重塑非饱和黄土等p剪切试验

探讨了重塑非饱和黄土等p剪切试验过程的破坏特性、屈服特性和水量变化特性.做了2种不同干密度的净平均应力和吸力等于常数、偏应力增大的三轴排水剪切试验.结果表明:破坏应力随吸力增大而增大;得到了一种确定等净平均应力剪切条件下屈服应力的新方法,q-s平面上的加载湿陷屈服线形状与p-s平面相似;土-水特征曲线依赖于偏应力,建立了含水量-吸力-净平均应力-偏应力形式的土-水特征曲线.     

水玻璃旧砂的力学性能及其可再生性

提出了通过计算水玻璃旧砂残留枯结剂膜的弹性模量/屈服压应力的比值大小来衡量水玻璃旧砂的可再生性的准则,即比值越大,旧砂的可再生性越好,通过试验测试了不同处理温度下水玻璃砂样的屈服压应力和弹性模量,用来反映水玻璃旧砂残留粘结剂膜的力学性能.试验结果表明:加热条件下,受热温度为320～520℃时,水玻璃砂样的弹性模量/屈服压应力的比值较大,"加热-机械"再生效果较佳;冰冻温度为0～-40℃时,水玻璃旧砂的冰冻温度越低越有利于再生,且水玻璃砂样中的含水量对水玻璃砂样的弹性模量/屈服压应力的比值影响较大,当含水量为5%～15%时,"冰冻-机械"再生效果较好.     

初始各向异性砂土不排水剪切特性试验研究

合理运用砂土的毛细特性制备具有水平和竖直沉积方向的松、密砂样,进行一系列三轴固结不排水剪切试验,分析沉积方向对砂土偏应力、应力比和孔压的影响,探讨砂土密实程度与该影响的关系.研究表明:沉积方向水平时松砂的偏应力极值比沉积方向竖直时的小.沉积方向水平时密砂偏应力发展呈应变软化特征,沉积方向竖直时密砂偏应力发展呈应变硬化特征.沉积方向水平时松砂应力比数值比沉积方向竖直时的数值小,沉积方向水平时密砂应力比数值比沉积方向竖直时的数值大.沉积方向水平时孔压发展速度比沉积方向竖直时的更快.沉积方向竖直时松砂试样更容易破坏,沉积方向水平时密砂试样更容易破坏.     

土体强度特性影响因素的试验研究

选取不同孔隙比的天然砂土试样进行排列后,对其在不同固结压力下进行常规三轴试验,重点探讨相同试验条件下,排列对砂土抗剪强度的影响。结果表明:排列情况下的砂和混合情况下的砂,试样的偏应力均随围压的增大而增大;相同围压下,排列试样的偏应力峰值明显高于混合试样的偏应力峰值;排列砂样的内摩擦角要大于混合砂样的内摩擦角。同时,利用kf曲线间接获得了排列和混合情况下砂土试样的抗剪强度曲线,并结合试验结果对莫尔-库伦准则进行了修正。     

不同胶结物粒间胶结三维仿微观力学试验

离散单元法被广泛应用于颗粒材料的力学特性研究,建立合理的胶结微观接触理论对实现胶结型岩土材料宏观、微观力学特性的数值分析显得尤为重要.首先通过室内三维接触试验方法制备由环氧树脂和高铝水泥胶结的铝球试样,并使用辅助加载装置进行拉伸、压缩、剪切、弯曲及扭转5种加载方式下的接触力学特性测试,为建立三维微观接触模型奠定试验基础.结果表明,胶结铝球颗粒的接触力学响应及强度包线与胶结物类型有关.在峰值前,胶结铝球的力-位移与力矩-转角变化关系曲线表现为线弹性;在峰值后,表现为环氧树脂偏塑性、高铝水泥偏脆性;法向作用力对胶结接触力学特性有重要影响,不同胶结铝球的抗剪、抗弯、抗扭能力随着法向作用力的增大呈现先增大后减小趋势,存在临界法向应力比;在不同荷载空间下,不同胶结铝球颗粒的归一化峰值强度包线(剪切强度、弯矩、扭矩-法向荷载)近似呈抛物线型.     

