High-pressing preparation of rock glasses and their elastic properties

Melt glasses for seven types of rock ranging from acid to basic were prepared under 1.0 GPa on a multi-anvil pressure apparatus, YJ-3000 ton press. Densities and elastic properties of the melt glasses were compared with those described in previous studies. It was found that the glasses melted under 1.0 GPa were consistent in density with both naturally-occurring glassy rocks and artificially prepared glasses melted at ambient pressure. The densities of glasses are negatively correlated with the SiO2 contents and positively correlated with the （MgO＋FeO） contents. The compressive velocity （Vp） of glass tends to increase with decreasing SiO2 contents and increasing （MgO＋FeO） contents. The shear velocity （Vs） of glass tends to increase slightly with increasing SiO2 contents, which has little connection with the （MgO＋FeO） contents. It was calculated from densities and velocities that the elastic moduli of glasses are negatively correlated with the SiO2 contents and positively correlated with the （MgO＋FeO） contents.     

冻结和林黄土力学性质的试验研究

对饱和冻结和林黄土在-2℃的温度条件下进行了单轴压缩试验和围压范围为1~5MPa的三轴压缩试验。试验结果表明：单轴压缩的应力应变曲线为应变软化型曲线,而三轴压缩试验中各围压下的应力应变曲线均为应变硬化型曲线,围压主要影响冻结和林黄土的初始变形行为,而对后期的变形影响不大;各围压下冻结黄土的体积应变都呈现出先体缩后体胀的特征,总体变均较小;围压对冻结和林黄土的屈服极限和强度影响不大;研究了初始切线模量的确定方法,用修正的Duncan-Chang模型对不同应变范围内的试验数据进行拟合,并由此确定了相应的初始切线模量,发现在0~4%应变范围拟合试验数据确定初始切线模量最为合理。     

尾砂胶结含盐冻结充填体力学特性研究

矿山充填开采正逐步向寒区甚至永久冻土区发展,这些区域含盐地下水分布非常广泛。同时,极端寒冷条件下往往需要向充填材料中加入一些防冻盐以防止料浆在输送过程中发生冻结。通过室内测试分析了-6℃环境下不同盐分(Na Cl)膏体充填体力学特性(强度和初始弹性模型)随时间演化特征。利用单轴压力机测得了龄期为7、28、90 d膏体充填体的强度和初始弹性模量,结果表明NaCl的加入会降低冻结充填体的强度,其影响程度取决于胶结料类型。试样的强度随着养护时间的增加而增大。此外,不论盐分浓度、养护时间和胶结料类型,试样的强度与初始弹性模量之间存在显著的线性关系。该研究结果可以为寒区含盐膏体充填技术的开展提供一些依据。     

Effect of polyvinyl acetate grout injection on geotechnical properties of fine sand

This laboratory project aims to investigate the influence of polyvinyl acetate (PVA) grout injection on sandy soil improvement. In order to make the polymeric material injectable through the soil particles, adhesive polymer is mixed with water in certain weight percentages. Fine grained sand with different dry densities in its loose, medium and dense state, is prepared in a cylindrical mould and subjected to this polymeric grout injection. Unconfined compression tests are conducted on grouted samples after passing their curing period. Results illustrate that increasing the polymer percent in grout leads to significant compressive strength and elastic modulus enhancement. On the other hand, by increasing grout concentration, loose sand demonstrated higher compressive strength and elastic modulus improvement in comparison with medium and dense sand.     

