花岗岩残积土动态冲击性能的SHPB试验研究

为研究花岗岩残积土的动态冲击性能,开展了高速冲击下的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,与常规应变率下的试验结果比较,分析了高应变率对花岗岩残积土的应力?应变特性和强度的影响。结果表明：低、高应变率下的花岗岩残积土的?-?a（轴向应力?轴向应变）曲线均呈现出软化型。随着应变率 增加,?-?a曲线向?a增大的方向移动,破坏应变?af增加。但高应变率下?af增加的程度更加明显。花岗岩残积土的峰值强度普遍具有应变率依赖性,二者可用直线关系拟合,但低、高应变率下的拟合关系并不一致。提出了率敏性因子m定量评价依赖性强弱。研究发现,随着应变率的提高,强度的应变率依赖性减弱,低应变率下的m为26.694,而高应变率下仅为0.013。相关试验结果指出,高速冲击荷载对土体总体有害。工程中应该采取合理措施控制冲击荷载的危害。该研究有助于深化花岗岩残积土动态冲击性能的理解,为相关工程的施工与设计提供技术参考。     

击实黏土单轴拉伸特性试验研究

为研究土的拉伸特性,对击实黏土进行直接拉伸试验。试验表明,不同抗拉强度的击实黏土具有不同的拉伸应力-应变曲线型式,即应变软化型、应变硬化型和应变强化型;在试验涉及的干密度和含水率范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增加而减小,且具有较好的线性关系;拉伸速率对击实黏土的抗拉强度和应力-应变曲线的型式也有明显影响,对同一干密度和含水率的土样,低拉伸速率测得的抗拉强度往往较小,且应力-应变曲线为软化型,而较高的拉伸速率测得的抗拉强度较大,且应力-应变曲线为强化型。     

低强度模拟锚固材料抗弯荷载-位移全过程曲线试验研究

在大比例尺的地质力学模型中,由于相似模型材料的脆性和低强度,很难测得其抗弯应力-应变或者荷载-位移全过程曲线。对抗弯试验的过程进行力学分析,通过对增加辅助弹性元件方案的假设推导得到弹性元件刚度设计原则。依据该设计原则,组装出一台试验原理样机,测到不同节理（均质、层状和块状）含不同角度锚杆的试件的抗弯荷载-位移全过程曲线。此外,由于相似材料的低强度重度大特性,试验中适当考虑试件的自重对实验结果的影响。试验研究表明,弹性元件的增加对抗弯荷载-位移全过程曲线下降段有着质的改善;当弹性元件与台架的复合刚度大于试件的最大刚度,即可测得抗弯荷载-位移全过程曲线;在抗弯试验中试件自重荷载可以等效为集中力荷载,对于550 mm的标准试件其等效荷载相当于其自身重力1/2的集中荷载,相当于试验中均质试件峰值荷载的9%。     

循环荷载作用下土工格栅拉伸试验研究

为了了解土工格栅在动力荷载作用下的软化特性,采用应力控制的循环拉伸试验对土工格栅进行研究。试验中研究了在不同循环拉力、预拉力、加载频率下土工格栅的力学性能,着重研究了各个因素对土工格栅动应变及循环软化特性的影响。试验结果表明,随着循环次数、循环拉力、预拉力的增加,动应变增大;随着加载频率的增大,在相同循环次数下,动应变减小。随着循环次数、循环拉力、预拉力的增加,软化指数减小;随着加载频率的增大,相同循环软化指数逐渐减少。     

有侧向压力的岩石材料动态直接拉伸试验装置

岩石材料的动态拉伸力学特性是评价爆炸以及地震等动荷载作用下岩体工程响应以及安全的基本参数。介绍了一种有侧向压力的岩石动态直接拉伸试验研究装置,同时采用石膏和花岗岩材料对试验装置进行了尝试性试验。研究结果表明,岩石类脆性材料的抗拉强度随应变速率以及侧向压力的变化规律,与前人进行的岩石间接动态拉伸试验和及岩石类脆性材料（混凝土）双轴试验的变化规律具有一定相似性,因此所介绍的试验装置可以应用于岩石类脆性材料动态直接拉伸试验研究。     

