三轴 CT 条件下预崩解炭质泥岩路堤填料的细观试验

为了研究预崩解炭质泥岩在三轴条件下的细观应力变形及损伤演化规律,采用CT专用三轴试验加载设备对其进行三轴CT试验。试验在3种固结压力下进行,得到各试件的应力变形曲线以及在不同变形阶段3个扫描层的CT数、方差和CT图像。研究结果表明:该试验方法成熟、可行,为进一步深入分析炭质泥岩物理力学特性提供了新的方法;试件固结压力越大,峰值强度越高,其内部细观表现为颗粒的错动与融合,外部表现为中部鼓起,且无明显裂纹;变形形式主要为受力均匀变形,在低围压条件下具有应变软化特征;在初始条件下,试件具有明显各向异性特点,试验后期试件差异性减小;随着变形增大,试件损伤度也逐渐增大,其细观损伤演化是一个非线性的累积增长过程。     

粗粒土路堤填料路用性能及其循环动应力试验

为了研究粗粒土路堤在动力荷载及雨水湿化作用下的路用性能,以粗粒土为研究对象,开展室内常规物理力学试验,分析压实度、干密度以及含水率对粗粒土填料回弹模量的影响;利用大型动三轴试验仪研究不同压实度和围压条件下轴载作用次数与动态回弹模量之间的关系,以压实度和含水率为条件变量对粗粒土试件进行永久变形试验,探讨循环动应力作用下粗粒土试件轴向累计轴向应变的发展规律。试验结果表明:压实度和含水率对粗粒土的物理力学特性影响较大,但对干密度影响较小;试件累计轴向应变随着压实度增大而减小,当压实度为90%时,试验前期累计轴向应变增加幅度较小,当累计轴载次数达到1 000时,累计轴向应变急剧增加;累计轴向应变随着含水率的增加而增大,并随着压实度的增大而减小;粗粒土随着轴载次数的增加经历了稳定、临界和破坏3种状态,其中压实度为90%的试件表现较为明显;粗粒土路堤填料的动弹性模量随着轴载次数的增加而减小,衰减速率逐渐减小,最终趋于平稳。     

干湿循环对炭质泥岩蠕变及损伤特性的影响

为揭示炭质泥岩库岸边坡的时效变形和损伤特性,对经历不同干湿循环次数的炭质泥岩试样进行低场核磁共振和三轴压缩流变试验,研究炭质泥岩孔隙演化特征和蠕变特性;在此基础上,基于损伤理论和Lemaitre应变等效原理,建立考虑干湿循环、轴压和时间因素耦合影响的蠕变损伤方程 . 结果表明：随干湿循环次数增加,炭质泥岩孔隙率增加,孔隙结构由小孔隙向大孔隙演变,瞬时应变和蠕变量增大 . 建立的损伤方程能较好地表征干湿循环次数、轴压和时间对炭质泥岩损伤演化的影响;随干湿循环次数增加,炭质泥岩损伤增大,损伤时间效应增强;轴压增大,损伤增长的速率加快,加速损伤的持续时间增长.     

击实和三轴压缩条件下炭质泥岩的颗粒破碎及力学响应研究

为充分认识炭质泥岩的颗粒破碎行为及力学特性,对不同粗粒质量分数的炭质泥岩在最佳击实状态下的破碎程度进行三轴剪切试验,分析粗粒质量分数对炭质泥岩粒径级配及力学性能的影响规律,明确炭质泥岩颗粒破碎与围压、粗粒质量分数间的关系。研究结果表明：在压实过程中,炭质泥岩存在明显的颗粒破碎现象,且粗粒质量分数越高,其颗粒破碎越明显;炭质泥岩的水敏性远大于硬质岩的土石混合体的水敏性,击实曲线更陡峭,且在粗粒质量分数为60%时具有最佳的击实状态;随着粗粒质量分数增大,炭质泥岩的抗剪强度呈现出先增长后减小的趋势,且在粗粒质量分数为60%时黏聚力达到最大,内摩擦角与粗粒质量分数呈负相关;当粗粒质量分数较小时,炭质泥岩抗剪强度主要由细粒间的黏聚力及粗粒与细粒间的咬合力提供,粗粒破碎较少;随着粗粒质量分数增大,试样中颗粒破碎现象更明显,颗粒间重新分布和咬合使其内摩擦力逐渐增大,抗剪强度由粗粒破碎及粗粒与细粒间的咬合力提供,细粒间的黏聚力较小;炭质泥岩的颗粒相对破碎率随围压、粗粒质量分数的增大而增大,且相对破碎率与粗粒质量分数和围压之间存在非线性关系。     

