黄土的钻孔剪切试验特性研究

为研究钻孔剪切试验在黄土中的应用效果,在西安东郊典型的Q₃黄土中进行不同首级法向应力和不同法向应力增量条件下钻孔剪切试验。试验结果表明,抗剪强度随法向应力增大呈曲线形式增大,存在某一临界法向应力值,超过该值后抗剪强度与法向应力之间呈良好的线性关系,能较好地符合摩尔-库仑强度准则,所测得的抗剪强度参数相差较小;在分级加载试验中,法向应力增量越小,达到同一法向应力时的抗剪强度越大;分别加载试验与分级加载剪切试验相比,在相同法向应力下测得的抗剪强度值偏小,随法向应力增大,偏离程度增大;当法向应力较小时,剪切齿难以压入硬土中,导致所测得的黏聚力偏小、内摩擦角偏大,为此建议开发适合不同软硬土质的剪切板,并增加法向位移观测系统,用于判断法向应力施加过程的齿尖压入孔壁情况。     

不同应力分量耦合模式下天津滨海饱和黏性土变形特性研究

地基土单元体在地震荷载作用下将产生主应力轴连续旋转,不同的应力耦合模式对土的强度、孔压以及变形等特性影响显著。利用GCTS空心圆柱扭剪仪,对天津滨海软土场地饱和黏性土进行K0固结下的不同应力耦合模式的循环剪切试验。着重对比相同应力路径下竖向和扭剪双向耦合加载模式,内外围压和扭剪的三向耦合加载模式以内外围压、竖向和扭剪的四向耦合加载模式条件下饱和黏性土的变形特性、循环软化特性。试验结果表明:在相同的动强度下,四向耦合应力模式更容易破坏且变形特性以及软化特性较双向、三向耦合下发展更加迅速;剪应力分量对试样软化变形特性的影响更加显著。     

十字带侧板型抗剪连接件受剪性能试验研究

提出一种十字带侧板型抗剪连接件,以混凝土强度、抗剪连接件长度、抗剪连接件数量为参数设计四个试件,并进行往复加载试验,研究其破坏形态、剪力-位移曲线、骨架曲线、初始刚度、抗剪承载力和应变等指标。结果表明:四个试件的破坏形态基本一致,均由抗剪连接件与混凝土梁连接处率先产生裂缝,并向上端和下端发展,在混凝土出现压溃后达到极限状态;剪力-滑移曲线走势基本相同,均包括初始弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。另外,提高混凝土强度可增大试件初始刚度达16.44%,并能有效降低位移及应变;增大抗剪连接件长度仅提高试件初始刚度的4.25%,且对位移和应变的影响也较小;提高抗剪连接件数量可使初始刚度增大47.82%,抗剪连接件始终处于弹性,且有效减小位移和混凝土损伤,以及提高试件承载能力,满足弯剪分离式组合连接节点预期1mm最大位移的要求。     

复杂应力条件下饱和松砂单调与循环剪切特性的比较研究

本文利用大连理工大学新引进与开发的“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对福建标准砂,在不排水条件下同时进行了单调剪切试验与循环剪切试验,进而对其进行了对比分析。通过比较表明,应力-应变关系的应变软化和硬化特性与流滑变形和循环流动特性密切相关,当循环剪切应力水平高于单调剪切过程中应变软化阶段最小强度时将会发生流滑变形。无论在单调剪切中,还是在循环剪切中,稳定状态时的有效偏应力比随着大主应力方向与竖向之间夹角的增大而减小,在中主应力系数相同的条件下,循环剪切中呈现显著剪胀时的有效偏应力比和最终稳定状态时的有效偏应力比峰值分别与单调剪切中达到相变状态时的有效偏应力比和最终稳定有效偏应力比基本上一致。然而不排水条件下单调与循环剪切过程中孔隙水压力的增长特性却并不相同,循环剪切中的最大孔隙水压力随着初始主应力方向角的增大而减小,单调剪切中的最大孔隙水压力却随着主应力方向角的增大而增大。     

