加锚岩石力学性质及破坏特征试验研究

采用煤矿煤层顶板岩石作为加锚基体,用钢丝模拟锚杆,对由二者组成的加锚岩石进行了巴西劈裂、单轴压缩和压剪试验研究。结果表明,当加锚试件岩石基体出现塑性屈服裂纹开始扩展后,锚杆逐渐取代岩石基体成为外荷载的承载主体,试件的破坏特征由脆性向延性转变。加锚试件劈裂过程中,圆盘中心出现裂缝后,部分试件仍具有一定的承载能力,其抗拉强度提高了51.1%;另有部份试件则表现为迅速破坏并丧失承载能力,其抗拉强度提高了91.6%。单轴压缩试验中,加锚试件的破坏形式可分为两类:一类为裂纹平行锚杆轴向发展;另一类为裂纹垂直锚杆轴向发展,加锚试件的抗压强度提高了34.6%。加锚试件剪切过程中,其承载能力出现了明显的二次劣化现象,回归试验结果可得加锚试件的内摩擦角基本不变,而凝聚力提高了22.9%。     

加锚岩石抗弯特性试验研究

采用煤层顶板岩石作为加锚基体,用钢丝模拟锚杆,薄钢片模拟钢带,对加锚体进行了三点弯试验,并与常规试件进行对比分析。结果表明,因岩石抗压与抗拉性能的差异,试件在弯曲过程中,下表面拉应变的增长速度大于上表面压应变的增长速度,裂纹最先在下表面产生并逐渐向上发展。加锚试件,因锚杆改善了锚固区域岩石的力学性能,且钢带与锚杆共同承担了一定的拉应力,锚固试件抗弯能力有所增强。试件截面应力状态可以结合破坏过程分为3个阶段,第1阶段为弹性阶段;第2阶段为裂纹产生与扩展阶段,岩石承载能力逐渐劣化,拉应力逐渐向钢带转移,岩石裂纹发展受限,试件抗弯能力有较大提升;第3阶段为破坏阶段,锚杆失黏,挠度持续增加而试件承载能力趋于稳定。     

巷道浅层破碎围岩锚注加固承载特性试验研究

为明确巷道浅层破碎围岩锚注加固承载特性,开展了不同岩体粒径、岩性、锚杆数量等因素影响下对比试验。研究结果表明：（1）试件承载能力随粒径增大呈现先增大后减小的趋势,与相同条件下无锚试件相比,含锚试件峰值应力平均提高了53.38%,峰值应变平均减小了46.43%。（2）含锚条件下,与支护面相对的自由面及附近为宏观破裂优先发展区域,支护面破坏一般均滞后于自由面,试件由拉伸破坏为主,逐渐过渡到拉剪混合式破坏;无锚条件下,试件以拉伸破坏为主。（3）锚杆数量增加,试件承载能力逐渐增大,但是增长速率逐渐变缓,峰值应变减缓与峰值应力增长拐点一致。（4）试件具有渐进再破坏的3个特征：一是应力峰值前产生的裂纹在峰后阶段继续扩展;二是支护面表面材料随着裂纹拉伸产生剥落;三是裂纹由表面逐渐向试件内部发展,先是岩块脱落,随后宏观破坏发展到锚杆区域,造成试件整体承载能力丧失。     

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。     

单轴压缩下含层理加锚岩石力学特性研究

为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律,采用相似材料预制含层理岩石,室内钻取0°和90°层理标准试件,以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆,分别对试件进行端部锚固和全长锚固,从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件,而后在MTS815岩石力学试验系统上对试件进行单轴压缩试验分析其变形、强度特征。结果表明:锚杆可提高岩石的强度,且层理方向和锚固方式影响其对强度的提高幅度。层理相同的加锚试件,全长锚固下岩石的抗压强度提高幅度大于端部锚固岩石;同一锚固方式下,90°层理加锚试件的单轴抗压强度提高幅度大于0°层理加锚试件。锚固方式不同,加锚试件的破坏形式亦有所差别。根据锚固方式不同,可将破坏形式分为剪切拉伸和剪切错断2种。锚固方式对加锚试件锚杆失效模式无影响,二者均表现为岩体与灌浆界面滑脱,但全长锚固与端部锚固所不同的是,全长锚固锚杆与岩石粘结长度更大,粘结强度更高,失效时可带出更多、更厚的岩石碎屑。     

