武汉软土固结不排水应力-应变归一化特性分析

基于武汉软土的固结不排水三轴剪切试验,分析了武汉软土的应力-应变关系特性：在低围压下,土体表现出稳定型或弱应变硬化型;在高围压下,土体呈现出弱应变软化型;土体的应力-应变关系曲线为典型的双曲线。为实现武汉软土应力-应变关系的归一化,基于典型的双曲线方程,从理论上推导了为实现应力-应变方程归一化而必须满足的归一化条件,并提出了用主应力差渐近值作为标准归一化因子。通过运用标准归一化因子和常用的以固结围压为归一化因子,对武汉软土应力-应变特性进行归一化分析和比较,得出用主应力差渐近值作为标准归一化因子,软土的应力-应变特性归一化程度更高,效果更好。同时,运用标准归一化因子,建立了武汉软土固结不排水条件下应力-应变特性的归一化方程。     

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。     

云南泥炭土力学特性实验及归一化性状研究

云南泥炭土作为一种特殊土类。其物理力学性质不同于一般粘土和有机质土，对这层土的力学特性的研究具有重要的理论意义和实用价值。文章通过三轴的不固结不排水、固结不排水剪切试验，对昆明泥炭、泥炭质土进行了实验研究，得到在不同围压下的轴向应力、周向应变和孔隙压力等参数之间的关系，以及土样的破坏形态。作为一种特殊土，其应力应变关系，孔压与应变关系是否存在归一化性状值得研究．     

冻融循环下粉砂土应力-应变归一化特性研究

为研究粉砂在不同冻融循环下的应力-应变关系特性,进行了粉砂土的不固结不排水三轴剪切试验,试验结果表明：在围压较低时,未冻融及经历较少次冻融循环的粉砂表现出一定的软化性,但软化程度较弱;而经历一定次数的冻融循环后,其逐渐由弱软化型转化成硬化型;在围压较高时,未冻融及冻融以后的粉砂都表现出应变硬化的特征,其应力-应变关系曲线为典型的双曲线。基于Konder双曲线模型,概述了土体应力-应变关系中常见的几种归一化因子及相应的归一化条件。提出了针对冻融循环下粉砂土的应力-应变关系的归一化因子,并给出了相应的归一化条件。基于新的归一化因子,建立了粉砂土在不同围压、不同冻融循环次数下的应力-应变特性的归一化方程,并对应力-应变曲线进行预测,其试验值与拟合值较为接近,预测效果较好。     

压实粉土非线性应力-应变关系的试验研究

对京九线路基粉土用GDS三轴仪进行固结不排水剪试验,研究不同围压、含水量、压实度下压实粉土样的应力-应变关系。结果表明:压实粉土在低围压下为应变软化,高围压下为应变硬化,存在一个屈服应力;含水量和压实度对粉土强度和应力-应变关系影响显著,随着含水量的减小、压实度的增大,压实粉土样强度增大,应力-应变曲线上升。对围压小于屈服应力的应变软化曲线,用常规的土的软化关系式进行拟和;对围压大于屈服应力的应变硬化曲线,用邓肯-张模型进行拟和;这二者的结合能描述压实粉土的应力-应变关系曲线,效果良好。     

重塑超固结上海软土力学特性及弹塑性模拟

对典型上海软土重塑样进行了围压不变和平均主应力不变的三轴排水剪切试验,得到重塑上海软土在不同初始超固结比和围压条件下的应力-应变关系,弄清了超固结比、围压以及应力路径对重塑上海软土的变形和强度特性的影响;根据土体的应力-应变曲线得到重塑上海软土的临界状态应力比及内摩擦角。采用姚仰平等建议的基于伏斯列夫面的超固结土本构模型,并根据等向压缩及三轴排水剪切试验确定其模型参数,对保持围压和平均主应力不变的三轴压缩试验进行了模型预测。预测结果表明,此超固结土本构模型能较好地反映重塑超固结上海软土的变形和强度特性。     

基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型

通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明：饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围压抑制孔隙水压力增长而消耗更多能量;更大的动应力幅值使得孔隙水压力增长更快而消耗能量更少;等压固结下,孔隙水压力增长至围压从而触发初始液化,而偏压固结下,通常先达到振动液化应变标准而孔隙水压力并没有增长至围压水平,并且固结应力比越大,液化时孔隙水压力越小,消耗能量也更少。归一化孔隙水压力u/σ₀’与累积耗散能量W/W_f之间关系受围压、循环应力比和固结应力比影响较小,可统一用双曲线模型表示。     

饱和粉土静态液化性能试验研究

通过固结不排水三轴压缩试验,分析了围压、固结比和干密度等因素对饱和粉土静态液化特性的影响。试验结果表明,在干密度较小时,饱和粉土的偏应力-应变曲线呈现明显的硬变软化型,随轴向应变增大超静孔隙水压力增加、有效应力减小而发生静态液化,当干密度达到1.58 g· cm-3时,饱和粉土的偏应力-应变曲线表现出硬变硬化现象,超静孔隙水压力为负值或接近0,饱和粉土不再发生静态液化,即饱和粉土存在静态液化的干密度临界值;其他条件不变,随着围压、固结比或干密度的增大,偏应力峰值和残余强度均增大,静态液化势降低;根据有效应力路径建立了流滑面以作为饱和粉土稳定区与非稳定区的分界面。     

