循环荷载作用下击实粉土累积塑性变形研究

在飞机荷载长期作用下,粉土道基累积塑性应变发展特性会发生改变。为揭示荷载频率和压实度对粉土道基累积塑性变形的影响规律,开展了室内大型动三轴试验。试验结果表明,不同循环应力比条件下,击实粉土试样的累积塑性应变发展规律可分为3种:塑性安定、塑性蠕变和增量破坏,压实度对累积塑性应变及临界循环应力比均有影响,荷载频率对加载前期的累积塑性变形发展速率影响较为显著;同时,较小压力水平条件下,压实度对试样回弹特性影响较大,压实度越大,试样回弹模量越大。针对稳定型粉土试样累积塑性应变的发展特点,提出了考虑压实度和荷载频率共同影响的累积塑性应变模型,并利用试验数据对模型拟合,发现相同压实度或荷载频率下,各拟合参数与循环应力比呈较好的线性关系;在此基础上对各参数进行归一处理,确定了各参数与循环应力比、压实度和荷载频率的变化关系。     

荷载-干湿循环共同作用下泥岩的压缩特性

泥岩遇水易崩解泥化,特别是耦合荷载作用后,其力学性能衰减更加明显。为掌握泥岩在环境因素和外部荷载作用下的性能演化规律,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的压缩特性试验。发现初次浸水后压实泥岩发生膨胀,但随着干湿循环作用的进行,泥岩试样发生压缩变形。然后,对压实泥岩试样进行孔隙分析,结果表明,泥岩孔隙分布呈现双峰特征,峰值大约位于0.3 ?m和10.0 ?m孔径处,干湿循环和荷载的作用引起孔隙体积减小,特别是对大孔径孔隙的影响最显著。最后,依据泥岩的膨胀、压缩和孔隙分布特征,提出了压实泥岩的孔隙-荷载-水分相互作用模型,将压实泥岩的孔隙体积分为团粒内孔隙和团粒间孔隙两类;分析了荷载-干湿循环引起泥岩团粒崩解破碎和充填团粒之间孔隙的演变过程。揭示了泥岩孔隙-水分-荷载的相互作用机制,为泥岩路基的填筑提供了理论参考。     

基于CT的干湿循环-动荷载贯序耦合作用下压实粉质黏土细观结构特征研究

为进一步揭示多因素耦合作用下服役期路基土体性能劣化机制,在前期工作基础上,采用CT扫描技术对经历不同干湿循环、动荷载条件的压实粉质黏土试样细观结构特征开展研究,分析干湿循环-动荷载贯序耦合作用对试样孔隙三维空间分布、孔隙体积统计分布、图像灰度统计指标的影响规律,分析试样宏观性能与细观结构特征的关系。试验结果表明：干湿循环作用会导致试样产生更多大孔隙和贯通裂隙,动荷载作用可以使因干湿循环产生的部分孔隙或裂隙闭合;随着干湿循环和动荷载的贯序耦合作用,试样中的小孔隙数量呈增多趋势;干湿循环作用均会导致孔隙总体积增加,动荷载作用则会使孔隙总体积减小;试样细观结构特征参数可以用于解释试样宏观性能演化规律。     

干湿循环对填埋场压实黏土盖层渗透系数影响研究

针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗失效等问题,系统开展了干湿循环作用下（室内模拟填埋场气候环境）压实黏土渗透特性及微观结构特征试验研究,探讨了干湿循环次数、压实度、试样尺寸对压实黏土渗透系数影响并从微观层次揭示其防渗失效内在本质。研究结果表明：干湿循环前,相同压实度的大、小两种尺寸渗透试样所测渗透系数基本相同,经3次干湿循环后,不同尺寸、不同压实度黏土渗透系数增加量却存在明显差异。干湿循环作用下,小尺寸高、低两压实黏土试样均只收缩不开裂,并且高压实黏土微观结构损伤大于低压缩黏土,其渗透系数的增加量也大于小尺寸低压实黏土。而大尺寸试样裂隙发育与现场压实黏土裂隙发育相似,高压实黏土内部裂隙体积小于低压实黏土,其渗透系数的增加量也小于低压实黏土。同时,大尺寸试样内部大量未闭合宏观裂隙致使其渗透系数增加量大于同等压实度条件下小尺寸试样渗透系数增加量。室内小尺寸试样无法体现干湿循环作用下压实黏土层内部干缩裂隙对其渗透性能的影响,因此,其渗透试验结果不宜作为评价压实黏土长期防渗性能的评价指标。     

