辽西地区黄土的强度与本构特性

采用应变控制式三轴仪对取自辽宁西部地区阜新-朝阳段黄土的力学性质进行了试验,获得了黄土的应力-应变关系和抗剪强度的变化规律;采用人工制备不同含水率试样的方法,测试并分析了含水率对黄土本构和强度特征的影响。结果表明：(1)试样的应力-应变关系在不排水剪条件下呈强软化型,表现为脆性破坏;在固结不排水剪条件下随初始含水率的增加由弱软化型向硬化型转变;而在排水剪条件下低含水率时呈软化型,随含水率增加,呈弱硬化型和硬化型。(2)饱水后试样的抗剪强度有很显著的降低:c_UU为13.7～363.3 kPa时,φ_UU为18.6°~40.2°;而c_UU为0.2～29.6 kPa时,φ_CU则为4°～23.4°。(3)土的有效抗剪强度指标均随含水率增加呈非线性减小的关系,粘聚力与含水率呈半对数函数关系,内摩擦角则与含水率呈幂函数关系。给出了黄土本构的数学模型和黄土抗剪强度指标的取值方法。     

不排水条件下砾石土的应变率效应

为研究应变率对砾石土应力、应变、强度特性的影响和应变率效应产生机制,对砾石和黏土混合备制的饱和砾石土心墙料,在应变率0.028～0.690 %/min范围内进行了不同围压下的固结不排水三轴压缩试验,定量地分析了三轴不排水抗剪强度的应变率效应。试验结果表明,不同的应变率下砾石土应力-应变曲线具有相似性;应变率增大10倍,不排水抗剪强度增大7.4%～29.9%;砾石土的应变率效应是剪切产生的孔隙水压力和土料本身黏滞性共同作用的结果,在不同的围压下二者发挥的程度不同     

冻融循环下初始含水率对非饱和膨胀土剪切特性试验

为探究冻融循环条件下初始含水率对膨胀土偏应力-应变关系和剪切特性的影响,本文对不同初始含水率的非饱和膨胀土进行了不固结不排水三轴剪切试验。结果表明：1）非饱和膨胀土的偏应力-应变曲线的形式随含水率增大由应变软化逐渐转变为应变硬化,偏应力峰值随含水率增大而降低;2）非饱和膨胀土的抗剪强度随初始含水率的增加呈线性下降趋势;3）非饱和膨胀土在第1次冻融循环后偏应力及抗剪强度大幅度下降,在3~7次冻融循环后达到稳定。初始含水率是影响非饱和膨胀土力学性质的主要原因。     

砂土的物态本构模型

基于砂土的压缩回胀性、剪切非线性及剪缩剪胀性的系统分析和包括循环荷载、主应力轴旋转及应力路径偏转等复杂应力条件下的复杂变形反应,得到了三类应力-应变基本关系。在剪缩剪胀应力-应变关系中,引入了由偏应变分量确定的应变路径长度变量,揭示了应力主轴旋转、应力路径偏转引起的剪缩剪胀性。将这些基本关系与循环荷载下砂土的物态变化相联系,建立了砂土的物态动本构关系。     

排弃物料力学性质大型三轴剪切试验研究

露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象,采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样,采用剪后筛分试验研究了各试样在不同应力状态下的颗粒破碎机理及破碎率变化关系,采用大型三轴剪切试验测试了各试样的应力-应变关系及抗剪强度参数。试验结果表明:排弃物颗粒剪切破碎力学机制复杂,颗粒破碎率与物料组分、级配、相对密度及围压条件密切相关,与抗剪强度参数相关性强。应力-应变曲线无明显峰值强度,具有应变硬化特征,分析认为其与围压、相对密度水平较低有关。试验数据拟合曲线均表明:ε1/（σ1-σ3）与ε1为线性关系,-ε3与ε1为抛物线关系,相关系数均大于0.9。据此拟合曲线,求解出排弃物料的切线泊松比μt,修正了邓肯-张模型。对相同试验条件下对比试样（QG-B-3）应力-应变关系,采用邓肯-张模型（修正）进行了预测,预测结果与试验测试数据基本一致,验证了邓肯-张模型（修正）能够描述排弃物料力学特征。研究排弃物料剪切破碎机理与应力-应变特征,对露天矿排土场边坡变形控制具有重要的理论意义。     