结构性土固结不排水剪特性的一种描述方法

针对结构性土的固结不排水剪性状,提出一种基于扰动状态概念的描述方法。通过三轴固结不排水剪试验,分析了结构性土固结不排水剪切过程中的剪应力、孔隙水压力与轴向应变的关系特点。根据扰动状态概念的原理,采用邓肯-张的非线性弹性模型描述相对完整状态的应力-应变关系,用孔隙水压力作为参量定义了一个新的扰动函数,构建了一种描述结构性土固结不排水剪性状的本构关系。经验证,模型计算结果与试验数据吻合较好,可统一描述应变软化型和应变硬化型应力-应变关系。     

厦门淤泥土的动力特性

本文选择厦门石湖山和YunDang港地区为试验点，对厦门市淤泥土进行了地震荷载作用下动强度和变形特性的研究。试验是在分析现场地基土的物理力性质和实际应力状态的前提下，选择不同围压和不同固结比对100多个原状淤泥土做了振动三轴和共振柱等试验。试验结果表明，淤泥土的动强度曲线（τd/σo－Nt）具有良好的归一化性状，因此可以进行少量有代表性的动三轴试验，即可方便地建立不同初始应力状态（Kcσ3）下任一等效振次的动应力－应变关系的数学模式，为震陷量的估算提供了计算公式及相应试验参数。文中给出了不同初始应力状态下不同应变破坏标准和等效振次的动强度指标，为动力稳定性分析提供了合理的参数。同时得出厦门淤泥土在等压固结条件下相同破坏应变的动强度约为静强度的2／3。     

有效应力强度指标与总应力强度指标的关系

由总应力强度指标计算的 ,并不是试样破坏时的真实破裂角,而仅是一个假想的破裂角,与之对应的平面是一个假想的剪切破坏面。试验结果表明,试样破坏时的真实破裂角,是用有效应力强度指标 计算的 。分析论证了在关于土的抗剪强度计算的相关公式中,有效应力强度指标与总应力强度指标不可混用,且公式中有效应力强度指标应与有效应力相对应、总应力强度指标应与总应力相对应。     

应力化学

应力化学是研究应力的性质,作用方式和规模,组合和序列,它们的发生,发展,演化所成生的化学作用和过程,以及物理－化学动态机制。当应力作用于地质体时,接受能量和释放能量的作用方式之一就是应力化学作用,应力化学作用主要受应力性质,应力配置和应力序列的影响,以剪应力化学作用最为重要,应力作用可产生化学作用,改善化学反应所需条件,因而促进和加速了化学作用。     

构造应力场研究与实践

由李四光教授开创的构造应力场研究自20世纪20年代至今已经历70多年。回顾其研究过程,展望未来发展,可以分为两个研究时期:①开创研究时期(1926-1966).主要运用构造形迹力学性质及组合规律分析推断构造应力状态,重点研究构造体系及其典型构造型式的构造应力场。②实测研究时期(1966-).最初通过实测地应力、地形变、断层位移以及现今构造活动的各种相关资料,配合模拟实验研究现今构造应力场;尔后对地质时期古构造应力场进行研究,主要采用应力、应变矿物进行应力状态定量或半定量分析,并配合模拟实验进行研究。实测研究时期可分为3个研究阶段:实测平面构造应力场研究阶段。主要以进行平面构造应力场研究为主;实测三维构造应力场研究阶段。以三维构造应力场研究为主并对构造应力场学科进行研究总结;深部构造应力场研究阶段。未来将会开展对地壳整体及地壳深部进行全面的构造应力场研究。构造应力场研究对认识地壳运动问题具有深远意义,在地质找矿、地质环境与灾害、工程建设中均可发挥积极的作用。      

巷道诱发型冲击地压的发生机制及危险性分析

为了治理巷道诱发型冲击地压发生的灾害,从力学机制方面阐述了巷道诱发型冲击地压发生的静-动应力主导关系,揭示了巷道诱发型冲击地压发生的机制;将煤层巷道的围岩二次静应力和震源产生的动应力叠加,得到了巷道围岩二次应力与不同应力波叠加后的最大主应力和最小主应力表达式。从高应力差和巷道围岩冲击倾向性两方面考虑,提出了巷道诱发型冲击地压发生的判断方法;直接判断出巷道在特定深度、震源在某个位置、产生一定的应力波时,巷道发生冲击地压及冲击范围,并解释了巷道群附近产生大范围冲击的机制,成功分析了山东某煤矿掘进工作面发生冲击的原因。研究结果为分析诱发型冲击地压的危险性提供了理论基础,为治理诱发型冲击地压提供了技术途径。     