考虑荷载与浸水条件的预崩解炭质泥岩变形试验

为研究荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形特性,研发一套可综合考虑压实度、含水率、竖向荷载、浸水时间及循环次数等因素的湿化变形试验装置,并设计相应试验方案,开展荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形特性试验。研究结果表明:在加载初期和首次浸水时,预崩解炭质泥岩产生较大竖向变形,分别为压缩变形和湿化变形,湿化变形量比压缩变形量大25.7%;各因素对预崩解炭质泥岩竖向变形影响的主次顺序(从主至次)依次为竖向荷载→循环次数→浸水时间→压实度→含水率,且竖向变形与荷载呈正相关关系,对试样进行浸水循环会大大增加湿化变形;得到预崩解炭质泥岩最大竖向变形与各因素的函数关系式,可为建立炭质泥岩湿化变形计算理论及工程实践提供参考依据。     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

粉土动态回弹模量试验研究

利用动三轴试验,研究粉土动态回弹模量的影响因素及其规律,分析动态回弹模量对偏应力、侧应力和体应力的依赖关系,在回弹模量本构预估模型的基础上,采用偏应力和体应力为变量的动态回弹模量本构模型对试验数据进行回归分析.结果表明:动态回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小.所选模型具有较高的决定系数,证明所选模型具有较高的合理性与可靠性,同时获得了不同含水量和压实度下粉土的动态回弹模量预估模型,可为基于动力学的路面结构设计提供参数.     

粗粒土路堤填料力学特性及其细观模拟研究

为了研究粗粒土填料在荷载及降雨入渗作用下的力学特性变化规律,采用Autotriax全自动三轴试验系统对粗粒土填料进行静三轴试验。基于试验所得力学参数,结合颗粒流软件PFC3D对试验进行细观模拟研究,通过自编程序引入接触黏结模型,对比分析粗粒土在不同围压、含水率和压实度下的力学特性及变形规律。研究结果表明:运用PFC3D软件进行静三轴试验模拟,通过数值分析得到的应力-应变曲线变化趋势与室内试验结果变化趋势较一致;试件的体应变在高围压时表现为整体剪缩,低围压时表现为先剪缩后剪胀;随着应变增加,黏结断裂点快速发展,试件由单一的中间部位挤压呈现出多个潜在的剪切面,且颗粒间的黏结破坏具有滞后性,试件内部演变规律与应力-应变曲线变化规律相一致。     

强风化软岩用于路基填土时的工程特性研究

强风化软岩用于高等级公路路基填土时,压实特性和湿化变形性能是评价填料性能的主要指标．通过对填料在不同压实度下的承栽比（CBR）试验研究,结果表明,CBR值随填料压实度的增大而增大;利用室内三轴剪切仪,对强风化软岩进行干-湿双线平行试验和在复杂应力状态下不同压实度的湿化变形试验研究,结果表明,填料在压实度为90％时,在较大的偏应力作用下,湿化不仅产生较大的附加轴向应变,而且还能引起相当大的附加体变和偏应变．湿化使填土的强度降低,可见提高路基填土的压实度是减少湿化变形和提高路基边坡稳定性的重要途径．     

粒径对破碎岩石力学性质影响模型试验研究

地下开采诱发顶板冒落的破碎岩石力学性质直接影响上覆岩层的移动规律。针对破碎岩石力学性质的研究,往往采用理论分析结合室内试验的方法,而室内试验的结果往往与真实现象之间往往存在尺寸效应,并不能直接应用到生产指导中去。本文采用模型试验的方法,对冒落带破碎岩石进行缩尺,利用自主设计的破碎岩石压实仪进行破碎岩石力学特性试验,得到4种不同粒径下碎石压实试验的应力-应变关系,分析岩石块径、压实应力对碎石压实力学特性的影响。研究结果表明：极限轴向应变随粒径的增大而增大,并且增长速率逐渐减小;岩样粒径越大应变增长率越大,所有岩样变形初期的应变增长率大于后期应变增长率;初始切线/割线模量随粒径的增大而减小,降低速率也逐渐减小,随着轴向应力的增大,割线/切线模量受粒径变化影响越大;轴向加载应力相同时,粒径越大的岩样压实度变化越明显,随着应力的增大,压实度呈对数增长。     

剪切速率对黄土力学性质及邓肯 张参数的影响

为探究加载速率对原状黄土强度和变形特性及其邓肯-张模型参数的影响,采用SLB-1型三轴剪切渗透试验仪,开展原状黄土在不同围压和剪切速率下的不固结不排水三轴剪切试验,并通过微观试验验证其宏观力学性质。结果表明：在试验参数设定范围内,剪切速率对原状黄土的力学性能有显著影响,不同剪切速率下原状黄土的偏应力－应变关系基本符合双曲线关系;初始变形模量随围压的增大而增大,随剪切速率的增大呈现先增大后减小的规律,原状黄土的黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比Rf和破坏强度与剪切速率之间存在明显的临界剪切速率转折点1.7 mm?min-1,此时各参数均达到最大值,无因次指数n无明显规律可循;当剪切速率小于此临界值时,黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比Rf和破坏强度随着剪切速率的增大而增大,当超过剪切速率临界值时又有一定程度的降低,总体上呈现先增大后减小的规律,而内摩擦角随着剪切速率的增大而逐渐增大且增大幅度甚微;试样的偏应力－应变曲线无明显的峰值点,呈应变硬化型;通过拟合曲线,得到了原状黄土试样的抗剪强度指标和破坏强度与不同剪切速率之间的拟合公式,以期更好地研究剪切速率的变化对西宁原状黄土力学性能的影响。     