单轴压缩下含层理加锚岩石力学特性研究EI北大核心CSCD

为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律,采用相似材料预制含层理岩石,室内钻取0°和90°层理标准试件,以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆,分别对试件进行端部锚固和全长锚固,从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件,而后在MTS815岩石力学试验系统上对试件进行单轴压缩试验分析其变形、强度特征。结果表明:锚杆可提高岩石的强度,且层理方向和锚固方式影响其对强度的提高幅度。层理相同的加锚试件,全长锚固下岩石的抗压强度提高幅度大于端部锚固岩石;同一锚固方式下,90°层理加锚试件的单轴抗压强度提高幅度大于0°层理加锚试件。锚固方式不同,加锚试件的破坏形式亦有所差别。根据锚固方式不同,可将破坏形式分为剪切拉伸和剪切错断2种。锚固方式对加锚试件锚杆失效模式无影响,二者均表现为岩体与灌浆界面滑脱,但全长锚固与端部锚固所不同的是,全长锚固锚杆与岩石粘结长度更大,粘结强度更高,失效时可带出更多、更厚的岩石碎屑。     

三轴压缩条件下单裂隙岩石的破坏特性研究

通过在高强硅粉砂浆材料模型中预制特定倾角和特定尺寸的单裂隙,以常规三轴压缩试验为手段,研究单裂隙试样的破坏特性。试验中观察到3类典型的裂纹,即拉伸型裂纹（Ⅰ型）、滑移型裂纹（Ⅱ型）和撕开型裂纹（Ⅲ型）,其中Ⅱ型、Ⅲ型裂纹在三维试验中普遍存在,Ⅰ型裂纹仅在部分试件中观察到;三轴压缩条件下试样的破裂模式有3种,即拉剪复合破坏、“X”型的剪切破坏和沿裂隙面的剪切破坏。试验结果表明：三轴压缩条件下的单裂隙试样的裂隙扩展规律与预制裂隙关系密切,围压是试样宏观破裂模式的主要影响因素,预制裂隙长度主要影响裂隙扩展的规模,预制裂隙倾角则是新裂隙起裂的诱因。     

三维裂隙间距对砂浆材料力学特性的影响

采用刚性伺服试验机和声发射仪器,研究了预置三维裂隙间距对砂浆材料力学特性的影响,总结了含裂隙试件的破坏过程。综合分析单轴压缩应力-应变曲线和声发射数据可知,含三维裂隙试件的破坏主要由预置裂隙扩展、贯通造成,破坏过程可以分为微裂纹萌生、预置裂隙起裂、扩展、贯通几个基本阶段,试件最终破坏型式为单斜面剪切破坏。裂隙间距d与椭圆形裂隙长轴2c之比(d/2c)在0～1范围内,随着d/2c值增大,试件起裂应力σi和峰值强度σp有降低的趋势。当d/2c值从1/3增至2/3时,σi和σp发生突降,可见此范围为影响强度的敏感区间。d/2c值为1的试件σi和σp最低,相对完整(无预置裂隙)试件分别降低了22.48%和18.60%。裂隙间距不同的试件σi和σp之比变化范围为83.1%～78.9%,且随d/2c值增大,σi/σp有下降趋势。可见裂隙间距越大,从起裂应力到峰值应力的承载空间越大,这对工程实践有一定参考价值。     

透明类岩石内置三维裂纹扩展变形试验研究

采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机制是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于无法观察真实岩体内部裂纹扩展过程且CT扫描实时性不足等原因,自行研制了一种各项性质与岩石接近的透明类岩石材料,以观察研究其内部三维裂纹的扩展贯通机制。这一方法克服了真实岩体不透明的特点,可更方便地观察岩体内部裂纹萌生、扩展不同阶段的形状。然后制作了一批内置单裂隙和双裂隙的试件,在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩试验,详细观察研究了单裂隙和双裂隙试件在不同岩桥角和裂隙间距情况下的裂纹扩展贯通模式以及裂隙数量和间距对试件抗压强度的影响,并从理论方面对翼形裂纹的扩展过程进行了解释。试验表明,在不同的岩桥角和裂隙间距下,次生裂纹将呈现不同的扩展贯通模式,试验中观察到的次生裂纹有张拉翼裂纹、与翼裂纹反向生长的反翼裂纹和拉剪作用下的花瓣状裂纹等,试件最终破坏是各种形式的裂纹汇合贯通的结果。裂隙的存在极大地降低了试件的抗压强度,且随着裂隙数目增加,试件峰值强度呈降低趋势,同时裂隙间距也对试件的峰值强度产生一定的影响。试验成果对分析真实岩体的破坏失稳机制有着重要的参考价值。     

