花岗岩动三轴抗压强度的裂纹模型研究(Ⅰ):理论基础

;简要地介绍了岩石材料在压应力作用下的裂纹模型.应用虚拟力方法(Pseudo-traction method)考虑2阶虚拟力情形,求解裂纹组应力强度因子表达式,为岩石动三轴抗压强度的裂纹模型研究提供理论基础.     

花岗岩动三轴抗压强度的裂纹模型研究（I）：理论基础

简要地介绍了岩石材料在压应力作用下的裂纹模型。应用虚拟力方法(Pseudo-tractionmethod)考虑2阶虚拟力情形,求解裂纹组应力强度因子表达式,为岩石动三轴抗压强度的裂纹模型研究提供理论基础。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

用DDS-70动三轴仪研究了加筋土的动弹性模量,着重研究了动弹性模量随围压、密实度和加筋层数的影响。研究表明：加筋土试样动应力-应变关系曲线符合双曲线模型;加筋土动弹性模量和应变相关曲线与纯粉土的有关曲线相似;加筋土试样的动弹性模量随应力水平的增长而降低;在相同的动应力水平下,随围压、初始干密度的增大而增大。动弹性模量随动应变的增加而减小,其变化呈指数衰减。加筋土的最大动弹性模量与筋体自身性质、围压和土体的密实程度有关。     

成都粘土动三轴试验研究

振动三轴试验是室内研究土动力特性的有效手段。从分析实际动荷载作用特点入手，结合本实验室设备条件，对成都地区具代表性的两类土的动强度进行了试验研究，获得了其动强度指标及一系列有益的认识。     

花岗岩矿物组成与其单轴抗压强度的相关性研究

花岗岩体是很多重要工程地基或围岩的首选。选取高放废物地质处置阿拉善预选区巴彦诺日公花岗岩样品,开展薄片鉴定,获得各花岗岩样品的矿物含量和粒径;通过单轴压缩试验,获得花岗岩的单轴抗压强度。通过对比各组样品矿物含量和粒径与单轴抗压强度,研究二者之间的关系。结果表明:对花岗岩单轴抗压强度影响最大的矿物是钾长石和黑云母,斜长石和石英的影响不明显;矿物粒径与单轴抗压强度的相关性不明显,但与某一结构岩石单轴抗压强度的相关性明显;花岗岩的强度不仅仅取决于组成矿物含量和粒径,对于其内部结构的细节（如微裂隙、矿物排列、胶结等）非常敏感。     

花岗岩三轴循环加卸载条件下的气体渗透率

为研究花岗岩在三轴循环加卸载条件下气体渗透率的演化规律,利用岩石多场耦合三轴试验仪分别对花岗岩进行三轴恒下限分级循环加卸载试验和气体渗透试验。试验结果表明：加载曲线与上一次循环卸载曲线形成塑性滞回环,随着循环次数的增加,每个循环应力下限的轴向应变也随之增加;前期几个循环试样体积压缩明显,以轴向压缩变形为主,后期轴向应力达到一定数值时体积由压缩转为扩容,裂纹发展方向偏向于轴向方向,均呈剪切脆性破坏;气体渗透率变化分为稳定下降阶段、缓慢增加阶段、急剧上升阶段3个阶段,试样脆性破坏后气体渗透率均上升2～3个数量级;体积应变曲线拐点与横向应变曲线结合起来可以作为研究岩石渗透率变化规律的一个重要参考因素。     

饱和橡胶砂动力特性动三轴试验研究

橡胶质轻、耐磨、渗透性好、减振性能优良,橡胶颗粒与砂土混合作为土工填料可被用于边坡、路基和垃圾填埋场中。通过室内动三轴试验研究了不同橡胶含量混合土的动强度特性及动孔压发展特性。结果表明：橡胶质量含量越高,混合土的抗液化强度越高,且混合土的液化强度曲线符合乘幂函数关系;考虑橡胶质量含量的影响,得到了归一化混合土液化强度曲线;初始应力比和橡胶含量对混合土动孔压比发展具有明显影响,建立了不同试验条件下动孔压比发展模型。试验发现,当初始动应力比超过0.4时,10%橡胶含量的混合土出现明显橡胶颗粒向上迁移现象。基于颗粒细观接触和颗粒运动状态,揭示了橡胶颗粒迁移机制。     

