三轴及孔隙水作用下煤的变形和声发射特性

在MTS815.02岩石力学试验系统上进行了煤的单轴压缩、三轴压缩及孔隙水作用下全应力应变试验及声发射检测.结果表明:煤的三轴强度、残余强度随围压增高而增大,随孔隙水压增高而降低;在低围压试验范围内,煤的弹性模量不随围压变化.煤在不同试验条件下呈现的声发射特征有显著差异性:单轴试验时各个阶段均有声发射事件产生,三轴及孔隙水试验条件下煤样屈服之前声发射事件较少,而屈服之后声发射趋于活跃;单轴试验时煤的声发射能量最大,随孔隙水压增大,煤样变形过程释放的声发射能量逐渐减小.     

围压及孔隙水压对饱水砂岩能耗特征的影响

为研究含孔隙水压下岩石承载变形过程中的能量演化特征,基于有效应力原理推导出含孔隙水压下岩石承载变形过程中的能量计算公式.分析了围压和孔隙水压对岩石承载变形过程中能耗特征的影响,讨论了岩石输入能密度、弹性能密度和耗散能密度在扩容起始点和峰值点的差异,从能量耗散的角度解释了岩石扩容起始应力作为岩石长期强度参数的合理性.研究表明:岩样在扩容起始点和峰值点的输入能密度和弹性能密度与围压呈正线性关系,与孔隙水压呈负线性关系.岩样承载过程中的cd-c阶段的耗散能密度随围压的增大而增大,而孔隙水压的增大则导致该阶段耗散能密度的减小,其有效地弱化了岩石材料内部颗粒间的摩擦效应.此外,孔隙水压能量输入密度随岩样的体积应变变化,在高孔隙水压条件下,相同应力水平的各类能量输入密度的绝对值随孔隙水压的增大而增大.     

基于三轴压缩数值试验的岩石损伤特性

为研究岩石的损伤特性,基于连续损伤力学理论和岩石微元强度服从Weibull分布函数,利用FLAC3D有限差分数值模拟软件,在围压分别为3,6,10 MPa的情况下,对岩石进行了不同变形参数(E和μ)和强度参数(c和φ)的常规三轴压缩数值试验研究。数值试验结果表明,(1)在加载初期,岩石出现负损伤(压密强化效应),随着轴向应力的增大,割线模量减小,泊松比增大;(2)黏聚力或内摩擦角或围压越大,岩石抗压强度越高,岩石变形过程中的塑性变形阶段越长;(3)损伤起点对应的轴向应变不随强度参数(c和φ)的变化而变化,但随计算初始弹性模量的增大而减小,随围压的增大而增大;(4)泊松比对岩石力学特性和损伤特性影响甚少,可忽略不计。     

水压轴压耦合作用下混凝土变形试验研究

利用微机控制多通道轴压水压联合作用岩石-混凝土流变试验系统对真实水环境中混凝土试样进行不同水压轴压下的压缩试验,研究不同水压轴压条件下混凝土试样变形及破坏规律。试验结果表明:真实水环境中,水围压增大混凝土试样轴向应变增加,即高水压不利于混凝土结构随时间的应变稳定;水围压能使混凝土试样体现一定的塑性,同时又在混凝土出现微裂纹时加速试样破坏进程。由于压力水具有流动性和劈裂作用,真实水环境中的水压力将在混凝土微结构中产生膨胀力,破坏混凝土结构稳定。水围压使混凝土抵抗弹性变形的能力增强,但抵抗整体变形的能力减弱。     

压力型锚杆灌浆体受压承载力的 计算模型与方法

为研究灌浆体周围岩土体的约束效应对灌浆体受压承载力的影响,开展8组室内模型试验.试验结果表明:灌浆体的受压承载力受围限体的约束效应影响显著,并随着围限体直径的增大而显著增加;灌浆体受压破坏时,底部呈倒圆锥形破坏形态,围限体主要被3条径向贯通裂缝分割为3块,相邻裂缝夹角近似呈120°.基于试验现象,建立灌浆体受压承载力计算的压锥模型,进一步提出灌浆体受压承载力计算方法,计算结果与试验结果较为吻合.     

水和围压下片岩变形各向异性及其应用研究

为探讨在不同应力条件和含水状态下,片岩变形各向异性变化特征及隧道围岩变形响应规律,制备α=0°、α=45°、α=90°三种代表性片理倾角的天然与饱和武当群片岩试样,采用三轴压缩试验分析在水和围压因素影响下,片岩弹性模量、泊松比等变形参数及变形各向异性演变特征。基于试验结果,建立隧道围岩的等效各向异性模型,模拟分析片岩变形各向异性与隧道围岩位移之间的变化关系。结果表明:片岩弹性模量、泊松比与围压呈正相关;饱和状态下,围压对变形各向异性有明显弱化作用;饱水后,片岩弹性模量减小而泊松比增大,变形各向异性有显著增强趋势;天然状态各向异性对围岩变形影响强于饱和状态;饱和状态下,随埋深增加,围岩变形对各向异性更趋敏感,而天然状态埋深对二者关系影响较小。     

