空心圆柱扭转仪定向剪切试验离散元模拟

为分析砂土在复杂应力条件下的剪切力学特性,采用商业离散元软件PFC3D对单粒组中密砂的空心扭剪试验进行了仿真模拟,分析了数值试样的应力-应变关系,研究了不同剪切方向下离散介质的强度、体积应变特性以及中主应力比对它们的影响,再现了力链在加载过程中的演化,并对剪切带的倾角做了深入分析。同时,从细观上看,以颗粒接触数和纯转动率变量为中心,观察了试样内部颗粒的运动状态,对比了不同剪切方向下剪切带内外颗粒接触数与纯转动位移的变化。最后,将数值试验结果与已有的室内试验结果进行了对比。此研究实现了复杂应力条件下空心扭剪试样的三维离散元模拟,加深了对空心扭剪试验过程和结果的理解和解释。     

土工静动力液压三轴扭转剪切仪控制软件系统研究

根据土工试验使用要求,应用计算机自动化控制技术,将大连理工大学与日本诚研社合作研制的新型土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,配备了完善的控制软件系统。采用VC++6.0语言作为编程平台,利用现代计算机技术中的多线程技术、精确定时技术、绘图技术,结合现代的单神经元自适应PID控制理论,实现了三轴-扭转试验机的自动控制及数据采集处理功能,能够完成静态、动态等各种组合试验,并可实时监测试验全过程的应力、应变和位移等12种数据,绘制实时动态曲线,更加方便试验者操作,进一步提高了系统的控制精度。     

锚杆锚固对节理岩体剪切性能影响试验研究及机制分析

为研究锚杆锚固对节理岩体剪切性能的影响规律及锚杆抗剪作用机制,开展不同锚杆倾角及不同法向应力作用下加锚节理岩体室内剪切试验研究,探究加锚节理岩体在法向力及剪切力作用下的变形和受力特征,对比分析节理岩体锚固前与锚固后的剪切变形规律,讨论锚杆倾角、节理面法向应力等因素对节理岩体抗剪性能的影响。试验结果表明,锚杆锚固能够有效地增加节理面的黏聚力和内摩擦角,提高节理岩体的抗剪强度;锚杆倾角对加锚节理岩体的抗剪强度及剪切变形规律有重大影响,较大的锚杆倾角有利于发挥锚杆的"销钉"抗剪作用;节理岩体施加锚杆后其剪力–位移曲线存在弹性阶段、屈服阶段及塑性变形阶段3个区段;在锚杆倾角相同的条件下加锚节理岩体的抗剪强度随节理面法向应力的增加而增大。分析试验后试件破坏形态可知,加锚节理岩体中锚杆的屈服破坏主要发生在节理面附近的区段,岩体材料由于锚杆横向的挤压作用,也会在节理面附近发生局部破坏现象。     

大型现场室内两用直剪仪研制（Ⅱ）：试验测试

利用新近研制的大型现场室内两用直剪仪，对两种不同性质的砂样进行了剪切试验。在对干砂的直接剪切试验特性进行综述的基础上，从多方面对该大型直剪仪得出的干砂剪切试验数据进行了分析验证，结果表明该大型直剪仪得出的试验数据一致性好、可靠性较高，说明该大型直剪仪的基本剪切性能稳定，可进一步应用于相关岩土材料的试验研究。     