武汉地铁三号线土层盾构开挖引起的地表沉降研究

为了研究红黏土的变形特性,使用常规固结仪和自制收缩仪,对压实桂林红黏土进行了无荷载条件下4次膨胀和收缩试验。结果表明:红黏土的胀缩变形过程是不可逆的;随着干湿循环次数增加,膨胀试验试样高度变化较小,收缩试验试样高度逐渐增大,膨胀变形和收缩变形均呈逐渐减小趋势;稳定后膨胀率和收缩率均逐渐减小,收缩系数不断减小,最终趋于一个较稳定数值;采用绝对膨胀率、绝对收缩率、相对膨胀率、相对收缩率等参数可以定量分析干湿循环作用下压实红黏土的胀缩变形程度及其变化规律。     

干湿循环下压实红黏土胀缩特性试验研究

为了研究红黏土的变形特性,使用常规固结仪和自制收缩仪,对压实桂林红黏土进行了无荷载条件下4次膨胀和收缩试验。结果表明:红黏土的胀缩变形过程是不可逆的;随着干湿循环次数增加,膨胀试验试样高度变化较小,收缩试验试样高度逐渐增大,膨胀变形和收缩变形均呈逐渐减小趋势;稳定后膨胀率和收缩率均逐渐减小,收缩系数不断减小,最终趋于一个较稳定数值;采用绝对膨胀率、绝对收缩率、相对膨胀率、相对收缩率等参数可以定量分析干湿循环作用下压实红黏土的胀缩变形程度及其变化规律。     

三轴应力作用下岩盐溶蚀特性试验研究

通过大量的三轴应力作用下岩盐溶蚀特性试验,对岩盐溶蚀特性进行了研究,结果表明,对于岩盐溶解速率来说,三轴应力作用的影响不可忽略;采用宏观溶解速率（即溶蚀质量）与围压、塑性体应变和溶解时间之间的关系来定量描述三轴应力作用下岩盐溶解速率的变化,并在试验的基础上获得了宏观溶解速率与围压、塑性体应变和溶解时间之间的关系表达式;在相同的溶解时间、塑性体应变条件下,不同围压下岩盐试样溶蚀前后的形态差异较明显,应力影响质量变化较大,且随着围压的增加,试样溶蚀后形态的变化越小,应力影响质量越小;揭示了三轴应力作用下岩盐溶蚀特性变化机制,得出三轴应力作用下岩盐溶解速率变化与不同围压下表面裂纹的发育与扩展有着直接的联系。该研究成果为进一步研究岩盐应力-溶解耦合机制奠定了试验依据以及理论基础。     

筋-土界面力学特性的水平循环剪切试验研究

加筋材料与土界面力学特性是加筋土结构设计和稳定性分析的重要依据。在大型多功能界面剪切仪上,进行了土工格栅和标准砂界面的水平循环剪切试验,分析循环荷载作用下筋-土界面力学特性,研究循环荷载特征对界面剪切力和法向位移的影响,探讨水平循环荷载作用下筋-土相互作用规律。结果表明,随循环次数增加,剪切力-位移关系曲线逐渐重合,剪切力峰值变化不明显,界面剪切模量增大并趋于稳定;循环剪切位移幅值和剪切速率对剪切强度的影响不明显,但对试样法向位移有较大影响;水平循环剪切过程中试样发生明显的法向位移,加筋可有效限制试样的竖向变形。     

干湿循环条件下压实黄土变形特性试验研究

由于降雨及蒸发的周期性变化等原因,压实地基土经常处于干湿交替状态,这种干湿循环作用会影响路基及地基的长期稳定性。通过气压式固结仪测试压实黄土试样经过不同次数干湿循环作用后的侧限压缩应变与垂直压力( - )曲线,研究干湿循环作用对压实黄土变形特性的影响,同时利用已有模型对实测曲线进行拟合,并基于割线模量法分析了割线模量与初始压实度及干湿循环次数的关系。结果表明：初始压实度对黄土的压缩变形有显著影响,不同初始压实度的试样其各级压力下的侧限压缩应变均随着干湿循环次数的增大逐渐增加,之后趋于稳定;初始压实度越高,干湿循环作用影响效应越显著;干湿循环作用并不改变土体 - 曲线的形式;割线模量与干湿循环次数及初始压实度的关系均呈指数关系。     