水压轴压长期共同作用下深部矿井灰岩蠕变特性试验研究*

借助于高精度微机控制多通道水压轴压联合作用岩石流变试验系统,对灰岩进行水环境中的压缩流变试验,采用相同水围压力和不同轴向压力连续加载方式,开展水压轴压共同作用下灰岩蠕变特性的初步研究。试验结果表明:相同水压环境中,轴向变形量随着应力水平的增加而增大,且变形速率随着时间的增加而减小;岩石蠕变破坏模式与轴向应力有关,可能存在某一应力阈值,低于该轴向应力阈值时岩石为张拉破坏,超过该阈值时岩石呈剪切破坏;初步分析了水压影响岩石蠕变的机制,可为研究水压环境中地下工程的长期稳定性提供参考依据。     

水泥改良泥质板岩土动力特性试验

针对未改良和水泥改良的泥质板岩砂土,利用振动三轴仪开展不同加载频率和围压作用下的循环振动加载试验,研究土的动弹性模量、阻尼比、动力强度和动力累积变形等参数的变化规律,对比改良土和未改良土的试验结果,分析和评价改良效果。研究结果表明:改良土的动应力与动应变关系骨干曲线为双曲线;改良土阻尼比随动应变幅值增大而增大,近似为双曲线函数关系;改良土初始动弹性模量随围压增大而增大,最大阻尼比随围压增大而减小;改良土初始动弹性模量随加载频率增大而增大,但加载频率对最大阻尼比的影响不大;改良土动应力强度和破坏振次的对数呈线性递减关系;水泥改良后,泥质板岩土的动力强度和初始动弹性模量显著提高,而最大阻尼比变化不大。改良土动力变形稳定性比未改良土的强。     

赤泥黄土复合体的动参数试验研究

本试验使用GDS动三轴仪,对赤泥黄土复合试样、赤泥试样、黄土试样进行了动三轴试验,研究了赤泥、黄土及赤泥黄土复合试样的部分动参数,分析了赤泥含量、围压的影响,旨在探索赤泥黄土复合体用于路基材料的工程性能.试验结果表明:赤泥、赤泥黄土复合试样的应力应变σd~εd、应变动弹模Ed~εd、应变阻尼比λ~εd关系曲线有与黄土相似的特性变化规律,只是在数值上有所差异.赤泥的掺入使复合体强度和刚度明显增强,且与掺入量m成正比关系.且随着赤泥掺入量的增大,动弹模Ed和最大动弹模Edmax都有明显的增强,但不同的围压下增强程度不同.复合试样的阻尼比λ随着赤泥含量的增多,相应的阻尼比较小,而随着围压增大,赤泥含量的影响将变小.围压对各参数的影响:同一应变下,应力σd随着围压增大而增大,动弹模Ed随着围压增大而增大,阻尼比λ前期随着围压增大而增大,后期则随着围压增大而减小.试验得出结论:赤泥黄土复合试样的最佳配比为赤泥∶黄土=3∶7.     

岩石水压致裂影响参数的仿真

针对影响水压致裂实验中起裂和失稳压力变化的诸多因素,通过RFPA2D-Flow数值仿真实验,建立了水压致裂模型,研究了孔隙水压力系数、围压比及非均匀性等因素对水压致裂的影响.研究结果表明,试件孔隙水压力系数及围压比的变化对水压致裂起裂压力和失稳压力影响明显;随着孔隙水压力系数的增大,岩石试件的起裂压力和失稳压力都随之减小,最大降幅可达37%;而围压比从1.0增加到1.5过程中,起裂压力和失稳压力降低了大约16%.分析结果对水压致裂施工设计及研究具有一定的参考价值.     

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．     

铁路路基粗粒土填料累积变形试验研究

为了研究粗粒土路基在长期循环荷载作用下的累积变形规律,开展了一系列动三轴试验,分析了不同动应力比、围压及压实度对粗粒土累积变形的影响。研究结果表明:循环次数为1 000次时的累积应变大约为总累积应变的75%,累积应变随着动应力比的增大而增大;当动应力比相同时,围压越大,累积应变越大;粗粒土累积应变随压实度的增大而减小,说明提高压实度能够有效抑制累积应变发展。基于试验结果,提出了能够反映动应力比、围压及压实度影响的粗粒土累积应变预测模型,与试验结果对比有较好的一致性,研究结果可铁路路基变形的预测提供参考依据。     

围压对大理岩力学特性影响的试验研究

在MTS815岩石力学试验系统对大理岩进行不同围压三轴压缩试验的基础上,分析研究在不同围压下大理岩的变形特性和强度特性．研究表明,大理岩在三向应力条件下具有明显塑性变形特征,随围压的升高,变形特性表现为塑性特征增强,弹性模量和泊松比增大,峰前扩容明显增大;强度特性表现为峰值强度和残余强度均随围压的增大而线性增大,残余强度对围压的敏感性高于峰值强度,残余内聚力大大低于峰值,残余内摩擦角与峰值非常接近．     

