三轴压缩下红砂岩峰后蠕变力学特性试验

为研究岩石峰后蠕变力学特性,利用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,对红砂岩进行三轴压缩下峰后蠕变试验.分析了红砂岩峰后蠕变特征,估算了红砂岩峰后长期强度,采用改进的西原模型对峰后蠕变特性进行了描述,确定了模型参数.结果表明:红砂岩峰后蠕变破坏应力下并不直接进入加速蠕变阶段,而是由等速蠕变阶段逐渐向加速蠕变阶段转化.红砂岩峰后蠕变变形主要集中于加速蠕变阶段,加速蠕变阶段短时间内蠕变的剧烈变形是岩石失稳破坏的重要原因.随着荷载的加大,岩样的破坏形态由单一的剪切破坏与裂纹扩展等破坏形式逐渐向多剪切破坏演化,破坏块体增多,岩样更加破碎.本次试验红砂岩峰后长期强度仅为其峰值强度的42.56%,长期强度折减量较大.红砂岩峰后蠕变特性可用改进的西原模型进行描述,各级应力水平下模型曲线与试验曲线拟合较好.研究结果为深部工程围岩峰后流变力学特性研究提供了一定的参考意义.     

侧压竹集成材梁长期受弯性能试验研究

竹集成材是一种将竹材加工成竹片并进行干燥、胶合而成的层集材.本文共进行了3组侧压竹集成材的长期受弯性能试验研究,长期试验开始前通过试验确定梁的受弯极限承载力,以此作为确定长期荷载施加值的依据.长期试验的持续时间为8个月,在此期间,得到了侧压竹集成材梁不同应力条件下的蠕变变形实测数据.研究表明:在不同应力水平下,构件的蠕变变形曲线与典型的蠕变变形曲线较为接近;应力水平对侧压竹集成材梁蠕变变形有着重要的影响,应力水平低,蠕变变形程度相对较小,当加载水平高于正常使用荷载时,其蠕变变形的发展更为明显;在实际工程设计中,应考虑侧压竹集成材梁在高应力水平的长期荷载作用下蠕变破坏的可能;侧压竹集成材梁的正常使用荷载标准值取极限承载力的45%更为经济.     

蜂窝状软粘土蠕变微观分析

为预测软粘土的蠕变变形特征,建立蜂窝状软粘土微结构蠕变失稳力学模型.借助材料力学中对蜂窝结构的研究成果,从微观结构稳定性的角度研究影响软土变形和蠕变的主要几何-力学因素,分析软粘土微结构的变形失稳.研究表明:微结构的变形失稳与其受力状态、几何形状与尺寸等因素密切相关;当竖向应力一定时,随着围压的增大,蠕变屈曲破坏时间变长;当微结构受到扰动时,其蠕变失稳状态也会发生变化,围压的增加会使得微结构的蠕变失稳受到抑制.     

冻土区铁路片石护坡路基变形分析

路基变形主要包括蠕变和固结两部分。冻土和永久冻土的强度和变形特性与其他固体和未冻土的区别在于,当在冻土中施加外荷载时经常发生不可逆的结构再造作用,导致在很小荷载下出现应力松弛和蠕变变形,即冻土的强度和变形随时间而变化。随着自然界四季交替变化,路基土体经历着从非冻结状态到冻结状态以及再次融化的过程。     

绿片岩的单轴压缩各向异性蠕变试验研究

通过对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩单轴压缩蠕变特性试验,研究了轴向荷载方向与层理之间的不同关系对瞬时应变、应力应变关系、轴向应变速率、衰减蠕变持续时间和蠕变破坏机理的影响.研究结果表明:在相同低应力水平下,垂直于层理时的瞬时应变增量大于平行于层理时的瞬时应变增量,而在相同较高应力水平下垂直于层理时的瞬时应变增量小于平行于层理时的瞬时应变增量;同等应力水平条件下,垂直于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间均小于平行于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间.同时,当轴向荷载垂直或者平行于层理时,应力应变关系曲线均出现了压密、弹性变形、裂纹扩展和峰后破坏阶段,且蠕变破坏类型均属于脆性破坏.     

