干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

干湿循环作用下深部砂岩强度劣化及能量演化规律

为研究干湿循环对深部砂岩的强度劣化机制和能量演化规律,对经历不同干湿循环次数的砂岩进行基本物理参数的测定、单轴压缩试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测,探讨砂岩单轴抗压强度劣化及单轴压缩过程中能量演化规律.试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,单轴抗压强度和弹性模...     

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。     

温度循环对岩石物理力学性质影响试验研究

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定,并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明：花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

含水率与干湿循环对蒸压轻质混凝土抗压强度的影响

为研究水分对蒸压轻质混凝土力学性能的影响规律,开展了不同含水率和干湿循环次数蒸压轻质混凝土砌块的单轴压缩试验、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)试验和微观分析,得到了不同含水率和干湿循环次数下蒸压轻质混凝土抗压强度和弹性模量,并探讨抗压强度、弹性模量与含水率、干湿循环次数之间的变化规律.结果 表明:抗压强度和弹性模量在含水率从0增加到20％时,先快速降低,后降低速率变得缓慢并趋于稳定;随着干湿循环次数增加,水化反应在不断进行,水化产物不断增多,但干燥收缩作用也在不断加强,故导致抗压强度和弹性模量呈先增加后下降的趋势.     

温度循环对岩石物理力学性质影响

温度的交替性变化对岩体内部损伤加剧,岩石损伤的积累与发展,导致高寒区岩土工程发生破坏失稳。选取花岗岩、砂岩进行不同温度循环条件下的单轴压缩试验,分析花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度与温度循环次数的变化关系;对经历不同温度循环次数的岩石试件进行纵波波速测定;并引入纵波波速劣化度,定量分析温度循环对岩石的损伤。结果表明,花岗岩抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,且与温度循环次数拟合关系可表征为负指数变化关系;温度循环条件下,岩石试件的纵波波速随循环次数的增大而减小,温度循环初期,波速值变化速率较快,后期变化趋势基本平缓。试件纵波波速劣化度最大可达15.02%,表明温度循环对岩石产生明显损伤。研究为寒区岩土工程的稳定性分析提供试验依据,具有较高的参考价值。     

干湿交替中砂岩强度与波速关系的试验研究

库水周期性干湿循环作用使得库岸边坡消落带岩土体的强度发生劣化,当劣化发展到一定程度的时候就可能会引起岸坡失稳.不同类型的岩土体遇水后,其强度劣化程度因岩土体的岩性不同而不同.本文以两种不同矿物成份的砂岩为研究对象,进行室内超声波测试、单轴抗压试验,探讨干湿循环作用下其强度劣化情况以及强度与纵波波速之间的相关关系.试验结果表明：干湿循环作用下砂岩的纵波波速与单轴抗压强度有很好的对应关系.Ⅰ号砂岩遇水后,波速与强度均有相应的大幅度衰减,多次干湿循环之后,波速与强度趋于平稳;Ⅱ号砂岩在经历多次干湿循环之后,波速与强度均未发生显著的劣化.     

干湿循环作用下贺兰山岩画载体砂岩风化特征研究

以宁夏岩质文物区域内的典型砂岩(记为A、B)为研究对象,针对其实际的赋存环境进行干湿循环试验,研究砂岩试样的力学特征,分析浸泡在真实水环境中砂岩试样经历不同循环次数后各力学参量的变化规律;并结合SEM观察岩样微观特性。研究结果表明:干湿循环结束后砂岩试样强度具有明显的"弱化"趋势,在干湿循环前期表现更为明显。砂岩A强度下降了74.67%,砂岩B强度下降了45.18%,A对干湿循环作用表现更为敏感。SEM试验结果发现岩石微观结构随着循环次数的增加,其微观结构越松散,颗粒空间排布越不均匀;与宏观试验强度变化结果相吻合,说明岩质文物受水的作用时,干湿循环作用是不可能忽视的影响因素。研究结果为具有宁夏区情的石质岩画文物劣化机理理论、后期保护和修复提供的理论基础。     