循环荷载下兖石铁路路基膨胀土的动力特性试验研究

采用兖（州）至石（臼所）铁路路基膨胀土,借助GDS动三轴仪,研究了含水率、振动频率、动应力幅值对膨胀土累计塑性应变、动强度以及临界动应力的影响。试验结果表明:以轴向累计应变达到5%作为破坏标准时,循环次数与累计塑性应变曲线关系呈现出稳定型、临界型、破坏型3种状态;动强度与临界动应力均随含水率的增大而显著降低,饱和状态下的临界动应力只有40 kPa,低于列车实际动荷载;临界动应力与饱和度之间存在一条临界状态线,可以判断试样处于稳定、临界、还是破坏状态。振动频率对土体动力特性的影响:在f=0.5~2 Hz内,动强度随频率的增加而增大,当频率继续增大到5 Hz时,膨胀土动强度显著提高;在f=0.5~5 Hz范围内,临界动应力随频率的增加而增大,近似呈线性关系。相关研究结果对揭示动荷载下膨胀土的力学特性,确保膨胀土地区铁路线的安全运营具有重要意义。     

压实度和含水率对压实黏性土动态力学性能的影响试验研究

利用直径为? 25 mm的聚碳酸脂分离式SHPB试验装置和真空封泥作为波形整形器,以不同速度撞击试件,测试了不同压实度和含水率试件在应变率范围为600～2 500 s－1内的动态力学性能,并对试验结果的有效性进行了讨论,分析了冲击压缩荷载作用下应力-应变曲线、动态峰值应力与峰值应变,动态峰值应力和峰值应变增长因子以及比能量吸收与应变率之间的关系。研究结果表明：压实黏性土的动态峰值应力、峰值应变和比能量吸收随应变率的增大而增大,而压实度与含水率对压实黏性土的动态峰值应力、峰值应变和比能量吸收基本无影响;压实度与含水率对动态峰值应力和峰值应变增长因子有较大影响;比能量吸收随应变率而呈指数增长。     

海水侵蚀环境下混凝土力学性能退化模型

基于混凝土干湿循环试验和混凝土细观力学,对混凝土在海水侵蚀环境下力学性能的变化进行了研究。混凝土干湿循环试验方面,采用加速腐蚀试验。对混凝土试件和根据混凝土配比制成的砂浆试件进行0、10、20、30、40、50次干湿循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响。依据混凝土细观力学理论,对混凝土试块进行了细观数值模拟,考虑了混凝土各组成相的非均匀性、材料性质按照Weibull分布来赋值。同时,为反映海水侵蚀作用对混凝土的影响,砂浆的强度和弹性模量均以砂浆干湿循环试验所得结果为准,最后建立了混凝土随干湿循环次数变化的抗压强度折减模型,抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型。     

分级循环荷载下原状红黏土动力特性试验研究

为研究循环荷载下原状红黏土路基的动力特性,采用SDT-20型动三轴仪对原状红黏土进行了分级循环动三轴试验,研究了围压、频率及动应力幅值对原状红黏土的动应力、动弹性模量-动应变（ E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（ G_d-γ_d）关系曲线的影响规律。结果表明:原状红黏土的动应力-动应变关系曲线发展规律可采用Kondner模型进行描述;动应力随动应变先急剧增大后趋于平稳,并给出了急剧增加时动应变的取值范围,即0%～0.05%;分析了不同围压、振动频率下红黏土的动弹性模量及动剪切模量的变化规律,当动应变小于临界值时,红黏土动弹性模量随动应变的增大而增大;当动应变大于临界值时,红黏土材料动弹性模量随动应变的增大而减小,动剪切模量具有相同变化规律;结合红黏土的动力特性变化规律,利用围压对动弹性模量进行折减,在Darendeli模型的基础上建立了红黏土路基动弹性模量、动剪切模量的分段预测模型,经拟合验证,本文分段模型的适用性较好,可预测分级循环荷载下红黏土的动弹性模量-动应变（E_d-ε_d）和动剪切模量-动剪切应变（G_d-γ_d）关系曲线发展趋势。     