原状和重塑海洋粘土经历动载后的静强度衰减

根据海洋粉质粘土原状和重塑土样的动三轴试验结果, 比较和分析了两种土样应力、应变、孔隙水压力和不排水抗剪强度行为, 得到了土样的静不排水抗剪强度衰减与波浪荷载作用下土样产生的动应变以及平均累积孔压之间的关系。 并将波浪荷载作用使土样内孔压升高, 有效应力降低, 形成拟超固结现象的理论, 应用到土样不排水抗剪强度衰减与平均累积孔压之间关系的分析;同时与重塑土样的超固结静态剪切试验结果进行比较, 得到了土样在波浪荷载作用后的归一化不排水抗剪强度与拟超固结比之间的关系式。 建议以少量原状土样, 配合大量重塑土样的动三轴试验结果, 实现对实际海洋粘土地基在波浪荷载作用后的静不排水抗剪强度衰化规律的评估。     

饱和黏土不排水剪切的热破坏

试验资料表明：饱和黏土在不排水常载升温条件下会产生很大的变形并最终可发生热破坏现象,因此,升温也成为一种加载方式。基于姚仰平等提出的热UH临界状态模型,推导了受温度影响的热不排水抗剪强度表达式,对不同超固结度饱和黏土在升温下的不排水抗剪强度模拟与试验结果对比表明：所提公式能够合理反映试验资料中受温度影响的不排水抗剪强度变化规律。利用热UH模型对不排水常载-升温过程进行了模拟,模拟结果表明,热UH模型可合理地反映不排水常载-升温条件下饱和黏土的应力-应变关系以及强度变化规律。针对能影响热破坏过程的几种因素如升温初始时的偏应力比、升温幅度、超固结度以及先期固结压力等进行了讨论分析,得到了各因素对于饱和黏土不排水剪切下的应力-应变关系及强度特性的影响规律。     

稻壳灰加筋土力学性能研究

稻壳灰与土体混合应用,一方面废弃资源再利用,环保,又可增强土体强度。通过三轴试验,研究不同比例稻壳灰混合黏土及其加筋土应力?应变性能、强度特性以及不同应变水平下模量、偏应力及加筋强度比等土体变化特征。试验结果表明,随稻壳灰比例增加,混合土最大干密度显著减小,最优含水率显著增加。添加不同比例稻壳灰对加筋土抗剪强度有较大影响,10%～15%稻壳灰比例下,加筋稻壳灰混合土初始切线模量和应力峰值达到最大,抗剪强度较优。与土工织物加筋稻壳灰混合土相比,土工格栅加筋稻壳灰混合土偏应力及抗剪强度更大,土工格栅层数对土体抗剪强度增大效果更明显,对应的应力?应变曲线拐点也更突出。试样弹性模量与稻壳灰比例及筋材种类、层数有关,加入稻壳灰后,土体弹性模量增长显著,土工格栅加筋稻壳灰混合土较优比例下可增加1.5倍多,稻壳灰及筋材均能有效提高土体强度。随加筋层数增加,稻壳灰混合土加筋强度比明显增大,与围压关系较小。     

