黄土的动力损伤耗能机制和变形特性的研究

为探明动荷加载过程中黄土结构损伤的耗能机制及其对变形特性的影响规律,针对原状Q3黄土,开展了一系列固结比=1.5、含水量=15%、18%、21%、24%和围压=50、100、200、300 k Pa试验条件下等幅循环加载的动三轴试验。通过引入能量耗散比定义的损伤变量,研究了结构性土动力损伤的耗能机制,分析了结构性黄土动力损伤对动模量、阻尼比和动残余变形模量的影响变化规律。研究表明:初始结构性和应力状态相同的同一种结构性土的动力损伤的破坏耗能与动荷载无关;不同固结应力水平下,动模量和阻尼比随结构损伤累积呈现出不同的变化规律,但最终都会趋于土破坏状态的某一稳定值;动残余变形模量随结构损伤累积呈单调递减关系,低围压条件下的递减幅度逐渐趋缓,高围压条件下则全程较缓;动残余变形模量与损伤变量之间的变化关系可用二次函数拟合,拟合结果与实验结果具有很好的一致性。     

围压对低渗砂岩渗透率有效应力系数的影响

多孔岩石渗透率有效应力系数的取值至今仍没有一致的认识,影响取值的因素较为复杂.为了探索围压对低渗砂岩渗透率有效应力系数的影响,实验上采用较大的围压范围(10MPa～50MPa),选取两块低渗致密砂岩岩样,进行渗透率测试,并利用二元线性回归方法,计算了不同围压组合下的渗透率有效应力系数值,获取了该系数随围压的变化趋势.实验中,两块岩样的渗透率有效应力系数随围压的增加而减小,但各自的减小趋势略有不同.利用Bernabé和Berryman提出的模型,理论上解释了围压对渗透率有效应力系数的影响,并得到渗透率有效应力系数的下限值为岩样孔隙度.尽管渗透率有效应力系数不是一个常数,但可以表示为压差的函数,进而起到简化分析的作用.     

应力途径对砂岩力学性质的影响

<正> 姚孝新等研究了应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。实验中采用了两种加载方式。A型:在一定的围压下增加轴压使岩石破坏（即常规的三轴实验）;B型:在一定的围压下增加轴压到岩石破坏前的某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破坏。实验表明,在同样的应力状态下,一种岩石在B型实验中表现得比在A型实验中脆。     

应力途径对岩石脆性-延性变化的影响

用两种加载方式对岩石的破裂进行了实验研究。一种方式是在一定的围压下增加轴压使岩石破裂（A型）;另一种方式是在一定围压下增加轴压直到破裂前某一应力状态,然后停止加轴压转而减小围压使岩石破裂（B型）。所用的岩石样品为济南辉长岩和山东掖县白大理岩。着重研究应力途径对岩石脆性-延性变化的影响。辉长岩在1.5千巴以下两种应力途径下的破裂都表现为脆性,但是对于同样的应力状态,B型实验比A型实验显得更脆。随着围压增加到200-250巴之间,大理岩由脆性转变为延性。围压250巴以上,大理岩的A型实验发生延性破裂。样品承受载荷的能力是逐渐丧失的。破裂过程中声发射率极低,听不到破裂声响。最后在样品中形成了剪切断面,但破裂很慢。然而,在大理岩的B型实验中,围压在250巴以上发生了脆性破裂,其表现为轴向应力突然下降,伴随着脆性破裂的声响并有声发射率剧增的前兆。看来,B型应力途径对岩石起了一个脆化的作用。     

荆江大堤下伏饱和粉细砂动力特性试验研究

针对荆江大堤江陵段下伏地层广泛分布的饱和粉细砂,参照原位试验成果重塑粉细砂试样,按估算的固结应力比(Kc约为1.6)对试样动剪模量、阻尼比及总应力动强度进行测试,结果表明:(1)试样应力-应变骨干曲线与Hardin-Drnevich双曲线模型假设高度吻合,Hardin公式可很好地拟合动模量/阻尼比与动应变的关系。在研究试样密实度范围内,最大动模量随围压和密实度的增加而增加,但围压对动模量的敏感性更高,且相同围压下动剪模量比与动应变关系曲线近乎重合。围压增大或密实度升高均会引起阻尼比的降低,1%应变对应的阻尼比分布在0.15~0.21之间;(2)偏压状态下以累积轴向应变5%作为液化判别标准进行抗液化强度试验,随特征振次及测试围压的增大,液化动剪应力比相应减小,试样振动孔压比最高仅能达到0.8~0.9;(3)由总应力法求取的动内摩擦角与黏聚力均随设定特征振次的增加而下降,且内聚力并非约等于0,表明动力作用下该试样具有一定的黏滞性。     

