考虑荷载与浸水条件的预崩解炭质泥岩变形与强度试验

预崩解炭质泥岩作为路堤填料已在我国西南地区路堤工程中广泛应用,为研究荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形与强度特性,研发一套可综合考虑多因素影响的湿化变形试验装置,并设计正交试验方案开展预崩解炭质泥岩湿化变形与直剪试验。结果表明:在加载初期和首次浸水时,预崩解炭质泥岩将产生较大竖向变形,分别为压缩变形和湿化变形,竖向荷载、循环次数、浸水时间、压实度、含水率对预崩解炭质泥岩竖向变形影响程度依次降低;预崩解炭质泥岩湿化变形过程中抗剪强度的变化主要源于粘聚力的变化,各因素对粘聚力的影响程度由强至弱依次为循环次数、浸水时间、竖向荷载、压实度及含水率;抗剪强度随竖向变形的增加先急剧降低后逐渐趋于稳定,拟合得到抗剪强度与竖向变形的函数关系式,可为炭质泥岩变形计算及工程实践提供一定参考依据。     

考虑荷载与浸水条件的预崩解炭质泥岩变形与强度试验

预崩解炭质泥岩作为路堤填料已在我国西南地区路堤工程中广泛应用,为研究荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形与强度特性,研发一套可综合考虑多因素影响的湿化变形试验装置,并设计正交试验方案开展预崩解炭质泥岩湿化变形与直剪试验。结果表明:在加载初期和首次浸水时,预崩解炭质泥岩将产生较大竖向变形,分别为压缩变形和湿化变形,竖向荷载、循环次数、浸水时间、压实度、含水率对预崩解炭质泥岩竖向变形影响程度依次降低;预崩解炭质泥岩湿化变形过程中抗剪强度的变化主要源于粘聚力的变化,各因素对粘聚力的影响程度由强至弱依次为循环次数、浸水时间、竖向荷载、压实度及含水率;抗剪强度随竖向变形的增加先急剧降低后逐渐趋于稳定,拟合得到抗剪强度与竖向变形的函数关系式,可为炭质泥岩变形计算及工程实践提供一定参考依据。     

贵州六盘水炭质泥岩工程特性研究

六盘水的炭质泥岩跟普通泥岩相比具有特殊的工程特性,通过对该地区炭质泥岩物理力学特性的详细研究探讨,室内进行落锥法测定液限和塑限、击实试验、抗剪强度及压缩试验.研究试验结果表明：①炭质泥岩的可塑性强,遇水易软化崩解,强度变低;②炭质泥岩的压实性能受含水率的影响明显,干密度在含水率12.5％～15％时变化很大;③炭质泥岩的粘聚力在含水率小于11％时,随着含水率的增加而迅速减小,在11％～15％时变化小;④炭质泥岩的压缩沉降量在加荷载后较短时间内发生,在加压后能够很快压缩密实,达到较稳定的状态.     

花岗岩全风化土湿化变形及强度的试验研究

基于某高速公路路基花岗岩全风化土浸水湿化的情况,采用GDS非饱和三轴仪进行了接近实际应力路径下三轴“单线法”湿化变形试验,研究了试样在不同围压、不同湿化应力水平下的湿化情况,得到了试样在湿化前后应力-应变曲线,轴变与体变间的变化规律,经成果分析表明,试样在湿化过程中均产生了轴变与体变,并且经湿化变形后产生了各向异性。当初始有效围压相同时,各湿化应力水平下的抗剪强度指标c、? 值近似相等,与干样相比,湿样的黏聚力c值减少明显,内摩擦角? 值变化不大。在初始有效围压较低情况下,试样约在轴向应变达10%左右时体积变形由剪缩变为剪胀,而在初始有效围压较高的情况下则没发生类似的现象。     

粗粒料湿化变形后的抗剪强度分析

采用大型三轴仪,对双江口坝壳粗粒料进行了不同围压、不同应力水平的湿化试验研究,并对湿化变形后的抗剪强度进行了分析。各个湿化应力水平下的抗剪强度指标近似相等,其c值在风干态和饱和态之间,更接近于饱和态值,而? 值也有相同规律,其值较固结排气剪略有降低,更接近于饱和态的摩擦角。     

旁压试验在炭质软岩强度和变形参数测试中的应用

本文介绍了岷江庙子坪特大桥工程地质勘察中的难点,阐明了采用旁压试验测试含炭质软岩各项强度和变形参数的可行性,以及取得的实际效果。     

胶东白垩系泥岩现场岩体抗剪强度试验研究

我国胶东地区广泛分布白垩系泥岩地层,其具有遇水软化、膨胀,失水收缩、崩解等工程特性,岩体抗剪强度的准确确定对该区域基坑、边坡稳定性设计和施工具有重要意义.通过开展现场岩体抗剪试验和室内岩石直剪试验,得出岩体与岩石内摩擦系数和内摩擦角基本一致,岩石黏聚力是岩体黏聚力的10.6倍,分析二者差异原因主要有岩石直剪试验岩样代表...     

