浅析花岗岩残积土的物理力学性质

根据深圳地铁工程勘察成果,对花岗岩残积土的物理力学性质进行了分析,阐述了花岗岩残积土的颗粒分析、孔隙比、压缩特征等,对深圳地区花岗岩的工程性质有了初步了解。     

室温下水-花岗岩作用时液相组分的演化

使用批反应器实验研究21℃时花岗岩与蒸馏水的作用来探讨水-岩作用以及液相随作用时间的地球化学演化。粒度为1～2mm，O．5～1mm和0．2～0．5mm的花岗岩样品各150g和750ml纯水加入用聚丙烯做成的3个批反应器中进行反应试验。试验过程中用电动马达连续转动反应器。试验时间为60d。结果表明，液相主要是Ca-(K)-HCO3型水或K-(Ca)-HCO3型水。K^ 主要来自钾长石的溶解，Ca^2 主要与斜长石中钙长石组分的溶解有关。K^ 很容易从含K^ 的原生矿物中被释放出来，同时K^ 也容易从水中析出形成次生矿物。水中“Ca过剩”可以很好地用斜长石的不一致性溶解反应来解释，钙长石和钠长石悬殊的溶解度差异也是水中“Ca过剩”可能的原因之一。实验结果与用表面反应控制速率模式的解释及Na^ 和H^ 的表面竞争交换相一致。     

赣南花岗岩残积土物理力学特性实验研究

花岗岩残积土在赣南安定高速公路沿线分布广泛,研究其物理力学特性对当地公路建设以及可能引发的边坡失稳的防治具有重要意义。对现场采取的残积土土样进行室内基本土工实验,实验结果表明,塑性指数为14,将其定名为粉质黏土;比重为2.64,天然含水率及最优含水率分别为23.44%和20.03%。以TRA三轴剪切渗流仪为实验平台,采用抽气饱和、水头饱和与反压饱和的方式,对花岗岩残积土原状样和重塑样进行三轴固结不排水剪切实验,结果如下:原状样的抗剪强度参数为c=15.17 k Pa、φ=13.66°,重塑样的抗剪强度参数为c=10.82 k Pa、φ=17.58°;原状样的内聚力较重塑样略大,而摩擦角较重塑样略小,应力-应变曲线表明原状样在各级围压下存在应变转型,而重塑样则始终表现为应变硬化。根据实验的分析结果,提出花岗岩残积土边坡在工程实践中应采取的相关措施,并指出实验过程中存在的问题。     

高温后花岗岩密度及波动特性的试验研究

测试了25块花岗岩试件在经历不同高温前后的密度、纵波波速等物理特性常数，并由测得的纵波波速间接计算出花岗岩的弹性模量，同时应用力学的常规压缩方法直接测试计算了岩石的弹性模量，分析了经历不同高温后花岗岩密度、纵波波速和弹性模量的变化情况．测试结果表明，经历高温后花岗岩的密度和纵波波速等物理特性常数与常温相比均有不同程度的减小，而且随加热温度的升高，减小的幅度增大，但是纵波波速的变化幅度要比密度的变化幅度大得多；根据物理特性常数计算的弹性模量的变化幅度要远大于根据力学常规压缩方法测试计算的弹性模量的变化幅度，这说明经历高温后岩石物理性质(纵波波速等)的变化比力学性质的变化更剧烈．     

粉煤灰改良花岗岩残积土试验研究

以福州地区花岗岩残积砾质粘性土为试验研究土料,与粉煤灰进行不同比例的混合,形成以粉煤灰改良的花岗岩残积土,采用击实、直剪、渗透和湿化试验,研究粉煤灰改良花岗岩残积土的工程特性,得到养护时间和粉煤灰掺量的不同对花岗岩残积土抗剪强度、渗透性和水稳定性的影响规律. 研究表明,掺入粉煤灰可有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,降低其渗透系数和崩解率,且龄期越长越明显.     

深埋花岗岩细观力学特性纳米压痕试验及参数均质化研究

采用纳米压痕试验研究双江口地下厂房花岗岩主要矿物石英、钾长石、斜长石以及云母的细观力学特性.为研究纳米压头压入峰值荷载与力学参数之间的关系,石英、钾长石和斜长石纳米压痕试验的峰值荷载取2×10-3,3×10-3,4×10-3,5×10-3,6×10-3,7×10-3和8×10-3 N,云母的纳米压痕试验的峰值荷载取1×...     

华山花岗岩动力性质的三轴试验研究

对华山花岗岩进行动三轴试验研究,分析了其抗压强度、弹性模量、泊松比与应变率及围压间关系.结果表明:围压不变时,随应变率的增大抗压强度增大,而弹性模量和泊松比变化不明显;应变率相同时,围压增大抗压强度也变大,但弹性模量和泊松比变化较小.基于以上试验结果,分别采用莫尔-库仑准则和霍克-布朗准则,定量地给出了华山花岗岩抗压强度与应变率以及围压间表达式.采用莫尔-库仑准则分析时,强度的变化由黏聚力占主导;采用霍克-布朗准则分析时,应变率效应主要表现在单轴抗压强度的改变上,而材料参数m变化很小.     

