复合岩石层面剪切试验的研究

本文在不同粗糙度和不同正应力的条件下,对复合岩石层面的剪切试验进行了讨论,建立了复合岩石层面抗剪强度的准则及复合锯齿状层面的抗剪强度准则。实验表明:光滑层面的初剪与复剪抗剪强度具有峰值转换性;剪切位移具有弹性回复位移,并存在着剪切法向收缩现象;剪切滑移造成层面两侧岩石的张裂破坏。     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

岩石剪胀效应的数值模拟研究

应用FLAC 3D数值模拟软件,分别对不同剪胀角与围压作用下,岩样的剪切带分布及强度特征进行模拟研究.结果表明:随着剪胀角的增加,单轴压缩试验岩样由单一剪切破坏向共轭剪切破坏转变,同时韧性有所增强;围压的增加使得剪胀角为零的岩样由单一剪切破坏发展为双"X"形剪切破坏,剪胀角大于零的岩样由复合共轭剪切破坏过度到单一"X"形剪切破坏,剪切带宽度不断增大;岩样的剪切带倾角随着剪胀角的增大而增大,随围压的增加而减小;围压使得岩样峰值强度与残余强度增加,对岩样残余强度的提高显著;相同围压条件下,剪胀角越大岩样的强度越高但增加幅值不大;随着巷道围岩剪胀效应的增强,围岩的变形量增加显著,合理有效地控制巷道围岩的剪胀变形是支护的关键.     

压缩时岩石的脆性破坏过程

本文综合已有的研究成果,结合断裂力学的观点,对压缩时岩石的脆性破坏过程提出了一种新的假说——“剪拉交错”假说。这种假说所描述的破坏过程的力学图景基本符合已有的研究成果和实验结果,并且有利于提出各个不同破坏阶段的工程判据。     

岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析

使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测,以获取岩石脆性剪切混合破坏模式的特点.采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理,得到了试样三阶段特征强度随应力状态变化的规律,并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法,据此建立了Mohr-Coulomb、Griffith和Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系.采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力--应变试验数据进行脆剪混合强度分析,理论值与试验值具有良好的一致性.     

复合岩石的破坏准则

本文在假设各组分岩石遵循Mohr-Coulomb强度理论的基础上建立了复合岩石的破坏准则。所用“复合等效方法”使复合岩石的破坏准则由各组分岩石的强度参数(C_,φ_i)和几何参数(λ_i)确定,并由此论述了由复合岩石实验结果确定各组分岩石强度参数的方法。三轴实验结果表明该准则对描述复合岩石的强度特性具有相当高的精度,为成层岩体中的岩石工程计算提供了更加精确的方法。     

预留缝宽度对大理岩直剪试验结果的影响

在岩石直剪试验过程中,上下剪切盒（夹具）之间往往需预留一定宽度的缝隙,但预留缝隙的宽度值没有明确的规定。本文采用相同直径、不同高度的大理岩试样进行直剪试验,研究了上下剪切盒预留缝宽度对岩石抗剪强度和破坏特征的影响。试验结果表明：同一法向应力下,随着试验预留缝宽度的增加,试样剪切断裂面的正视图由一条近似直线逐渐变成三段近似直线构成的折线,剪切断裂面由水平曲面逐渐变为倾斜曲面,主导试样破坏的应力由剪应力逐渐变为拉应力;在同一法向应力下,试验预留缝宽度越大,测得的峰值抗剪强度值越小;随着预留缝宽度的增加,直剪试验获得的试样黏聚力整体上呈增加趋势,但变化不大,较为平稳,而内摩擦角则逐渐减小,且变化明显,幅度较大。试验预留缝宽度的取值对试验获得的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均存在影响,因此目前情况下在岩石直剪试验中应尽量减小预留缝宽度,而预留缝宽度的定量取值尚需开展进一步的研究。     

冻土抗剪强度特性及试验研究

通过研制冻土变角剪切试验仪来测定冻土抗剪强度指标,即冻土内摩擦角和粘聚力;冻土变角剪切试验仪由WDT-100冻土试验机和变角试验装置两部分组成.试验加载和数据由计算机自动控制和采集,试验系统精度高、结果可靠.每组试样按照四种固定剪切面进行剪切试验;通过大量的试验结果表明冻土抗剪强度可用摩尔-库仑强度理论来描述,变角剪切试验仪是测定冻土抗剪强度行之有效的方法之一.     