基于剪切试验的预应力锚杆变形性能分析

为了研究锚杆对节理剪切性能的作用机制和模式,开展了锚固节理岩体的实验室剪切试验,模拟了不同强度的岩体在剪力作用下的变形和受力特征,对比了锚杆加固前、后岩体的剪切变形规律,分析了节理岩体强度、预应力及锚固方式对节理的抗剪能力的影响,试验过程中通过应变片测点监测锚杆轴力的变化规律,研究了节理剪切过程中锚杆的轴向受力机制和变形特性。剪切试验完成后,取出剪切变形后的锚杆,统计了变形段长度与各参数之间的关系。通过试验结果分析,剪力-位移曲线存在明显的3个阶段：弹性阶段、屈服阶段和塑性强化阶段,曲线近似呈现双直线特征,弹性段锚杆主要发挥销钉作用;屈服段锚杆的轴向作用开始调动,锚杆同时存在销钉和约束作用;塑性段锚杆不再发挥销钉作用,只是依靠其轴向约束作用限制岩体的变形;曲线表现出韧性增强的剪切性能,这就使得锚杆锚固节理岩体的破坏特性由脆性转变为塑性,从而提高了岩体的稳定性和安全度。节理面的滑动对锚杆产生剪切作用,由于切向变形而产生了附加的锚杆轴向变形,锚杆的轴向应力随着剪切位移的增大呈增长的趋势,变形剧烈区域集中于节理面附近,且距离节理面越近其轴向应力增大越多。     

岩石拉伸剪切破裂试验研究

岩石拉伸剪切破裂是一类特殊应力状态条件下的破裂形式,属于同时受垂直于破裂面的法向拉应力和平行于破裂面的剪应力作用的复合破裂模式。在研制的DSC-800电液伺服测控岩石拉伸剪切试验仪的基础上,进行了大量花岗闪长岩和砂岩的拉伸剪切试验,开展了配套的破裂断口三维激光扫描、扫描电子显微镜（SEM）、岩石物理力学性质试验、颗粒流离散元（PFC）数值模拟等相关试验,利用分形理论研究了岩石拉剪破裂面特征,研究了岩石拉剪-压剪全区破裂准则、剪切速率对岩石拉剪破裂强度的影响,采用颗粒流离散元研究了岩石拉剪破裂过程。研究结论如下：（1）岩石拉剪破裂面的宏观与微观分形维数即粗糙度随着拉应力的增加而增大;（2）岩石的微观断裂形式是拉伸破坏和剪切破坏的结合。当拉应力较小时,岩石的微观断裂形式主要表现为剪切破坏,并且随着拉应力的增加,岩石的拉伸破坏形式表现得更加明显;（3）岩石在拉伸剪切区的破裂拉应力与剪应力成线性负相关关系,在拉伸剪切应力区的岩石破裂线斜率比压缩剪切区大,岩石在拉伸剪切应力条件下比压缩剪切应力条件下容易破裂;（4）在岩石拉伸剪切条件下,剪切速率与剪切强度成非线性反相关关系,随着剪切速率的增加,岩石拉剪破裂面粗糙度增加;（5）建立了岩石拉伸剪切PFC数值试验模型,模拟了岩石拉伸剪切破裂过程中的力链演化以及剪切速率对拉剪破裂面粗糙度的影响,获得了与实验室试验一致的结果。     

南水北调西线工程现场剪切试验及成果分析

南水北调西线工程将从长江上游每年引水200亿m3注入黄河,以缓解中国西北部和北部干旱缺水的问题。工程地质勘查结果表明,沿线的地质条件较复杂,诸如复杂的岩性、褶皱构造异常发育、地层褶皱强烈、区内北西向断裂构造较为发育、部分为活动断裂,这些均将对高坝体的边坡稳定和洞穴的开挖及地震效应等产生不利影响。为了查明岩石的力学特性,选取几个典型地段进行了波速测试和现场大型直剪试验,阐述了现场直剪试验的方法和过程,并对剪应力与位移和正应力与剪应力间的关系曲线进行了分析和总结,提出了反映岩石不同状况下的抗剪断强度和抗剪强度,并以此参数和室内试验参数分别对边坡稳定性进行分析对比,表明现场大型直剪试验获得的强度参数不仅真实可靠,而且对工程的边坡稳定性分析和优化设计也是至关重要的。     

