粗粒土在仔平面上的真三轴试验及强度准则

利用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土进行π平面上的等p(球应力)、等b(中主应力系数)试验,研究粗粒土在π平面上破坏应力比Mb与b的关系。试验结果表明：Mb 随着b的增大而减小;b值较小时其变化对Mb 的影响较大,b值较大时其变化对Mb 的影响则较小;在相同b值下,Mb随着p的增大而减小,强度表现出非线性特性。将等σ3面上的破坏准则、Mohr-Coulomb破坏准则、粗粒土的应力不变量破坏准则、Lade-Duncan破坏准则、Matsuoka-Nakai破坏准则这5种破坏准则在π平面上的破坏线与试验结果比较,验证其对粗粒土的适用性。结果显示,粗粒土等σ3面上的破坏准则由于考虑了中主应力的影响,比Mohr-Coulomb破坏准则更符合试验结果,且可以较方便地考虑粗粒土的强度非线性;粗粒土的应力不变量破坏准则介于Lade-Duncan破坏准则和Matsuoka-Nakai破坏准则之间,与试验结果较接近。     

温州软黏土不排水真三轴试验的研究

利用英国GDS真三轴仪,针对原状温州软黏土进行恒定小主应力σ3下不同中主应力系数b的固结不排水试验。在三维应力状态下,研究不同中主力条件下黏土的强度变形特性,利用相同应力路径下主应力旋转对比试验反映土的各向异性特性。研究结果表明:在轴向压缩(TC)试验中,随着加载的进行,偏应力逐渐增大并趋于平稳;并随中主应力系数b呈现先增大后减小的趋势,b=0.8时出现峰值;广义剪应力峰值呈现先增大后减小的趋势,峰值在0.6~0.8之间;轴向压缩试验(TC)加载过程中;当b=0.4时,中主应变接近为0,可视为平面应变情况;在b=0.4~1.0之间时,剪缩效应受中主应力系数b影响较明显;b=1.0时,轴向压缩(TC)试验破坏强度高于轴向拉伸(TE)试验的破坏强度,其应力应变响应有显著不同;在π平面上,Lade-Duncan准则对试验点的拟合精度优于Mohr-Coulomb准则和Matsuoka-Nakai准则。     

温州软粘土不排水真三轴试验的研究

利用英国GDS真三轴仪,针对原状温州软粘土进行恒定小主应力 下不同中主应力系数b的固结不排水试验。在三维应力状态下,研究不同中主力条件下粘土的强度变形特性,利用相同应力路径下主应力旋转对比试验反映土的各向异性特性。研究结果表明：在轴向压缩(TC)试验中,随着加载的进行,偏应力逐渐增大并趋于平稳,并随中主应力系数b呈现先增大后减小的趋势,b=0.8时出现峰值;广义剪应力峰值呈现先增大后减小的趋势,峰值在0.6~0.8之间;轴向压缩试验(TC)加载过程中,当b=0.4时,中主应变接近为0,可视为平面应变情况;在b=0.4~1.0之间时,剪缩效应受中主应力系数b影响较明显;b=1.0时,轴向压缩(TC)试验破坏强度高于轴向拉伸(TE)试验的破坏强度,其应力应变响应有显著不同;在π平面上,Lade-Duncan准则对试验点的拟合精度优于Mohr-Coulomb准则和Matsuoka-Nakai准则。     

基于等效Mohr-Coulomb摩擦角的强度准则主应力平面表示

定义Mohr-Coulomb(M-C)强度准则各种表达式和对应的等效M-C摩擦角,基于等效M-C摩擦角给出主应力σ1σ2关系表达式,即各种强度准则在主应力平面的表示。以Matsuoka-Nakai(M-N),Lade-Duncan(L-D)和Moji强度准则为例,演示了该方法的应用,研究3种强度准则中间主应力σ2对材料屈服时的最大主应力σ1的影响。结果表明:这种在二维主应力σ1-σ2平面中表示强度准则的新方法既适用于无黏性材料又适用于黏性材料,用于黏性材料时,通过平移坐标轴将黏性材料破坏面转换成无黏性材料破坏面,为材料强度准则研究提供了新思路。     