轮胎颗粒混合土动力特性参数影响规律试验研究

废旧轮胎碎片颗粒与砂土混合用作路基或挡墙填料、建筑物基础隔震体系等具有质轻、土压力小、减震隔振效果好、耐久性优良、费用低廉的特点。通过室内数字化动三轴试验,重点对比研究了废旧轮胎颗粒含量及围压对混合土及纯砂土动强度、动弹性模量和等效阻尼比等主要动力特性参数的影响规律。结果表明,在相同围压和动剪应力比条件下,混合土动强度相对纯砂土略有降低(最大降低量约20 kPa,即约8%);所有配比混合土动弹性模量均小于纯砂,且减小效果显著,最大减小量约22 MPa(即约60%);混合土等效阻尼比先随轮胎颗粒含量的增大而增加,之后又随之减小,临界含量值介于30%⁴0%之间,混合土等效阻尼比相对纯砂土最大增加量约91%。结果证实,混合土剪切刚度有效降低,可以发挥减震隔振的优势。     

Effective elastic properties of the double‐periodically cracked plates

In this paper, the interaction of double‐periodical cracks is accurately solved based on the isolating analysis procedure, superposition principle, pseudo‐traction method, Chebyshev polynomial expansion and crack‐surface collocation technique. The jump displacement crossing crack faces, the average additional strain and therefore the effective compliance of the double‐periodically cracked plate are directly determined. The numerical results for axial‐symmetrically distributed double‐periodical cracks, general double‐periodical cracks with one collinear direction as well as two sets of double‐periodical cracks with same size and square distribution are given in this paper. And the partial typical numerical results are compared with the previous works. The analysis shows that the anisotropy induced by the general double‐periodical cracks is generally not orthogonal anisotropy. Only when the double‐periodical cracks are axial‐symmetrically distributed, is the anisotropy orthogonal. In this special cases, the effective engineering constants (consist of effective elastic modulus, the effective Poisson's ratio, the effective shear modulus) of cracked plate versus crack spacing, in the plane stress and plane strain conditions, respectively, are analysed. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

土壤理化参数的反射光谱分析

土壤可见光和近红外波段(400~2 500 nm)反射光谱信息包含了大量土壤物理化学参数,土壤反射光谱测量简单、快速,无需破坏样品,而且还可以通过高光谱遥感方法制图。文中使用江苏国土生态地球化学调查中获取的大量土壤样品,研究了土壤阳离子交换量(CEC)、有机质含量、pH值、铁氧化物类型、铁铝硅等常量元素含量等重要土壤生态地球化学参数的光谱反应。结果显示,土壤CEC是进行光谱预测非常成功的参数,1 400、1 900和2 200 nm附近一阶导数光谱(FD)值或短波方向反射率值均可以很好地反映土壤CEC的大小;土壤有机质含量、铁氧化物类型、铁铝硅含量均可以在反射率光谱或其一阶导数(FD)值找到相关波段;土壤导数光谱存在的A、B、C和D峰使反射光谱方法不仅能够定量铁氧化物总量,还能鉴别铁氧化物矿物类型(针铁矿和赤铁矿)及其相对含量;江都土壤光谱的656 nm附近FD值与pH有很大相关性,但是江苏样品显示pH值光谱经验预测具有区域依赖性,可能与土壤类型有关,说明pH与光谱参数之间的关系并非一般的线性关系,而有更复杂的机制。     

冻融循环下膨胀土物理力学特性研究

处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为“冻缩融胀”,含水率高的膨胀土体积变化规律表现为“冻胀融缩”;冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。     

多孔隙岩石加卸载力学特性及本构模型研究

为了研究岩石在加载-卸载过程中的应力-应变关系,以砂岩为例,对其进行常规三轴加卸载试验。分析了峰后卸载阶段岩石的非线性特性,对岩石的损伤变量进行定义,给出了峰后卸载过程中用于描述应力-应变关系的弹性模量模型。通过分析加载-卸载过程中的轴向应变与径向应变的关系,得到了卸载过程中泊松比模型。引入D-P塑性模型,针对砂岩的塑性硬化特性,对硬化函数进行修正,建立了与等效塑性应变相关联的损伤模型。将计算模型矩阵化后进行数值计算。在此过程中得到如下结论:多孔隙岩石在加载过程中表现出明显的非线性特征,随着体应力的增大,岩石的弹性模量逐渐增大。岩石峰后卸载过程中,当轴向应力大于围压时,应力-应变可以利用峰前弹性阶段的弹性模量模型乘以连续性因子进行描述。随着等效塑性应变的增大,泊松比先增大后减小,最终趋于稳定。峰后卸载过程中,等效塑性应变不发生变化,此时泊松比保持不变。利用提出的本构模型进行了数值计算,数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明,提出的模型能够反映出岩石在峰后卸载过程中的应力-应变规律。     