人工配制生活垃圾强度特性的超大型直接剪切试验

将生活垃圾分为易降解材料、难降解材料和不可压缩的固体材料3大类,其比例为50%、15%、35%。在环境土工实验室,人工配制该比例的垃圾,采用超大型直接剪切试验仪器,进行了生活垃圾强度特性及抗剪强度参数的研究。研究表明,生活垃圾的强度与压缩时间和剪应变有关,且符合库仑定律,得到了初始孔隙比为2.9的生活垃圾在不同压缩时间及不同剪应变下的抗剪强度参数,黏聚力为9.69~15.64kPa,内摩擦角为18.73~35.53。     

携剪实验和JRC-JCS模型在结构面抗剪强度取值中的应用

以某工程边坡中的岩体结构面为研究对象,为得到较合理的抗剪强度参数,分别使用携剪试验和JRC-JCS模型得到两种参数,然后在对比分析各实验结果的基础上综合取值.结果表明,携剪试验受取样制约,所得抗剪强度值大于实际,而JRC-JCS模型利用现场回弹仪试验和结构面实际粗糙值,所得强度值更接近实际.     

透明砂土与天然砂土动力特性对比

人工合成透明土材料在支撑岩土工程可视化模型试验技术领域得到了良好的应用。然而,关于该新型材料的动力特性研究仍相对缺少,一定程度上影响了其在动力相关模型试验中的推广应用。基于共振柱、动扭剪试验仪器,开展人工合成透明砂土的动变形与动强度特性试验研究,并与天然砂土及福建标准砂的相关动变形与动强度特性进行对比分析;透明砂土由折射率一致的熔融石英砂和混合油配制而成,混合油由15号白矿物油和正12烷按比例混合而成。试验测定并分析了透明砂土的动剪切模量-应变、阻尼比-应变、动剪切模量-阻尼比等关系曲线,以及孔压、动强度特征。试验结果表明,由熔融石英砂与混合油配制而成的透明砂土的动变形和动强度特性与天然砂土相似,可以模拟天然砂土材料开展动力相关模型试验研究。     

利用常规直剪试验评价非饱和黄土抗剪强度

为了研究一种简化的方法评价非饱和黄土抗剪强度,本文利用常规直剪仪对非饱和重塑黄土进行固结快剪试验,Whatman s No.42型滤纸测试固结前和剪切后土样吸力,研究同一正应力下初始吸力和剪后吸力的变化趋势及机理,并用非饱和直剪测试结果对常规直剪和滤纸法测得的吸力与强度进行了效验。研究表明,土-水特征曲线的进气值和残余值对固结前和剪切后干密度和吸力的变化起控制作用,获得初始吸力与剪后吸力的变化关系。基于Vanapalli模型,提出了利用土样初始土-水特征曲线、有效黏聚力和有效内摩擦角预测非饱和黄土抗剪强度的公式,研究结果简化了非饱和土强度测试方法,节约了时间,为非饱和土抗剪强度理论在工程实践中推广应用提供新思路。     

超固结粉质黏土快速大剪切力学特性

本文借助于先进的多功能大型高速高压环剪试验机,通过进行不同应力历史、剪切速度和正应力等条件下的系列试验,对吉林长春地区广泛分布的超固结粉质黏土在快速大剪切位移条件下的力学响应特性进行了试验研究。试验结果显示,前期固结历史和剪切速度不仅对超固结粉质黏土的抗剪强度变化具有显著的影响作用,并且对于其峰后应变软化亦产生明显的影响。在相同剪切速率和正应力条件下,前期固结压力越大,其峰值强度和残余强度值越大。不同剪切速度下的试验结果表明,在具有相同应力历史的条件下,峰值强度和峰后应力降低随着剪切速度的增大而增大。剪切速度越快越有利于土应变软化的产生以及剪切面的形成。在快速大剪切条件下对长春地区超固结粉质黏土抗剪强度变化起主要作用的是剪切过程中土体结构的变化和剪切面的生成,而剪切过程中孔隙水的作用并不显著。     