采空区悬顶岩梁模型的蠕变分析

为了对煤岩体的蠕变特征、长期强度、破坏特征,以及煤岩体结构和围压等影响因素进行研究,主要探讨了材料在应力、应变、湿度、温度、辐射等条件下,材料与时间因素有关的变形、流动和破坏的规律。在前人所求得的弹性解的基础上结合蠕变模型,在方程中考虑了时间因素,对采空区悬顶板梁模型进行了时间相关性分析得出其延迟失稳的三种情况。     

周期冲击扰动下粉砂岩单轴蠕变特性研究

采用改进岩石蠕变扰动试验装置对粉砂岩试件开展施加周期冲击扰动下单轴蠕变试验,研究周期冲击扰动下粉砂岩蠕变变形、蠕变速率及破坏特征.结果表明:冲击扰动会引起蠕变曲线产生新的波动,随冲击扰动次数增加,粉砂岩内部累积变形逐渐增加,进入稳定阶段时间明显缩短,进入加速蠕变阶段轴向应力阈值显著降低;在周期扰动作用下,粉砂岩蠕变占比与轴向应力呈指数关系,蠕变速率稳定值提高;冲击扰动加速粉砂岩内部裂隙发育,粉砂岩试件破坏形式更趋于脆性破坏.基于Mohr-coulomb准则,提出一种与时间有关的非线性黏滞体并引入损伤因子改进Burgers模型,建立粉砂岩蠕变扰动理论模型;该模型能很好描述周期冲击扰动下粉砂岩蠕变特性,可为深入研究冲击扰动下岩石蠕变失稳破坏提供参考.     

预蠕变—塑性的本构描述及其实验验证

基于热力学相容的本构模型并合理地定义广义时间标度，得到了描述蠕变，塑性及其交互作用的统一型本构方程。进而通过对蠕变、塑性及其交互作用过程中材料内部子结构及其变化的分析，将材料的强化分解为对应于累积非弹性变形的强化和由蠕变变形导致的附加强化。对对高温环境二维应力路径下３１６不锈钢的预蠕变－塑性变形过程进行了分析，取得了与Ｏｈａｓｈｉ等的实验数据相吻合的结果。     

鲁灰花岗岩蠕变特征转变温度门槛值的实验研究

采用中国矿业大学的"20MN高温高压岩体三轴试验机"进行了高温三维应力下大尺寸200 mm×400 mm鲁灰花岗岩蠕变特性的实验研究,研究发现:在300~400℃之间存在一个温度门槛值,在温度低于这个门槛值时,鲁灰花岗岩的蠕变变形具有瞬态蠕变阶段,在温度高于这个值时鲁灰花岗岩的蠕变变形不具有瞬态蠕变阶段,而直接进入到稳态蠕变阶段。鲁灰花岗岩蠕变变形发生这种现象是因为一方面应力闭合了裂隙,裂纹和孔隙的空隙使鲁灰花岗岩的可压缩性消失。另一方面温度造成了部分矿物或胶结物熔融,充填和堵塞原有的孔隙,裂隙和裂纹,使鲁灰花岗岩的可压缩性降低甚至消失。实验得到的结果对深入认识鲁灰花岗岩在高温下的蠕变变形规律有重要的意义。     

压-拉循环荷载作用下红砂岩蠕变特性

利用自制岩石杠杆式拉压蠕变试验仪,对红砂岩进行2种恒定循环荷载蠕变试验以及等增量循环蠕变实验,分析各应力水平下的蠕变特征,研究岩石蠕变与循环次数之间的规律,探讨蠕变参数与循环次数之间的关系。研究结果表明:在各级恒定荷载作用下,试样变形均包含明显的瞬时应变和衰减蠕变及稳态蠕变,在1.19 MPa拉伸荷载作用下岩样出现加速蠕变。在50%σc-50%σt循环荷载作用下,岩样最大轴向应变逐渐增大,最大横向应变均逐渐减小,试样整体"缩短"而无明显扩容;85%σc-85%σt强度荷载使得岩样最大轴向与横向应变随着循环次数增加而增大,不仅表现为轴向"缩短",而且出现体积扩容;在2种恒定压-拉荷载作用下,试样均产生一定的残余永久变形,较大荷载使得试样轴向与横向残余永久应变均随循环次数增加而增加,而较小荷载作用下试样横向应变随循环次数增加而减小;试样蠕变随着增量循环荷载等级增加而增加,且产生一定的永久残余应变;施加32.59 MPa压应力后试样出现最大体积压缩应变,后体积逐步开始扩容。Burgers蠕变模型可以较好地反映红砂岩在恒定循环荷载作用下的蠕变特性,试样在经历3~4次循环后材料属性随循环次数及时间进一步劣化,最终在第5次循环时发生拉伸破坏。     