加温三轴试验中砂岩的微裂纹与横波速度

通过对砂岩进行加温三轴试验,分析了超声波速度与应力的关系,根据实验结果,提出了一种以横波速度最大值评价砂岩试件微裂纹开始产生时的应力值的方法,邓横波速度峰值点及其后波速减小现象说明载荷下的砂岩产生了新的微纹。Ｓ波速度峰值点的应力值大小,随砂岩的孔隙度和粘土含量的不同而不同,致密砂岩是大于破裂强度的５５％出现Ｓ波速度峰值,而疏松砂岩在大于破鲜明强度的７０％才出现了Ｓ波速度峰值。     

全风化花岗岩的路用动态特性研究

利用动三轴试验,研究了全风化花岗岩在重复荷载作用下的动态特性,根据累积应变随加载次数的变化规律,建立了动强度曲线,分析了动强度与围压、压实度以及动模量与动应力的相关关系,讨论了含水量对动态特性的影响,提出了运用动态特性评价公路路基填料的方法,并在实际工程中予以应用。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

中高温三轴应力下鲁灰花岗岩热破裂声发射特征的试验研究

在中高温三轴应力作用下岩石内部物理化学性质和结构特性将发生变化,随着岩石内部结构的变化会引发一系列的声发射现象。通过试验研究了大试件花岗岩在三轴压力状态下声发射随温度的变化规律。试验研究表明：①随着温度升高,岩石的声发射现象是间断发生的;②花岗岩存在一个开始发生热破裂的门槛值温度,其值为120 ℃左右;③试验温度范围内花岗岩热破裂的声发射现象可分为5个阶段,即岩石原生裂隙整合阶段、热破裂前声发射静默阶段、热破裂声发射阶段、大规模热破裂后声发射静默阶段、二次热破裂开始阶段。     

基于微观结构的砂土液化动三轴试验研究

通过动三轴及SEM扫描电镜等试验研究安庆地区特殊砂土（淤泥质砂土、黏土质砂土及粉土质砂土）抗液化性能的影响因素,分析粒径及级配、细粒含量及微观结构对砂土液化影响。研究表明：骨架颗粒越大,抗液化能力越强;砂土所含颗粒越均匀,即土的级配越优良,砂土抗液化能力越强;砂土的抗液化能力随着其细粒质量百分含量的增加先减小后增加,且不同类砂土抗液化能力最弱时所对应的细粒质量百分含量不同。     

华山花岗岩动力学行为与破坏准则研究

对华山花岗岩进行了应变率范围10-4~100/s、围压范围20~100MPa的动三轴试验测试,结果表明在不同围压下,随着应变率增加,花岗岩的抗压强度增长幅度呈减小趋势,弹性模量和泊松比与应变率没有明确关系;随着围压的增加,弹性模量和泊松比与围压间也没有明确关系。接着,作者分别判别了动态的莫尔-库伦强度准则、动态的霍克-布朗强度准则的适用性,并对试验数据进行分析。研究结果表明,在中等应变率下,动态莫尔-库伦强度准则和动态霍克-布朗强度准则均适用,当采用动态莫尔-库伦强度准则时,花岗岩的内摩擦角随应变率增加变化幅度很小,其抗压强度主要取决于花岗岩的粘聚力;当采用动态霍克-布朗强度准则时,参数m对应变率变化不敏感。     

绿片岩三轴流变力学特性的研究(II):模型分析

首先,基于在岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验曲线,采用五元件线性粘弹性模型对表现为粘弹性流变特性的曲线进行了辨识,获得了绿片岩的粘弹性流变参数;然后,提出了一个新的非线性粘性元件,并将其与塑性体并联起来,得到一个新的非线性粘塑性体(NVPB),该体能充分反映岩石的加速流变特性:同时,将NVPB模型与五元件粘弹性模型串联起来,建立了一个新的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型。采用绿片岩加速流变全过程曲线,对提出的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型进行了辨识,得到了岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型的材料参数。流变模型与试验结果的比较,显示了所建模型的正确性与合理性。     

强风化花岗岩弹塑性本构模型研究(Ⅱ):工程应用

根据文献[1]优化反演得到隧址处强风化围岩应变硬化弹塑性本构模型的计算参数,通过数值仿真研究CRD法、双侧壁法和台阶法3种工法时围岩与支护结构的受力变形情况,结果表明,CRD法为最优工法。在此基础上,根据翔安隧道左线ZK8+257～ZK8+307段的现场实际施工情况,建立三维模型动态模拟隧道CRD法开挖支护全过程,并将计算的变形位移与现场实测数据进行对比分析。研究表明：提出的弹塑性硬化本构模型及其数值仿真技术可较好地反映强风化花岗岩隧道开挖过程中的变形和破坏规律。其研究成果可为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的施工和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

