预崩解炭质泥岩路用性能及其基于三轴CT试验的力学特性

为研究预崩解炭质泥岩的路用性能及其在三轴应力条件下的力学特征,利用室内基本物理力学实验与三轴CT同步扫描实验对其进行试验研究。研究结果表明:炭质泥岩矿物组成主要为伊利石、石英、高岭石,压实度是控制回弹模量的主要因素,具有与土相似的性质,不同工点所取试样具有不同的CBR;试件压实度越高,峰值强度越大,偏应力陡增段CT扫描层CT数增大速率比应力应变曲线平缓段的大,表明试验前期试件密度增大速率比试验后期的大;试验前,试件具有较多细小孔洞及裂纹,密度存在较大差异,随着试验的进行,密度差异性降低,炭质泥岩颗粒在围压及偏应力的作用下存在挤密、错动、融合的现象。     

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。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩强度特性及其劣化机制

为明确干湿循环对预崩解炭质泥岩强度特性和微观结构的影响,通过三轴剪切、扫描电镜试验,分析其强度特性和微观结构参数随干湿循环次数的变化规律,并结合强度指标和微观结构参数之间的联系,揭示预崩解炭质泥岩强度劣化机制。研究结果表明：6次干湿循环后,预崩解炭质泥岩黏聚力和内摩擦角降幅分别达60.10%和8.83%;随干湿循环次数增加,圆形小孔的数量始终最高且呈增大趋势,平均面积最大为0.010μm²,同时,部分发育汇集成细长形大孔,平均面积最小为0.626μm²;颗粒定向频率F_i(α)整体经历均匀分布、大区间局部优先分布、小区间局部优先分布3个阶段;颗粒定向概率熵、三轴几何平均径降幅分别为4.95%、24.27%;黏聚力主要受小孔、大孔面积影响;内摩擦角主要受颗粒的定向概率熵、三轴几何平均径影响;在干湿循环下,叠聚体反复胀缩,内部应力更加集中,孔隙不断发育,导致黏聚力显著降低;内摩擦角因颗粒定向化及破碎而降低;黏聚力和内摩擦角不同程度的衰减引起预崩解炭质泥岩强度降低。     

生物聚合物改良预崩解炭质泥岩水稳性及冲刷试验研究

为提高炭质泥岩边坡坡面水稳性及抗冲刷能力,本文利用瓜尔胶生物聚合物改良表层预崩解炭质泥岩。通过开展不同掺量下瓜尔胶改良预崩解炭质泥岩的无侧限抗压强度试验、渗透试验、持水特征试验、崩解试验及边坡冲刷模型试验,分析瓜尔胶对预崩解炭质泥岩力学性能、持水特征、渗透系数、水稳性及坡面抗冲刷能力的影响,并探讨瓜尔胶改良预崩解炭质泥岩微观机理及生态护坡机理。研究结果表明：瓜尔胶可有效增强预崩解炭质泥岩的力学性能,随着瓜尔胶掺量增加,试样无侧限抗压强度增大,养护8 d后,其增幅可达206%;改良预崩解炭质泥岩的含水率及失水速率均随瓜尔胶掺量增大而逐渐减小;瓜尔胶减小了预崩解炭质泥岩的渗透系数,改良后预崩解炭质泥岩渗透系数仅为改良前的4.30%~42.58%;瓜尔胶掺量越大,改良预崩解炭质泥岩崩解率及最终崩解率越小;随着瓜尔胶掺量增加,坡面冲刷速率明显减小,仅为最初的1.0%~6.9%。由此可见,瓜尔胶可有效提升炭质泥岩边坡表层预崩解炭质泥岩的力学性能、持水特性、水稳性及抗冲刷性能,减小其渗透系数,是一种新型、环保的炭质泥岩边坡表层防护材料。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩微观结构及持水特性研究