围压条件下岩石的抗拉强度

用水压致裂法对7种岩石的厚壁圆筒试件进行不同围压下的抗拉强度实验,并从试件致裂瞬间的内壁环向应力σt,环向应变εt等五种参数随围压变化的角度,对围压条件下岩石的抗拉强度进行研究。结果表明,若用σt表示岩石的应力抗拉强度,则σt随围压的增加而减少,并由低围压时的拉应力逐渐过渡为高围压时的压应力。高围压时,虽然试件已处于三向受压状态,但其破裂仍表现为典型的张性破裂。从另一意义上讲,处于高围压环境中的岩石,其内部不可能存在拉应力,拉应力只在低围压状态中存在。若岩石的应变抗拉强度由εt表示,即使岩石三向受压,张性破裂的εt始终是拉应变,岩石的抗拉强度由应变来表征似乎更合理。εt先随围压的增大而增大,当围压超过某一特征值后,εt反随围压的增大而有所减少。 将上述结果应用于岩体(或地震)破裂,可以证明,当岩体内存在σ_3<μ(σ_1+σ_2)的应力状态时,即使三向受压,岩体照样会出现张性破裂。由此认为,地震的震源也存在着张性破裂的可能。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

采用动三轴试验系统对加筋土试样进行固结不排水三轴剪切试验。研究了在不同加筋材料、不同加筋层数、不同围压、不同固结应力比条件下的加筋土的动弹性模量变化规律,并与素土试样试验结果进行对比。研究结果表明,加筋土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大,窗纱加筋试样的最大动模量相比素土有了较大的提高,并随着加筋层数的增加而增大,土工布加筋土试样最大动弹模量与素土的最大动弹模量增减趋势不明确。     

不同围压条件下花岗岩变形破坏过程中的声发射时序特征

在室温、围压 50— 60 0MPa范围内 ,采用以Pb为围压介质的三轴实验装置 ,对花岗岩变形破坏过程中的声发射序列特征进行的研究表明 ,花岗岩强度随围压增加而增大 .低围压下 ,样品破坏时系统不失稳 ,破裂前后声发射稀少且时间分布较为随机 .随围压的增高 ,样品破坏时系统失稳 ,随后出现粘滑 ;声发射出现时间随围压增加而提前 .以破坏时应力降发生时间为界 ,一个显著的特征是破前声发射累积数随时间指数增长 ,增长速率随围压增加而加快 ;而破后各粘滑段的声发射累积数随时间却呈线性增长 .声发射b值随围压增加有减小的趋势 .声发射序列时间结构的 f(α) α谱研究表明 ,其多分形性质主要决定于时间密集特征 ,标度指数α的分布范围随围压增加有减小的趋势 .粘滑过程中 ,应力降幅度、应力降释放率及粘滑事件时间间隔均随围压增加而增大。     

环境刚度效应——影响震源应力降的重要因素

固体围压岩石三轴实验和理论分析表明,震源环境刚度(包括轴压系统和围压系统刚度)是影响应力降的重要因素。在三轴实验条件下,轴向应力降和围压系统刚度呈双曲线关系,前者随后者的增大而减小。实验应力降显著偏大的基本原因之一在于环境刚度效应。地壳内震源应力降△τ=2λ[(S_s—S_k)+(μ_s—μ_kσ_(n.0)],λ为震源的力学环境因数,主要取决于环境刚度和应力场方向。如果滑移过程中正压力大小和主应力方向无明显变化,则λ大致为0—0.9     

黑龙江省冻结盐渍土动模量阻尼比试验研究

采用低温动三轴试验方法,以黑龙江省季冻区盐渍化问题比较突出的大庆杜尔伯特地区盐渍土为研究对象,针对负温、围压和振动频率3个试验条件,对季冻区盐渍土的动应力、动弹性模量、模量比和阻尼比等动力参数的变化规律及其主要影响因素进行研究,给出不同影响因素下的动应力与动应变关系曲线;动弹性模量与动应变曲线;动模量比与动应变关系曲线和阻尼比与动应变关系曲线的归一化拟合曲线。试验表明:温度对动应力影响最明显,在应变相同的情况下,温度与动应力、动弹性模量、阻尼比呈负相关,而与模量比呈正相关。围压对动弹性模量影响显著,与动应力、动弹性模量、模量比呈正相关,而与阻尼比呈负相关。频率对模量比和阻尼比影响较大,随着频率的增大动应力、动弹性模量和模量比先增大后减小,阻尼比先减小后增大。研究成果为盐渍土场地动力分析计算,冻胀与融沉评价以及冻害防治提供了更为合理可靠的理论依据,可供我国高寒地区工程设计和施工参考。     