模拟K0固结后不同初始围压下冻土应力-应变特性研究

通过对经历K0固结后再冻结的冻结兰州黄土进行三轴压缩试验,分析了K0固结后冻土在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为,并利用Duncan-Chang双曲线模型研究了K0固结后冻土的初始切线模量和偏主应力最大值与围压、温度的关系.结果发现:围压和温度的变化是影响深部冻土抵抗变形能力的主要因素;初始切线模量随围压的升高而线性增大,但受温度影响不太明显;当温度恒定时,偏主应力最大值随围压的升高而线性增大;当围压恒定时,偏主应力最大值又随温度的降低而增高.最后,对模型预测曲线与实测曲线进行了对比,验证了应用Duncan-Chang双曲线模型对K0固结后冻结土体在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为进行预测的可靠性.     

淡水冰三轴压缩力学特性试验研究

为了能够充分认识三向受力状态下冰体的力学特性,采用TDW-200低温三轴试验机,并在4组温度、7组围压和5组应变速率条件下,对3种不同尺寸淡水柱状冰样进行单轴和常规三轴压缩强度试验,加载方向垂直于冰的晶轴方向.结果表明,在恒定应变速率和较低温度下,当围压在6MPa以内时,柱状冰试样以劈裂破坏为主,当围压大于6MPa时,试样由劈裂破坏向剪切破坏过渡;在试验温度范围内,围压对柱状冰试样强度的影响远高于温度的影响;柱状冰强度、弹模和泊松比均与应变速率呈良好的正线性相关,且应变速率增大使柱状冰由流塑破坏向脆性破坏迁移;柱状冰强度、变形和破坏模式受试样尺寸影响明显,当试样截面尺寸相同时,高径比越大残余强度和偏应力-应变曲线的曲率越小,对应强度、弹模却越大,当高径比相同时,残余强度、偏应力-应变曲线曲率、强度和弹模均随截面尺寸的减小而增大;提出一种新的改进Duncan-Chang模型,并利用实测柱状冰应力-应变曲线对新模型进行验证,取得良好效果.     

加卸载下原煤力学特性及渗透演化规律

基于自主研发的煤岩热流固耦合试验系统,在考虑实际开采方式的条件下,进行轴压升高和围压降低的加卸载试验,分析研究不同加卸载速率下原煤的力学特性和渗透演化规律.结果表明:加卸载过程中,轴向应力的加载速率越大,峰值应力附近的曲线平台越长,峰值应力、轴向应变和环向应变也越大,体应变则越小.不同加卸载速率比下含瓦斯煤变形模量均先迅速减小后缓慢减小,到破坏时再迅速降低,而后逐渐保持稳定趋势;在相同轴向应变时,加卸载速率比越小,煤样的变形模量越大.加卸载过程中,煤样的偏应力、渗透率与应变的关系可分为三个阶段:初始压密与弹性阶段、屈服破坏阶段和破坏后阶段.加卸载速率比越小,煤样达到峰值应力时,含瓦斯煤的渗透率和体积变形越大.     

膨润土加砂混合物非饱和三轴试验研究

采用GDS三轴仪试验系统对膨润土加砂混合物进行了饱和与非饱和状态下三轴固结排水剪切试验研究.试验结果表明非饱和状态下膨润土加砂混合物的应力应变关系曲线与饱和状态下混合物的应力应变关系曲线具有相似的形态,均为硬化型.随着基质吸力或净围压力的增加,最大偏应力均增大.试样发生鼓状破坏,并且无明显破坏带.非饱和状态下膨润土加砂...     

糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元分析

糯米浆灰土是一种常见的遗址保护建筑材料,为研究糯米浆灰土压缩加载过程中的糯米-石灰胶结破坏和接触组构演化情况,采用离散单元法开展了糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元模拟。首先基于软胶结模型考虑糯米浆-石灰的强度特征,制备了糯米浆灰土离散元试样;然后通过参数敏感性分析为试样赋予合理的接触模型等效模量和胶结强度参数,最后对试样开展无侧限和三轴压缩模拟。结果表明：离散元模拟能再现糯米浆灰土加载试验的主要特征;加载过程中胶结破坏数量先缓后快增加,最终趋于平缓,胶结破坏呈现一定的聚集效应;无侧限压缩下胶结接触主要发生拉伸破坏,随着围压增加,剪切破坏接触数量增加;试样偏组构快速增加段为胶结破坏诱发。     