基于大三轴试验的土石混合体强度特性与影响因素

为更为详细地探讨山区土石混合体的力学特性,综合考虑含石量、含水量与岩石完整性等因素的影响,采用正交试验方法对土石混合体填料的大型三轴剪切试验进行设计,并运用邓肯-张模型对得到的三轴试验参数进行反演研究。结果表明:土石混合体中影响内摩擦角的因素从大到小分别为含石量、含水量、岩石完整性;试件在各围压下剪切时,开始阶段偏应力与轴向应变近似成比例关系;当轴向应变超过2%时,偏应力增长速率减小,呈现出明显的应力-应变非线性;当混合体达到最大偏应力之后,仍可以保持在增加轴向应变的同时,偏应力不减小,表明土石混合体材料的软化特性不明显;含石量对试样体应变的影响较含水量与岩石完整性更显著,在含石量较低时体现为剪缩性,含石量较高时更多体现为剪胀性;邓肯-张模型的拟合结果与大三轴试验数据的相似度较好,表明邓肯-张模型能模拟土石混合体在不同围压下的应力-应变关系。     

剪切速率对黄土力学性质及邓肯-张模型参数的影响

为探究加载速率对原状黄土强度和变形特性及其邓肯-张模型参数的影响,采用SLB-1型三轴剪切渗透试验仪,开展原状黄土在不同围压和剪切速率下的不固结不排水三轴剪切试验,并通过微观试验验证其宏观力学性质。结果表明:在试验参数设定范围内,剪切速率对原状黄土的力学性能有显著影响,不同剪切速率下原状黄土的偏应力-应变关系基本符合双曲线关系;初始变形模量随围压的增大而增大,随剪切速率的增大呈现先增大后减小的规律,原状黄土的黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比R_f和破坏强度与剪切速率之间存在明显的临界剪切速率转折点1.7 mm/min,此时各参数均达到最大值,无因次指数n无明显规律可循;当剪切速率小于此临界值时,黏聚力c、无因次基数K、应力破坏比R_f和破坏强度随着剪切速率的增大而增大,当超过剪切速率临界值时又有一定程度的降低,总体上呈现先增大后减小的规律,而内摩擦角随着剪切速率的增大而逐渐增大且增大幅度甚微;试样的偏应力-应变曲线无明显的峰值点,呈应变硬化型;通过拟合曲线,得到了原状黄土试样的抗剪强度指标和破坏强度与不同剪切速率之间的拟合公式,以期更好地研究剪切速率的变化对西宁原状黄土力学性能的影响。     

公路路基粉土工程特性试验研究

为研究公路路基粉土的工程力学特性,评价粉土路基的稳定性,通过室内击实试验、渗透试验、三轴试验和微观结构分析,分析粉土作为公路路基填料的工程力学性质,对比分析不同击实功作用下粉土的干密度特性,探讨压实度和孔隙比之间的变化规律以及不间级配粉土的压实性能,研究不同压实度粉土的渗透特性及其力学效应,阐述不同击实度的粉_十微观结构排列形式.研究结果表明:在公路路基填土压实过程中,对于粉土,可采用现行重型击实标准,但压实标准偏低;路基填土的渗透系数随着压实度的增大而呈非线性减小;随着压实度增加,粉土填充孔隙的效果较差.     

单轴压缩下炭质板岩的应变速率效应及声发射特性

为了探究应变速率对炭质板岩单轴力学特性和声发射特征的影响,开展了4组不同准静态应变速率（8.50×10^-6s^-1、1.70×10^-5s^-1、1.70×10^-4s^-1和3.34×10^-4s^-1）下的单轴压缩试验,并同时监测了加载过程的声发射信号。基于试验数据,总结分析了应变速率对炭质板岩应力-应变关系、能量耗散及声发射特征的影响规律,探讨了应变速率的影响机制。同时,基于加载过程中耗散能密度的演变规律,提出了将耗散能曲线平直段起点作为炭质板岩闭合应力σ_cc、平直段终点作为扩容应力σ_cd的特征应力确定方法。结果表明：在准静态应变速率范围内,炭质板岩的弹性模量和峰值强度随应变速率的增大均先增大后减小,在应变速率1.7×10^-4s^-1时达到最大值;闭合应力、起裂应力和扩容应力与峰值应力的比值基本在0.37、0.55和0.74左右,不随应变速率发生变化;应变速率对声发射信号影响显著,随应变速率增加,0~50kHz内的主频率占比逐渐增加,而100~250kHz内的主频率占比逐渐减小,炭质板岩的破坏形式逐渐由张拉破坏变为剪切破坏。     