荷载条件下兰新铁路地基泥岩吸水变形试验

以兰新铁路地基中的膨胀泥岩为试验材料,开展不同上覆荷载、不同干密度、不同初始含水率下的重塑土吸水变形试验。试验结果表明:当干密度和上覆荷载一定时,胀限膨胀率随初始含水率的增大而减小;当干密度和初始含水率一定时,胀限膨胀率随上覆荷载的增大而减小。上覆荷载的增大使得土颗粒间传递的平均法向应力增大,进而加大了土体的有效应力,土粒间应力的增大抑制了水分子与土体内黏土矿物的结合,削弱了结合水膜的厚度,从而使胀限膨胀率减小。通过对试验数据结果的分析,建立了初始含水率,干密度,上覆荷载耦合作用下的胀限膨胀率函数关系式。经过同等试验条件验证,试验得到膨胀率公式具有较好的可靠性。     

赤泥的变形-强度特性与结构性关系的研究

制铝工业排出的大量固体废料?--赤泥具有较强的结构性,笔者对其结构性及变形–强度特性进行了研究。根据饱和原状赤泥样及扰动样固结排水三轴剪切试验资料,用土力学方法分析了变形–强度特性与结构性之间的关系,探讨了结构性参数随轴应变及固结压力变化的规律。研究表明：（1）对浸水反应比较迟钝的饱和赤泥,用三轴试验条件下各应变水平原状样与扰动样的主应力差之比所表示的结构性定量化参数,来研究结构性对变形强度的影响可以得到良好的规律性。（2）结构性参数对固结周围应力反应敏感,不同固结周围压力和剪切应力对结构性的影响,主要发生在低应变区段内。(3)赤泥的变形–强度特性与其在形成过程中的固结应力大小及龄期长短没有直接的规律性关系,而与其在物理化学作用下结构性的强弱相关。     

红层泥岩在不同浸水条件下填料强度特性试验研究

西南地区红层泥岩分布广泛,常用于工程填筑施工,其遇水易崩解特性常对工程填筑体的稳定性产生不良影响,因此,研究红层泥岩不同浸水条件下单轴抗压强度和浸水-风干循环崩解的变化规律具有重要的工程意义。利用红层泥岩中常见的粉砂质泥岩开展了单轴抗压试验和浸水循环实验,对不同浸水条件的红层软泥岩样品的吸水量、吸水率、单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变进行测试;对样品浸水-风干崩解过程进行观测记录,并讨论了干湿环境交替对泥岩单轴抗压强度性能和崩解规律的影响。研究结论如下：(1)随着样品单次浸水过程的进行,样品的含水率与单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变呈负相关;(2)样品在单次浸水过程中软化度明显增大,静置后样品外部先产生垂直层理方向裂隙,后垂直层理方向裂隙和平行层理方向裂隙逐渐闭合,使样品软化度小幅度变小,说明泥岩强度损伤主要发生在每次干湿环境交替过程的浸水过程中;(3)样品在多次浸水过程中,崩解过程不断进行,其转折点在第六次和第八次浸水循环,样品崩解频率加剧,在第12次浸水循环后,崩解物颗粒级配趋于稳定。     

有厚度天然结构面法向循环加载变形特性研究

采用室内试验和理论分析相结合的方法,对有厚度天然结构面的法向循环加载变形特性进行研究。研究的天然结构面属平直稍粗型,厚2~3 mm,层间充填以岩屑为主,夹少量泥,母岩为灰岩。首先,对工程作用下的结构面应力演化过程进行梳理,并根据对结构面法向应力-闭合变形曲线特征的总结,设计了室内试验的法向荷载应力路径。其次,介绍了取样、基本物理和力学特性测试以及试件制备,分别开展了单次和多次法向加、卸载试验,并对试验曲线特征和法向变形力学机制进行分析。然后,对结构面法向循环加载本构关系进行研究,认为当法向应力在20 MPa以内时,分别采用双曲线模型和考虑修正参数的改进双曲线模型,可较好地模拟不同荷载阶段时的结构面法向应力-闭合变形关系;同时,发现当法向应力进入高应力区间后(定义大于20 MPa的应力为高应力,低于20 MPa的应力为中低应力),试验数据呈现新的特点,试验变形值与模型预测值的差距越来越大。最后,分析了造成差异的可能原因,认为在研究高应力条件下的结构面法向变形特征时,采用天然结构面试样是必要的。     

