基于RFPA2D的岩石尺寸效应试验

研究高径比不同变化趋势对岩石尺寸效应的影响,考虑到岩石材料的非均质性,应用岩石破裂过程分析系统RFPA2D,对不同变化趋势下的岩石样本,进行了单轴压缩下的数值模拟研究,并对数值模拟结果进行试验验证.结果表明:岩石的变形模量和弹性模量随高径比的增大而呈现非线性减小;在小高径比时岩石的破裂形式较复杂,在大高径比时,呈劈裂破坏和剪切破坏;岩石抗压强度随高径比的增大呈增大趋势.该成果对岩石尺寸效应有一定指导意义,便于为工程提供可靠岩石信息.     

贯通结构面抗剪强度尺寸效应研究

目前,岩土工程界普遍采用Barton和Bandis建议的公式,计算具有一定规模岩体结构面的抗剪强度,但经分析发现并不适用于规模大于5m的结构面.因此,借助二维离散元软件UDEC,提出了一种基于现场实测结构面粗糙度系数JRC(长10 cm)和结构壁面回弹试验的结构面抗剪强度尺寸效应分析方法,并通过实例验证了方法的准确性.     

不同高径比石膏试样破坏特性及其能量耗散

采用RMT-150B岩石力学试验机,对七种不同高径比的石膏试样进行了单轴压缩试验,分析其力学特性及其破坏特征.根据单轴压缩力学试验结果,利用能量耗散理论,分析其能量耗散特性.研究结果表明:随轴压应力的增加,石膏试样内部微裂隙先闭合,而后在其尖端产生了新裂隙;新裂隙随轴压应力的增加而逐渐地扩展、贯通、形成破裂面,最终发生剪切滑移破坏;石膏试样的体积应变随轴压应力的增大,经历了先压缩后增加,最后急剧膨胀,表现出明显的非线性变形;石膏试样的峰值应力、弹性模量随高径比的减小而增大;轴向应变和横向应变随高径比的减小而减小;变形模量与高径比之间的关系不明确,不能用其表征石膏试样的变形特性;高径比越大的石膏试样受压后容易发生剪切破坏,破坏时吸收的能量增量越快,属于脆性破坏,而高径比越小的石膏试样则发生压酥破坏,属于塑性破坏.     

砂岩Ⅰ型断裂的尺寸效应试验研究

通过对尺寸成等比例的砂岩试样进行三点弯曲试验,研究了 Ⅰ 型断裂问题中试样尺寸对砂岩断裂参数的影响.结果表明:随着试样尺寸的增大,名义张拉强度减小,名义断裂韧度和破裂过程区长度增大,三者均为试样尺寸的函数.基于试验结果,引入有效破裂过程区长度cf,建立等效线弹性断裂力学尺寸效应模型,通过理论分析,发现其尺寸效应曲线介于理想脆性和理想塑性材料之间,体现出准脆性材料的尺寸效应特点,并计算得到了不同尺寸试样的破裂过程区长度等断裂参数.为验证该尺寸效应模型在砂岩中的正确性,采用数字图像匹配技术(DIC)测定相应尺寸砂岩试样的破裂过程区长度,测定结果和理论模型计算值相符.     

软岩流变的尺寸效应

岩体内随机分布结构面对软岩流变的影响主要表现为尺寸效应.通过对四种不同尺寸砂质页岩试件的分级增量循环加、卸载单轴压缩蠕变实验,揭示了该类软岩的流变可以用萨乌斯托维奇模型来描述,模型的三个本构参数EH(线弹性参数)、EK(黏弹性参数)和ηK(黏性系数)值随软岩试件尺寸增大而不断减小并最终趋于一定值,这一规律可用具有极值条件的非线性回归方程来表达.由此获得了求解结构面随机分布条件下工程岩体连续微元尺寸的外推方法,利用该法可通过对室内不同尺寸岩石试件的流变力学实验确定在连续性概化范围内工程岩体的流变模型及其力学参数值.     

全级配混凝土强度尺寸效应及变形特性研究

采用近似理想刚性试验机，对全级配及相应湿筛混凝土立方体试件进行了单轴抗压强度尺寸效应的试验，与此同时还测出了应力－应变全过程曲线及泊桑比与体应变．试验结果表明：全级配与湿筛混凝土的强度均存在尺寸效应，其变化规律符合Ｗｅｉｂｕｌ脆性材料强度统计理论．全级配混凝土的脆性较湿筛混凝土小，其应力－应变全过程曲线与圆柱体试件的应力－应变全过程曲线形状相似     