不同应变速率下泥页岩力学特性试验研究

为了揭示泥页岩在不同应变速率下的力学特征,为页岩气的开采提供科学指导,分别在5×10-4/s、1×10-4/s、1×10-5/s、 1×10-6/s四种不同应变速率下对页岩开展单轴压缩力学试验。研究表明,应变速率对页岩的弹性模量、峰值强度、破裂形态等具有显著影响,应变速率从高到低,弹性模量和峰值强度都呈逐渐降低趋势,但下降速度逐渐放缓,两者与应变速率负对数大致呈幂函数关系,而采用平均值拟合时则相关性较高,相对而言,弹性模量的应变率效应更显著;应变速率对破裂形态的影响极为明显,在高应变速率下页岩迅速劈裂为较少的大块,整体构架丧失,随着应变速率降低,破裂过渡为劈裂为主,伴随局部剪切破坏,达到最低应变速率时主要呈劈裂破坏,但同时形成较多横向分布裂纹,即低应变速率下破坏均匀且形成纵横切割试样的网状裂纹,页岩的应变速率在整体上对破裂方式影响最为显著,主要表现为低应变速率下的破坏更均匀、更易形成裂纹网。因此,该特性对于确立页岩力学参数及设计压裂方案具有重要启发作用。     

遇水冷却的高温大理岩力学与波动特性分析

岩石经历高温作用冷却后工程特性的变化情况,直接影响着地下深部空间及资源的开发与利用、核废料的存储以及突发性高温灾害后地下工程的稳定性评价。以大理岩为研究对象,对遇水冷却和自然冷却后的高温岩样进行单轴压缩试验和声波测试,分析和比较岩样在不同状态下峰值强度、弹性模量、衰减系数、纵波波速和主频的变化情况。结果表明：随着温度的不断升高,遇水冷却高温大理岩的峰值强度、弹性模量和纵波波速总体上均呈现减小趋势;低于400 ℃时,随着温度的升高,衰减系数逐渐增大,主频逐渐减小;但高于400 ℃时,随着温度的升高,衰减系数和主频并未完全呈现单调递增或递减趋势,出现了高温拐点;在经历相同高温作用后,遇水冷却大理岩的峰值强度、弹性模量和主频均低于自然冷却,而纵波波速、衰减系数均高于自然冷却。研究结果可以为遇水冷却的高温岩石工程性状的检测和稳定性的评价提供参考,对经历高温作用的岩石冷却方式的选择具有指导意义。     

基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨

土体在非常小应变（小于10?6）时表现为线弹性。以往大量试验研究表明,土体的弹性特性主要受到土体有效围压、孔隙比、颗粒级配和试样制备方法等影响。通过离散元方法模拟Duffy和Mindlin中的物理试验,建立球形颗粒规则排列的三维模型,继而进行小变形条件下的数值加载试验来确定弹性特性,并从细观层面揭示决定土体弹性特性的内在因素。模拟结果表明：粒状土的弹性模量取决于土体的颗粒接触配位数、法向接触力的大小和分布,跟宏观土体孔隙比、有效围压作用相对应。弹性模量应力指数n高于Hertz-Mindlin接触法则对应的1/3,主要是由于应力增加过程中配位数的增加和接触力趋于更均匀导致。同时,泊松比也随着配位数的增加而减小,并非保持不变,跟试验结果趋势一致。     