砂岩力学特性对干湿循环效应响应规律的试验研究

为研究砂岩力学特性对干湿循环效应的响应规律,基于不同干湿循环作用下砂岩吸水性、单轴压缩与直剪试验结果,系统分析了砂岩吸水率、抗压强度、变形参数、抗剪参数以及破坏特征等物理力学特性对干湿循环效应的响应规律. 研究结果表明,随着干湿循环次数的增加,砂岩吸水率与质量损失率呈正相关变化,而抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角则呈负相关关系,当循环15次时,与天然状态相比,砂岩抗压强度下降幅度高达78.96%,而黏聚力和内摩擦角则分别减小了78.40%和31.33%. 但不论曲线变化趋势是增大还是减小,其变化幅度均是先大后小,并最终会以某一循环次数为临界值发展变化. 砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响,干湿次数越少,脆性破坏越明显,反之则延性特征增强,即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律.      

干湿循环作用下贺兰山岩画载体砂岩风化特征

以宁夏岩质文物区域内的典型砂岩(记为A、B)为研究对象,针对其实际的赋存环境进行干湿循环试验,研究砂岩试样的力学特征,分析浸泡在真实水环境中砂岩试样经历不同循环次数后各力学参量的变化规律;并结合SEM观察岩样微观特性。研究结果表明:干湿循环结束后砂岩试样强度具有明显的"弱化"趋势,在干湿循环前期表现更为明显。砂岩A强度下降了74.67%,砂岩B强度下降了45.18%,A对干湿循环作用表现更为敏感。SEM试验结果发现岩石微观结构随着循环次数的增加,其微观结构越松散,颗粒空间排布越不均匀;与宏观试验强度变化结果相吻合,说明岩质文物受水的作用时,干湿循环作用是不可能忽视的影响因素。研究结果为具有宁夏区情的石质岩画文物劣化机理理论、后期保护和修复提供的理论基础。     

干湿循环泥岩强度折减规律与损伤分析

以泥岩为例,设计了干湿循环试验,采用三轴试验与劈裂试验,测试了不同循环次数下岩样的抗压强度、剪切强度与抗拉强度指标.通过对天然状态及不同循环次数下实测强度指标的拟合分析,研究了干湿循环泥岩强度指标的折减规律;基于等效应变假定,结合三轴试验应力-应变关系曲线,对损伤特性进行了分析.研究结果表明:泥岩遇水强度变化明显,循环一次后单轴抗压强度折减率达到了36.6%,随着循环次数的增加,各项强度指标都呈较平稳的下降趋势,折减规律基本符合指数分布;干湿循环过程也是损伤累积的过程,损伤变量的变化规律反映了泥岩的损伤特性与围压大小和循环次数的相关性,干湿循环2次以后累积损伤超过了50%,循环3次试样呈局部松散状.     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。     

不同干湿循环路径下盐渍化黄土侧限变形特性研究

针对干湿循环作用下盐渍化黄土侧限变形问题,系统开展了侧限压缩试验及溶陷试验,研究了氯盐盐渍化黄土在不同干湿循环路径、不同干湿循环次数及不同初始干密度下的一维固结压缩特性和溶陷变形特性。结果表明：压实盐渍化黄土的压缩变形随初始干密度的降低而增大,随干湿循环次数和增湿饱和度的增加而增大;土样e-lgp(e为孔隙比,p垂直压力)曲线变化幅度及压缩系数随初始干密度的减小和干湿循环次数的增多而增大;不同干湿循环路径下土样的e-lgp曲线在干湿循环次数低于5次时差异较大,在干湿循环次数达到10次时趋于一致;盐渍化黄土溶陷特性对各类条件的敏感程度依次为增湿饱和度、干湿循环次数、初始干密度。针对不同条件下盐渍化黄土溶陷系数曲线的不同表现形式,建立简易3参数模型,并与试验数据对比,表明该模型能够表征初始干密度及干湿循环次数对溶陷系数的影响规律。研究成果可为盐渍化黄土的干湿循环效应认知提供参考。     