花岗岩多次高温水冷热冲击后力学试验

为了研究多次高温水冷产生的热冲击作用对花岗岩力学性能、开裂特征的影响,将花岗岩在300℃高温下进行不同循环次数的高温水冷热冲击处理,并对处理后的花岗岩分别开展静态压缩试验与静态巴西劈裂试验,测试其相关力学参数的变化.结果表明:①随着循环热冲击次数的增加,花岗岩的抗压强度、抗拉强度都呈现下降趋势,且抗压强度与抗拉强度之间存在线性函数关系,根据拟合公式,可以较好地预测花岗岩的强度变化特征.②花岗岩的压缩弹性模量、变形模量经过15次循环热冲击后,分别下降了25.18％、35.20％;拉伸弹性模量下降了46.76％,采用多项式拟合结果较好.③随着循环热冲击次数的增加,花岗岩延性增加,表现为单轴压缩应力-应变曲线形式从塑-弹性形式向塑-弹-塑性形式过渡;巴西劈裂试验应力-应变曲线基本分为压密阶段、弹性变形阶段和峰后破坏3个阶段.④花岗岩单轴压缩破裂模式从竖向劈裂破坏逐渐向锥形剪切破坏过渡,破坏角度逐渐减小.可见循环高温水冷热冲击对花岗岩力学性能的劣化具有较大的影响.     

花岗岩高应力强卸荷作用下力学特性试验研究

在对花岗岩岩样进行常规三轴加载试验的基础上,进行了峰前高应力条件下卸围压并维持q=σ1-σ3不变的花岗岩卸荷破坏试验,研究卸荷条件下花岗岩的变形、破裂特征,强度准则.结果表明:1)常规三轴破坏以轴向变形为主,卸荷破坏以径向变形为主,卸荷破坏特征以向卸荷方向发生径向变形和体积扩容为主,卸荷状态下脆性特征较加载状态下明显.2)在加载试验中,岩石基本上表现为剪切破坏,张性破裂成分很少.卸荷破裂时各种级别的张裂隙发育,剪性破裂面以共轭X或局部剪切破坏为主.3)在初始围压相同情况下,卸荷点越大,岩样从卸围压至破坏的时间越短,说明高卸荷点更容易导致岩石破坏.4)Mogi-Coulomb强度准则适合描述花岗岩高应力强卸荷作用破坏下的岩石强度特征.     

三峡工程饱水花岗岩抗拉强度时效特性研究

结合三峡工程永久船闸高边坡岩体的工作实际，试验分析了饱水花岗岩在劈裂拉伸条件下的“荷载－位移－时间”蠕变关系及其拉强度与破坏的历时性和时效性，建立了与加载间隔时间或加载速率间的经验关系，论证了水对增强石抗拉强度时效性的不利影响。文中还探讨了岩石时效强度理论的形式，提出了包括岩石材料拉伸破坏的应力条件与时间条件及其相应的计算判据，并讨论了三轴受力状态下岩石破坏历时与破坏函数间的关系。     

冻融循环条件下英安岩的物理力学特性试验研究

通过模拟高寒地区自然条件,对西藏某电站坝址英安岩进行饱水条件下冻融循环试验、电镜扫描试验和单轴、三轴抗压强度试验。通过对冻融循环条件下英安岩的物理特性(质量变化、声波变化、微观裂隙发展)和力学特性的研究,发现冻融循环作用会导致岩石内部裂隙扩展和颗粒析出,且后者劣化程度明显弱于前者,但最终均趋于稳定;同时,随冻融循环次数的增加,岩石强度参数值逐渐减小、抗冻性减弱,而围压的增加却能够弱化冻融循环对英安岩的损伤。     

木质素对红黏土物理力学特性的影响

为了研究木质素对于红黏土特性的影响,对不同掺量下的木质素改性土进行界限含水率试验、pH实验,探究pH和改性土稠度界限的关系.对不同掺量,不同养护龄期下的改性土进行无侧限抗压强度试验,得到其不同掺量下的抗压强度、不同龄期下的抗压强度及其应力-应变曲线关系.试验结果表明:界限含水率、pH随着掺量的增加而增大,并且和掺量之间存在相应的曲线关系.无侧限抗压强度则随着掺量和龄期的增加而增大,当养护28 d,掺入量为8％时,相对于素土抗压强度提高2.93倍,并且养护龄期下的抗压强度和木质素的掺量存在线性关系,改性红黏土的破坏形态也由脆性破坏向塑性破坏发展.     

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。     

热循环对Ti(C, N)p/Ni材料组织和力学性能的影响

为探索铜合金热挤压用耐热模具材料的生产工艺,将粉末用机械球磨法混合,在石墨模中于1 300～1 350 ℃时热压制备了Ti(C, N)p/Ni复合材料试样,并对试样进行了热循环处理,在900 ℃加热1 h,再在室温下冷却1 h为1个热循环周期,测定了试样的抗弯强度、硬度和内应力,并结合复合材料试样的显微组织变化情况分析了热循环处理对复合材料的抗弯强度、硬度和内应力的影响.结果表明,热循环次数从0次增加到200次,复合材料的抗弯强度从2.38 GPa降低到1.78 GPa;内应力由循环50次时的20 MPa减小到热循环100次时的5 MPa;HRA硬度平均值为80.85,硬度基本保持不变.这表明,用石墨模具热压法制备耐热金属陶瓷颗粒复合材料是可行的,为耐热模具材料的工业生产提供了参考.     