粉土循环累积应变和残余动模量的试验研究

粉土地基上建造的铁路或公路在交通荷载作用下易产生各种病害,导致基础设施不能正常工作。为研究交通循环荷载作用下粉土的累积变形和动力性能,针对钱塘江粉土开展一系列的循环三轴试验,探讨土体物理条件（相对压实度、含水率）和应力特征（频率、围压、动应力比）等对粉土累积轴向应变、动模量和阻尼比等的影响。试验结果表明,钱塘江粉土的临界动应力比约为0.11,当轴向动应力小于临界动应力时,粉土的动模量变化很小,相应的累积轴向应变也很小;当动应力超过临界动应力后,土样的动模量快速下降,残余动模量约为初始弹性模量的20%,同时,动模量和阻尼比随着累积轴向应变（或名义振次）的发展变化显著。粉土的动模量和阻尼比在归一化后可得到统一规律：在轴向应变（或名义振次）小于一定值时,动模量几乎不变,而后呈指数形式衰减,最终趋于稳定值;粉土阻尼比随着轴向应变（或名义振次）的发展呈指数关系增长。     

单轴循环荷载下含天然裂隙脆性页岩变形及破裂特征试验研究

利用RMT–150C岩石力学测试系统,对重庆彭水含天然裂隙脆性页岩在单轴循环荷载作用下的变形及破裂特征进行了试验研究。研究结果表明：（1）在循环加卸载和裂隙的共同影响下页岩所含天然裂隙使页岩性质局部劣化、加剧裂隙扩展和破坏提前,导致屈服应力、破裂压力和峰值强度等减小,其中峰值强度降低了13.7%～58.3%;（2）轴向应变形成封闭的“尖叶”状滞回环,并呈疏-密-疏排列,而横向应变形成上开口“8”字形滞回环,并呈密-疏排列,横向应变-循环次数曲线可分为初始变形阶段、小速率等速变形阶段、大速率等速变形阶段和失稳破坏阶段等四阶段演化规律,前期横向应变突变现象可作为天然裂隙和新裂隙扩展、交汇完成,进入大速率等速变形阶段的标志,后期突变可作为整体失稳破坏的前兆;（3）含天然裂隙页岩的破坏模式主要呈拉剪贯通模式和拉贯通模式,两种贯通模式均至少包含一条贯通天然裂隙的拉裂隙;（4）在弹性阶段,有效弹性模量与损伤面积系数呈线性关系,损伤面积系数越大,有效弹性模量越小;（5）在低应力水平内循环,不可逆变形缓慢增加,轴向应变-循环次数曲线始终处于初始变形阶段,试样不发生破坏;在高应力水平内循环,经历3个变形阶段后试样发生破坏;在接近峰值应力的应力水平内循环,曲线直接进入加速变形阶段,几次循环后试样发生破坏。该研究为认清页岩的裂隙扩展形成复杂裂隙网的发展机制提供了有益参考。     

混凝土在动态双向压力作用下的强度和变形特性

在大型液压伺服混凝土静动三轴试验系统上对立方体试件进行不同应变速率下的压缩试验,系统研究了混凝土在双向压应力状态下的动态强度和变形性能,两轴向加载的比例为1 : 0,1: 0.25,1: 0.5,1: 0.75,1 : 1五个级别,加载速率分别为10-5,10-4,10-3,10-2/s四个量级。试验表明：随着应变速率提高,任一应力比例下混凝土的极限强度均有提高,应变速率每增加一个量级,混凝土剪切破坏面相对低应变速率下的破坏面提高2 %～10 %;弹性模量随着应变速率的增加也有增加的趋势;应力-应变曲线的线性段随着应变速率的增加明显扩展,非线性段的弯曲程度减弱;应变速率对双向应力状态下的双向破坏模式影响不大。     

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土变形特性的试验研究

砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）是一种通过减轻地基压力、提高地基承载力以处理不良地基的新型轻质土工材料。由于LSES主要用作路基填土,因此,其在动荷载下的变形特性值得关注。基于室内动三轴试验结果,讨论了围压、水泥掺量、EPS含量以及循环加载次数对LSES动变形特性的影响。当围压较低时,LSES会呈现出与EPS块体相似的线性动应力-应变关系;而在较高围压下,LSES的动应力-应变拟合曲线则为双曲线型。在给定的应变水平下,LSES的割线动弹性模量Esec随着围压和水泥掺量的增加而增加,随循环加载次数的增多而逐渐衰减,EPS含量增多时,Esec-εd曲线更趋于平缓。     