干湿和冻融循环作用下泥质白云岩宏观劣化

水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩力学特性的劣化规律及扩容进行研究。研究结果表明:泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化,循环次数为60时,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大;循环次数为60时,冻融循环作用下岩样的抗压强度总劣化度会随围压的增大而增大;干湿和冻融循环作用下,屈服应力、扩容点应力与峰值应力的比值与围压呈线性上升关系;循环次数为60时,低围压下,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比;高围压下,冻融循环岩样的弹性模量大于干湿循环岩样的弹性模量。     

冻融和干湿作用下表生板岩的劣化行为与机制

基于构造交互地区板岩在浅表生环境中的劣化进程与其所在区域滑坡、崩塌和泥石流灾害的发生、发展密切相关,其劣化不仅受冻融、干湿这2种浅表生作用控制,更与两者的交替作用密切相关,对完成不同次数冻融循环、干湿循环及冻融-干湿交替循环试验后的板岩试样的质量、纵波波速、单轴抗压应力-应变曲线及其强度进行测试;为研究板岩试样劣化机理,对实验后的样品进行矿物成分分析和扫描电镜分析;从宏观与微观方面对比分析板岩在3种不同作用下的劣化响应程度。研究结果表明:板岩质量、弹性波速、抗压强度等物理力学参数在冻融、干湿及冻融-干湿交替作用过程中产生明显的劣化响应,随着试验次数增加,试样质量减少,波速降低,抗压强度减小,其中,波速、抗压强度呈负指数减小;云母、长石、方解石等矿物的溶蚀,伊利石与高岭石等次生黏土矿物的生成及其在冻融、干湿、冻融-干湿交替作用下的聚集、吸水膨胀与失水收缩是板岩破坏的主要原因之一;板岩对干湿作用的劣化程度明显比冻融-干湿交替作用和冻融作用的劣化程度大。     

复杂地下水环境下石膏质岩的溶蚀特性

石膏质岩具有溶蚀性,在勘察设计阶段应用标准规范对石膏质岩进行围岩分级往往不能满足施工需求.为定量化分析溶蚀对石膏质围岩分级的影响,开展不同循环次数(1、 3、 6、 10次)和不同流速(0、 10、 20 L·h^-1)的干湿循环实验;通过单轴压缩实验,探究石膏质岩在不同流速和干湿循环次数下的力学参数劣化规律.选取BQ值作为围岩分级修正的基础,将单轴抗压强度作为修正指标;建立流速和干湿循环耦合作用下单轴抗压强度折减系数的三维拟合函数,与围岩分级公式相结合,并考虑干湿循环的最大化影响,提出考虑石膏质岩溶蚀性的围岩分级修正方法.结果表明：随着流速和干湿循环次数的增加,单轴抗压强度、单轴抗压强度折减系数持续下降,但下降的比例越来越小;流速和干湿循环次数的耦合作用与单轴抗压强度、单轴抗压强度折减系数均具有良好的相关性,三维拟合函数曲面呈“下凹”状.该研究结果可为考虑石膏质岩溶蚀性的围岩分级提供一种可行的计算方法.     

化学溶液与冻融循环作用下粉砂岩强度衰减及预测模型

为探明化学腐蚀与冻胀荷载耦合作用下粉砂岩强度的长期衰减规律,对不同化学溶液浸泡和冻融循环处理后的粉砂岩进行物理性质与细观结构测试,分析溶液pH与冻融循环次数对单轴抗压强度和抗拉强度衰减的影响。根据试验结果,确定冻融作用下粉砂岩强度的衰减参数与溶液pH之间的关系,建立强度衰减预测模型,以揭示复杂现场环境中岩石工程全寿命周期下强度的衰减规律。研究结果表明:随着溶液pH降低、冻融循环次数增加,粉砂岩的质量损失率和峰值应变增大,纵波速度和峰值应力减小,表现出向延性转化的趋势;单轴抗压强度和抗拉强度均随冻融循环次数增加而逐渐衰减,且溶液pH越低,强度衰减幅度越大。这是由于酸性溶液对粉砂岩的冻融损伤劣化具有促进作用,而碱性溶液具有一定抑制作用,且溶液的酸碱性越强,作用就越剧烈。随着溶液pH降低,粉砂岩强度的衰减常数减小、半衰期增大,据此建立的预测模型反映出化学溶液与冻融循环共同作用下粉砂岩强度的非线性衰减特征,强度计算值与实测值一致,证明本模型具有良好的预测效果。     