孔隙填充型深海能源土的离散元成样

针对孔隙填充型水合物的赋存形态,提出了一种新的制备孔隙填充型能源土试样的数值成样方法.孔隙填充型水合物的砂性能源土试样是由砂粒和水合物颗粒混合而成的特殊的散粒体材料,具有明显的非连续特征.在土骨架的孔隙中,将水合物块体视为由颗粒通过强胶结作用凝聚而成的团簇整体,随机填充生成不同水合物饱和度的沉积物试样,开展能源土宏观力学特性的离散元固结排水三轴压缩试验模拟,并从应力应变、体变、接触组构等方面进行分析.结果表明,水合物饱和度的增大对低饱和度的孔隙填充型能源土试样的初始弹性模量和强度影响较小.有效围压相同时,孔隙填充型能源土试样的体积剪缩量随着水合物饱和度的增大而减小;而水合物饱和度相同时,能源土试样强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大.能源土试样的剪胀角随有效围压的增大而近似线性减少,随水合物饱和度的增大而趋于线性增大.颗粒间接触方向随着轴向应变的增大而朝竖直方向偏转.     

初始相对密实度对砂土强度特性影响的试验

针对两种级配不同的福建标准干砂,在不同固结压力下进行常规三轴试验,着重探讨不同初始相对密实度对砂土抗剪强度的影响.试验结果表明:考虑砂土的初始结构性,即初始相对密实度不同时,砂土的强度特性会发生较为显著的变化.相同试验围压下,随着密实度的增加,试样的初始切线模量有所增长、试样的峰值偏应力逐渐增大;而相同密实度的情况下,随着试验围压的增加,初始切线模量也有较为显著的增长、试样的峰值偏应力也逐渐增大;试样的内摩擦角随着初始相对密实度的增加基本呈线性增长.结合试验结果建立了砂土抗剪强度指标与初始相对密实度之间的关系,进而考虑初始相对密实度对莫尔-库伦准则进行修正.     

考虑转动阻抗对砂力学特性影响的离散元分析

基于离散元法进行一系列砂真三轴剪切模拟试验,探讨了颗粒间转动阻抗对砂宏细观力学特性的影响。分析了不同抗转动系数下砂的力学特性,并从细观角度解释了转动阻抗的影响机制。结果表明:随着抗转动系数的增加,偏应力峰值及其对应的峰值内摩擦角相应增加,同时应变软化现象逐渐加剧。在细观层面,从有效配位数、概率密度、颗粒间法向接触力和各向异性的角度分析转动阻抗的影响机理。研究进一步发现,转动阻抗抑制了砂颗粒之间的相对转动,导致砂颗粒之间的平均配位数降低;砂颗粒间强接触力概率密度及接触力大小均随着抗转动系数的增大而增大;通过三维直方图直观定性分析由不同转动阻抗对法向接触力以及应力诱发各向异性的影响,同时结合第二不变量表征组构张量和法向接触力张量的各向异性,发现各向异性系数均随着抗转动系数的增大而增大。     

基于正交试验法的岩土工程敏感应力方向性等效转换

为解决传统方法分析岩土材料应力时等效围压、等效偏应力比计算结果不准确的问题,提出基于正交试验法的岩土工程敏感应力方向性等效转换研究方法。首先旋转综合张量,使其与应力张量处于同一空间坐标系;然后,计算各向异性下岩土颗粒接触的等效应力张量,获取等效应力。基于等效围压与等效偏应力构建各向异性与应力方向性的等效转换模型,采用正交试验法进行模型参数敏感性分析,完成岩土工程敏感应力方向性等效转换研究。实验结果表明,所提方法的等效围压、等效偏应力比计算结果与实际值基本一致,应力敏感性计算精度高达98%,抗干扰性好,且整个研究过程计算耗时也远低于其他文献方法,验证了所提方法的优越性。     

玻璃纤维土的三轴试验研究

利用室内三轴试验方法对玻璃纤维土的应力与应变特性及加筋效果进行了研究.结果表明：在轴向应变较小(ε1<1%)时,玻璃纤维的加筋作用不明显,随着轴向应变增加,加筋作用逐渐增强;在相同围压下,玻璃纤维长度越长,掺入量越多,则最大主应力差越大,玻璃纤维的加筋效果越好;在相同加筋情况下,试样密实度越高,则玻璃纤维的加筋作用发挥得越早,最大主应力差越大,加筋效果越好;试样含水率越大,则最大主应力差越小,玻璃纤维的加筋效果越差;围压越高,则玻璃纤维的加筋作用发挥得越早,最大主应力差越大,加筋效果越差.     