降雨条件下不良填筑路基破坏过程物理模拟

为研究不良填筑路基在降雨条件下变形破坏机制,采用相似材料和物理模拟实验方法再现填方路基变形破坏全过程,揭示降雨和软弱夹层与不良填筑路基变形破坏的内在联系。研究表明,雨水和坡后汇聚水流大量下渗,路基自重增加,下滑推力增大,坡体应力条件发生显著改变。软弱夹层相对隔水,下渗雨水在软弱夹层上运移受阻,夹层浸水软化,于坡体稳定性产生不利影响。路基内部碎屑颗粒含量大,进而堵塞地下水消散通道,孔隙水压力持续增加,加剧坡体变形,最终导致路基失稳。该路基破坏过程可分为：水流下渗、坡体应力调整、后缘拉裂缝形成、裂缝贯通-整体破坏四个阶段。     

含水状态下硬脆性泥页岩蠕变特性实验研究

对岩石进行不同含水率下三轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段。根据不同含水率岩样的等时应力应变曲线,可以看出泥页岩的蠕变是非线性的;并且随含水率和应力水平的提高,应力应变的非线性程度也增大。在相同的外载条件下,随着含水率的增加,泥页岩的蠕变变形增加、蠕变进入稳定阶段所需的时间越长;而岩石长期强度呈减小的趋势。说明对于泥页岩地层的钻井施工,需要考虑泥页岩的时效变形行为及流变效应。     

水与煤岩蠕变影响试验研究

为了解决煤岩体具有的流变性,而蠕变是流变的主要形式;遇水后煤岩力学性质发生显著变化,造成煤岩体的变形和失稳,导致重大工程事故的发生。采用静载油压三轴试验机,测定不同含水率对煤岩体试件蠕变特性规律;根据含水状态对煤岩体蠕变特性影响,对煤岩蠕变模型以及参数进行了确定。该成果为含水状态下煤岩体的长期稳定性研究提供理论依据。     

甘肃黑方台突发型黄土滑坡形成过程的物理模拟

中国黑方台地区发育了大量突发型黄土滑坡,这类滑坡变形破坏过程中伴随了显著的超孔隙水压力,通过现场调查概化这类滑坡的特征建立模型进行室内物理模拟,还原了这类滑坡的变形破坏过程,并分析了孔隙水压力与位移的响应规律,结果表明:滑坡变形前地下水产生的孔隙水压力需要达到一定程度,坡体破坏前出现了持续性的缓慢蠕动,在此期间滑坡体后方的孔隙水压力产生波动导致变形加快,进一步促使滑坡体内部产生超孔隙水压力,最终使土体产生显著的超孔隙水压力导致滑坡失稳破坏。黑方台地下水产生的静孔隙水压力是使突发型滑坡产生蠕动变形的原因,而蠕动变形导致的孔隙水压力波动是造成滑坡变形突增失稳破坏的诱因。     