初始主应力方向角对黄土动变形特性影响研究

建筑物和构筑物地基土体的主应力方向往往发生旋转,因此研究初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律具有一定的现实意义。通过对不同初始应力状态下原状与重塑黄土进行动扭剪三轴试验,研究了初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响规律,结果表明:在不同初始主应力方向角下,原状黄土抵抗剪切变形的能力大于重塑黄土;在其他条件相同的情况下,初始主应力方向角越大,黄土抵抗剪切变形的能力越弱;随着初始主应力方向角的增大,黄土的动剪切模量随动剪应变变化的规律呈现出减小的变化趋势,而阻尼比则呈现出增大的变化趋势;初始动剪切模量与最大动剪应力随初始主应力方向角的增大而减小。建议在初始平均主应力较大的情况下,考虑初始主应力方向角对黄土动变形特性的影响,试验成果可为黄土地区工程设计提供一定的参考。     

岩体结构面动态剪切试验研究现状评述

针对岩体结构面动态剪切问题,总结了国内外能用于测试岩体结构面动态剪切强度特性的直剪试验仪和相关室内试验研究现状:目前国内外能用于测试岩体结构面动态剪切强度特性的仪器不多,且仪器指标参数如剪切速率、法向应力加载条件以及试样尺寸变化范围等无法完全满足相关试验要求;对于剪切速率较低的定速率剪切试验,人工岩体结构面峰值抗剪强度随剪切速率的变化而变化,且变化趋势因结构面硬度等物理力学性质的不同而不同,变化幅度随法向应力的增大而增大、随初始起伏度的增大而增大、随循环次数的增加而减小;天然岩体结构面动态剪切试验较少,较高剪切速率和变速率剪切试验数据不足,未见尺寸效应和壁岩强度对结构面动态剪切强度影响的试验成果.研发新的岩体结构面动态剪切强度特性测试的室内试验系统是未来岩体结构面动态剪切问题研究的必由之路.     

中主应力对击实黄土强度和变形特性的影响

为研究中主应力对击实黄土强度和变形特性的影响,利用空心圆柱扭剪仪对击实黄土进行主应力轴方向为0°的定向剪切试验,重点探讨中主应力系数b对剪切过程中击实黄土强度和变形的影响。试验结果表明,在不同中主应力系数下试样的广义剪应力-应变曲线发展模式基本相同,其曲线差异不显著,剪切后期试样表现出显著的延性特性。中主应力对击实黄土的强度影响较大,b=0.25时归一化强度最大,而b=0.5时最小。当b从0到0.25时强度增加;当b=0.25时强度达到峰值,随着b的继续增加,强度迅速减小;当b=0.5时强度达到最小值,随着b的进一步增加,强度先增大后减小。随着中主应力系数b的增加,击实黄土的有效内摩擦角呈现增大的趋势,强度参数在b=0时最小,b=0.75时最大,b=1(三轴拉伸)高于b=0(三轴压缩)。     

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明：（1）分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;（2）在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。     

双向循环荷载下黄土的动变形特性研究

利用SDT-20型动三轴仪在双向循环荷载下探究了黄土的动变形特性,分析了初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土动变形发展的影响。试验结果表明:双向循环荷载作用下,初始动应力状态对黄土破坏模式有重要影响,初始循环偏应力小于0 k Pa时,黄土呈受拉破坏,初始循环偏应力大于0 k Pa时,黄土呈受压破坏。初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土的动剪切变形均有明显的影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值的增大均加快了黄土的动剪切变形发展,使土体的破坏更迅速。预剪应力对土体起到预压密作用,黄土的动剪切变形的发展随预剪应力的增大而减缓。当剪切动荷载幅值保持不变时,拉压动荷载幅值的增大明显地加速了黄土动剪切变形的发展,其对土体动剪切变形的影响和剪切动荷载是一致的。     