基于离散元的盾构开挖面合理支护压力

采用离散元法(DEM)对无水砂土地层(摩擦角37°)3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到:①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均出现在开挖面位移为0.06D(D为隧道直径)时,对应支护压力比为10%~20%,砂土强度软化现象导致最终极限支护压力增大.②支护压力比降至40%~50%为剧烈地层扰动及显著地表变形的触发点.当开挖面支护压力比降低至40%~50%时,地层扰动范围和程度对隧道埋深非常敏感,如埋深由2D降低至0.5D时,扰动范围扩大了3倍,最大扰动程度提高了1倍;地表产生明显大幅沉降.③基于极限破坏的支护压力比为10%~20%,而基于变形控制的支护压力比为40%~50%,虽明显大于前者,但支护压力仅为静止土压力的40%~50%.综合考虑盾构刀盘磨损及地层支护效果,在无水砂土地层中采用支护压力比为40%~50%是一种合理选择.     

基于颗粒流的粒状岩土材料高应力破碎分析

提出了基于颗粒流方法的黏结键断裂百分比作为数值模拟中颗粒破碎的新的度量方法.通过颗粒流方法中的接触黏结模型与CLUMP模型对高应力下岩土类材料的破碎过程进行了数值模拟分析,模拟了高应力下粒状材料的双轴剪切试验,数值试样由540个簇颗粒单元组成.数值试验结果显示:在颗粒破碎情况下,数值试样的峰值强度小于不破碎情况下的峰值强度;围压与黏结键断裂百分比表示的破碎率呈幂指数关系;随着围压的增加,颗粒破碎率增加,颗粒材料的摩擦角减小.     

不同加载应力路径下饱和砂土力学特性试验研究

通过全球数字系统(global digital system, GDS)动三轴测试系统,对砂土进行了常规三轴压缩试验和偏压固结下的等p(平均应力)、等σ_3(围压)、等σ_1(围压)等不同应力路径的试验。通过对所有的实验结果进行了对比分析,研究了砂土材料在不同应力路径下的应力-应变、变形特性、强度特性。试验研究结果表明,等压应力路径试验中试样都是先体积收缩随后出现体积膨胀现象,这与高围压下砂土的剪胀性变化情况不一样;偏压固结试验中,整个加载阶段前期表现为应变硬化,但是后期的软化现象不是很明显,这与等压固结试验应变硬化-软化现象略有不同。虽然常规三轴和偏压固结下的σ_3等试验采用的是两种不同的固结方式,但是达到的峰值强度基本上是一样的,说明固结方式对于试样的强度没有太大的影响。偏压固结试验中,不同的应力路径达到峰值强度时所对应的轴向应变是不同的,而且峰值强度也不一样,说明不同的应力路径会对砂土的强度造成影响,同时也说明了砂土力学特性对于应力路径的依赖性。     

砂土单调剪切力学性状的颗粒流模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(PFC2D),采用了两种不同接触刚度模型对福建标准砂常规三轴试验结果进行了细观数值模拟,并探讨了不同围压水平下两种接触刚度模型的适用性.研究结果表明:对于Hertz-Mindlin接触模型,细观剪切模量影响数值试样的宏观变形模量,颗粒摩擦系数影响试样的峰值强度,细观泊松比变化对试样宏观响应影响不大.当考虑一个确定围压水平下的三轴试验模拟时,两种接触刚度模型均能得到较理想的结果;而当考虑不同围压条件时,由Hertz-Mindlin接触模型得到的结果要比线性接触模型更加符合实际砂土的性质.     

基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型

甲烷水合物沉积物的力学特性研究尚处于起步阶段,较系统的试验数据仍然不够充分,能够描述甲烷水合物沉积物力学特性的本构模型也不多.基于热力学原理和临界状态的概念的本构模型,可以自动满足热力学定律,其流动法则和屈服函数都可以很自然地从耗散函数中导出.首先介绍了基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型,并利用已有的甲烷水合物沉积物的三轴试验数据对模型进行了验证,进一步地应用该模型分析应力间距比对甲烷水合物沉积物力学特性的影响,强调应力间距比和屈服面形状在模型构造中的重要性.模型参数分析表明,应力间距比对甲烷水合物沉积物排水和不排水应力-应变关系、有效应力路径以及剪胀关系都有明显的影响.