双轴应力下混凝土强度与变形尺寸效应的试验研究

在以往研究的基础上，对素混凝土在单轴拉、压及双轴拉剪复合应力下的强度变化及破坏特征进行了试验研究，重点介绍试验方法、试验过程及结果     

大尺寸软粘土固结变形试验研究

针对常规室内试验的局限性,设计了软粘土天然土样和重塑土样的大尺寸固结变形试验.试验中荷载的大小与实际土体的受力条件按同比缩小;土样侧限条件设计为具有弹塑性特点的有机玻璃板,板内贴有渗透系数与淤泥质土渗透系数相近的滤纸,板上模拟土体边界渗流条件开一定密度的细小排水孔,土样的尺寸为20 cm×20 cm×20 cm,30 cm×30 cm×30 cm和40 cm×40 cm×40 cm三种规格;整个实验过程尽可能地反映土体实际的受力环境;在试验基础上,探讨了一定压力下,大尺寸软粘土的固结变形规律及其数学模型,讨论了其尺寸效应.同时,将所建立的沉降计算模型推广为广义的实际土体变形模型,并在深圳国际机场软基沉降预测中进行了初步应用,取得了较好的效果.     

钢纤维再生混凝土抗折强度尺寸效应试验研究

通过5组再生骨料取代率和4组钢纤维体积掺量小梁试件的四点弯曲试验,研究了再生骨料取代率和钢纤维掺量对再生混凝土抗折强度及尺寸效应的影响.结果表明:各规格小梁试件的抗折强度均存在尺寸效应,随再生骨料取代率的增加,再生混凝土抗折强度尺寸效应呈先增大后降低的规律,取代率为75％小梁试件抗折强度尺寸效应约分别为取代率为0和100％试件的1.32倍和1.09倍.钢纤维掺量对再生混凝土抗折强度尺寸效应有一定影响,当掺量为0～0.75％时,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,钢纤维掺量分别为0、0.25％和0.50％时,试件抗折强度尺寸效应约分别为钢纤维掺量0.75％试件的77％、85％和94％.钢纤维掺量较大时,钢纤维掺量对尺寸效应的影响较弱,钢纤维掺量为0.75％试件抗折强度尺寸效应度约为1.00％掺量试件的99％.提出了再生混凝土抗折强度尺寸效应律计算公式,可用于再生混凝土抗折强度的分析计算.     

不同围压下岩石材料强度尺寸效应的数值模拟

应用岩石破裂过程分析系统,对不同围压下不同尺寸岩石材料进行了数值模拟试验．研究了围压与岩石材料强度尺寸效应之间的关系．结果表明,围压越大,岩石材料强度尺寸效应越不明显,即围压能够降低尺寸对岩石强度的敏感程度．岩石材料的非均质性不是一个静态变量,而是一个动态参数,与岩石材料内部裂纹的损伤演化密切相关．低围压时,岩石试件内材料并未趋于均匀化,非均质性显著,强度尺寸效应明显;而高围压时,岩石试件内材料由低到高逐渐屈服破坏,材料趋于均匀化,均质性较好,因而强度尺寸效应不明显．     

高围压高水压作用下脆性岩石强度变形特性试验研究

对锦屏二级水电站引水隧洞大理岩、砂岩进行高围压高水压条件下全应力-应变过程三轴压缩试验,分析高围压高水压对脆性岩石变形、强度及脆-延转化特性的影响,探讨围压变化范围较大时岩石强度与围压及高孔隙水压之间的关系．结果表明：在较大围压范围内,有无施加水压力2种条件下,σ1与σ3之间均呈非线性关系;高孔隙水压力加速了岩石的脆性破裂,降低了岩石的强度．     

堆石料强度及变形特性缩尺效应试验

对某原型级配堆石料,采用混合法根据规范要求缩尺,获得3条模拟级配曲线,相应的最大颗粒粒径分别为20 mm、40 mm和60 mm。对缩尺后的堆石料,采用同一相对密度作为制样标准,利用大型和中型三轴剪切仪分别进行不同围压下各向等压固结排水剪切试验,探讨堆石料强度和变形特性的缩尺效应。结果表明:堆石料的非线性强度指标φ_0和Δφ均随试样最大粒径d_(max)的增加呈对数函数增大;通过研究粒径和围压对粗粒土变形性质的影响,发现初始弹性模量E_i和体积切线模量B_t均随d_(max)的增加而线性增大,初始泊松比ν_i随d_(max)的增大逐渐减小(两者之间存在良好的幂函数关系);此外,总结出E_i、ν_i和B_t与d_(max)及围压σ_3之间的关系式,据此可初步估计d_(max)对E_i、ν_i和B_t的影响。     

带裂纹碾压混凝土层面强度尺寸和边界效应

研究了碾压混凝土层面中带不同削弱度裂纹时远场强度的尺寸和边界效应,指出对强度影响的不仅仅是试件尺寸,也包括试件边界、裂纹长度和裂纹数量等因素.应用界面断裂力学理论和混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则,对Hu和Wittmann的强度效应律做了理论上的扩展,使之符合碾压层面抗拉强度的断裂特性;最后建立了碾压混凝土层面强度的尺寸与边界效应回归曲线.     