循环荷载下土体变形特性研究

为研究循环荷载下土体变形特性,基于已有的分数阶黏壶构建循环荷载下分数阶黏壶,并将其替换为西原模型黏塑性体中的常值黏壶,建立了可描述循环荷载下土体变形规律的分数阶西原模型。当循环荷载应力幅值大于土体临界应力幅值时,模型为反映土体破坏型变形规律的分数阶西原模型;反之,则为反映土体稳定型、临界型变形规律的广义Kelvin模型。采用应力分解法,将循环荷载分解为一个静力荷载和一个平均应力值为0的循环荷载,基于流变力学理论给出了静力作用下基于该模型的流变本构方程,再根据黏弹性力学理论构建了交变应力作用下基于该模型的动态响应本构方程,将已获得的土体流变本构方程与动态响应本构方程叠加,得到新的土体本构方程。结果表明:与既有的试验结果相比,基于分数阶西原模型所建立的本构方程可较好描述循坏荷载下土体各种类型的变形特征,对土体各类型变形曲线的拟合效果较好,拟合系数均在0.90以上,且模型参数值随循环荷载动应力幅值的增大而以幂函数形式减小。     

紫色泥岩水热条件下崩解过程的分维特性

以马头山组（K2m）、妥甸组（J3t）和下禄丰组（J1l）自然风干的紫色泥岩为研究对象,分别进行干湿、冷热和干湿冷热3种处理,并运用分维方法分析不同处理下紫色泥岩的崩解特性,发现分维数能比较准确地表征紫色泥岩的崩解过程：分维数越大,岩石破碎程度越高;分维数越小,岩石破碎程度越低。3种紫色泥岩在不同处理方式下崩解的分维数大小都是干湿冷热 干湿 冷热,可见,水热共同作用对母岩崩解的影响明显大于仅有水或热的作用。相同处理方式下3种泥岩的分维数大小为J3t J1l K2m,且在干湿和干湿冷热条件下J3t的崩解分维数与K2m和J1l的差异显著,这主要是由这3种泥岩的物理特性、元素组成以及其风化成度所决定的。     

粗粒筑坝材料的动力变形特性

结合室内大型动三轴试验资料,对粗粒料的动力变形特性进行研究后认为,在复杂的高应力条件下振动过程中试验粗粒料由于体积缩小而变得更为密实,其动应力-应变关系与Hardin-Drnevich模型的双曲骨架曲线假定有明显差异,其阻尼特性也不符合Hardin假定;提出了反映试验过程中材料振动硬化特性的幂函数型动应力-应变关系模型和基于试验资料的粗粒料阻尼比估算公式;粗粒料的动残余变形特性与其初始密度、静应力状态、动荷载、振动持续时间等因素密切相关,建立了考虑初始固结围压影响的粗粒料残余应变与动剪应力之间的关系模型。可为强震区超高土石坝的深入研究提供可靠的理论依据。     

Uniaxial compression and tension tests of anthracite and loading rate dependence of peak strength

The mechanical characteristics of coal under uniaxial compressive stress and uniaxial tensile stress are key factors in investigations of the stability of galleries and coal faces, and are vital considerations for the efficient design of coalmines, disaster prevention, and environmental preservation. These mechanical characteristics have long been a topic of research, but remain insufficiently understood. In this study we performed uniaxial compression tests and uniaxial tension tests on coal, with particular attention to two concerns. The first was to measure the loading rate dependence of the peak strength of coal. Coal shows high sample-to-sample scatter in strength; test methods that are successful in comparatively homogeneous rock types cannot be used for coal. We therefore used an alternative test method that was recently developed by the authors. Anthracite samples were subjected to alternating slow and fast strain rates. Measured variations in stress during this process were used to estimate the loading rate dependence of peak strength. The second objective was to obtain complete stress–strain curves for coal under uniaxial tensile stress. It is difficult to hold samples secure during a tensile test; consequently, such curves have yet to be obtained. This study presents a successful application of the authors' method to the analysis of coal samples, yielding a complete stress–strain curve under tensile stress. The two methods presented here hold promise for application not only to anthracite but also to a wide variety of coals. It is possible to derive the values of the constants used in constitutive equations from the obtained experimental results. Once these equations are determined, they can be incorporated into finite-element software to investigate various time-dependent behaviors of coal and aid in the efficient design of coalmines and the prevention of subsidence and mine disasters.     

Deformation characteristics of fine-grained soil under cyclic loading with intermittence

Acta Geotechnica - Since there is an interval time between two trains traveling in the same direction on an automatically blocked line, the dynamic loading on the railway subgrade is composed of...     