Influence of confining pressure and impact loading on mechanical properties of amphibolite and sericite-quartz schist

In order to investigate the dynamic mechanical properties of amphibolite and sericite-quartz schist under confi ning pressure, two rocks are subjected to impact loadings with different strain rates and confi ning pressures by using split Hopkinson pressure bar equipment with a confi ning pressure device. Based on the experimental results, the stress-strain curves are analyzed and the effects of confi ning pressure and strain rates on the dynamic compressive strength, peak strain and failure mode are summarized. The results show that:(1) The characteristics of two rocks in the ascent stage of the stressstrain curve are basically the same, but in the descent stage, the rocks gradually show plastic deformation characteristics as the confi ning pressure increases.(2) The dynamic compressive strength and peak strain of two rocks increase as the strain rate increases and the confi ning pressure effects are obvious.(3) Due to the effect of confi ning pressure, the normal stress on the damage surface of the rock increases correspondingly, the bearing capacity of the crack friction exceeds the material cohesion and the slippage of the fractured rock is controlled, which all lead to the compression and shear failure mode of rock. The theoretical analysis and experimental methods to study the dynamic failure mode and other related characteristics of rock are useful in developing standards for engineering practice.     

不同温压条件下声发射应变能释放特征——加速模型参数物理含义的初步讨论

利用不同温、压条件下的花岗岩变形实验数据,研究声发射（AE）事件应变释放特征,探讨加速模型参数m值与温压环境的关系.常温条件下,声发射应变显示一定的加速释放特征,但m值随围压增加未显示出趋势性的变化,表明常温条件下m值与岩石强度关系不密切.围压固定时,m值随温度升高逐渐变大,声发射应变从加速释放逐渐过渡到匀速释放,这意味着不同温度条件下岩石变形过程中内部微破裂形式的差异,可能导致应变释放类型的较大差异（即m值的较大差异）.在浅表地层的温压条件下,岩石破坏前显示一定的加速释放特征,m小于1;在渐进式破坏区段,应变释放呈逐渐减弱的减速释放态势,m明显大于1;在深部温压条件下,应变释放加速特征明显,m值明显较低.此外,完整岩样破裂前声发射应变加速释放特征显著,而宏观剪裂面的黏滑之前,声发射应变基本上匀速释放.     

华北地区四种岩石在高压下的破坏特征

利用我国第一台1GPa高压三轴容器进行了岩石破坏实验.所用的样品为济南辉长岩、昌平花岗岩、房山大理岩和周口店石灰岩.得到的主要结果是:(1)在相应于地壳的压力范围内辉长岩和花岗岩仍然发生脆性破坏, 其强度和韧度随围压增加而增加, 破坏角也随围压增加而增大, 破坏前发生体积膨胀现象并出现声发射活动增加的前兆;(2)大理岩和石灰岩样品在0.1——0.8GPa的围压范围内发生鼓状变形, 不形成明显的主断层面, 样品承载能力随变形增加而增加, 出现应变硬化现象.在变形过程中声发射活动水平极低。这些实验标志着我国岩石力学三轴实验的围压水平有所提高其结果对震源物理的研究具有参考价值.      

砾石掺量及侧限压力对黏土类土石混合体动力特性的影响分析

黏土类土石混合体常作为路基填料在工程中广泛应用,然而其在交通荷载作用下的动力特性方面研究较少。为此,本文以0.05 Lc(Lc为圆柱试样直径)为土体、块石分类阈值,根据土石混合体中砾石掺量、侧限压力的不同,采用自振柱仪对其在小应变(10^-6~10^-4)下的动剪切模量和阻尼比进行研究。结果表明:土石混合体最大动剪切模量随砾石掺量的增加而不断增大,且在20%~40%掺量区间内增幅最大,随侧限压力的增加而增大,且增幅逐渐变小;在应变幅值相同的条件下,动剪切模量衰变程度随砾石掺量的增加而不断减少,且在20%~40%掺量区间内减幅最大,随侧限压力的增加而减小,且减幅逐渐变小;最小、最大阻尼比随砾石掺量和侧限压力的增加而减少。结合试验结果分别从颗粒“骨架”结构性、动态结构稳定性、材料密实度、能量耗散等方面阐述块石掺量和侧限压力对土石混合体动剪切模量和阻尼比的影响机理。最后采用优化Hardin-Drnevich模型建立砾石掺量、侧限压力与土石混合体动力特性参数(最大动剪切模量、参考剪应变、最大阻尼比、最小阻尼比)之间的估算公式,以期为土石混合路基的动力设计和施工提供指导。     

