岩石的卸荷劣化及其本构模型研究

卸荷条件下,岩石的变形参数产生劣化效应,弹性模量E在卸荷较小时变化较小,随着卸荷量的增加其快速减小;而泊松比μ则随着卸荷量的增加而变大.岩石的破坏阶段,变形参数与其应力跌落量有关:E随着应力跌落量的增加而减小;并呈线性关系.根据岩石变形参数的变化规律,将卸荷条件下岩石的损伤本构模型分为三段:一般加载段、卸荷段、应力跌落段.结合试验证明修正的统计损伤本构模型较为符合实际.     

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。     

芒硝力学特性及其本构模型

为了解芒硝的力学特性,在MTS815岩石伺服试验机上对其进行了力学试验,包括单轴压缩试验和等围压三轴压缩试验,并对其强度和变形特征进行了分析。分析表明,芒硝在单轴压缩下表现应变软化特性,且强度很低,属于软岩的范畴;当围压在5 MPa以上时,芒硝表现明显的应变硬化特征。根据芒硝变形特性,提出了以岩石塑性应变作为微元统计分布变量,同时引入一个能够反映岩石破坏部分承载力的比例系数,建立了能够反映岩石应变硬化特征的损伤统计本构模型,并用试验资料对其进行了验证。结果表明,该模型能够较好地反映芒硝岩样的破坏全过程,且在单轴压缩下,芒硝微元破坏部分承受的力很小,可以忽略;而在高围压作用下,微元破坏部分承受的力比较大,不能忽略。     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

铝土尾矿泡沫轻质土单轴抗压力学特性及唯象本构模型

铝土尾矿泥是一种常见的工业废弃物,为了更好地利用铝土尾矿泥,减少其对环境的污染,将铝土尾矿泥掺入泡沫轻质土中制备新型铝土尾矿泡沫轻质土,研究了铝土尾矿泥掺量对铝土尾矿泡沫轻质土抗压强度及破坏模式的影响,并基于两参数Weibull分布函数,提出适用于铝土尾矿泡沫轻质土材料的一维受压损伤本构模型.研究结果表明,铝土尾矿泡沫轻质土的无侧限抗压强度随着铝土尾矿泥掺量的增加呈指数型减小,7d无侧限抗压强度可达到28d无侧限抗压强度的83%;铝土尾矿泡沫轻质土的名义应力-应变曲线在单轴受压作用下主要包括弹塑性阶段和破坏平台阶段,在单轴受压破坏之后存在应变软化和应变硬化行为,具备良好的缓冲性能;根据Weibull分布函数和Avalle模型,研究了铝土尾矿泡沫轻质土材料一维受压损伤唯象本构模型,建立了模型参数与铝土尾矿泥掺量的关系式,为铝土尾矿泥在泡沫轻质土中的应用提供参考.     

基于结构性参数的土本构模型研究

在结构性的作用下,结构性土的力学特性与重塑土相比存在显著区别.基于结构性土的变形特性,引入结构性土的本征压缩曲线,提出了表征土体结构性的结构性因子,通过该参量推导了结构性土的体变方程,并给出了结构性因子的发展准则,结合修正剑桥模型建立了结构性土的本构模型.该模型与原修正剑桥模型相比,增加了3个参数.最后通过两种结构性土的试验数据对所提模型进行了验证,证明了所提模型的合理性.     

土本构模型的有限元-神经网络耦合模拟

根据土样结构试验,将土的神经网络模型并入有限元法中,采用有限元－神经网络耦合算法,模拟土的本构关系,得出一些结论。     

非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型

自然界所存在的原状土具有一定的结构性,与室内重塑土在加载过程中所表现出的力学特性(如变形和强度)具有明显的差异.本文以复合体损伤理论为基础,建立了适用于非饱和原状土的弹塑性损伤本构模型,并给出了损伤变量λ的演化规律.其主要思想是把土材料看作由相对完整的土和相对破碎土两部分混合而成,二者的力学性能不同,且在受力过程中,相对完整的土逐渐转化为相对破碎的土,故分别采用弹性和弹塑性模型描述.该模型所采用的参数(除结构性参数β、α以外)均可以直接通过实验确定.结果表明,该模型能够较好描述非饱和原状土的应力-应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好描述土结构性退化规律.     

粗粒土路基的压实试验

通过改变室内击实试验的击实参数,对影响粗粒土压实特性的相关因素进行分析;利用现场试验,对粗粒土路基压实厚度、压实机械及压实遍数等影响压实效果因素综合分析后,针对粗粒土中粗粒含量的变化,提出采用三点二次插值函数的定量分析方法及定量与定性分析相结合的方法对粗粒土的压实质量进行评价。结果表明,含水量对粗粒土压实影响较小,应采用大吨位的振动压路机对粗粒土进行压实。     

湿度波动下黏质土路基回弹模量演化规律

历经多次干湿循环的路基土,其力学性能劣化现象非常突出,路基的路用性能也随之衰减.基于室内试验研究含水率周期性变化对路基回弹模量的影响规律.遵循现场测试含水率变化态势,利用\"透水石渗水—静置—烘箱脱水—透水石渗水—静置—烘箱脱水……\"一系列湿度循环来模拟现场路基土的含水率波动过程,同时测试其回弹模量.结果表明:黏质路基土回弹模量受含水率变化的影响非常明显,回弹模量随湿度循环次数的增大而减小;在相同的应力状态下,黏质路基土的平衡含水率越高,其回弹模量值对含水率的周期性变化越敏感,且回弹模量值趋于不稳定状态.     