岩石抗压强度与试件尺寸相关性试验研究

针对江苏宜兴抽水蓄能电站提供的石英砂岩、砂岩、灰岩岩石试样进行抗压强度特性试验研究．依据岩石单轴压缩试验结果,将灰色预测改进GM(1,1)模型与跳变灰过程理论耦合,建立了风干状态、自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与试件高径比之间的非线性关系式,利用该关系式可以很方便地在相关岩土工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴．     

深埋粉质黏土层强度与变形参数试验研究

深埋粉质黏土层具有压密性、胶结性好,强度高,压缩性低的工程特点。因此,其力学性能的准确评定对于工程设计意义重大。以具体工程为背景,分别采用室内高压固结试验与现场旁压试验方法对场地内深埋粉质黏土层的强度与变形参数进行试验研究,然后根据试验结果对深埋粉质黏土层的压缩性、承载力等力学性能进行分析评定,并对两种试验方法结果进行了对比分析。结果表明：该场地深埋粉质黏土层天然状态下压缩模量介于41.3～47.3 MPa,压缩系数介于0.04～0.03 MPa^-1,属低压缩性。按临塑压力法确定的地基承载力介于403～1296 kPa,按极限压力法确定的地基承载力介于307～1 086 kPa,可满足作为一般工程桩端持力层的要求。研究结果对于在工程中充分利用深埋粉质黏土层的力学性能具有一定的指导作用。     

固化淤泥长期强度和变形特性试验研究

采用INSTRON 5500R 4206-006型微机控制电子万能试验机,对基于水泥、石灰和低钙粉煤灰的固化淤泥进行无侧限抗压强度试验和间接抗拉强度试验,得到标准养护360 d淤泥固化土的应力-应变关系、破坏强度和破坏应变.研究结果表明:固化剂掺入导致固化土破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和抗拉强度明显增大,且破坏模式由塑性破坏逐渐向脆性破坏方向发展;从长期强度和经济成本角度,石灰-低钙粉煤灰固化剂完全可取代同配比水泥-低钙粉煤灰固化剂;淤泥固化土的无侧限抗压强度与抗拉强度之比为10左右;掺加适当配比粉煤灰的设计固化材料可考虑用作低强度交通负载公路路基材料.     

岩石峰值强度后变形速度特性及其在巷道围岩分区碎裂分析中的应用

考虑岩石的亚临界和超临界变形.在超临界变形软岩体显示的移动速率较大,将导致类似于动能的增加,随着动能密度到达规定值.一部分具有超临界变形的岩体被假定与主体部分分离.基于此种假设,研究了柱面开口范围内的分区碎裂问题.结果表明:考虑到岩体形成的特点（膨胀、内部摩擦力角）,提出岩体区域破碎计算示意图,确定了假等高线形成分母为2^1/2的几何级数的条件.     

典型岩石单轴压缩变形及声发射特性试验研究

声发射是岩石在受力变形和破裂过程中的重要物理现象,也是反映岩石力学特性的一个直接参量.通过对某矿山矽卡岩、石英闪长岩、蛇纹岩和粉砂岩单轴应力-应变全过程变形特性和全过程声发射特征研究,并作了对应分析,结果表明岩石的变形速率与岩石声发射事件出现的频率有较好的对应性.     

A comparative study of natural and experimental nano-sized grinding grain textures in rocks

In three shallow-level fault systems in eastern China, nano-sized （30-100 nm） grinding grain textures are found in the thin-shelled theological layer representing frictional-viscous high strain field. The surface layer near slipping plane is composed of stacks of grinding grains with high sphericity and uniform nano-sized diameter, while the underlying layer appears as a mixture of irregular ones with diverse diameters. Rock deformation experiments indicate that the grinding grain texture is a common phenomenon in shearing fractures, suggesting a potential transition from sliding friction to rolling one during the rock deformation process. This transition is crucial for many tribological processes in geological fields.     

钢纤维增强超高强混凝土拉压比试验研究

在超高强混凝土(C100级)中掺入螺纹型钢纤维,通过立方体抗压强度与劈裂抗拉强度试验,研究钢纤维对超高强混凝土增强增韧效果和拉压比性能的影响.立方体试件尺寸为100mm×100mm×100mm,钢纤维掺量为0、0.50%、0.75%、1.00%、1.50%.试验结果表明,掺入钢纤维后,超高强混凝土立方体试件裂缝开展路径较多,裂而不散,坏而不碎,抗压韧性显著增强;抗压强度提高10.6%～15.5%,劈裂抗拉强度提高38.2%～91.9%;掺入钢纤维的超高强混凝土拉压比为0.060 5～0.084 6,拉压比提高24.08%～73.46%.提出了钢纤维超高强混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度预测模型,预测值与试验值误差分别在±1.79%、±17.84%范围内.掺入钢纤维可使超高强混凝土脆性大、韧性小的缺点得到显著改善.