吉阳核电厂古近系软岩现场剪切试验及成果分析

岩土体的强度参数确定一直是岩土力学界的一大难题, 尤其对于某些特殊的软岩。本文通过对吉阳核电软岩地基的现场剪切试验研究, 并结合室内三轴试验对比分析, 阐述了吉阳地区软岩应力-应变的关系, 提出了可靠的岩体强度参数。研究结果表明: (1)水平剪切作用下, 吉阳古近系软岩试样出现了明显塑性变形和应力屈服特征, (2)各试验点的剪切过程基本表现为全应力-应变过程, 包括:线弹性变形段、弹塑性变形段、峰值段及应变软化段, (3)吉阳古近系软岩属塑性破坏岩体, 其变形特征更接近于土体特征, 可利用现场剪切试验的屈服强度确定抗剪强度参数, 即c=19.5kPa, =33.1, (4)现场剪切试验所获取的值与三轴试验成果基本一致, 而c值略低于三轴试验, 考虑到现场剪切试验更能反映场地实际条件, 结果更具代表性。     

陷落柱伴生断层特征及陷落柱预测

通过对陷落柱伴生断层的分布规律、性质及特征的研究,认识了断层带内煤岩层特征及与周围煤岩层的关系,并以此对陷落柱进行预测预报,取得了较好的效果,该方法便于生产现场推广应用。     

强风化花岗岩动力学参数的试验研究

地震反应分析通常采用等效非线性模型,动剪切模量G和阻尼比λ是该模型的两个重要参数。为研究目前在大型工程建设中遇到越来越多的强风化花岗岩的动力特性,利用固定-自由型共振柱（GDS RCA）对强风化花岗岩的剪切模量和阻尼比进行试验研究。GDS RCA为一种国际上广泛应用的共振柱,具有良好的性能,利用其控制试样的固结围压和孔隙水压力,可以测得试样在不同有效应力状况下的动剪切模量和阻尼比。对比研究不同有效应力下共振频率、动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化情况,给出其变化曲线。按照Hadin-Drnevich[1]所提出的双曲线模型,拟合动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化曲线。利用摩擦理论,对试样阻尼的产生机制进行探讨。试验结果表明,随着剪应变的增加,试样系统的共振频率随之减小,试样阻尼比随之增大;试样的动剪切模量和阻尼比皆与试样固结时的有效应力有关,而试样阻尼比也受孔隙水压力的影响。     

膨胀土的现场抗剪试验研究

由于膨胀土的裂隙性和超固结特性,膨胀土的抗剪强度不仅是膨胀土地区边坡设计的重要依据,而且一直是膨胀土边坡研究领域的重要课题。本文以南阳膨胀土为例,对膨胀土现场抗剪试验的试样制备及试验方法进行探讨,通过对该地区典型滑坡反算证明,文中的现场抗剪试验方法及抗剪强度的计算公式是合理的。     

非饱和黄土渗透性规律的土柱试验研究

黄土边坡的变形破坏一般与地表水入渗导致的地下水位上升有关。然而,现场观测发现黄土地区地表水入渗深度有限,降雨的湿润峰一般在2m以内。自湿润峰以下至地下水位之间很长一段的含水率是不变的,那么地表水是如何补给地下水的,一直存在争议。为此,本文利用甘肃正宁县地区的Q3黄土重塑样进行非饱和渗透特性的土柱试验。在一个4m高的玻璃桶内制备土样,土柱上按一定间距插入水分计探头,在顶部按每天1000mL水量均匀渗入水,测得给定时间沿土柱的含水率剖面。结果发现,随着补给时间的延长,湿润峰下移,湿润峰经过的上半土柱含水率几乎不变,当湿润峰到达土柱底部时,形成潜水位,这和现场观察的现象一致。这说明在地表活动带以下,饱和带以上,虽然土的含水率不变,但存在着稳定非饱和渗流,这是黄土地区地下水的唯一补给方式。