循环载荷对压实雪冰抗压强度的影响研究

世界强国针对南极科技前沿、地缘政治、开发利用权益的争夺日趋激烈。中国建设和运营南极航空基础设施,有利于提升中国在南极的综合影响力、扩大南极科学考察规模、满足人员和物资快速投送需求,因此,南极机场建设的战略发展价值突出,而压实雪层跑道是中国在南极建设大型机场路面的首选形式。采用压实雪的方法制备人工冰样,结合冰雪跑道所承受的飞机载荷特征,在（-10.0±0.3） ℃温度条件下,以1.0 MPa为平均加载应力,以0.03 Hz为加载频率,应力幅值为0.2~1.0 MPa,循环次数100~900为循环条件,开展在1.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1应变速率下循环载荷压实雪冰的抗压强度试验,以及5.0×10^-4~1.0×10^-1 s^-1应变速率下单调载荷压实雪冰的抗压强度试验。结果表明：单调载荷下的压实雪冰抗压强度在韧性区内随着应变速率的增加而增加,在韧性-脆性过渡区达到最大值,然后在脆性区中显著减少;在高应变速率和一定循环次数范围内,循环载荷对压实雪冰的抗压强度具有强化作用;当超过一定循环次数时,循环载荷对压实雪冰的抗压强度会产生弱化作用。以上试验结果可为压实雪层跑道的设计和维护提供理论依据。     

冻融作用下PPF稳定土力学性能研究

为了研究冻融作用下外加材料稳定土的力学性能,以一种国产土壤固化剂（TG固化剂）加固低剂量水泥石灰稳定土为研究对象,通过冻融前后的无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验和抗压回弹模量试验,研究不同压实度、聚丙烯纤维（PPF）掺量稳定土的力学性能。结果表明：稳定土的抗压强度、劈裂强度及回弹模量均随冻融次数的增加而降低,经历6次冻融循环后,强度、模量损失率基本稳定。冻融前后稳定土的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量以及强度、模量的残留百分比均随着压实度和PPF掺量的提高而增大。结合工程实际情况,选取压实度为95%,0.2% PPF综合稳定土进行冻融试验,得到抗压强度残留比（BDR）达到59.32%,质量变化率仅为6.28%,研究表明,PPF综合稳定土具有优良的冻稳定性,可用作路面基层材料。     

非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究

动载作用下非饱和粉土路基内部的水分迁移规律,对研究重载铁路在浸水状态下的路基稳定具有重要意义。基于范德堡原理,利用土样的电阻率特性,研制出一套基于GDS动三轴仪的非饱和土样含水率分布规律测试系统。利用该系统开展浸水动三轴试验,并对试验过程中非饱和试样的分层含水率进行连续测试,探究土样的初始压实度、动载的动应力幅值对非饱和土样内部水分迁移的影响规律。结果表明:该测试系统可在动三轴试验过程中对非饱和试样的分层含水率进行实时、无损、连续地测定,测试结果的最大误差为0.7%;非饱和土样在动载作用下随其含水率逐渐增大,土样的初始压实度对电阻率的影响程度减弱,接近饱和含水率时可忽略;土样初始压实度、含水率与土体电阻率具有确定的函数表达式,并具有良好的相关性及唯一性。结合试验结果分析认为:降雨及动荷载共同作用下,路基内水分在某一深度土体积聚,该区域孔隙水压力增大,强度降低,导致翻浆冒泥病害的发生;路基压实度及列车轴重增大,均会抑制路基内水分向下部迁移,有助于路基的稳定,但轴重增加,可能导致路基的失稳,当轴重大于临界动应力时,路基将发生破坏。     

赤泥改性黄土的基本工程性质研究

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性,进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验,得出赤泥改性黄土的最佳配比,建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验,分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明,随赤泥含量增加,改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小,当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa,较不掺入赤泥时提高约34.7%;改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低,至赤泥含量5%后趋于稳定;改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系;改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 kPa,最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍,且其浸出液不具有浸出毒性。     

Investigating the Effect of Cyclic Loading on the Indirect Tensile Strength of Rocks

This paper presents the results of laboratory experiments during the investigation of the stress–strain characteristics of Brisbane tuff disc specimens under diametral compressive cyclic loading. Two different cyclic loading methods were used: namely, sinusoidal cyclic loading and cyclic loading with increasing mean level. The first method applied the S–N curve approach to the indirect tensile strength (ITS) of rock specimens for the first time in the literature, and the second method investigated the effect of increasing cyclic loading on the ITS of rock specimens. The ITS of Brisbane tuff disc specimens was measured using the Brazilian tensile strength test. The reduction in ITS was found to be 33% with sinusoidal loading tests, whereas increasing cyclic loading caused a maximum reduction of 37%. It is believed that the fracturing under cyclic loading starts at contact points between strong grains and weak matrices, and that contact points at grain boundaries are the regions of stress concentration (i.e., indenters). Transgranular cracks emanate from these regions and intergranular cracks sometimes pass through the contact points. Once cracking begins, there is a steady progression of damage and a general ‘loosening’ of the rock, which is a precursor to the formation of intergranular cracks.     

