墙坝应力变形及裂缝扩展研究

心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素．通常采用心墙掺砾来减弱拱效应，但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应，且过多掺砾易形成渗流通道，不利于大坝防渗．考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料，以提高其变形模量，减弱心墙拱效应．以西南某高堆石坝为例，对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟，分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态；同时，采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟，以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响．结果表明：心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应，改善心墙抗水力劈裂性能；坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小，在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏；心墙上部预设裂缝更易发生扩展，固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展，避免形成渗流通道．可见，胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能．     

宽级配砾质土三轴试验研究

对某宽级配砾质土分别进行了中型和大型三轴固结排水剪试验,研究了不同试样干密度、不同掺砾量下宽级配砾质土的强度、应力应变特性及邓肯-张模型参数,并对中三轴与大三轴2种不同尺寸试验结果进行了分析和对比.结果表明:宽级配砾质土的偏应力峰值强度、抗剪强度及其剪胀性随着掺砾量和试样干密度的变化呈现一定的变化规律;随着掺砾量或试样干密度的增大,中三轴和大三轴试验邓肯-张模型参数的K均随之增大,但n随之减小;在相同掺砾量下,初始弹性模量和体积变形模量均随着试样干密度的增大而增大.     

土石坝心墙材料分区优化设计

针对某土石坝工程,考虑对心墙进行分区且各分区采用相同或不同掺砾量的砾质土,对土石坝进行了三维有限元应力应变计算,并对土石坝心墙的土料选用及心墙分区方案进行了优化设计研究.结果表明,土石坝心墙上部应力水平较低,对坝料变形指标和力学指标要求不高,可采用天然黏性土或掺砾较少的砾质土,而其下部采用掺砾量较高的宽级配砾质土,这样,既可以满足坝体应力变形要求,保证心墙抗水力劈裂性能,也可以节省工程造价.     

水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究

为探讨水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度特性的影响规律,本文以大掺量水泥对红黏土固结体抗剪强度指标的影响为切入点,室内制备了四种不同水泥掺入比的红黏土固结体试块,开展了不同法向应力条件下的红黏土水泥固结体直接剪切试验。试验发现:随着水泥掺量的不断增大,红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线上峰值应力跌落现象逐渐显现;红黏土固结体抗剪强度指标随水泥掺量的增大而提高,但是粘聚力与内摩擦角的增大规律并不相同:粘聚力的增大速率随水泥掺量的增大而不断减小,内摩擦角的增大规律随水泥掺量的增大而呈"S"型。     

桩土接触面力学特性大型剪切试验

土与混凝土接触面力学特性直接影响到桩侧摩阻力的发挥,相关研究对抗拔桩设计及应用至关重要。采用大型剪切系统,设计试验剪切模型箱,通过将预制混凝土板置于剪切装置中,以模拟抗拔桩的实际受力情况,分别从剪应力-剪切位移曲线、接触面剪切强度及剪缩剪胀性3个角度进行对比分析。结果表明:剪应力达到峰值强度后随剪切位移的增加线性递减,且在不同法向应力作用下,减小速率近似相等;接触面最大剪应力随着法向应力的增大而增大,两者呈良好的线型关系,但随含水率的增大而减小;接触面抗剪强度随含水率的增大而逐渐减小,相同法向应力下其值远低于土体抗剪强度;当法向应力较小,土样含水率较低时,土体发生剪胀现象,而在其他条件下均为剪缩,法向应力越大,其剪缩量越大。     

泾阳南塬阶地砂质粉土剪切特性试验研究

研究泾阳南塬阶地砂质粉土的剪切特性利用SLB-1A型应力应变控制式三轴蠕变剪切仪和SRS-150型环剪试验仪对饱和重塑砂质粉土分别进行不同围压下的三轴固结不排水剪切试验和控制法向应力、剪切速率的环剪试验。三轴固结不排水剪切试验研究表明:饱和砂质粉土在不同围压下均表现出严重的液化现象且随围压的增加液化势降低,并且得到了土体的孔隙水压力特征,稳定状态和强度参数特征。环剪试验研究表明:在控制剪切速率条件时,土体的峰值强度和残余强度随法向应力的增加而增加;在控制法向应力的条件下,在不同剪切速率条件下土体均表现出应变硬化的特征。砂质粉土饱和后力学强度急剧降低是该地区滑坡沿下垫层滑动的主要原因。     