Mohr包线的二次曲线形式

为了研究岩土类材料破坏的非线性，基于直剪试验和三轴试验结果的特点建立了二次抛物线形式的Mohr破坏包线，并给出了主应力表达形式。与Mohr-Coulomb准则一样，确定此破坏包线只需要两个破坏Mohr圆。根据本法得到的偏平面上的屈服迹线呈等边不等角曲边六边形。且随平均主应力增大，屈服迹线相对于由Mohr-Coulomb准则得到的结果要经历三个阶段：小于Mohr-Coulomb准则屈服迹线、大于Mohr-Coulomb准则屈服迹线和小于而且越来越小于Mohr-Coulomb准则屈服迹线。利用本模型在子午面上可以方便地直接给出平均主应力与偏剪应力的关系。本模型可以反映拉压不等性。     

Hoek-Brown岩体非线性强度的线性化方法

以瞬态摩擦角φi为中间变量详细推导Hoek-Brown准则的τ-σ关系.根据Hoek-Brown准则的τ-σ关系,推求Hoek-Brown准则下最小单元安全系数所对应的截面位置,并认为该截面为岩体发生临界破坏时的破坏面.根据岩体发生临界破坏时的破坏面位置以及作用于该面上的正应力和剪应力求得岩体在发生临界破坏时所受到的最小主应力σ3.通过搜寻计算模型范围内每一种材料中所有单元临界破坏状态下的最小主应力σ3找出每一种材料中最小主应力区间.采用最小二乘法推导通用Hoek-Brown准则在任意最小主应力区间范围内的等效Mohr-Coulomb参数.采用本文中建议的线性化方法和Hoek-Brown准则强度折减法对一边坡算例进行计算.结果表明:当每一种材料的最小主应力区间划分得越细,通过等效Mohr-Coulomb参数求得的边坡安全系数和破坏面位置与通过Hoek-Brown准则强度折减法获得的结果越接近.     

XAGT-1型真三轴压力室结构完善和饱和砂土真三轴试验

介绍了西安理工大学开发的XAGT-1型真三轴仪。分析了该仪器在进行砂土真三轴试验过程中存在的问题,并提出了相应的完善措施。介绍了使用该仪器所进行的砂土的不同b值的应力路径试验。从试验结果发现,固结围压较低时,随着中主应力比增大,广义剪应力与广义剪应变曲线有硬化型逐渐转化为软化型;π平面上饱和砂土的破坏曲线轨迹比较接近于松冈—中井准则。固结围压较小时,随着中主应力比增大,强度试验点与松冈—中井准则的差异逐渐增大,固结围压较大时,达到200 kPa时,强度试验点与松冈—中井准则基本一致。     

Lade-Duncan准则在煤柱极限强度计算中的应用

基于黏性材料Lade-Duncan破坏准则,分析煤柱应力规律,将小主应力σ3看成是开采前的静水原岩应力推导出煤柱强度计算式,并与M-C准则,A.H.Wilson计算式结果相比较.经分析比对发现,没有考虑中主应力的MC屈服准则,A.H.Wilson公式结果都偏小,且A.H.Wilson结果过分偏低,而考虑中主应力的Lade-Duncan破坏准则却在煤柱强度计算结果上明显存在优势,更合理.从内摩擦角和黏聚力这两个角度出发,讨论其对煤柱强度特性的影响规律及影响程度,结果表明煤柱极限强度受二者影响显著,且前者影响程度大于后者.     

考虑中间主应力的粉砂岩侧向卸荷力学特性试验研究

利用TRW-3000型岩石真三轴试验系统开展粉砂岩真三轴侧向卸荷试验,研究不同中间主应力系数b条件下粉砂岩卸荷破坏、变形特征,并基于Mogi-Coulomb强度准则,探讨岩体强度特征。研究结果表明:在真三轴侧向卸荷应力条件下,随着中间主应力增大,粉砂岩试样卸荷破坏模式由剪切-张拉复合破坏转变为板裂破坏,剪切破断角随b增大呈线性增大;应力-应变曲线有较明显的阶段性,随着中间主应力增大,破坏时最大主应变ε1、最小主应变ε3增大,体积应变εV减小,扩容趋势更加明显;在卸荷过程中,变形模量随卸荷量增加呈负指数关系降低;采用Mogi-Coulomb准则对真三轴侧向卸荷试验强度进行拟合分析,回归方程满足显著性水平α=0.01的F检验要求,Mogi-Coulomb强度准则能够较好地用于描述不同中间主应力条件下的粉砂岩侧向卸荷强度关系。     