基于应变路径和分布效应的应力三轴度确定方法

对于延性损伤破坏材料,为了确定缺口试件在拉伸试验中的应力三轴度,建立应力三轴度相关的材料失效破坏函数关系,基于缺口试件在整个拉伸过程中的应变路径和应力三轴度在最小横截面上的分布效应,结合数值模拟,对现有的缺口试件应力三轴度确定方法进行了比较研究,给出了缺口试件更为合理的应力三轴度确定方法。     

宽级配砾质土三轴试验研究

对某宽级配砾质土分别进行了中型和大型三轴固结排水剪试验,研究了不同试样干密度、不同掺砾量下宽级配砾质土的强度、应力应变特性及邓肯-张模型参数,并对中三轴与大三轴2种不同尺寸试验结果进行了分析和对比.结果表明:宽级配砾质土的偏应力峰值强度、抗剪强度及其剪胀性随着掺砾量和试样干密度的变化呈现一定的变化规律;随着掺砾量或试样干密度的增大,中三轴和大三轴试验邓肯-张模型参数的K均随之增大,但n随之减小;在相同掺砾量下,初始弹性模量和体积变形模量均随着试样干密度的增大而增大.     

CT技术下掺煤矸石和电石渣的生土材料损伤演化及孔隙研究

以煤矸石和电石渣作为生土改性掺料,通过对生土试件进行轴压下CT扫描试验,得到各阶段荷载作用下的应力-应变曲线、材料内部破坏过程、CT图像等。研究各扫描断面CT图像、CT数与试件破坏过程演化规律,分析CT图像、CT数和应力应变的关系,计算材料各断面孔隙率,引入损伤度来建立材料孔隙与损伤之间的联系。结果表明：在不同应力状态下,XY扫描断面CT图像中裂缝是由四周以环状的形式向内部延伸,YZ扫描断面的破坏从上下表面产生,试件内部的密实度高,试件边缘抵御变形能力相比内部较差。试件受“环箍效应”影响显著,试件底部CT数大于上部,但是XY-2断面CT数小于其它断面,出现大量孔隙和裂缝。低应力状态时,试件上部孔隙率变化大于下部,在峰值应力时,孔隙率波动明显,变化幅度为-43%~+500%。峰值应力后,试件上部孔隙率迅速减少,下部则相反。通过对无纲量损伤度的计算,损伤度表现出随应力的增加先增大后减小再增大的规律。本研究可为生土改性材料的损伤演化规律和材料的损伤本构关系提供参考。     

炭质板岩轴向与侧向蠕变规律研究

炭质板岩在岩土工程中普遍存在,且具有各向异性的特点。为研究其蠕变规律,首先采用岩石三轴流变试验机对自然状态和泡水30 d的炭质板岩进行单轴压缩试验,获得其瞬时强度分别为62.4和54.2 MPa,再基于瞬时强度,设置应力水平依次为瞬时强度的60%、70%、80%、85%及90%进行单轴分级加卸载蠕变试验。研究结果表明:蠕变量及蠕变速率随应力水平增大而增大;水在炭质板岩孔隙裂隙中流动,其对炭质板岩的长期损伤劣化作用使得孔隙裂隙增大,导致蠕变量及蠕变速率显著增大,尤其对轴向蠕变影响更明显,因此轴向蠕变量及蠕变速率比侧的向大;水的作用显著地增大了炭质板岩瞬时塑性应变及黏弹性应变,该现象在轴向比侧向表现更明显。     

基于相对结构度的水泥固化压实土力学与变形特性研究

由于胶结作用和孔隙结构的影响,结构性土的力学与变形特性显著区别于重塑土.为了解结构性土的特性,采用人工制备水泥固化压实土,并通过固结试验和固结排水剪切试验对其相对结构度及其衰变规律展开研究.详细分析了胶结作用和初始孔隙比对水泥固化压实土压缩特性与剪切特性的影响,并根据压缩试验结果建立了适用于水泥固化压实土的相对结构度发展式,最后采用所提出的相对结构度发展式对水泥固化压实土的剪切特性进行分析.研究结果表明,相对结构度的衰变速率随着水泥掺量的增大而减小,但初始孔隙比并不影响水泥固化压实土变形过程中相对结构度随塑性体应变的衰变速率;水泥固化压实土的峰值应力与相对结构度有关,并随着相对结构度的降低而减小.