长时浸泡红砂岩加/卸荷条件下的剪切特性及细观损伤机理

三峡库区防洪限制水位（145 m）以下岸坡岩体在库水升降过程中经历了长期浸泡作用,并且水位变化导致岩体受到切向加载剪切和法向卸荷剪切2种工况作用,而岩石剪切特性的差异直接影响岸坡在不同水库运营阶段的稳定性。文章以典型长石石英砂岩为研究对象,开展了不同浸泡天数下砂岩试样的切向加载、法向卸载剪切试验,得到了2种受力条件下砂岩剪切特性的变化规律,并结合溶液测试、SEM测试、核磁共振试验揭示了不同工况下岩石剪切特性产生差异的细观机理。研究结果表明：（1）与初始试样相比,经过80 d的浸泡后,该类试样的黏聚力损失要大于内摩擦角的损失,切向加载剪切所得黏聚力降低了40.5%,内摩擦角最终仅降低了2%,而法向卸荷剪切所得黏聚力降低了31%,内摩擦角最终降低了8%;（2）试样经历长期浸泡导致胶结物矿物被溶解、溶蚀,次生孔隙逐步发育并贯通,孔隙度增大,经过60 d浸泡后,试样的含水率、孔隙度、孔隙结构基本达到稳定状态,克服剪切作用的颗粒骨架几乎不再受浸泡水的影响,这是长期饱水试样剪切性质逐渐弱化并趋于平稳的原因;（3）法向卸荷剪切条件下,剪切主裂纹面与理论剪切面之间偏差增大,破裂面更倾向于形成“S型”和“M型”,实际剪切面的增大变相提高了岩石的抗剪强度,而对岩石抗剪强度贡献最大的是骨架颗粒,故岩石内摩擦角更大,而提供黏聚力的充填胶结物质在张剪破坏中的贡献小,所以法向卸荷中岩石的黏聚力更低。研究成果可为库区涉水边坡在水位升降中的稳定性评价以及考虑实际工况进行参数取值的试验方法选择提供参考。     

非对称开挖条件下基坑变形性状分析

根据现场实际情况,采用有限元分析软件PLAXIS,对基坑在不同挖深差和挖深分界面位置不同条件下的非对称开挖进行了模拟。通过对实际工程进行模拟研究发现,随着挖深差的增加,基坑两侧的地表沉降均增加,开挖深部位的地表沉降和沉降影响范围均大于开挖较浅处;坑底隆起在界面处发生较大的差异变形,挖深差越大,界面处的差异变形越明显;随着开挖分界面向较浅侧移动,开挖深部位的隆起变形逐渐趋于稳定,隆起曲线变化趋势向挖深较浅侧增加。通过研究,可以了解不对称开挖基坑受力及变形的性状和不利因素,从而指导施工,控制不对称开挖的挖深差和界面位置,减少工程风险。     

有荷干湿循环条件下不同膨胀土抗剪强度基本特性

针对膨胀土分布区公路边坡常浅层坍滑现状,选取南、北方3种典型膨胀土样,模拟干湿循环并计及边坡破坏时滑面的上覆压力,改变常规试样吸湿及施剪条件开展试验研究,以获得较符合实际的膨胀土抗剪强度及其衰减规律。结果表明：不同上覆压力对膨胀土抗剪强度的影响为荷载越大其强度绝对衰减率越小;用双直线能较好表征其抗剪强度线特征,强度指标c、? 宜按高、低应力段分别获取;随干湿循环次数增加,c值呈指数函数衰减,是造成边坡浅层坍滑的主要原因;? 值随作用次数增加虽有减小趋势,但降幅不大;通过控制基本相同的试验条件,实测得3种膨胀土的最终抗剪强度均降至某一幅值范围。研究结论为解读膨胀土坡为何多浅层坍滑提供了有价值的信息。     

荷载-干湿循环共同作用下泥岩的压缩特性

泥岩遇水易崩解泥化,特别是耦合荷载作用后,其力学性能衰减更加明显。为掌握泥岩在环境因素和外部荷载作用下的性能演化规律,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的压缩特性试验。发现初次浸水后压实泥岩发生膨胀,但随着干湿循环作用的进行,泥岩试样发生压缩变形。然后,对压实泥岩试样进行孔隙分析,结果表明,泥岩孔隙分布呈现双峰特征,峰值大约位于0.3 ?m和10.0 ?m孔径处,干湿循环和荷载的作用引起孔隙体积减小,特别是对大孔径孔隙的影响最显著。最后,依据泥岩的膨胀、压缩和孔隙分布特征,提出了压实泥岩的孔隙-荷载-水分相互作用模型,将压实泥岩的孔隙体积分为团粒内孔隙和团粒间孔隙两类;分析了荷载-干湿循环引起泥岩团粒崩解破碎和充填团粒之间孔隙的演变过程。揭示了泥岩孔隙-水分-荷载的相互作用机制,为泥岩路基的填筑提供了理论参考。