以K_0固结线为基准的修正Lade-Duncan模型

针对传统塑性力学中土的屈服曲面是以等倾线为轴的各向同性曲面,无法考虑原状土的K0固结这一常规初始状态以及各向异性等结构性属性,在描述原状土的屈服、破坏等力学性能时不能很好地拟合试验的问题,类似等倾线与π平面,以K0固结线为轴线,建立了可以反映土的各向异性的χ平面.并在此基础上构造了适用于原状土的修正Lade-Duncan模型.对既有π平面上真三轴试验数据的数学分析表明,修正Lade-Duncan模型能更客观的描述原状土的屈服、破坏、各向异性等结构性属性.     

可燃冰沉积物宏细观力学特性真三轴试验离散元模拟

为了研究孔隙填充型可燃冰沉积物在复杂应力状态下的力学特性,采用三维离散元法对孔隙填充型可燃冰沉积物试样进行在不同平均应力、不同中主应力系数下的真三轴压缩模拟试验,研究平均应力和中主应力系数对宏、细观力学性质的影响以及细观力学机制的演化与宏观力学特性的联系。结果表明:平均应力的取值主要影响可燃冰沉积物的峰值强度;大、中、小主应力以及大、中、小主应变受到中主应力系数的取值影响较大,其变化趋势与颗粒接触的强接触组构主值表现出良好的相似性;在三向应力不等的情况下,可燃冰沉积物的破坏强度符合Lade-Duncan准则;随着中主应力系数逐渐增大,XY平面上的法向接触力更倾向于朝着中主应力方向发展。     

非均匀应力场下隧道围岩弹塑性分析统一解

为深入研究非均匀应力场下隧道围岩的弹塑性分析方法,基于统一强度准则,推导了非均匀应力场下隧道围岩应力及塑性区半径解析解.分析表明:隧道围岩弹塑性交界面上径向应力和切向应力均受中主应力系数b的影响,呈现出随着b值的增大,径向应力减小,切向应力增大的特点;同时隧道围岩塑性区半径随着b值的增大而减小,以b为0时隧道顶板围岩塑性区半径作为参照,b为0.25、0.5、0.75和1时塑性区半径分别减小19.2％、29.8％、36.3％和40.8％.表明在工程实践中若能不同程度地考虑中间主应力的影响具有重要意义.     

粗粒土路堤填料路用性能及其循环动应力试验

为了研究粗粒土路堤在动力荷载及雨水湿化作用下的路用性能,以粗粒土为研究对象,开展室内常规物理力学试验,分析压实度、干密度以及含水率对粗粒土填料回弹模量的影响;利用大型动三轴试验仪研究不同压实度和围压条件下轴载作用次数与动态回弹模量之间的关系,以压实度和含水率为条件变量对粗粒土试件进行永久变形试验,探讨循环动应力作用下粗粒土试件轴向累计轴向应变的发展规律。试验结果表明:压实度和含水率对粗粒土的物理力学特性影响较大,但对干密度影响较小;试件累计轴向应变随着压实度增大而减小,当压实度为90%时,试验前期累计轴向应变增加幅度较小,当累计轴载次数达到1 000时,累计轴向应变急剧增加;累计轴向应变随着含水率的增加而增大,并随着压实度的增大而减小;粗粒土随着轴载次数的增加经历了稳定、临界和破坏3种状态,其中压实度为90%的试件表现较为明显;粗粒土路堤填料的动弹性模量随着轴载次数的增加而减小,衰减速率逐渐减小,最终趋于平稳。     

非饱和土真三轴双剪新强度准则及验证*

依据非饱和土的双应力状态变量理论,在俞茂宏双剪新强度准则的基础上,建立了适用于非饱和土的真三轴双剪新强度准则,并用文献非饱和粉砂刚性与柔性真三轴试验结果进行了验证.研究结果表明:该分段线性的真三轴双剪新强度准则能反映非饱和土强度的中间主应力效应及其区间性与单轴拉压不等特性,且可线性逼近拓展的非线性Spatially Mobilized Plane准则;Mohr-Coulomb强度准则的预测值偏小、外接圆Drucker-Prager准则的预测值明显偏大,这两个准则对非饱和土的真三向应力状态及试验数据均不具有很好的适用性.     