土质对路基压实度控制的影响

在路基施工过程中,路基填土的均匀性和压实的均匀性是很容易被人们忽视的重要问题。本文从土的性质角度出发,分析土的颗粒组成、土的均匀性和土的含水量大小的控制对路基填土压实效果的影响,以利指导施工。     

干旱半干旱地区路基CBR值标准的修订

为了研究干旱半干旱地区路基CBR值的变化规律,确定CBR试验浸水时间标准,对内蒙古地区阿拉善盟粉土、锡林郭勒盟粘土Ⅰ、锡林郭勒盟粘土Ⅱ、鄂尔多斯市红粘土4种干旱半干旱地区典型土质浸水时间与试件含水量关系、CBR值与含水量的关系进行分析;通过对比室外最不利路基含水量观测值,对内蒙古地区4种典型土质CBR浸水时间及规范值进行修订。结果表明:4种典型土质随着浸水时间的增加,含水量呈指数增长趋势;除阿拉善盟粉土外,其余3种典型土质均需折减CBR规范值或减少浸水时间,以更好地模拟干旱半干旱地区路基实际工作状态。     

水泥-碱渣改良膨胀土干湿循环耐久性及其劣化机制试验研究

通过系统的室内试验对水泥-碱渣改良膨胀土的工程性质及其干湿循环耐久性进行评价,并通过微观测试技术分析了改良机理以及干湿循环劣化机制。结果表明,经水泥-碱渣改良后,膨胀土的液限、塑性指数和自由膨胀率明显减小,无侧限抗压强度显著增大;降低水泥-碱渣质量比引起的工程性质劣化可归因于复合型化合物CaO·SiO₂·CaCO₃·nH₂O的胶凝性能比典型水化胶凝产物弱。干湿循环初期,试样宏观形貌及无侧限抗压强度无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试样强度明显减小,其宏观破坏特征表现为剥落。干湿循环作用下,改良土的微观劣化作用机制在于水化胶凝产物对土颗粒或团聚体的胶结作用遭到破坏,以及微裂缝的发育及扩张。     

土工格室在加固沙漠高速公路路基中的应用

基于土工格室的特殊力学性能，利用其加固沙漠路基。采用Duncan—Chang双曲线模型、Biot固结理论对土工格室加固沙漠路基的机理进行理论研究，并铺筑了野外试验路对理论分析结果验证。结果表明，土工格室对提高沙基承载能力和抗剪能力效果非常明显，能达到减薄路面结构层的目的。     

高含水率条件下压实黏性土路基永久变形

对上海地区3条公路的黏性路基土样进行室内动三轴重复加载试验,以考察潮湿多雨、高地下水位地区黏性土路基高含水率(通常大于最佳含水率)状态对其永久变形特征的影响。研究结果表明：含水率的较小幅度变化可引起黏性土永久变形成倍增加;Chai-Muria模型的拟合曲线表现出与试验值非常高的一致性,R2均保持在0.90以上,均大于Tseng-Lytton模型的拟合接近程度;使用路基土基本物性指标对Chai-Muria模型中的参数进行了回归分析,具有较好的预估效果。     

基于扰动状态概念模型的饱和软粘土力学特性

基于扰动状态概念(DSC)理论,定义饱和软粘土的相对完整状态、完全调整状态及扰动函数,建立了饱和软粘土应力一应变关系的DSC模型．通过三轴固结不排水剪切试验,对上海地区典型软粘土的力学特性进行了分析,得到了软粘土在不同围压下的轴向应力、应变和孔压等参数之间的关系,并应用试验结果验证了饱和软粘土的DSC本构模型．结果表明,理论与试验结果较为吻合．     

区域土壤墒情模型研究

运用平原水文模型,参考不同作物不同生长期蒸散发特点及土层结构和土层蓄水量与土壤墒情之间的关系,构建区域土壤墒情模型,并利用山西省洪洞县实测土壤墒情资料对该模型进行了检验,检验结果表明,模型物理概念明确,可连续模拟或预报区域土壤墒情,且预报精度高。     

巢湖地区坟头组泥岩遇水软化特性与机理试验研究

从物理力学性质、矿物与化学成分、微观结构等方面,对巢湖地区坟头组海相粉砂质泥岩遇水软化的特性与机理进行试验研究.利用DB-16超声测速仪、单轴压力机,测试岩样浸于蒸馏水后不同时间波速、抗压强度的变化;采用电感耦合等离子体法,分析岩样浸泡液化学成分随时间的变化;利用X射线衍射、荧光光谱分析,测试岩样矿物化学成分变化情况;采用电子扫描显微镜观察岩样微观结构,并利用GIS软件对不同浸水时间岩石孔隙率、孔隙表面积进行半定量计算.试验表明,泥岩浸水后,单轴抗压强度和波速明显下降,岩石孔隙率下降,孔隙表面积增加;浸水前后,泥岩化学成分变化不大;水沿微裂隙进入岩石内部,溶解可溶盐胶结,使裂隙向纵深发展,进而使裂隙连通导致岩石软化,其中,岩石微裂隙的产生与岩石内部的不均一性密切有关.