原状黄土的剪应变速率效应及数值模拟

为探究不同剪应变速率下非饱和原状黄土的变形性状与强度特性,利用南京土壤仪器SLB-1型三轴剪切渗透试验仪器,通过不同围压、不同剪应变速率条件下的室内三轴UU试验,对非饱和原状黄土在不同初始应力状态的剪应变速率效应进行分析,并结合PLAXIS 3D数值模拟研究,以期为数值模拟室内试验提供参考从而节约时间和成本。研究结果表明:非饱和原状黄土偏应力随应变的增加前期迅速增加,随后增加缓慢,呈现出应变硬化型,硬化程度随着围压的增大而增大,模拟结果的硬化程度小于试验结果的硬化程度。在试验范围内,原状黄土偏应力-应变曲线随着剪应变速率的增加不断上移,破坏强度随剪应变速率的增加而增大,模拟结果中剪应变速率对破坏强度的影响范围小于试验结果。     

Ca(OH)2-Na2CO3激发矿渣-粉煤灰混凝土的抗裂性能分析

采用Ca(OH)₂和Na₂CO₃（摩尔比1∶1）为激发剂制备碱矿渣-粉煤灰混凝土，分别研究碱当量和粉煤灰掺量对ASFC抗压强度、劈裂抗拉强度、内钢环应变、环向拉应力和抗裂性能的影响，并通过开裂系数ζ_t(t)和抗裂性能评价指标A_cr(t)表征ASFC的抗裂性能. 研究结果表明：随着碱当量的增加，ASFC的抗压强度和劈裂抗拉强度先增大后减小；当碱当量较小时(4%和6%，除特殊说明外，文中均为质量分数)，ζ_t(t)和A_cr(t)基本不变，继续增大至8%和10%时，二者明显增大，抗裂性能明显降低；随着粉煤灰掺量的增加，ASFC的抗压强度和劈裂抗拉强度先增大后减小；粉煤灰掺量为20%时，ζ_t(t)和A_cr(t)明显下降，抗裂性能提高；继续增大粉煤灰掺量至40%，ζ_t(t)和A_cr(t)变化不大，抗裂性能没有明显提升. 碱当量为6%，粉煤灰掺量为20%时，力学性能和抗裂性能最优.     

改良粗粒土填料大型三轴试验

为了解路基填料级配改良后的物理力学特性,向素土中掺加3种粒径范围内不同质量比的碎石,制成4种具有不同颗粒级配的改良填料,采用大型三轴剪切仪对素土和复合砾进行三轴剪切试验。在试验基础上提出轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立体积应变与轴向应变的函数方程,并对试样三轴试验的体积应变和切线泊松比进行预测。研究结果表明:粗颗粒质量分数较高的试料在低围压下出现剪胀现象,在高围压下出现剪缩现象;在低围压下,随着粗颗粒质量分数升高,试样体变由剪缩趋势逐渐转为剪胀趋势;应用邓肯-张模型并求得其参数,得出试样的黏聚力c、内摩擦角φ及切线弹性模量Et随粗颗粒质量分数的增加而增大;邓肯-张模型不能很好地反映粗粒土填料的变形特性;预测结果表明改进模型能较合理地描述粗颗粒土填料的体积应变特性。     

钢-土接触面位移与强度特性直剪试验

利用改进的直剪仪对不同密实度(40%、55%、70%、85%)的粗粒土与不锈钢毛坯板之间接触面进行直剪试验,研究粗粒土与钢板接触面之间的接触力学特性以及粗粒土相对密实度对其影响规律。结果表明:粗粒土与钢板之间的接触面在达到剪切破坏前,剪应力与剪切位移之间近似呈线性关系。接触面的抗剪强度及切向劲度系数均随着粗粒土相对密实度的增大而增大,相对密实度由40%增至85%时,接触面的黏聚力平均增大41.8%,内摩擦角平均增大35.4%;切向劲度系数ks平均增加11.2%。接触面法向应力σn从100 kPa增加到800 kPa的过程中,切向劲度系数ks平均增加40.3%。基于试验结果找到切向劲度系数ks与法向应力σn和相对密实度Dr之间的关系,提出ks-σn-Dr经验关系式,建立了具有简单形式的接触面本构模型。     

红黏土与混凝土接触面剪切特性试验研究

采用大型直剪仪进行红黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究不同法向应力与混凝土表面、不同粗糙度条件下接触面的力学特性,对红黏土与混凝土接触面的应力、应变及破坏形式进行分析。研究结果表明:随着接触面粗糙度的增大,接触面的抗剪强度以及残余强度增大,黏聚力增大,内摩擦角减小;在剪切初始,法向位移随着切向位移的增大而减小,表现为剪缩,之后随着切向位移的继续增大,法向位移增大,表现为剪胀,剪胀速率基本相同;在剪缩阶段,剪缩速率随着法向应力或粗糙度的增大而增大;在剪胀阶段,剪胀速率也随着粗糙度的增大而增大,随着法向应力的增大,剪胀速率基本不变。     