波伏棱（Povlen）型羟基纤蛇纹石的谱学研究

波伏棱型羟基纤蛇纹石是波伏棱型纤蛇纹石矿物的新变种,本文报导它的吸收光谱、红外光谱、穆斯堡尔谱、电子顺磁共振谱和核磁共振谱。 研究表明,吸收光谱是Fe~(3 )和Fe~(2 )的晶场跃迁以及Fe~(2 )→Fe~(3 )的荷移跃迁引起的;红外光谱是OH和Si-O的伸缩振动、OH转动以及Mg-O和Si-O的弯曲振动引起的;穆斯堡尔谱是Fe~(2 )_(八面体)、Fe~(3 )_(八面体)和Fe~(3 )_(四面体)引起的;电子顺磁共振谱是Mn~(2 )_(八面体)、Fe~(3 )_(八面体)和Fe~(3 )_(四面体)引起的;核磁共振谱是管道水,镁八面体和硅氧四面体上的OH引起的;矿物加热到825℃时,结构开始破坏并出现镁橄榄石相。 此外,本文还解释了该蛇纹石颜色的本质,阐明了上述过渡金属离子和OH在该矿物中的结构环境。     

岩石力学性质的应变率效应试验

以玄武岩为试样,开展了中低应变率下的岩石单轴抗压试验。本次研究分析应变率对岩石抗压强度、弹性模量、泊松比等力学参数的影响,分别提出了岩石抗压强度、弹性模量、泊松比等参数与应变率之间的拟合关系式。以峰值应力对应的应变和峰值后的软化模量为脆性评价指标,分析加载应变率对岩石脆性的影响。研究表明:(1)岩石抗压强度、弹性模量均随应变率的增加而增加。(2)岩石泊松比随应变率增加而减小。(3)随着应变率增加大,峰值应力对应的应变增大,峰值后的应变软化程度减小,岩石脆性减弱。(4)应变率对岩石抗压强度影响较大,对弹性模量和泊松比的影响较小。(5)曲线拟合效果良好,提出的拟合关系式合理。     

冻融及含水率对压实黏质土力学性质的影响

针对自然环境因素对季冻区路基强度与稳定性的影响,以京哈高速公路四平-长春段沿线的黏质土为研究对象,对不同含水率的土样进行0～16次冻融循环试验。通过室内三轴试验,分析了冻融次数和含水率对压实黏质土试样力学特性的影响规律,并探讨了其影响机制。研究结果表明,当试样的含水率小于最佳含水率时,随着冻融次数和含水率的增加,压实黏质土的应力-应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变,试样的破坏形式逐渐由脆性破坏转为塑性破坏;压实黏质土的极限强度、弹性模量和黏聚力整体上均随冻融次数的增加而呈衰减趋势,内摩擦角与冻融次数的关系并无规律可循,但各个力学参数均在经历8次冻融循环后基本趋于稳定;含水率对压实黏质土的力学性质影响显著,极限强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角均随含水率的增加大幅减小。综合考虑冻融循环和含水率对压实黏质土力学性质的影响规律,建议季冻区路基应做好排水工作以降低路基含水率水平,并将经历8次冻融循环后的力学指标作为工程设计参考值。     

岩体变形模量的尺寸效应

岩土工程中,现场岩体的承压板试验和变形试验可看作是不同尺寸岩体的变形试验。在某工程的现场岩石力学试验中,对同一组试点的岩体先后进行了承压板变形试验和承载力试验,研究了岩体变形模量的尺寸效应,结果表明,岩体变形模量主要受岩体中的裂隙发育状况控制,当岩体质量较好时,可以由承载力试验曲线来确定岩体的变形特性,这一做法具有一举两得的效果。     