Damage evolution of rock salt under cyclic loading in unixial tests

Cyclic loading tests of rock salt were performed to investigate the characteristics of damage evolution of the surrounding rock in gas caverns. In this experiment, the cyclic loading process was carried out on seven stress levels from 20 to 86 % of the uniaxial compressive strength. The sine wave with a frequency of 1 Hz was adopted in the cyclic loading test. Experimental results show that at the first stress level, the damage evolution is rather limited or negligible under cyclic loading, which is controlled within the elastic limit. With the increase in stress level, the damage evolution becomes more evident. An increasing tendency of damage variable can be observed if the stress level surpasses 40 % of the uniaxial compressive strength. A maximum damage value of around 0.95 is recorded when the stress level is over 85 % of the uniaxial strength. In this paper, a damage evolution equation is also introduced and good agreement is obtained with the experimental data. Based on the experimental data, it is shown that the design practice of gas cavern concerning the degree of strength utilization of the surrounding rock is rather conservative considering the reducing effect of the minimal gas pressure on the damage evolution.     

Effect of cyclic loading on the residual strength of over-consolidated silty clay in a ring shear test

In this paper, the effect of cyclic loading on drained residual strength of over-consolidated silty clay is examined based on the results from ring shear tests which were conducted with a sophisticated ring shear apparatus. Initially sheared to form shear zones under different pre-consolidation pressures and at different shear rates (SRs), soil samples were then tested under cyclic loading. After the cyclic loading application, the samples were re-sheared while the corresponding shear strengths were measured. The results show that the effect of cyclic loading on residual strength is noticeable. The effect is related to pre-consolidation history and SR of the soil samples. Under conditions of relatively low over-consolidation ratio (OCR), the soil samples show an increase in residual strength with decreasing SR after cyclic loading. Most of the peak strength values after cyclic loading are higher than the residual strength values obtained before cyclic loading. Two effects of cyclic loading on the residual strength are identified: (a) If OCR is less than or equal to 3.0, the residual strengths measured after cyclic loading are larger than those before cyclic loading; (b) If OCR is greater than or equal to 3.5, the residual strengths after cyclic loading tend to become lower than those in the shear tests before cyclic loading.     

上海人工冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验研究

对3种不同含水率的上海冻结黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验。通过对试验数据的分析可知,单轴抗压强度受温度、加载速率、含水率及干密度等因素影响;温度越低、加载速率越大,冻土强度越高。得到了抗压强度与温度的指数函数模型参数和抗压强度与加载速率的幂函数模型参数,建立了以温度、加载速率、含水率（干密度）为变量的强度模型方程。通过正交试验分析得出,各因素对冻土抗压强度的影响程度由大到小依次为温度、加载速率、含水率。     

泥岩强度特性的动力效应

本文通过对泥岩(粉质粘土)所进行的静、动强度试验结果的比较,验证了加荷速率效应和重复效应对泥岩强度的影响。试验发现:在快速加荷(升压时间10ms)的情况下,土的动强度都大于静强度。该泥岩无侧限抗压强度动力值为静力值的2.3-2.9倍;动强度指标C为静强度指标C.的2.8倍左右,它们的ф值相近。重复(3600次)荷载效应对泥岩强度的影响不太明显。在无侧限的条件下,其疲劳强度稍低于静力无侧限抗压强度值。     

Dynamic Effect of Mudstone Strength Properties

This paper, comparing the dynamic test results of mudstone (silty clay) with the static ones, verifies influence of cyclic loading and loading rates on the strength of mudstone. It is found that the dynamic strength is higher than the static strength. In the case of rapid loading (rising time of pressure is 10ms ), the unconfined compressive strength for this type of soil in dynamic test is 2.3 to 2.9 times as high as that in static tests, and the strength index, Cd , is about 2.8 times as great as Cs , but ∅ values are approximately equal to each other. Repeat loading (up to 3600 cycles) has no great influence on the strength of mudstone, and under the condition of unconfined loading, the fatigue strength of mudstone is somewhat lower than its statically strength.