类岩石材料三维裂纹传播规律试验研究

对含有预制三维裂纹的脆性类岩石材料进行了单轴加载试验,结合声发射实时监测及静态CT检测技术,研究三维裂纹声发射特征及传播破裂规律。试验结果表明:试件单轴强度、起裂强度、起裂位移随裂纹深度增加而减小,对于深裂纹试件,剪切裂纹与次生裂纹的传播扩展是试件破坏失稳的关键,破坏形式以剪切破坏为主,并出现沿裂纹延伸方向的横向破断;Ⅰ型破坏起裂导致应力-应变曲线出现阶梯状波动,AE信号出现峰值,破裂后回落到峰前水平,裂纹稳定传播,Ⅱ型破裂起裂能量为Ⅰ型破裂的8~10倍,起裂后AE信号突变式增长;试件内部拉伸裂纹以裂纹中心线为对称轴向两端传播,整体形成反对称向外扩展花瓣形结构,半圆形部分拉伸裂纹起裂角度随着裂纹深度的增加而增大,剪切裂纹、次生裂纹大量发育,预制裂纹尖灭后形成了沿预制裂纹方向横向剪切裂纹面。     

系统锚杆对边坡岩体加固效果的数值模型试验研究

以大型的岩土工程数值分析软件AD INA为研究手段,对边坡岩体的分离块体经系统锚杆加固后,其抗压强度、弹性模量及c、值的提高,并计算和比较了锚固对不同强度岩体的参数影响大小,并对锚固岩体的各向异性进行了初步研究,垂直布锚对岩体的弹性模量影响较大,但是对于岩体的抗压强度的影响相对较小。     

水对树脂锚索锚固性能影响的试验研究

水对树脂锚索锚固性能具有影响,可导致锚索锚固失效。通过室内树脂锚固锚索拉拔试验以及长锚索锚固试验,系统研究了水对树脂锚索锚固性能的影响,得出水可降低锚固粘结强度约7 %,降低锚固体单轴抗压强度约12 %,减少有效锚固长度约10 %。研究结果对定量评价巷道锚索支护的安全性以及合理设计树脂锚索的支护参数具有重要意义。     

系统锚杆对三峡船闸高边坡岩体加固作用的块体相似模型试验研究

通过室内相似模型试验，对三峡船闸高边坡岩体的分离块体经系统锚杆加固后，其抗压强度、弹性模量及Ｃ、值的提高、锚固岩体的各向异性进行了初步研究，得出了相应的结论。     

裂隙形式对岩体强度特征及破坏模式影响的试验研究

利用RMT－150C电液伺服机对含不同预制裂隙形式（单、双、T形交叉及X形交叉裂隙）的类岩石试样进行了单轴压缩试验,系统地研究了裂隙形式对试样强度特征及失稳模式的影响。试验发现,（1）不同裂隙形式下裂隙的起裂破坏模式主要表现为初始裂隙起裂破坏,裂隙形式与破坏模式关系不突出;（2）单轴抗压强度受裂隙形式影响明显,随着裂隙形式由单裂隙到X形交叉裂隙变化,裂隙试样抗压强度呈现增高趋势,同时试样起裂和失稳时的声发射总能量也逐渐增大。进一步对裂隙形式影响强度特征的机制进行了初步分析,研究成果可以反映不同裂隙形式组合对工程岩体稳定性的影响规律。     

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。     

Deformation Modulus of Fly Ash Modified with Lime and Gypsum

Deformation modulus of fly ash is one of the most important mechanical properties generally used in different design problems and also as an input parameter to sophisticated numerical techniques employed to assess the response of different structures resting on fly ash fill or embankment made of fly ash. Deformation modulus is usually expressed in terms of compressive strength. This paper presents the deformation modulus of fly ash modified with lime alone or in combination with gypsum at different strain levels. The values of deformation modulus obtained from both unconfined compression test and unconsolidated undrained triaxial test results are presented herein. The specimens for unconfined compression test and for undrained triaxial tests were cured up to 90 and 28 days, respectively. The effects of addition of lime (4–10%) and gypsum (0.5 and 1.0%) on the deformation modulus of class F fly ash are highlighted. With addition of lime and gypsum, the class F fly ash achieved the deformation modulus in the range of 190 MPa in UCS test and up to 300 MPa in triaxial test specimens tested under all round pressure of 0.4 MPa. Based on the present test results empirical relationships are developed to estimate deformation modulus of modified fly ash from unconfined compressive strength and relationships between initial tangent modulus and secant modulus at different strain levels are also developed.     