堆石料应力-应变特性大型三轴试验研究

通过对水布垭筑坝堆石料进行0.2~3.5 MPa围压下的大型三轴固结排水剪(CD)试验,分析了不同围压下堆石料的偏应力-轴应变关系及体应变-轴应变关系的变化规律;引入破坏强度和体变与围压的关系,采用临界偏应力σ_(cre)和临界体应变ε_(vcre)作为归一化因子对不同围压下的应力-应变关系试验结果进行归一化处理,建立了不同围压下的应力-应变关系表达式,并将计算预测与试验结果进行对比验证。研究表明:对于颗粒级配确定的密实堆石料,初始变形期存在一定的弹性增长阶段,且该直线段的斜率受围压的影响较大;低围压时表现为应变软化,先剪缩后剪胀为主的力学特性,且围压越低,剪胀效应越明显;高围压(0.8 MPa≤σ_3≤3.0 MPa)时表现为应变硬化、剪缩为主的特性;剪胀消失的临界围压处于0.45~0.8 MPa之间;超高围压(σ_33.0 MPa)条件下,虽表现为应变软化、剪缩的特性,但其应变软化的机制与低围压下不同;分析认为,超高围压下剪切过程中颗粒的相对破碎率达15%以上,颗粒破碎引起的堆石料强度降低大于围压的增大对堆石料强度的提高。峰值主应力比随围压的增大而降低,且随轴应变的增大而趋于一致。堆石料的破坏强度与围压呈线性相关。最后,通过计算预测结果证明了该应力-应变关系表达式的正确性。     

压实膨胀土非饱和抗剪强度的湿度与密度效应

为获得压实膨胀土在湿度与密度变化范围内的抗剪强度全貌,采用非饱和直剪试验测定38种湿度与密度组合状态下荆门弱膨胀土的抗剪强度,获得了湿度从风干到饱和、密度在孔隙比0.539~1.089范围内的抗剪强度的分布规律。结果表明,(1)剪切过程中试样大多呈应变软化,仅在低密度与高湿度组合下产生应变强化。高密度与低湿度组合下易出现"应力跌落"。相同密度下,随湿度增大,土体塑性变形能力增强。相同湿度下,随密度降低,土体塑性变形能力增强;(2)非饱和抗剪强度与总黏聚力均随湿度增加先增大后减小而呈现出显著的"山峰效应";(3)非饱和抗剪强度、总黏聚力、总内摩擦角均随密度减小而显著降低,呈现出显著的"密度效应"。     

Strain analysis using quartz deformation bands

Quartz deformation bands are kink bands in quartz crystals. A deformation band develops as a region of localized crystal-plastic deformation with boundaries perpendicular to the slip plane and slip direction, which usually is along an -axis in the basal plane. Under cross-polarized light, the difference in crystallographic orientation between a deformation band and its host is indicated by a difference in extinction positions. The displacement between the c axis in a deformation band and the c axis in the host represents the angular shear of the deformation band in the direction of the c axis in the host grain. Assuming the deformation is homogeneous at the grain scale, the angular shear of the grain (the gauge) is calculated by multiplying the angular shear of the deformation band by the ratio of the sheared part to the whole grain. Using the strain-gauge method for three-dimensional infinitesimal strain analysis, a minimum number of five grains measured on universal stage is needed to solve for the deviatoric strain components of the aggregate if the strain is homogeneous in the aggregate. Data from more than five grains are used to find the best-fit strain components by a least-squares method. The principal strains and their orientations are found from these strain components by calculating the eigenvalues and eigenvectors. A 3-D strain ellipsoid also is obtained from strain ellipses in three perpendicular planes determined from the two-dimensional flat-stage measurements by the Wellman method. Both the strain-gauge method and the Wellman method are tested by using synthetic data sets and applied to a naturally deformed sample. Both methods give similar results; the established Wellman method thus confirms the strain-gauge calculation.     