低孔隙度泥页岩应力依赖的各向异性裂纹演化特性研究

本文在实验室对所获取的东营地区层理发育的低孔隙度页岩和泥岩的各向异性裂纹演化特性进行了研究,获得了各向同性条件下泥页岩的力学与超声波响应特性,分析了应力幅度对于页岩声波速度和各向异性的影响.主要结论包括:(1)泥页岩在循环载荷下存在滞后效应,表明其经历了去压实或油气产生导致的超压;(2)泥岩和页岩具有不同程度的各向异性,随着各向同性压力的增高微裂隙逐渐闭合,样品的各向异性程度减弱;(3)分析了岩石韧度和裂纹损伤参数随压力的变化特征,相比泥岩,页岩各向异性程度更高,随压力变化更明显,其裂纹导致的附加各向异性更强;(4)分析了各向异性岩石的动态弹性模量特征,由于软裂隙空间的闭合,动态弹性模量在低压条件下都随着围压的增加有硬化趋势.     

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。     

高温高压下蒙脱石显微变形与力学性质的研究

通过研究高温高压条件下蒙脱石的变形特征和机制,着重阐述了蒙脱石的显微变形特征与温度压力之间的关系,以及对应力-应变的影响。研究表明,在围压为200M Pa条件下,温度升高将导致蒙脱石的变形增大。对相同应变量所需的差异应力则随温度上升而下降。但是,当温度>500℃时,相同应变量所需差异应力较300℃时显著增大,其屈服强度和变形模量在T≥500℃,σ≥300MPa时均因脱水明显增大。蒙脱石在高温高压下均为渐进失稳     

贵阳地区红黏土动力参数计算模型研究

利用室内SDT-20动三轴试验机对贵阳原状红黏土进行循环荷载作用下动力特性试验,探究不同围压、固结应力比和振动频率对红黏土动力学参数的影响,结合实验数据及参数模型拟合贵阳红黏土动应力应变关系、动弹性模量及阻尼比经验公式,结果表明：贵阳红黏土动本构关系仍符合H-D双曲线增长模型,动弹性模量随动应变增长非线性衰减,阻尼比随动应变增长非线性增加。围压及固结应力比对红黏土动力学参数具有显著影响,围压及固结应力比增大,动变形减小,动弹性模量增加,阻尼比降低,同等条件下,提高振动频率,动力学参数显示出与围压及固结应力比相同规律,但不显著。基于H-D模型,给出了贵阳原状红黏土双曲线模型参数,通过多元回归分析,拟合并提出针对贵阳红黏土的在不同试验条件下动弹性模量衰减及阻尼比经验公式,给出相应的拟合参数。     

Velocity Measurements and Crack Density Determination During Wet Triaxial Experiments on Oshima and Toki Granites

— A set of experiments on four samples of Oshima Granite at 15, 40 and 60 MPa confining pressure have been performed in order to investigate the damage behavior of granite submitted to deviatoric stress. In addition an experiment on one sample of Toki Granite at 40 MPa confining pressure was performed, in order to compare and elucidate the structural effects. Using acoustic emission data, strain measurements and elastic wave velocities allow to define consistently a damage domain in the stress space. In this domain, microcracking develops. The microcracking process is, in a first stage, homogeneous and, close to failure, localized. Elastic wave velocities decrease in the damage domain and elastic anisotropy develops. Using Kachanov's model (1993), elastic wave velocities have been inverted to derive the full second-order crack density tensor and characterize the fluid saturation state from the fourth-order crack density tensor. Crack density is strongly anisotropic and the total crack density close to failure slightly above one. The results indicate that the rock is saturated in agreement with the experimental conditions. The model is thus shown to be very appropriate to infer from elastic wave velocities a complete quantitative characterization of the damaged rock.     

Particle breakage of artificially crushable materials subject to drained cyclic triaxial loading

Upon cyclic loading, particle breakage of constituent granular materials occurs when the resulting local stresses exceed their strength, which has a significant influence on the deformation of the embankment, foundation and pavement structures. In this study, the artificially crushable materials were tested to investigate the particle breakage properties of these structures when subjected to drained cyclic triaxial loading. Twelve sets of samples were tested at the confining pressures of 100, 125, 150 and 175 kPa and a frequency of 1.0 Hz using a GCTS triaxial system. The cyclic test results indicate that at the same confining pressure, the residual volumetric strain increases with decreasing maximal deviatoric stress q_max at a given ratio of the number of cycles (N) to the number of cycles of failure (N_f). The cumulative crushing ratio R_cc decreases with increasing q_max, leading to a reduction in N_f. The internal frictional angle decreases with increasing R_cc, and R_cc increases with increasing N_f. Furthermore, the confining pressure, maximal cyclic deviatoric stress and N have significant influences on the degree of particle breakage, which leads to volumetric contraction during the cyclic loading process. Finally, the resilient modulus at failure increases linearly with increasing R_cc.