黄土高填方边坡渗透变形机理的物理模拟

天水市是我国黄土滑坡分布最密集、灾害最严重的地区之一。大面积的挖填方会改变场区的地下水渗流场，从而影响高填方边坡的稳定性。本文以天水地区马兰黄土为研究对象，通过野外详勘与室内物理模拟试验，对马兰黄土高填方边坡的渗透变形机理进行研究。结果表明:受填方前原始地形的影响，凹陷地形易于汇水，地下水流动受阻，易形成积水区，使地下水位抬升高度较大。随着时间的累积，地下水不断浸泡地基土，使其强度劣化，加之毛细水上升作用使地基发生湿馅和湿化沉降，易在边坡坡脚等富水区产生蠕滑变形，并牵引边坡后缘发生滑移拉裂，发生渐进式破坏而引发较大规模的边坡滑移。通过物理模拟，得出该地区马兰黄土高填方边坡受地下水影响产生的变形滑移模式为“渐进后退—牵引式滑移”。     

岩石试件的流变失稳理论及判据

本文从物体流变失稳的概念出发，对岩石试件的弱化失稳．流变先稳的过程及二者之间的关系进行了初步分析．认为岩石试件的流变失稳是在外力作用下．随着时间的推移而失去原有的平衡状态，此时试件内变形和应变加速度趋于无穷。提出了试件流变失稳的理论判据。文中最后从微分方程解的稳定性概念出发，对简单的流变模型建立的微分方程进行了稳定性分析．指出工程中常见的影响失稳的主要因素是应力峰值的转移与岩性的变化。并认为无论何种因素导致的围岩应力处于全程应力曲线的峰值强度后．对平衡系统的稳定性都是不利的。     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性，采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明，未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线，在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性；冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势，200 kPa围压时，初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时，初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律，轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大，8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大；应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。     

混凝土致裂应力与内外约束和徐变的关系

温度变形、自生体积变形和徐变等受内外约束是混凝土裂缝产生的主要原因．为研究水化反应过程中混凝土内部由于温差、温变幅度和线胀系数差异存在的相互制约关系,减少内外约束下温度和自生体积变形及早龄期混凝土开裂,需要对混凝土温度场和应力场进行精确的仿真．通过仿真计算并根据现场模型试验结果对混凝土温度应变、自生体积应变、徐变、内外约束应变进行反分析研究表明,早龄期混凝土致裂应力主要与徐变和内外约束有关     

降雨条件下花岗岩残积土边坡失稳模式及预警阈值现场试验

降雨是诱发边坡失稳的主要因素,为探明不同降雨强度条件下花岗岩残积土边坡的失稳模式,通过75mm/h、125mm/h、150mm/h、175mm/h等4组不同降雨强度下边坡失稳现场试验,基于工程边坡原位监测试验采集的含水率-时间与位移-时间曲线研究了花岗岩残积土边坡渐进失稳破坏特征,并提出了降雨条件边坡失稳的持续时间与降雨量阈值。研究表明:降雨条件下花岗岩残积土边坡为渐进失效破坏,根据降雨强度斜坡失稳破坏可分为“浅层局部滑动”、“浅层整体滑动与崩塌”、“深层局部滑动”、“深层整体滑动”等四种模式,斜坡发生变形失稳的区域主要位于坡脚位置,坡中次之,坡顶最小。边坡深层滑动从显著变形到失稳破坏历时18~20min,而浅层滑动持续时间为25min~135min。土壤界限含水率可特征边坡失稳破坏过程,当斜坡土壤含水率上为42～45%时,斜坡开始出现开裂、蠕动变形等失稳征兆;当土壤含水率上升到47～50%时,坡面土体开始崩解并迅速发生滑坡、崩塌。     

纤维加筋黄土的三轴蠕变试验研究

进行了纤维加筋黄土的三轴固结排水蠕变试验,通过对初始含水率、加筋率和围压的不同控制,分析了加筋黄土的蠕变特性,得到了以下几点结论:在黄土中掺入玄武岩纤维可以有效改善黄土试样的蠕变情况,蠕变变形的抑制效果与加筋率没有明显单调关系,存在最优加筋率;随着含水率的升高,加筋土的蠕变变形增大,加筋效果降低,偏应力越大该现象越明显;随着围压的增大,加筋黄土的蠕变变形降低,加筋效果增大,偏应力越大,该现象越明显;以Mesri蠕变模型为基准,对试验曲线进行模拟,计算出模型各参数,经验证,纤维加筋黄土的三轴蠕变特性可以用Mesri模型拟合。