钢纤维混凝土力学性能试验研究

对钢纤维体积率（Vf）为0～3％、基体强度为C50的钢纤维混凝土（SFRC）进行立方抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲强度、弹性模量和泊松比的测试，试验结果表明：SFRC抗压强度随Vf的增加仅仅有着小幅度的增长，正向立方抗压强度略大于侧向立方抗压强度；轴心抗压强度与立方抗压强度之比值在0．75～0．77之间：钢纤维对SFRC的抗拉、抗弯性能起着明显的增强作用，正向、侧向劈裂抗拉强度比值随Vf的增加而增大；SFRC的弹性模量和泊松比均是不敏感的材料参数，前者随材料抗压强度的提高而缓慢增加，后者随Vf的加大而略有减小．     

干湿循环下石灰黄土垫层透水性和强度变化试验

针对西安大明宫国家遗址公园御道工程透水混凝土灰土垫层的设计要求,分别进行了干湿循环10次下石灰黄土35 d龄期时单轴抗压强度试验、变水头渗透性试验和快速直接剪切试验。试验结果表明:若忽略含水量的影响,灰土快速直接剪切试验抗剪强度和渗透系数均随干湿循环次数增加呈指数型衰减,且较快趋于稳定收敛,其拟合曲线和公式均与实测数据吻合良好;若忽略试样含水量的影响,石灰黄土35 d龄期单轴抗压强度随干湿循环次数变化规律不太明显,单轴抗压强度变化不大,说明该石灰掺量(干石灰占干土料百分比为15%)下处理马兰黄土得到的石灰黄土35d龄期单轴抗压强度在干湿循环下的稳定性较好。     

纳米金属氧化物对水泥基材料力学性能的增强效应

为了区别6种纳米金属氧化物(Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3)对水泥基材料力学性能的贡献。通过等质量替代(2%和4%)水泥,制备水泥基材料,测试其力学性能。结果表明：纳米Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3均能提高水泥基材料的抗折强度和抗压强度,纳米ZrO2的增强作用最大,28d~90d时分别为34%~47%和28%~51%,纳米CuO的增强作用最小,28d~90d时分别为4%~9%和4%~10%。通过影响系数和增长速率的计算发现,6种金属氧化物对水泥基材料的促进作用主要集中在28d前,28d后的促进作用不明显。分析认为,6种纳米金属氧化物在水泥基材料中主要发挥填充作用,晶核作用和表面活性作用,达到促进水泥颗粒水化、提高其密实度和力学性能的目的。     

混杂纤维锂渣混凝土力学性能研究

锂渣粉掺入混凝土中可有效提高混凝土的耐久性能,但是对其延性影响较小。在C50锂渣混凝土中掺入聚丙烯纤维和钢纤维以研究纤维对混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度的影响。聚丙烯纤维对普通混凝土抗压强度呈不利影响,但0.9kg/m3时有助于提高混杂纤维混凝土的抗压强度,此外掺量在3.6kg/m3时,抗拉强度达到峰值。钢纤维可有效提高混凝土抗压、拉强度,单掺时抗压、拉可提高47.66%、94.50%。两种纤维复掺时表现出更优的性能。另外还对纤维混凝土作用机理进行了分析。     

混凝土力学性能的应变率效应

针对混凝土材料本构关系具有明显的应变率效应,对混凝土材料在不同应变率下的力学性能进行了分析研究。总结了应变率对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及临界应变的影响,通过比较各拟和公式预测的动态增大系数以及文献中的试验数据,分析了各公式的适用条件和范围。结果表明：对于混凝土抗压强度,在不同的应变率范围内应采用不同的经验公式;对于混凝土抗拉强度,修正的CEB（欧洲国际混凝土委员会规范）公式与试验数据符合更好;应变率对弹性模量的影响较小,可采用CEB公式计算动态弹性模量;应变率对与极限抗压强度、极限抗拉强度相对应的临界应变值的影响需做进一步的研究。     

沙漠砂锂渣聚丙烯纤维混凝土基本力学性能试验研究

通过试验分析了3 d、7 d、28 d时不同沙漠砂替代率对锂渣聚丙烯纤维混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度的影响规律。结果表明:在锂渣掺量20%,聚丙烯纤维1.5 kg/m3时,利用沙漠砂替代锂渣聚丙烯纤维混凝土中细度模数小于3的工程用砂成效显著,具有深远的社会意义和优越的经济价值。随着沙漠砂替代率增大,沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均呈先增大后减小趋势,其中当沙漠砂替代率为30%时为最优掺量,较基准组28 d抗拉强度提高53.26%。