为研究预崩解炭质泥岩持水特性在长期大气环境影响下的演变规律,通过扫描电镜和压汞试验研究干湿循环作用下预崩解炭质泥岩的微观结构及孔隙分布特征,并开展预崩解炭质泥岩土水特征曲线试验和渗透试验。基于Van Genuchten模型建立考虑干湿循环作用的预崩解炭质泥岩土水特征曲线修正模型,并预测预崩解炭质泥岩非饱和渗透系数。研究结果表明：干湿循环可促进预崩解炭质泥岩继续崩解,导致大孔隙体积及孔隙率增加,土体结构变得松散,但在干湿循环作用6次后孔隙率趋于稳定;干湿循环对预崩解炭质泥岩的持水特性影响显著,土水特征曲线随干湿循环次数增加整体向左偏移,土体进气值减小;在高基质吸力阶段,不同干湿循环作用下Van Genuchten修正模型预测得到的预崩解炭质泥岩的土体非饱和渗透系数曲线基本重合,说明干湿循环作用对其渗透性影响较小。     

基于能量耗散原理的炭质泥岩崩解特征试验研究

为探究湿力耦合作用下炭质泥岩的崩解特征,开展炭质泥岩在竖向荷载及干湿循环下的崩解试验,研究不同粒径范围内颗粒质量分数随干湿循环次数的变化规律,并基于能量耗散原理,建立不同荷载作用下炭质泥岩崩解过程中能量耗散预测模型。研究结果表明：随着崩解次数增加,大粒径泥岩不断崩解并逐渐消失,小粒径泥岩崩解物的含量逐渐增多,最终逐渐趋于稳定;在崩解过程中,炭质泥岩表面能累积量先明显增加,后趋于不变;在0,50,100和200 kPa荷载作用下,前3次崩解后表面能累积增加量最明显,分别为26.24,38.05,52.81和80.66 J;拟合得到荷载作用下炭质泥岩崩解过程中能量耗散预测模型,从能量耗散与释放的角度研究炭质泥岩崩解的真正原因,为实际工程提供参考。     

降雨入渗条件下炭质泥岩路堤动态稳定性

为了研究炭质泥岩路堤在降雨入渗条件下的稳定性,在分析路堤稳定性影响因素的基础上,结合饱和 非饱和渗流及稳定性分析基本理论,提出了一种能同时考虑路堤内部饱和度、孔隙水压力、渗透力、软化及非饱和效应的路堤稳定性分析方法,并利用该方法对降雨条件下路堤渗流场及稳定性的变化规律进行了数值计算。研究结果表明:提出的路堤稳定性动态计算方法具有较强的实用性,能够综合考虑多因素影响下的炭质泥岩路堤稳定性;降雨期间,炭质泥岩路堤内部地下水位逐渐抬升,饱和区渗透力合力先减小,后增大;降雨停止后,路堤内部地下水位迅速降低,饱和区渗透力合力逐渐减小;降雨条件下,炭质泥岩路堤坡面附近非饱和区土体的渗流速度与其孔隙水压力、饱和度变化成正比,饱和区土体沿路堤内部水平向外的渗流速度、渗透力与地下水位变化成正比,沿路堤上部竖直向下的渗流速度、渗透力与地下水位变化成反比;降雨过程中,炭质泥岩路堤安全系数先降低,再升高,后持续降低;降雨停止后,安全系数先迅速恢复,后趋于平缓;降雨初期,路堤饱和区塑性带先扩张,后消散,过坡脚的塑性带基本不变,降雨后期,路堤饱和区塑性带与过坡脚的塑性带均持续增加。降雨终止后,路堤饱和区塑性带与过坡脚的塑性带均逐渐消散。     

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。     

三轴压缩单一裂隙砂岩细观损伤破坏特性CT分析

完成了含单一预制裂纹的裂隙砂岩三轴压缩条件下的细观破坏特性CT实时扫描试验.得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成、破坏等各阶段的CT图像.结果表明,与完整岩石试样一样,三轴压缩单一裂隙砂岩的破坏过程也可以分为线性发展阶段、细观裂纹萌生及发展阶段、损伤快速发展阶段和峰后损伤加速发展阶段等4个阶段,但是,由于已有裂隙的存在,裂隙岩石的损伤演化速度高于完整岩石的损伤演化速度,已有预制裂纹对新的裂纹的起裂位置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响,裂隙砂岩试样的扩容量大于完整试样破坏时的扩容量.     