Tensile Fracture Strength of Brisbane Tuff by Static and Cyclic Loading Tests

This research presents the results of laboratory experiments during the investigation of tensile strength–strain characteristics of Brisbane tuff disc specimens under static and diametral cyclic loading. Three different cyclic loading methods were used; namely, sinusoidal cyclic loading, type I and II increasing cyclic loading with various amplitude values. The first method applied the stress amplitude?cycle number (s–n) curve approach to the measurement of the indirect tensile strength (ITS) and fracture toughness (K _IC) values of rocks for the first time in the literature. The type I and II methods investigated the effect of increasing cyclic loading on the ITS and K _IC of rocks. For Brisbane tuff, the reduction in ITS was found to be 30 % under sinusoidal loading, whereas type I and II increasing cyclic loading caused a maximum reduction in ITS of 36 %. The maximum reduction of the static K _IC of 46 % was obtained for the highest amplitude type I cyclic loading tested. For sinusoidal cyclic loading, a maximum reduction of the static K _IC of 30 % was obtained. A continuous irreversible accumulation of damage was observed in dynamic cyclic tests conducted at different amplitudes and mean stress levels. Scanning electron microscope images showed that fatigue damage in Brisbane tuff is strongly influenced by the failure of the matrix because of both inter-granular fracturing and trans-granular fracturing. The main characteristic was grain breakage under cyclic loading, which probably starts at points of contact between grains and is accompanied by the production of very small fragments, probably due to frictional sliding within the weak matrix.     

不同应力路径下饱和黏土耦合循环剪切特性

地基土单元体在波浪荷载的作用下将发生主应力轴连续旋转,这对土的强度和变形特性会产生显著的影响。针对饱和黏土,利用土工静力－动力液压三轴－扭转多功能扭剪仪进行了均等固结下的耦合循环剪切试验,着重研究了不同循环应力路径对应力-应变关系和强度特性的影响。试验结果表明,耦合循环荷载下黏土扭转剪切分量和正向偏差分量的应力-应变关系曲线与应力路径有关,且随着振动次数的增加逐渐疏松,割线模量 和 不断衰减,这与不固结不排水条件下的应力-应变关系曲线的变化规律明显不同;扭转剪切分量大的椭圆应力路径的动强度略小于正向偏差分量大的动强度。饱和黏土在不同应力路径下的力学特性的试验研究可以为建立复杂应力路径下的本构模型提供试验依据。     

循环动荷载下下伏空洞路面塌陷的模型试验研究

在循环动荷载作用下,地下空洞会逐步发展成为路面塌陷。针对此问题,本文建立了模拟路面塌陷发生发展全过程的模型试验。试验结果表明,随着动荷载值的减小,土体所能承受的极限振动循环次数呈指数型增加。而当地下存在一定尺寸的地下空洞时,即使动荷载值较小,在足够多次数的振动循环作用后,也有可能引发路面塌陷。最大粒径较大、不均匀系数较高土体的静力稳定性较强,体现在其能承受的极限静荷载较大;但其动力稳定性较弱,体现在其能承受的极限振动循环次数较少。反之,最大粒径较小、不均匀系数较小土体的静力稳定性较弱,而动力稳定性较强。地下空洞上覆土层厚度越大,则其静力、动力稳定性均较强。同时,循环动荷载作用下地表沉降与土体裂缝的发展呈现出三阶段规律。阶段1为初始固结沉降阶段,持续时间较短,土体受到振动压密作用,地表发生整体沉降,土体裂缝未见明显发展;阶段2为等速沉降阶段,持续时间较长,中心土体受到振动剪切作用,地表中心沉降与土体裂缝随时间呈等速发展;阶段3为加速沉降阶段,持续时间最短,中心土体受到振动破坏作用,地表中心沉降与土体裂缝快速发展直至发生塌陷。     