Meso‐scale particle modeling of concrete deterioration caused by alkali‐aggregate reaction

A meso‐scale particle model is presented to simulate the expansion of concrete subjected to alkali‐aggregate reaction (AAR) and to analyze the AAR‐induced degradation of the mechanical properties. It is the first attempt to evaluate the deterioration mechanism due to AAR using the discrete‐element method. A three‐phase meso‐scale model for concrete composed of aggregates, mortar and the interface is established with the combination of a pre‐processing approach and the particle flow code, PFC2D. A homogeneous aggregate expansion approach is applied to model the AAR expansion. Uniaxial compression tests are conducted for the AAR‐affected concrete to examine the effects on the mechanical properties. Two specimens with different aggregate sizes are analyzed to consider the effects of aggregate size on AAR. The results show that the meso‐scale particle model is valid to predict the expansion and the internal micro‐cracking patterns caused by AAR. The two different specimens exhibit similar behavior. The Young's modulus and compressive strength are significantly reduced with the increase of AAR expansion. The shape of the stress–strain curves obtained from the compression tests clearly reflects the influence of internal micro‐cracks: an increased nonlinearity before the peak loading and a more gradual softening for more severely affected specimens. Similar macroscopic failure patterns of the specimens under compression are observed in terms of diagonal macroscopic cracks splitting the specimen into several triangular pieces, whereas localized micro‐cracks forming in slightly affected specimens are different from branching and diffusing cracks in severely affected ones, demonstrating different failure mechanisms. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

低速带底面起伏条件下常规低速带静校正误差及分析

通过对典型低速带起伏理论地质模型的常规静校正误差的计算和分析,表明在低速带起伏条件下用常规静校正方法进行低速带静校正存在较大的校正误差,不仅在时间剖面上产生假的同相轴特征现象,而且在反演速度上引起不真实的纵、横向速度变化;证明了低速带静校正误差主要与炮检距、目标层埋深、低速带底界的曲率及形态和低速带与基岩速度差的大小有关。     

关于全球变化研究的几个问题

第四纪地质工作者面临全球变化研究的形势,应主动调整自身的研究战略,注重最近0.15Ma环境信息的提取,加强地质过程的研究,重视人类活动对环境的影响,强调模型的模拟和检验。     

压实红黏土失水收缩过程的孔隙演化规律

失水收缩是诱发黏性土体开裂的主要因素之一,揭示收缩开裂的内在机制对预防工程灾变具有十分重要的意义。以压实红黏土为研究对象,开展自然风干条件下4种初始干密度试样的自由收缩试验。依据试样收缩曲线的特征,确定了4个特征含水率点,包括饱和含水率、比例收缩阶段中间含水率、缩限以及残余收缩阶段中间含水率。试样从饱和含水率状态风干到上述特征含水率点后立刻用液氮冻干法干燥,并通过孔隙分析仪测定该脱湿状态下的孔隙分布特征,着重探明细观孔隙体积与宏观总体积收缩的对应过程。结果表明：失水过程的前阶段（偏湿时）团聚体间的孔隙优先收缩,表现为大孔隙体积峰值半径随着含水率的降低而减小,小孔径的孔隙体积则增多;而当达到残余阶段后团聚体内的孔隙会发生收缩,表现为小孔隙的体积峰值会减小;随着含水率进一步降低,土体进入零收缩阶段,团聚体间和团聚体内的孔隙均不会发生变化。整个失水过程中孔隙总体积明显减小,与所测得的宏观变化规律相吻合。     

粗粒料颗粒破碎数值模拟研究

粗粒料在外力作用下存在明显的颗粒破碎特性,研究颗粒破碎过程是当前研究的热点问题之一。基于粗粒料单颗粒破碎机制,考虑单颗粒破碎强度与直径的变化规律,采用非线性接触H-Z模型和密度控制法建立了粗粒料颗粒破碎数值模型。开展粗粒料双轴剪切试验数值模拟研究,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明：建立的粗粒料颗粒破碎数值模型能够较好地模拟粗粒料偏应力与轴向应变和体积应变与轴向应变的关系;数值模拟获得的粗粒料颗粒破碎率与室内试验结果基本一致;去除试样制备过程和固结过程引起的颗粒破碎,不同围压条件下的颗粒破碎率归一化后基本重合,且可以近似地采用双曲线函数进行拟合。颗粒破碎率随着围压的增大,逐渐增大,试验级配趋于Einav提出的颗粒破碎的最终级配（分维数等于2.6）     