土的破坏准则——考虑中主应力的影响

本文就土的破坏准则及其试验研究工作做了一般性讨论.作者根据土的破坏决定于形变能的概念提出了一个破坏准则.在轴对称情况下,它与摩尔—库伦准则是一致的,对于σ_1>σ_2>σ_3的应力状态,强度指标较摩尔—库伦为大,当σ_2=1/2(σ_1+σ_3)时有最大值,sinφ将增大15.5%.     

Mohr-Coulomb准则的试验验证与修正

利用真三轴试验数据,检验Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性,讨论并确定一种已有形状函数的模型参数,并利用该形状函数对Mohr-Coulomb准则进行修正,以试验为基础提出黏结力c和内摩擦角?的动态计算式及考虑材料拉压差异的拉压强度比K计算式。研究结果表明:Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性较差,只能在一定三轴压缩条件下对压缩试验点进行预测,对拉伸强度试验点的预测性差;K越小,模型参数m对Van Eekelen形状函数的影响越大,当m=-0.23时,该形状函数的外凸性最优;修正后的Mohr-Coulomb准则对岩土材料的适用性较好,极限迹线变化规律与试验规律相符,对K预测精确;基于试验结果对c和?的动态计算是可行的,考虑参数的变化能使修正后Mohr-Coulomb准则对岩土材料强度预测更精确,也说明非线性准则优于线性准则;修正的K计算式为静水应力p的单值函数,通过与修正的Lade-Duncan准则、峰值比法计算的K比较,考虑拉压差异的非线性计算方法更优。     

重塑黄土剪切屈服及破坏特性的真三轴试验

岩土体的剪切屈服和破坏面是岩土工程研究的基础.利用重塑黄土的真三轴试验,测试分析不同含水量重塑黄土在不同固结应力、不同中主应力比条件下的剪切应力-应变曲线.依据测试结果,以应变为条件进一步分析剪切屈服面和破坏面的变化规律.分析表明:一定含水量条件下,不同初始固结应力重塑黄土在同一π平面上的破坏面趋于一致;在一定的初始应力条件下,不同含水量重塑黄土在同一π平面上的破坏面形状基本相似,随着含水量的增大,破坏面逐渐向内收缩,但曲面的形状基本相似;子午平面内不同含水量重塑黄土的强度线均呈直线,且交汇于p轴的同一点,即不同含水量重塑黄土的强度破坏面为具有同一顶点的曲面锥;通过不同应变条件下π平面上屈服面的比较可以看出,各屈服面与破坏面具有相似性.     

混凝土拉伸损伤演变的细观力学研究

根据能量耗散等价假设对二维平面应力问题，建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系．在双轴拉伸情况下，材料破坏时微裂纹密度为一定值，与σ1和σ2的变化无关；但破坏时的宏观损伤值随横向拉应力的增大而增大。     

不同应力条件下饱和尾粉砂的静力学特性

为了得到饱和尾粉砂在高应力条件下的静力学特性,通过不排水静三轴试验分析了饱和尾粉砂在不同围压下的应力-应变规律、孔压-应变曲线的增长规律以及应力路径。结果表明：在低应力条件下孔压增长相对缓慢且土颗粒间的相对作用力较小,剪胀现象明显;当围压升高后土体被逐渐压密则表现出了应力增量引起的应变增量越来越小的现象;当围压到达一定值后表现出类似于脆性材料的破坏形式;随着围压的升高土样孔隙水压力逐渐增大;破坏时的偏主应力随着围压的增大先增大后减小;高围压和低围压的应力路径破坏线斜率相反。     

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力

基于三剪强度准则,结合非饱和土抗剪强度理论,推导得到考虑多种因素影响的挡土墙库仑主动土压力表达式。该式考虑土体非饱和因素,更合理地反映中间主应力在土体强度中的作用,可用于复杂情况下的土压力计算,经算例验证了其推导合理性。相关影响因素分析表明,土压力计算值随三剪强度参数b的增大而减小;随基质吸力的增大非线性减小,而随基质吸力角的增大呈线性减小趋势,其中基质吸力变化对土压力影响较为显著。应用该式,合理确定相关土体参数,可优化设计,提高经济效益,为非饱和土地区工程实践提供了参考。