间断级配土石混合料力学特性试验和本构模型

为研究山区筑路填料中常见的间断级配土石混合料的力学特性,采用SZ30-40DA大型三轴试验仪对间断级配土石混合料进行三轴剪切试验,分析了不同含石量和围压对间断级配土石混合料的应力-应变关系、抗剪强度参数、刚度、孔压、内摩擦角以及黏聚力的影响,并结合邓肯-张模型和幂律模型对间断级配土石混合料的适用性进行分析。结果表明：不同含石量下土石混合料的应力-应变曲线均呈现出应变硬化特征,无应变软化特征;当含石量较低时,应力-应变呈现出一条平滑的曲线,随着含石量增加,应力-应变曲线呈现出明显的“跳跃”现象;土石混合料的抗剪强度随含石量和围压的增加而增大;不同含石量混和料在剪切过程中,粗颗粒表现出不同的破碎程度,含石量增加破碎率增大;内摩擦角随含石量的增加而增大,而黏聚力随含石量的增加而减小,含石量(质量分数,下同)为70%时,内摩擦角达到最大,黏聚力最小;刚度在前期软化现象明显,随着含石量的增加,土体表现出一定的骨架作用,抵抗变形的能力增强;孔压受轴向应变和围压影响较大,随轴向应变的增大先增大后减小,随围压的增大而增大;邓肯-张模型在应用于间断级配土石混合料时存在一定的差距,而幂律模型的拟合度较邓肯...     

剪切速率及二灰掺量对改良风化砂抗剪指标的影响

以石灰、粉煤灰改良风化砂抗剪强度指标为研究对象,通过对风化砂中掺入不同量、不同比例的二灰,进行室内直接剪切试验,改变剪切速率,得到不同剪切速率及二灰掺量对抗剪强度指标的影响规律.试验研究表明:剪切速率对二灰改良风化砂的粘聚力、内摩擦角有较大影响;在相同的二灰比例下,二灰改良风化砂粘聚力随着剪切速率的增大而增大,内摩擦角随着剪切速率的增大而减小;垂直荷重较大时,抗剪强度随着剪切速率的增大而显著减小,垂直荷重较小时,剪切速率对抗剪强度影响较小;在相同的剪切速率下,风化砂的粘聚力均随着二灰掺量的增加而有显著增大,且剪切速率大的粘聚力增幅要大于剪切速率小的粘聚力增幅.随着二灰掺量的增加,风化砂的内摩擦角会先增大后减小,但总体差别不大.     

块石尺寸对土石混合体强度特性的影响研究

选择块石类型为卵砾石,土料为含砂低液限黏土,含石率为50%;通过室内中三轴试验研究了4种不同卵砾石尺寸下的土石混合体的强度及变形特征。试验结果表明:1不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的应力应变关系曲线为硬化型曲线;随着卵砾石尺寸的增大,试样的峰值强度减小,高围压下尤其显著;2不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的体积应变随着轴向应变的增加而增大,剪切过程中直至破坏试样一直处于剪缩状态;3土与卵砾石混合体的内摩擦角与卵砾石的分形维度近似符合抛物线函数关系变化。试验分析所得的研究结果,为深入研究土石混合体这类特殊的地质体提供一定的理论依据。     

高竖向应力作用下海砂直接剪切特性研究

随着近海工程项目的日益增多,海砂可作为经济性建筑材料,但关于高应力作用下海砂的剪切特性研究未见相关文献。通过研究高竖向应力作用下中等粒径海砂的直剪特性,探究了剪切速率对强度指标的影响,得出以下主要结论:(1)随着竖向应力的增大,海砂应力-位移曲线的软化特性越来越突出。(2)海砂达到峰值应力时的位移大致呈现随竖向应力的增大而逐渐增大的趋势。(3)剪切过程中,竖向位移逐渐减小并趋于稳定,表现出剪胀特性。(4)竖向位移-剪切位移关系曲线在初始过程呈现出轻微的剪缩过程,表现为一个较长的稳定阶段,主要是与材料选择与高竖向应力有关。(5)剪切速率对高竖向应力作用下摩尔-库伦曲线的斜率有一定影响,近似可认为随剪切速率的增大,表现为内摩擦的降低。研究成果对近海工程项目建设有一定的参考价值。     

真空热压烧结Cu-Al2O3热变形行为研究

采用真空热压烧结法制备Cu-Al₂O₃复合材料,并在Gleeble-1500D热模拟机上对其进行高温压缩试验.阐述了内氧化原理,分析了真空热压烧结制备的铜基复合材料的微观组织和材料性能,研究了在变形温度为650~950℃,变形速率为0.01~5 s^-1,最大真应变为0.7时的流变应力行为.结果表明：变形温度和变形速率对流变应力的影响较大,随着变形温度的升高和应变速率的减小,峰值应力逐渐减小.采用双曲线正弦模型建立了材料高温变形时的流变应力本构方程,确定热变形激活能为220.7 kJ/mol.