环剪仪在超固结土残余强度分析中的应用

环剪仪是研究大剪切位移下土的抗剪强度特性的理想设备。对北京工业大学新引进的DTA-138型环剪仪进行了系统的介绍,并利用该仪器对Ip=12的粉质粘土和Ip=36的粘土进行了试验研究。试验结果表明：该环剪仪测试精度高且具有良好的稳定性,能够保证试验结果的准确性;剪切速率在0．1～10°／min范围内时,对粉质粘土和粘土的峰值强度及残余强度郝没有显著影响;超固结比对粉质粘土的峰值强度和残余强度以及粘土的残余强度几乎没有影响,而粘土的峰值强度随着超固结比的增大有增大的趋势,且相同试验条件下粘土的残余强度显著低于粉质粘土的残余强度。     

考虑刚度劣化的剪切带-围岩系统稳定性分析

峰后的刚度劣化现象（渐进损伤）在多种煤、岩石、混凝土、土和砂子的循环加载实验中已被观察到。本文考虑了剪切带及带外弹性体的不同的刚度劣化现象,推导了剪切带（断层）-弹性围岩系统在直剪条件下的应力-变形曲线。剪切带的刚度劣化不改变剪切带的总变形,但使剪切带的弹性变形增加、塑性变形降低。考虑弹性体的刚度劣化现象之后,系统的峰后应力-变形曲线呈现非线性特征,这不同于过去忽略刚度劣化现象的结果。在应变软化过程中,剪切带之外弹性体的刚度劣化,使系统的峰后响应由负斜率（Ⅰ类行为）变为正斜率（Ⅱ类变形行为）。较高的弹性体尺寸、较高的脆性、较小的内部长度、较低的围岩初始弹性模量、较高的抗剪强度、较低的残余剪切应力及较高的残余剪切弹性模量,使系统的峰后响应变得陡峭,甚至发生Ⅱ类行为,使系统的失稳（岩爆、冲击地压、采矿诱发地震或矿震）易于发生。     

Influence of shear angle on hangingwall deformation during tectonic inversion

Tectonic inversion is a common phenomenon in island arc settings, especially in back‐arc basins. The reactivation of normal faults as thrusts, triggered by tectonic inversion, produces typical inversion fault‐related folds and thrusts in the hangingwall. These hangingwall inversion geometries are affected by two factors: the geometry of the underlying master fault and the angle of inclined simple shear relative to the regional dip of strata, in the case that the deformation is approximated by simple shear. This study employed numerical simulations to analyse the influence of the antithetic shear angle on the geometry of the hangingwall and displacement along the master fault. The simulation results reveal that a steeply inclined shear vector during extension produces a narrow, steep‐sided half‐graben, whereas a gently inclined shear produces a wide, open basin. After tectonic inversion, a tight anticline is formed under steeply inclined shear, whereas an open anticline is formed under gently inclined shear. Antithetic shear results in reduced total displacement along the master fault, and the greater the angle between the shear direction and the regional dip, the greater the displacement along the master fault. Because the deformation geometry of syn‐extension layers is affected by extension followed by contraction, a change in the shear angle during tectonic inversion produces a wide variety of deformation geometries. Comparison of the simulation results with the results of analogue modelling suggests that the shear angle decreases by 5° during the transition from extension to tectonic inversion and that such a change may be commonly observed in natural geological structures. These results highlight the benefits of numerical simulations, which can be used to readily examine a variety of constraining parameters and thereby lead to a better understanding of the mechanism of hangingwall deformation, avoiding erroneous estimates of the amount of fault displacement.     