黄土邓肯-张模型有限元计算参数的试验

为配合有限元计算分析的需要，从工地现场取样，进行了黄土的室内三轴试验，并对试验结果进行了分析，得到了邓肯-张非线性模型有限元计算的8个参数。黄土的有限元参数随着试样的压实度和试验时围压的不同而变化。在含水量保持不变的情况下，邓肯-张E～μ模型的8个参数中，参数K、n、Rf、C、φ、G均随压实度的提高而增大；F、D随K的变化规律不明显。在含水量和压实度保持不变的情况下进行三轴试验，土样的（σ1-σ3）f、（σ1-σ3）ult、Ei、Rf均随σ3的增大而增大，μi随σ3的增大而减小，D随σ3变化的规律不明显。     

沥青混合料高温蠕变失稳点预测模型及参数影响

基于压剪破坏理论,建立了密级配沥青混合料高温蠕变失稳点预测模型,并研究了模型参数的影响因素.利用三轴压缩试验,获得沥青混合料不同围压下高温抗压强度和抗剪强度参数.在相同温度及对应围压下,实施不同载荷水平的三轴动态蠕变试验,得到混合料高温失稳点对应的流变次数F_N,分析了不同围压下F_N变化规律,建立了一个新的预测F_N模型.此外,通过试验对掺加不同添加剂混合料的F_N预测值进行了验证,进一步分析了级配及温度对模型参数的影响.结果表明,沥青混合料失稳点F_N预测结果与试验结果有较好一致性,改变级配或试验温度均会对预测模型参数产生较大影响,而添加剂的影响则可忽略,当温度为60℃时AC20级配混合料参数a,b值比AC13级配参数分别减小约52.1%,18.3%,且同一级配材料随温度升高,参数a波动较大,b则增长明显.     

泥页岩动静态弹性力学参数实验研究

为研究不同条件下泥页岩动静态弹性力学参数的变化规律,建立动静态弹性力学参数关系表达式,对三块泥页岩岩样开展动静态弹性力学参数实验,研究了不同围压和温度对泥页岩声波速度、动态杨氏模量、动态泊松比、静态杨氏模量和静态泊松比的影响。研究结果表明:岩样纵、横波波速均随围压增大呈增大,随温度升高呈减小的趋势。温度和围压对泥页岩动静态弹性力学参数均有影响,动态弹性力学参数值大于静态弹性力学参数值,动、静态杨氏模量和动、静态泊松比随不同围压和温度的变化规律呈现出较大差异。由于泥页岩岩样的裂缝发育,非均匀性强,从而造成该批次岩样间的动、静态杨氏模量与动、静态泊松比数据离散无规律。而同一个岩样同一温度条件下动、静态杨氏模量有较好的相关性,并回归得到了该岩样动态杨氏模量和静态杨氏模量关系表达式。     

考虑水-力耦合和不同应力路径的砂岩卸荷力学特性试验

为研究不同渗透压力条件下的岩石卸荷力学特性,选取砂岩为研究对象,开展了不同渗透压力和不同应力路径下的三轴卸荷试验,并与常规三轴试验进行对比,比较了不同应力路径下的岩石强度特性,分析了渗透压力对岩石变形和强度参数的影响。试验结果表明：渗透压力的增大会弱化岩石强度,岩石的峰值强度随渗透压力的增大而降低,而轴向变形随渗透压力增大而增加,渗透压力越大,岩石的压密段特征越明显;针对两种不同的卸荷应力路径,恒轴压卸围压路径条件下,岩石的黏聚力不断降低,内摩擦角不断增加,而加轴压卸围压路径条件下,岩石的黏聚力不断增加,内摩擦角逐渐降低。     

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。     

排水条件下吹填软土蠕变特性

为深入了解排水条件下吹填软土的蠕变变形和黏滞特性变化规律,对沿海地区软土地基的长期沉降进行合理预测。以天津滨海吹填软土为研究对象,利用三轴流变仪开展一系列的蠕变试验,分析不同排水条件、围压、固结比和初始静偏应力对其蠕变变形的影响,并在此基础上探讨排水条件下黏滞系数的变化规律,构建相应预测模型,同时,利用试验数据对计算结果进行验证。最后给出排水条件下考虑围压和时间等因素吹填软土蠕变变形的预测公式,构建不同蠕变变形阶段黏滞系数的预测模型,并验证模型的可行性。研究结果表明：排水和增大围压、固结比均可有效弱化吹填软土的蠕变效应,初始静偏应力的影响则存在临界值,小于该值时,蠕变变形减小,反之,蠕变变形明显;排水蠕变过程中黏滞系数随围压和固结比的增大而增大,且在小偏应力作用时,呈指数增长趋势,大偏应力作用时,增长幅度近乎线性且速率缓慢,而随初始静偏应力的增大而近乎线性减小;不同蠕变变形阶段,黏滞系数的表现存在差异性,其中线性黏弹与线性黏塑阶段,黏滞系数仅为时间函数,而非线性黏塑阶段,黏滞系数同时为时间和应力函数。研究成果可为吹填软土场地施工提供参考。     

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。