混凝土随机骨料模型尺寸效应的细观数值分析

为研究混凝土材料细观不均匀性对试件的静力学性能的影响,采用不同的随机数组,通过固定骨料尺寸,改变试件尺寸的方法,建立了不同的混凝土三维数值模型,都分6步施加相同的均布载荷,来模拟骨料和混凝土试件尺寸比例变化对试件力学性能的影响,研究了骨料随机位置对混凝土试件的应变影响。计算表明,当骨料半径和试件半径的比例系数逐渐增大时,应变误差平方和减小;骨料随机位置对混凝土试件的应变影响逐渐减小,试件的脆性越明显     

金沙江下段河槽地貌特征与地貌过程*

文章利用金沙江河谷地貌调查与水利工程选址勘察地质资料,根据河槽纵剖面与18个河谷横剖面的资料以及攀枝花金江河段、会理鱼鲊河段、元谋龙街河段、禄劝凹嘎河段的阶地调查结果,对金沙江下段河槽地貌进行了初步分析,金沙江下段的河谷为典型的深切"V"形河谷,在虎跳峡、乌东德、白鹤滩峡谷段河槽比降发生明显变化。根据河谷阶地下切幅度与形成时代,以T₃阶地计算金沙江下段河槽平均下切速率达到0.71~1.18m/ka,以T₂阶地计算金沙江下段河槽平均下切速率为0.75~1.36m/ka,因此,近十几万年来,金沙江下段河谷平均下切速率达到0.9~1.0m/ka。现代金沙江河槽底部均堆积了一定厚度的冲积-崩积物覆盖层,最厚的石鼓剖面河床底部冲积物盖层达到173m,一般河段堆积物盖层均达10m以上。金沙江河槽的迁移是河槽下切过程与岸坡崩塌过程综合作用的结果,形成原河槽崩塌阻塞,河槽被动迁移或原河槽改道下切,形成古河槽-离堆山-新河槽的地貌组合,以及河槽侧向迁移3种模式。     

罗布泊盐湖过去2000a气候变化曲线的全球对比

根据近年来对过去2000a气候变化研究成果,通过遥感方法将罗布泊盐湖近2000a 气候变化记录与不同地区、不同类型的气候变化曲线进行对比分析,探索了现代盐湖对气候事件的响应机制,并证明了罗布泊盐湖沉积物的气候变化曲线具有明确的古气候意义。研究表明在公元1300～ 1500a 区间,罗布泊盐湖气候记录与北半球千年来地面空气温度变化的相关性大于0. 8;千年尺度变化与古利雅冰芯曲线较一致,气候变化趋势是缓慢上升; 600a 以来,与北京石花洞石笋微层记录曲线有较好的相关性;相对于北半球区域气候,在公元13世纪前后出现过滞后现象。      

Texture development of polycrystalline anhydrite experimentally deformed in torsion

A polycrystalline aggregate of anhydrite was deformed in torsion to a maximum shear strain of 8.1 at 700°C and a maximum shear strain rate of 5᎒^-3 s^-1. The crystallographic preferred orientation (CPO or texture) was investigated as a function of shear strain/shear strain rate in a radial profile from the centre to the edge of the sample. A deformation texture developed at shear strains of 1.5-2 (corresponding to shear strain rates of 1 to 1.3᎒^-3 s^-1) and reached a stable position relative to the kinematic frame at a shear strain of 3.7 (2.3᎒^-3 s^-1). Further shear strain only led to a small increase in texture strength but no change in the orientation relative to the kinematic frame. The CPO is very similar to naturally observed textures and can be explained by the activity of the {001}<010> and {012}<121> slip systems. Although independent mechanical data indicate that a change of mechanism from dislocation- to diffusion-controlled creep occurred at a shear strain of approximately 1.5, the texture does not weaken, but rather increases, in strength with higher shear strains.