具有割缝的大理岩试件破坏过程的有限元模拟

本文使用应变软化的弹塑性本构模型,用有限元方法对具有中心斜割缝的岩石试件在轴压下的破坏过程进行了数值模拟。得到了与实验观察相当一致的结果:在割线端部附近,首先发生张破裂,裂纹的扩张是逐渐地弯向试件的轴线方向,并变为稳定的。随着轴向压力增加,在张裂纹的相反方向上出现共轭的剪破裂。这些现象与割缝顶端附近材料的应变软化性质有关。说明所采用的有限元方法是研究岩石材料破裂过程的一种可行的方法。     

Polar Mohr diagram method and its application in calculating the shear displacements of general shear zones with volume loss--With the Sangshuyuanzi ductile shear zone as an example

The main problem,in determining the shear displacement of a general shear zone with volume change using the available formula,is that it is hard to know the initial angle between the planes (or lines) in the plane of shear.A planar deformation analysis of this kind of ductile shear zone is carried out with the polar Mohr diagram.If the volume change is induced by homogeneous contraction in the Z direction of the shear zone,there are sufficient conditions for constructing a polar Mohr diagram regardless of sequence of the simple shear and volume change.Therefore,the angle between a line and the shear direction before and after the deformation can be measured.Making use of these lines the shear strain and the volume change can be calculated and the shear displacement can be determined.     

Polar Mohr diagram method and its application in calculating the shear displacements of general shear zones with volume loss

The main problem, in determining the shear displacement of a general shear zone with volume change using the available formula, is that it is hard to know the initial angle between the planes (or lines) in the plane of shear. A planar deformation analysis of this kind of ductile shear zone is carried out with the polar Mohr diagram. If the volume change is induced by homogeneous contraction in the Z direction of the shear zone, there are sufficient conditions for constructing a polar Mohr diagram regardless of sequence of the simple shear and volume change. Therefore, the angle between a line and the shear direction before and after the deformation can be measured. Making use of these lines the shear strain and the volume change can be calculated and the shear displacement can be determined.     

考虑抗震墙剪切变形情况下对框架-抗震墙协同工作分析探讨

通过建立框架-抗震墙结构单元模型，采用在楼层处有集中力而在楼层之间有分布力的地震作用模式并考虑抗震墙剪切变形的影响，得到了结构内力和变形之间的公式。根据实例分析可得抗震墙剪切变形对整体结构变形影响很小，因此一般情况下在计算框架-抗震墙结构时忽略剪切变形是合理的；同时发现框架剪切刚度越大，抗震墙剪切变形对框架-抗震墙结构整体变形的影响就越大，反之则越小。     

高烈度区公路隧道横通道地震响应分析

双洞隧道主隧道与横通道交接部位是隧道抗震中的薄弱位置,以穿越高烈度区隧道为背景,采用MIDAS GTS-NX有限元分析软件,对在汶川地震动作用下的公路隧道横通道进行地震响应分析。在X方向和Y方向地震动荷载的共同作用下,通过对围岩和衬砌的计算结果研究,得出以下结论:隧道整体的最大相对位移主要发生在主隧道与横通道拱顶和连接处;衬砌相对位移随埋深增加而减小;隧道产生的横向变形更大;横通道边墙位置更容易受到剪切破坏,主隧道与横通道连接处拱脚的弯矩、剪力、最大主应力和最大剪应力最大,应重点采取设防措施。     

颗粒体材料在压缩位移控制加载条件下的力学行为及界面参数对它的影响

采用连续介质快速拉格朗日分析程序（FLAC）,模拟了颗粒体材料在压缩位移控制加载条件下的力学行为及破坏过程。颗粒及它们之间的界面被离散为尺寸相同的单元。颗粒被视为各向同性的弹性材料,而界面被视为弹性-应变软化-理想塑性材料。界面完全破坏之后,其内聚力为零而内摩擦角不为零,因而适于模拟颗粒之间的摩擦行为。在双轴压缩条件下的计算结果表明,压应力通过颗粒之间的接触,以应力线的方式在试样的垂直方向上传递,最终形成了清晰、有序的图案,而剪切应变增量的高值区主要位于一些界面上。从剪切应变增量的高值区中能发现试样中的最薄弱环节。此外,还研究了试样两侧的压应力、界面的初始内聚力及内摩擦角对试样的应力—时步曲线的影响。