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.     

不同洒水量下泥岩路基填料崩解特征的差异性研究

对泥岩进行预崩解是将泥岩等软岩作为路基填料的主要处理方法之一。通过对承德平泉地区分布的两种泥岩做不同洒水量下的干湿循环试验并使用X射线衍射仪进行观察分析,重点探讨泥岩崩解速率与泥岩颗粒粒径的关系以及不同洒水量下泥岩崩解的变化规律。结果表明:灰褐色与砖红色泥岩颗粒完全崩解时需要的干湿循环次数与泥岩的初始颗粒级配没有直接关系。两种泥岩作为路基填料时,在单次最佳洒水量下,均进行7次左右干湿循环后崩解处于稳定状态,可以为泥岩预崩解控制指标提供重要的参考,并为将泥岩填料作为路基的实际工程提供有效指导。     

三轴剪切条件下黄土结构特征变化细观试验

利用与CT(computerizedtomography)机配套的专用加载设备,完成了在三轴压缩荷载作用下黄土结构破坏全过程的细观损伤扩展规律的实时CT检测试验.通过试验,得到了在荷载作用下Q3马兰黄土、Q2离石黄土土体中孔隙被压密各个阶段清晰的CT照片及土样剪切过程中各阶段的CT数据.并且对试验得到的CT数,CT图像等试验结果进行了分析,得到了原状黄土土体孔隙变化特性及原状黄土的土体损伤扩展的初步规律.     

废橡胶颗粒-水泥-粉煤灰混合轻质填料三轴试验

废橡胶颗粒、水泥和粉煤灰混合制成一种新型轻质填料,通过对橡胶水泥粉煤灰轻质填料进行三轴压缩试验,分析不同橡胶掺量和固结压力对轻质填料应力-应变关系以及受力机制的影响。结果表明:随着固结压力的增加,轻质填料的强度与刚度随之增加;当橡胶掺量增加时,应力-应变曲线形状变化明显,其破坏应变呈现增长趋势,破坏应力呈现递减的趋势,在较低围压时应力-应变曲线呈现软化型,高围压下呈现硬化型。     

三轴加载状态下轻骨料混凝土的变形特性

利用自制的混凝土三轴试验系统，通过１２７块试件，对国内尚未研究，国外也较少开展的轻骨料混凝土在常规三轴及真三轴状态下（包括两轴拉及三轴拦状态下）的变形特性进行了试验研究；分析了应力－应变关系的特点，并与普通混凝土三轴状态下的特性进行了比较，发现了轻骨料混凝土在三向高压应力比下其应力－应变曲线具有明显的平台流塑特性；讨论了中间应力对值应变的影响以及轻骨料混凝土体积应变规律，为建立轻骨料混凝土的本构关     

土体侧向变形性状的真三轴试验研究

对标准砂和风干粘土的击实试样进行了真三轴应力应变关系试验研究，发现当某一方向给土体施加力应力增量而其侧向应力保持不变时，侧向变形未必都是膨胀的，也有可能是压缩的，即泊松比未比总是正值，而有时可能为负，这是一个值得重视的有异于经典力学理论的现象，本文研究了这一现象出现的规律，并从机理上分析了其发生的必然性和存在的条件。     

砂泥岩混合填料湿化变形与沉降计算方法

在西南地区建设的各类工程中,填方区域经常将砂泥岩混合料作为工程填料.填方土料在雨季时会经受饱水作用,导致土料性质劣化,严重可导致回填区域发生变形,在其上的结构物也可能会变形甚至失稳.基于成都天府国际机场现场砂泥岩混合料,通过使用GDS三轴仪研究砂泥岩填料湿化变形特性,进一步得出考虑湿化变形时的地基沉降量.试验结果表明,...     