路基砾类填料土动力特性影响因素试验分析

动应力-动应变关系作为反映路基填料土动力特性的重要参数,对其进行影响因素试验研究可为路基填料土的工程特性研究提供参考依据。本文借助动三轴试验手段进行砾类土动应力-动应变关系影响因素研究,采用应力控制的加载方式进行加载,分析了试验压力、土样含水率、土样压实度、荷载作用频率和初始静偏应力等5种条件和砾类土动力特性的作用规律,并总结砾类土动应力-动应变关系变化规律。研究结果表明：当动三轴试验的围压为30 kPa、土样压实度为96%、含水率为最佳含水率7.5%时,其动应力-动应变关系曲线接近应力轴,砾类土的动强度大;荷载作用频率为1、2 Hz变化时以及小于10 kPa的初始静偏应力对砾类土的动应力-应变关系影响较小;针对各影响因素下的动应力-动应变关系曲线,对其采用的双曲线模型拟合相关系数均大于0.96,说明该模型能够有效拟合其关系曲线;根据试验模型可知,试验中压力越大,参数a、b值越小,同理,土样的压实度越大,a、b值也越小。     

三轴压缩岩石动静组合强度及变形特征的研究

为研究深部地下资源开发过程中矿岩的力学行为,利用自行研制的岩石动静组合加载试验机,对细砂岩进行了两个系列的三维动静组合加载试验,即固定围压改变轴向静压和固定轴向静压改变围压的试验,并对实验数据整理分析。试验结果表明：围压不变时,细砂岩动静组合强度、弹性模量随轴向静压增大先升高（弹性阶段）后降低（损伤阶段）;最大应变率和平均应变率则先下降后升高,并且当轴向静压在其静态三轴抗压强度80 %左右时,动静组合强度最大;轴向静压不变时,增大围压,细砂岩动静组合强度、弹性模量升高,平均应变率下降,而最大应变率的变化趋势无明显规律。     

高温周期变化与高围压作用下大理岩力学特性试验研究

为了探讨温度周期变化与高围压对大理岩变形、强度特性及破坏断裂损伤劣化的影响,采用MTS815.03电液伺服刚性岩石试验系统,选取四川凉山雅砻江大河湾锦屏二级水电站引水隧洞围岩大理岩试样分别进行不同温度变化（100～ 600 ℃）,周期次数为8次。进行高围压（60 MPa）作用下全应力应变过程三轴压缩与单轴压缩对比试验,系统分析比较了温度循环与高围压作用对大理岩应力-应变关系曲线、峰值应力、残余应力,峰值应变、残余应变以及弹性模量等的影响。试验结果表明,大理岩随着温度升高,峰值强度、残余强度、弹性模量下降,峰值应变和残余应变随之增大;在同一温度下,随着循环次数增加,其弹性模量、峰值强度、残余强度降低,温度越高,降低越明显;多次循环后,岩石的脆性变大,应力-应变曲线峰后段不再平滑,残余应变变小,其研究成果为锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定性分析提供理论依据。     

分级循环动荷载下水泥土动力特性试验研究

随着车辆载重的变化,其荷载幅值也会随之变化。然而,已有的研究大多关注恒定动荷载下水泥土动力特性,对分级循环荷载作用下水泥土的动态特性研究较少。利用GDS动三轴仪,开展一系列水泥土动三轴试验,探讨分级荷载条件下静偏应力和围压等因素对水泥土动力特性的影响。试验结果表明：水泥土的轴向塑性应变随着围压和静偏应力比的增加而增加。水泥土轴向应变在0.1%～0.5%范围,其应变发展属于稳定型,分级加卸载对应变发展过程影响较大,对最终应变影响较小。建立了考虑水泥土加卸载条件、围压和静偏应力比的塑性应变的经验模型,分级卸载的相关系数大于0.95,而分级加载的相关系数在0.8～0.9之间。分级卸载时,第一级荷载对应变发展起主导作用,而分级加载时,最大动应力比无法主导前几级荷载较小时的应变发展。在分级加卸载条件下,水泥土的骨干曲线表现为2种模式：上升型和下降型,可将其简化为多段直线,利用建立的累积塑性应变计算方法,提出了确定多段直线分界点的方法,并验证了其可行性。