韩城地区煤岩力学特性与破坏特征试验

韩城地区二叠系下统的山西组煤岩为含裂隙的低强度高脆性介质,其抗压强度和破坏特性与加载方式和加载速率有密切的关系。利用室内试验方法,对该地区煤层气储层煤岩开展了不同加载方式的力学研究。试验结果表明,煤岩的主裂隙(面割理)走向与加载方向的关系对煤岩的力学特性有较大影响,煤岩裂隙走向与加载方向垂直时的抗压强度是裂隙走向与加载方向平行时抗压强度的1.35倍;而弹性模量和泊松比正好相反,煤岩裂隙走向与加载方向平行时的弹性模量是裂隙走向与加载方向垂直时弹性模量的1.66倍,泊松比为1.15倍;在同等试验条件下,随着加载速率的增大,煤岩强度提高,但脆性增大,易呈脆性破坏。研究成果可为裂隙型煤岩的力学特性认识及在工程中的应用提供参考。      

水压-应力耦合作用下灰岩力学特性试验

为探究富水饱和灰岩体在水压-应力耦合作用下的力学特性，利用自主研发的可实现单轴压缩的渗透试验装置对不同水压强度下的灰岩试样进行压缩破坏试验，测试灰岩应力-应变特性，分析水压对单轴抗压强度、弹性模量、变形模量的影响，灰岩破碎特性与水压强度相关性以及孔隙变化规律。研究表明:增加的水压强度对灰岩应力-应变和强度特性有显著的影响。随着水压强度增大，应力-应变曲线的压密阶段相对延长而弹性相对缩短，峰值强度呈指数减小而弹性模量和变形模量均呈线性下降，表明水压作用显著降低了灰岩脆性。另外，灰岩弹性模量、变形模量均与峰值强度呈线性关系。增大的水压强度对灰岩宏观断裂具有显著影响而未对其破坏类型造成影响，随水压强度增加，碎块均一系数和单位质量孔隙体积均呈指数函数增加。研究成果为隧道建设中富水岩体的开挖稳定性分析提供参考。      

Laboratory Study on the Relative Performance of Silty-Sand Soils Reinforced with Linen Fiber

Randomly distributed fibers have been successfully used for the reinforcement of soils to improve their properties. However, the technique requires extensive testing on samples before it can be implemented. Therefore, the purpose of this paper is to identify and quantify the influence of variables of linen-fiber (content and aspect ratio) on the performance of linen-fiber reinforced silty-sand specimens. The linen fibers have filament textures with special properties such as: low costs, plenitude in the region, lightweight, tension capacity and relative strength against deterioration. Linen fibers with diverse fiber contents (0.25, 0.50, 0.75 and 1.0% of dry weight) and ratio aspect (50, 100 and 150) were used. The composite soils were laboratory tested for compaction, unconfined compression strength (UCS), California Bearing Ratio (CBR) and direct shear tests. The test results indicated that adding linen fiber in silty-sand soil resulted in increasing in unconfined compression strength, California Bearing Ratio values, peak friction angle and cohesion values. Furthermore, adding linen fibers have the dual benefit of increasing the stiffness (modulus of elasticity) and the ductility of the reinforced soil. However, this study suggests that the optimum fiber content for silty-sand samples reinforced with linen fibers is approximately 0.75% of the dry weight of the soil and a maximum performance was achieved at aspect ratio of 100 to avoid fiber balling. The laboratory results were used for the development of linear regression equation that best relates the UCS and CBR of a reinforced soil to the aforementioned parameters.     

CFRP包裹高强混凝土柱轴心抗压性能试验

通过19根CFRP包裹高强混凝土柱的轴心受压试验, 研究了截面形状和不同包裹量对包裹后的高强混凝土柱强度和变形的影响。试验表明: 外包1～3层CFRP布的圆形试件承载力分别比未包裹试件提高了11%、21%、42% , 纵向变形分别提高了23%、271%、330%。试验结果确定了CFRP约束高强混凝土强度和极限应变的计算模型。