三轴试验条件下城市生活垃圾土的变形强度特性

在实验室对现场钻取的垃圾土样进行成分分析和试样制备,考虑填埋场内垃圾土的实际状态,采用三轴试验从试样尺寸、固结方式和应力路径等3个方面系统研究了垃圾土的变形和强度特性,试验结果表明：(1)直径分别为40mm和100mm两种尺寸的垃圾土试样的应力-应变关系具有相同的变化规律,偏应力随着轴向应变的增加逐渐增大,应变水平较大时应力-应变曲线呈上翘形状,应变超过30%仍没有出现屈服或达到峰值的迹象;轴向应变相同时,偏应力随着围压的增加而增大;轴向应变和围压都相同时,相比小尺寸试样,较大尺寸试样的抗剪强度较小.(2)得到了垃圾土的抗剪强度参数随轴向应变的线性表达式,小尺寸试样的黏聚力和内摩擦角分别约为较大尺寸试样的1.48倍和1.16倍.(3)等压固结、各向异性固结和K₀固结(3种固结方式的侧向土压力系数k分别为1.0、0.54和0.29)试验所得垃圾土的偏应力增量随着k值的减小而略有减小.(4)轴压不变围压逐渐减小的卸载试验结果表明,垃圾土的偏应力-轴向应变曲线类似双曲线形状,围压越大偏应力越大;围压减小到0后轴压持续增加的加载试验结果表明,垃圾土的偏应力-轴向应变曲线同...     

高应力条件下黄土三轴蠕变试验及经验模型

为研究高填方地基黄土在高应力条件下的蠕变特性及其随深度的变化规律,在不同围压下针对陕西延安机场高填方黄土进行三轴固结不排水蠕变试验。采用\"陈氏法\"对试验数据分析处理,获得分别加载下各围压的蠕变曲线和应力-应变等时曲线。试验发现黄土的蠕变特性在高应力与低应力水平下有显著不同:其应力-应变关系在低应力条件下近似呈线性特性,高应力条件下表现出明显的非线性特性。以围压600kPa为例,由指数函数描述应力-应变关系,双曲线函数描述应变-时间关系,建立了适合延安机场并可以反映高应力条件下黄土蠕变特性的经验模型。将Mesri模型、Singh-Mitchell模型与经验模型比较,发现该模型与试验数据拟合度高、形式简洁、参数少且易获取,能更好地对延安机场黄土的蠕变特性进行反映和预测。     

胶凝堆石料大三轴试验

在大三轴试验的基础上,得到不同胶凝体质量浓度、不同围压下的应力-应变曲线,通过试验数据对胶凝堆石料本构模型进行探讨,并求出了模型中的参数。研究结果表明：当胶凝体质量浓度较低时,对胶凝堆石料运用邓肯-张本构模型基本满足工程精度要求;随着胶凝体质量浓度的增加,从应力-应变曲线中发现邓肯-张本构模型已不再适用,但曲线在弹性阶段表现出明显的线性特性,线性模型的弹性模量与胶凝体质量浓度、围压有关。通过试验数据,拟合得出线性模型中相关参数之间关系的表达式。     

灰岩强度特性的三轴压缩试验分析

对灰岩进行三轴压缩试验,分析与比较了其应力、应变关系曲线,并进行了曲线拟合。结果表明,岩石的变形可分为5个不同的阶段,围压对岩石的应力、应变关系有一定影响,用多项式函数拟合应力、应变关系曲线是比较理想的。而依据岩石的应力、应变关系可以在一定的强度理论下得到强度参数c,φ值,能为有关工程提供参考与借鉴。