考虑主应力轴旋转的基坑开挖应力路径研究

首先对应力路径的概念进行丰富和扩展,提出考虑主应力轴旋转的三维应力路径,然后采用数值方法,对基坑开挖过程中的应力路径进行了深入分析,研究了基坑内外各种应力路径及其规律,结果表明：开挖过程中无论横向还是竖向,应力路径都表现出卸荷特性,且坑内卸荷量大于坑外卸荷量,使得坑内应力变化及主应力轴旋转较坑外大;随着离基坑中心距离的增大,坑内应力变化减小,主应力轴旋转趋缓;开挖过程对坑外应力变化及主应力轴旋转的影响随离围护墙距离的增大而减小。坑内应力路径总体表现为平均压应力p减小,广义剪应力q减小,主应力轴偏转角? 增大;坑外应力路径总体表现为p减小,q增大,? 增大。最后归纳出基坑开挖过程中坑内与坑外的典型应力路径,以指导基坑工程实践设计分析和室内试验模拟。     

σ-τ平面上莫尔理论的修正

在莫尔理论中如何引进中间主应力σ2的影响一直是长期困扰力学界的一个问题,由此产生了在σ-τ平面上难以界定某些状态下应力圆的破损界线。以静水应力σm对结合力和滑移的影响观点,将二参数的莫尔定理修正为三参数形式后,分析了它在σ-τ平面上的应用,为引进中间主应力σ2的影响提供了新途径。     

构造应力场研究的新进展

本文阐明构造应力（主应力与剪应力）方向的研究方法以及最新研究成果，指出全球各地区在某一时期的应力方向可以是各不相同的，同一地区在不同地质时期内的构造应力方向也是截然不同的，并且应力方向的转变周期也不相等。在概述了应力大小的研究方法之后，作者介绍了构造应力大小研究中的两个新成果：（１）构造应力主要集中在岩石圈内，（２）构造应力从板块边缘向内部具有明显的衰减趋势。至于构造应力积累时间，一般认为是ｎ×１０￣７年的缓慢过程，而应力释放时间则为ｎ×１０￣６年的过程，是一种灾变性、较快的流变过程。构造应力场数学模拟方法已经比较成熟，构造应力的起源问题则为当今构造地质学的前沿性课题之一，对此本文较客观地进行了探讨。     

一个可考虑球应力和剪应力共同作用的结构性参数

土的结构性是岩土材料的基本特性,基于综合结构势理论建立的结构性参数,以表述土的结构性,但已有的表述存在缺陷,为此针对应变和应力结构性参数的缺点提出了一个可同时考虑球应力和剪应力作用的结构性参数--应力比结构性参数。通过理论分析和三轴试验研究发现,应力比结构性参数与应力或应变结构性参数相比,可同时考虑剪应力和球应力对土结构性的影响,并且剪切过程中结构性参数不再出现峰值,更符合人们以往对结构性的认识。该参数从定量上更加准确地反映了土的结构性。     

全球应力场与构造分析

介绍了近年来全球构造应力研究方面的一些新进展并以“世界应力图”提供的资料为背景 ,结合一些最新的研究成果 ,阐述了全球构造应力场的分布特征及其与板块构造运动之间的联系。研究结果表明 :(1)全球存在大尺度的统一性构造应力场 ;(2 )全球大多数板块内部地区为挤压应力作用 ,其应力结构多为逆断型、走滑型或逆走滑型 ;(3)大陆板块内部的扩张区大多位于高海拔异常地区 ,其应力结构为正断型或正走滑型 ,如青藏高原、东非裂谷和贝加尔裂谷等 ;(4)全球大部分地区的地壳上部构造应力作用方向较为均一 ,存在区域统一应力场 ;(5 )全球大部分地区的最大水平主应力方向与板块绝对运动 (角速度 )迹线保持较好的一致性 ,反映出构造应力与板块运动的关系密切 ;(6 )板块汇聚、洋脊扩张可能是产生岩石圈上部构造应力的主要力源。     

低渗致密砂岩渗透率应力敏感性试验研究

储层岩石中孔隙流体压力的变化会引起有效应力发生变化,进而导致渗透率的改变,引发储层岩石渗透率应力敏感现象。以试验研究了不同围压下渗透率随孔隙流体压力的变化规律,试验包含了老化处理和升降内压4个回路,每个回路是在围压不变降低和增加孔隙流体压力下实现的,采用稳态法采集每个测试点的数据。试验结果表明,渗透率随着孔隙流体压力的降低而减小,随着孔隙流体压力的增加而增加;在低围压下渗透率的变化幅度较大,在高围压下,则变化幅度较小;在不同围压回路下,净应力相等的点对应的渗透率不相等;渗透率在随孔隙流体压力的变化中呈现出“台阶式”变化。根据Bernabe的模型计算了渗透率有效应力系数,结合Bernabe的观点分析计算结果发现渗透率呈“台阶式”变化是微裂缝随应力的变化而发生变形的表现。对试验岩样进行了储层岩石应力敏感性评价,结果表明,该低渗致密砂岩储层表现为中等应力敏感。