膨胀土强度指标的试验研究及变异性分析

文章以合肥市某工程的重塑膨胀土为研究对象,进行了大量的快剪试验及固结快剪试验,研究了膨胀土的强度指标与含水率的关系,并对这些强度指标进行了数理统计,分析了强度指标的变异性。研究结果表明:随着含水率的增加,膨胀土的剪切破坏方式由脆性破坏逐渐过渡到塑性破坏;强度指标随着含水率的增加而减小,两者之间的关系可以用线性公式或指数公式表示;固结快剪试验的强度指标大于快剪试验的相应值。对于快剪试验及固结快剪试验,黏聚力的变异性大于内摩擦角的变异性,黏聚力和内摩擦角间的相关系数在多数情况下为负值;强度参数的变异性及参数间的相关系数越大,抗剪强度的变异性也越大。     

压剪作用下节理倾角对类岩石材料破坏模式的影响

采用在水泥砂浆初凝前预埋云母片的方法制作含不同分布形态的充填节理试件,并对试件进行压剪试验,探究压剪复合作用下节理倾角对岩体破坏模式的影响及节理岩体破坏机理。应用RFPA2D有限元程序建立相应的数值模型,进行数值计算。试验和数值模拟结果表明:节理倾角对试件初始破坏时翼裂纹的产生位置和最终破坏形态都有显著影响;不同倾角的节理在不同程度上弱化了类岩石试件的抗剪强度,节理倾角为15°时抗剪强度最小,而60°时最大;节理倾角小于45°时,试件破坏所需剪切位移小于无节理试件破坏时的剪切位移,节理倾角大于或等于45°时大于无节理试件破坏时的剪切位移。     

复合板材双剪切试验方法与装置

针对复合板材在工程应用中的力学性能分析需求,为测量其平行于试件面板方向的剪切破坏荷载,以能够较准确表征复合板材双剪状态下的应力分布情况,研究了复合板材双剪切试验方法,设计了双剪切试验装置,并对不同芯材和不同厚度的结构保温板进行了双剪切试验,分析了其破坏形态和剪切力学性能。研究结果表明:各试件双剪切破坏面形态合理,应力-应变曲线数据稳定;EPS(聚苯乙烯泡沫)芯材试件抗剪破坏形式为脆性破坏,而岩棉芯材试件受剪开裂后,抗剪强度不会立即丧失,而是逐渐降低;随着试件芯材厚度的增加,EPS芯材试件应力峰值和应变随之减小,两者变化均为非线性,而岩棉芯材试件应力峰值随之减小,应变则无明显相关关系。该方法与装置为进一步研究复合板材的力学性能提供了试验方法。     

岩石地基极限承载力的计算

针对岩石地基承载力问题,引入Hoek-Brown强度破坏准则,提出局部剪切破坏模式岩石地基承载力的计算表达式,基于极限平衡理论,建立破坏面上的静力平衡方程,推导出整体剪切破坏模式岩石地基承载力的计算公式.依据已有的成果假定空洞岩石地基顶板的冲切破坏体为一圆锥体,利用极限平衡法,得到了抗拉作用、抗剪作用及抗拉剪共同作用时下伏空洞地基极限承载力的计算表达式;并进一步通过模型试验验证了理论方法的合理性.结果表明:1)在计算完整岩石地基极限承载力时,采用整体剪切破坏模式得到的理论结果与实测结果较吻合;2)在计算空洞顶板极限承载力时,对比单独考虑冲切破坏面上的拉应力和剪应力作用得到的结果,考虑两者共同作用计算的结果更接近实测结果.     

二灰黄土力学性能试验

为了给二灰黄土在道路工程中的广泛应用提供理论参考,进行了二灰黄土三轴剪切和直接剪切试验,分析了二灰黄土的力学性能。通过三轴剪切试验测得不同围压下二灰黄土的应力-应变曲线、峰值强度、残余强度、弹性模量和抗剪强度等力学指标;通过直接剪切试验测得不同含水质量分数、不同压实度下二灰黄土的凝聚力和内摩擦角。研究结果表明:二灰黄土峰值强度、残余强度和峰值应变与围压基本上呈直线关系,其破坏过程可以用损伤的概念来解释;凝聚力和内摩擦角与压实度呈线性增长关系;凝聚力与含水质量分数呈非线性关系;内摩擦角与含水质量分数呈线性降低关系。     

剪切加荷速率对抗剪强度的影响

直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验,简称直剪试验,是测定土的抗剪强度的一种常用方法,分别在不同的垂直"压力"下,施加水平剪切力,测得试样破坏时的剪应力,然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力。通过试验来验证剪切加荷速率对抗剪强度的影响。     