列车振动荷载作用下原状黄土动力特性试验

在动三轴试验的基础上,对列车振动荷载作用下原状黄土的动力特性进行研究。试验结果表明：原状黄土在一定的动应力作用下,应变随着振次的增大而增大,随固结应力的增大而减小。应变与动应力在一定条件下近似为双曲线模型。当动应力比较小时,应变与动应力呈近似的直线关系,但随着动应力增大超过了某一临界值时,原状黄土所产生的应变急剧增加,且增加速率随着振动次数的增加而增加。在一定的振动次数下,土样的应变随振动频率的增大而减小,且频率越小的土样越先出现转折点。原状黄土在固结应力比K_c为1时,动弹性模量随着动应变的增加而减小,且逐渐趋于稳定。动阻尼比随应变增大没有明显的增大趋势,分布比较离散,但其值均在0.10～0.30的范围以内变化。     

冻融循环对黏质粗粒土单轴抗压性能影响的试验研究

循环冻融作用下粗粒土的力学性质对于高寒地区边坡稳定性分析意义重大。以藏区某一排土场土体作为依托,开展了不同冻融循环次数后不同级配黏质粗粒土的单轴压缩试验,研究冻融循环作用对黏质粗粒土单轴抗压性能的影响。结果表明:冻融循环作用对黏质粗粒土应力-应变关系曲线性状及破坏模式有一定的影响,可使其应变呈现由脆性破坏(软化)向塑性流动(硬化)变化的规律。当提高冻融循环次数时,该类土体的弹模和抗压强度均显著减小,其中5~9次冻融循环前减小幅度较大,之后基本保持不变。单轴抗压性能的弱化与土样循环冻融过程中伴随的细颗粒团聚、大中孔隙增多、密实度下降有关。20次冻融循环后,该土质土样抗压强度、弹模最大降低幅度各自高达43%和77%。可见随着提高细砾组的含量,土样的抗压强度和弹模均呈现下降的趋势,这与该土样内粗、细土颗粒的比例及强度发挥机理密切相关。粗粒土单轴抗压破坏应变随冻融循环次数和细砾组含量的增加有一定的增加趋势。     

黄土-基岩滑坡滑带土特性及其演化过程

滑坡的演化过程伴随着滑带的形成,故滑带土的物理力学特性在一定程度上决定着滑坡的形成机理和活动趋势。选取延安丁家沟滑坡滑带土为研究对象,通过X射线衍射、电镜扫描、室内实验等手段,对其矿物成分、微观结构、物理特性和力学特性进行研究。结果表明：不同部位滑带土的性质差异明显,前缘滑带土的含水率、天然密度、干密度、黏土矿物、界限含水率以及粒径分布分维值均明显高于后部滑带土;前缘滑带土在任一法向应力作用下均表现为应变软化的剪切特性,而后缘滑带土在低法向应力水平下表现为弱应变软化,在高应力水平下表现为应变稳定。通过前后缘滑带土物理力学特性差异,总结出此类滑坡演化阶段为后缘剪切面形成→剪切面扩展→滑带贯通。     

干湿循环作用下污泥固化土三维力学特性研究

采用自主研发的新型固化剂对天津城市污泥进行固化处理,通过GCTS真三轴仪对污泥固化土进行不固结不排水试验,探讨其在干湿循环作用下的应力-应变特征和强度指标变化规律。试验结果表明：污泥固化土应力-应变曲线在初始阶段近似表现为线性关系,同等条件下,破坏应力随中主应力比b的增大而增大;相同b值下,破坏应力随干湿循环次数的增大而逐渐减小。经过干湿循环1,3,5,7,10次之后,不同围压下污泥固化土的破坏应力值均呈现下降趋势。当循环次数超过5次后,其降低幅度趋于平缓。在b值较小、循环次数小于3时,应力-应变曲线产生应变软化现象,随着围压和b值的增大表现为硬化型。污泥固化土c、φ值随干湿循环次数的增大呈现出降低趋势,并最终趋于稳定。在此基础上,对不同中主应力比条件下的c、φ值变化规律进行分析,分别建立其与干湿循环次数和中主应力比之间的关系式,并构建出能够考虑不同围压及中主应力比影响的初始弹性模量Ei和主应力差渐近值（σ1−σ3）ulti预测公式。