CT扫描视域下黏土干湿循环劣化机理

为研究干湿循环对黏土力学特性和微观结构的影响，通过一系列无侧限抗压强度试验和CT扫描测试从宏观和微观角度揭示了干湿循环对黏土的劣化机理。结果表明：随着干湿循环次数的增加，黏土的抗压强度保持指数性下降趋势，在经历4次循环后，抗压强度损失了40%左右，干湿循环达到8次后抗压强度基本达到稳定；CT扫描横剖面显示，在干湿循环过程中，裂隙从试样四周开始发育，并逐渐向内部扩展，裂隙的宽度和长度均持续增加，连续性也有所提高；随着干湿循环次数的增加，试样的逐层面孔隙率均明显增加，且不同层间的交界面孔隙率的增加更为显著，层间的裂隙最先发育，试样表面也有竖向裂隙发育，试样内部连通孔隙的数量增加，闭合孔隙的数量减小；不同次数干湿循环作用下黏土的孔隙率与抗压强度之间保持负指数性关系，当干湿循环次数达到4次后，孔隙率的增加对抗压强度的影响减小。     

经受疲劳荷载与冻融循环作用后混凝土动态性能研究

采用微宏观结合的方法来研究疲劳荷载与冻融循环作用下混凝土动态性能的劣化规律和损伤机理,对混凝土试件先分别进行冻融循环、疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环等3种损伤试验,再进行不同应变率下的单轴动态抗压试验.研究不同应变率下试件的表观损伤、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度的劣化,并结合扫描电子显微镜(SEM)对损伤后的微观形貌进行机理分析.研究表明:仅受冻融作用和先疲劳后冻融作用时,随冻融次数的增加,试件的质量均呈先增后降的趋势,相对动弹性模量均呈逐渐降低趋势. SEM微观试验结果表明先疲劳后冻融作用下,冻融循环使得混凝土内部裂缝数量和宽度均有明显增加,导致混凝土抗压强度随冻融循环次数的增加而逐渐降低.先受疲劳荷载再受冻融循环作用的混凝土,在冻融次数和疲劳次数相同时,抗压强度随应变率的增加逐渐增大.相比混凝土仅受冻融循环作用,疲劳荷载历史对混凝土的抗冻性有显著劣化作用.受疲劳荷载和冻融循环作用后的混凝土具有明显的应变率效应,而且混凝土损伤越严重,其强度对应变率越敏感.     

初始损伤对脆性岩石抗压力学性质的影响

基于现有各向同性损伤本构理论,提出岩石初始损伤定义及其计算方法。初始损伤表示为加载前的损伤岩石弹性模量相对无损岩石弹性模量的劣化程度。对不同初始损伤的玄武岩试样进行单轴抗压试验,定量分析初始损伤对玄武岩的应力与应变关系、强度、破坏应变、初始泊松比和应变软化性质等的影响,给出单轴抗压强度、初始泊松比等力学参数随初始损伤变量变化的规律及拟合公式。研究结果表明:只有当岩石初始损伤超过损伤门槛值即无损岩石破坏时对应的损伤值时,岩石抗压强度随初始损伤增大而显著减小;与峰值应力对应的应变随初始损伤增大而近似呈线性增大趋势;岩石初始泊松比随初始损伤增大近似呈指数增大;初始损伤越小,应力峰值后的岩石破坏越显脆性。