掺有橡胶粉末砂土液化特性的动三轴试验研究

由于重度小、渗透性强,橡胶粉末常作为边坡、路基和挡土墙的填料,以代替部分砂土,从而提高挡土墙的安全性,并减少砂子的用量。在地震或交通荷载作用下,掺有橡胶粉末的砂土动力学特性,包括应力-应变关系曲线、孔隙水压力累积规律、动剪切模量和抗液化能力方面的研究亟需开展。借助CKC循环动三轴仪,开展饱和不排水条件下掺有橡胶粉末的砂土试样的动力学特性研究,重点评估掺入的橡胶粉末对试样的抗液化性能的影响。研究结果发现,掺有不同粒径橡胶粉末的砂土对应力-应变关系、孔隙水压力的影响非常显著,同时发现,粒径较大的橡胶粉末可以极大地提高试样的抗液化能力。另外,发现掺入量越大,对抗液化能力的提高越明显,且随着掺入量的提高,表现出与常规砂土液化不同的破坏模式。研究结果进一步明确了掺有橡胶粉末的砂土动力特性行为,为橡胶粉末在工程实践中的应用提供了技术依据。最后,对橡胶砂土混合的微观机制进行了解释。     

考虑温度效应的片麻状花岗岩三轴蠕变试验研究

随着地下洞室开挖深度的增加,温度已成为影响洞室长期稳定的重要因素。为有效反映温度对深埋地下洞室围岩长期稳定的影响,依托某水电站引水隧洞工程,开展了不同温度和不同加载应力路径条件下片麻状花岗岩的三轴蠕变试验,系统分析了温度、围压、轴压对片麻状花岗岩蠕变变形特征、蠕变强度和蠕变破坏模式的影响。通过蠕变试验发现:片麻状花岗岩的蠕变性能随着加载应力的增大和温度的升高而呈指数变化;片麻状花岗岩存在蠕变应力阈值,且温度越高,蠕变应力阈值越低,蠕变破坏时间越短;片麻状花岗岩稳态蠕变速率随温度的升高而增大,符合指数关系,其蠕变长期强度和蠕变破坏强度均随温度的升高而降低;在温度效应条件下,片麻状花岗岩蠕变破坏模式主要为沿斜截面的剪切破坏。试验研究成果为水电站引水隧洞围岩长期稳定性分析与设计、施工提供了重要的试验依据。     

基于反正切函数的西安黄土动本构模型

基于反正切函数曲线,构造了一种新的黄土非线性动力本构模型。选取西安黄土试样进行室内动三轴试验,得到黄土试样的动应力-应变曲线,并以此得到了所提本构模型的理论曲线。理论曲线与试验结果对比表明,较Hardin-Drnevich模型而言,所提西安黄土动本构模型能够更好地描述三轴应力条件下黄土的强度和变形特征。研究结果表明,加载频率与含水率不变时,动剪切模量随围压的增大而增大。加载频率与围压不变时,动剪切模量随含水率的增大而逐渐减小。含水率与围压不变时,动剪切模量随加载频率的增大而增大。     

三轴试验尔包络线模型拟合

在王星辉提出的三轴强度指标回归求值方法的基础上,对该方法进行了改进与完善.严格采用数学方法对包络线的线性模型及曲线模型中的抛物线、对数模型进行了详细求解,并对试验数据的可靠性进行了判断.提出了各种包络线模型的优选优化方法,并给予了实例说明.由实例可知,试验数据虽满足相关系数要求,但线性模型并非最优模型;线性化求解的对数...     

强风化花岗岩弹塑性本构模型研究(Ⅰ):理论模型及参数反演

厦门翔安隧道是国内修建的第一条海底隧道,其相关勘察、设计以及施工经验和工程总结材料将对国内其他海底隧道的建设具有十分重要的借鉴作用。与山岭隧道相比,需要解决的岩体力学与隧道工程结构设计等方面的问题不尽相同,存在不少现行规范未能涵盖而又亟待在设计中予以明确回答的问题。根据厦门翔安海底隧道风化槽强风化花岗岩的室内应力-渗流耦合试验成果,建立了强风化花岗岩的应变硬化的弹塑性模型和黏聚力演化方程,通过反演确定了模型的力学参数。研究表明,提出的应变硬化的弹塑性模型能合理地反映强风化花岗岩的力学特性,其成果具有很好的推广应用价值。