刚柔复合式路面结构室内压剪强度试验研究

研发了一套室内试验装置及方法,通过设置倾角将竖向载荷分解为垂直或平行于试件表面的分力,实现对刚柔复合式路面结构的室内压剪试验.采用Abaqus软件分析了复合试件的三维应力分布,通过室内试验对比了不同试验方法的强度值,测试了不同因素对压剪强度的影响,并拟合出考虑温度和沥青层厚度的压剪强度模型.有限元分析结果表明,试验采用的压头和试件组合能较好地模拟实际路面结构的应力分布状态.试验结果表明,温度和沥青层厚度是影响复合式试件压剪强度值的主要因素.当试件压剪破坏时,对应的层间剪应力恒小于层间剪切强度,若荷载扩散角为45°,则层间剪应力仅为层间剪切强度的8%,从而确定了复合试件的破坏位置在沥青面层而非层间处.     

复合层状岩石垂直层面抗剪强度的实验研究

本文对复合层状岩石垂直层面抗剪强度进行了实验研究和理论探讨,并获得了复合层状岩石垂直层面抗剪强度的上限值和下限值,具有一定的参考价值。     

自嵌固生土砖砌体剪压复合受力试验研究

为了研究自嵌固生土砖砌体嵌固部位在剪压复合作用下的承载能力,在考虑其承受不同上部竖向荷载的情况下对18个自嵌固生土砖砌体试件进行了剪压复合受力试验,探究其受力性能、破坏机理及剪压相关性.试验表明砖体间咬合嵌固可起到销栓作用,表现出较好的抗剪能力.分析总结了砌体剪切、剪压和斜压三类破坏形态产生的主因,提出了自嵌固生土砖砌体剪压复合受力下砌体的抗剪强度计算公式,并与传统主拉应力破坏理论中砌体抗剪强度计算方法进行了对比,发现主拉应力破坏理论计算出的砌体抗剪承载力安全可靠,但较为保守.研究可为自嵌固生土砖砌体力学性能的进一步研究及设计应用提供试验成果及理论依据.     

复杂节理面剪切强度和变形特征的数值分析

采用FLAC~(3D)软件建立三维节理试样模型,分析不同表面形态和边界条件对节理强度和变形特征的影响.研究结果表明:当节理而起伏角较小时,试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系,起伏角对内摩擦角的影响大于对黏结力的影响;随着起伏角的增大,剪切强度与正应力之间逐渐呈非线性关系特征;通过抛物线方程对其进行拟合,可得到较高的相关性,并且节理的破坏模式从滑移破坏转变为沿节理面滑移和锯齿压剪碎裂的复合破坏;峰值强度与残余强度之比随正应力的增大而逐渐减小,减小趋势符合指数规律,同时,试样的各向异性逐渐减弱,剪切刚度不断增大.     

岩石双面剪切细观试验装置的研制及应用

为研究岩石的双面剪切细观损伤力学特性,自主研制岩石双面剪切细观试验装置。研究岩石材料的双面剪切强度和变形特性;利用细观观测系统和声发射系统,研究岩石双面剪切破坏过程的细观损伤力学特性;进行烘干砂岩非限制性双面剪切细观力学特性试验,获得双面剪切应力应变曲线、左右预定剪切面附近裂纹演化过程和细观裂纹分布特征。研究结果表明:岩石的双面剪切细观演化过程和裂纹形态分布与相同条件下单剪试验结果相比存在明显差异,利用该装置进行不同条件下的岩石双面剪切细观试验,可以从基于细观的损伤力学角度研究岩石双面剪切破坏机理。     

脆性砂岩预制裂隙扩展破坏过程试验研究

采用CSS-3940YJ岩石力学试验机,开展单轴压缩条件下岩石预制裂隙扩展破坏过程试验.基于全程变形曲线的试验结果,分析了裂隙倾角对岩石变形、强度、裂隙扩展破坏方式的影响规律.研究结果表明,与完整岩样相比,预制裂隙砂岩变形呈现出局部化渐近破坏特征,其峰值强度、峰值轴向应变均明显降低,且降低幅度随着预制裂隙倾角的增大而减小;岩样宏观破坏模式主要呈现出拉破坏、剪破坏和混合破坏3种,且随着倾角的增加逐渐由剪向拉破坏过渡.值得指出的是:由于在加载过程中预制裂隙两端处于应力集中状态,导致在预制裂隙两端会首先萌生出垂直于裂隙的翼型裂纹,并沿着加载力方向向岩样两端发展,随后在预制裂隙两端会产生反翼型裂纹和次生共面剪切裂纹,裂隙倾角越小产生的次生裂纹数目越多,岩样的贯通破坏模式就会越复杂.