初始应力条件对松砂动力变形特性影响的试验研究

实际建筑物地基或土坡中土体在地震或波浪等复杂动力荷载作用前往往处于复杂的初始应力状态,而常规的土工动力试验通常无法再现这种复杂固结应力条件下土的动力特性。利用最新研制开发的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂（ %）,进行了循环扭剪试验,探讨了初始主应力方向角 和初始偏应力比 等初始固结条件对松砂动剪切模量G和阻尼比 等动力变形特性的影响。     

广义非线性强度理论体系

广义非线性强度理论用一个表达式统一描述各种材料在 平面及子午面上的非线性强度特性,形成了一个全新的非线性强度理论系统,使非线性强度理论从适用于某一类特定材料的单一非线性强度理论发展到可以适用于众多不同材料的广义非线性强度理论,完善了强度理论体系。广义非线性强度理论包含了一系列现有的和可能有的单一非线性强度理论,如Mises准则、SMP准则等。利用土、岩石和混凝土强度试验结果验证了广义非线性强度理论适用于多种材料的优越性。     

σ-τ平面上莫尔理论的修正

在莫尔理论中如何引进中间主应力σ2的影响一直是长期困扰力学界的一个问题,由此产生了在σ-τ平面上难以界定某些状态下应力圆的破损界线。以静水应力σm对结合力和滑移的影响观点,将二参数的莫尔定理修正为三参数形式后,分析了它在σ-τ平面上的应用,为引进中间主应力σ2的影响提供了新途径。     

新城金矿主成矿期构造应力场对矿体倾伏、侧伏、富矿柱的控制及成矿深度的估算

成矿构造应力场研究是控矿构造研究、认识矿体空间展布形态、位置、预测及布置探矿设计的基础。依据弹性力学和莫尔库仑剪切破裂理论,推导出形成共轭及在剪切构造带内形成羽列、雁列等构造应力场的产状和形成羽列、雁列主应力大小的数学解析表达式,进而应用计算机对新城金矿床主矿体进行了测算。结果显示：该矿主容矿构造是在NNW向缓倾拉张主应力、NE向陡倾主压应力、焦家构造带平面呈右行扭动下形成的。NWW向中间主应力控制新城Ⅰ号主矿体在NW向倾斜平面上延深的长轴方向。该轴在水平面上投影的倾伏向为281°,与水平面的夹角倾伏角为26°,在N40°E纵投影面上向SW侧伏,侧伏角为45°,富矿柱产状亦与中间主应力轴产状一致。在已获取容矿构造产状基础上,据相关岩石力学性质测试成果,分析并建立了主容矿羽列与控制剪切构造带两者的力学关系和剪切破裂方程式。联立解出成矿应力场的最大和最小主应力的量值,再由陡倾主应力大小估算出该矿头部的成矿深度在2 750 m左右。     

考虑中间主应力Hoek-Brown强度准则及其适用性

为考虑中间主应力对岩石极限破坏强度作用,在广义Hoek-Brown强度准则幂率项中添加定量表征中间主应力项,构建新的三维Hoek-Brown强度准则。该准则在主应力空间是通过3个角点外接Hoek-Brown准则包络面的曲六面体,在 空间包络线是幂律型曲线。通过与Hoek-Brown准则、Drucker-Prager准则和Mogi准则分别对4组真三轴压缩强度试验数据的拟合对比分析,探讨其反映中间主应力效应的适用性。结果表明,修正的Hoek-Brown强度准则拟合试验数据效果总体最好,Mogi准则次之,Hoek-Brown准则和Drucker-Prager准则较差。从而修正的Hoek-Brown强度准则最适用于粗面岩、大理岩和花岗岩等硬脆性岩石的真三轴强度预测及中间主应力影响规律描述。     

杭州软黏土非共轴特性的试验研究

利用空心圆柱扭剪仪对杭州软黏土进行了一系列不排水试验,包括对原状软黏土在不同主应力方向上的定向剪切试验和主应力轴旋转试验以及对重塑软黏土的主应力轴旋转试验,主要研究不同应力路径下软黏土非共轴角的发展特性以及中主应力系数b、初始剪应力水平和次生各向异性对其非共轴特性的影响。试验结果表明,软黏土的非共轴特性虽与砂土存在相似之处,但又不尽相同。原状软黏土在定向剪切条件下的非共轴角均较小,并且与加载方向有关,然而受剪应变发展的影响,试样接近破坏时的非共轴角并不为0°;主应力轴旋转条件下,无论原状还是重塑黏土其非共轴角均随主应力方向角? 增加而循环波动变化,且周期约为90°;非共轴角基本随中主应力系数b的增加而减小,但这种影响并不十分显著;剪应力水平对非共轴角的大小和发展趋势均存在一定的影响。对于重塑土的试验表明,软黏土的非共轴特性并不完全由土体的初始各向异性所决定,次生各向异性的影响也很大。     

基于中主应力修正关系的边坡稳定性分析

边坡稳定性分析时通常将应力条件简化为平面应变状态,采用三轴试验强度计算出的边坡稳定性偏于保守。在充分考虑中主应力物理含义及力学机制的基础上,将Mises屈服准则与Mohr-Coulomb（简称M-C）内切圆屈服准则进行匹配,得到了平面应变条件下土体屈服破坏时中主应力的理论修正关系,进而也得到了该条件下最大主应力与最小主应力的比值关系,从理论上证明了该比值关系是与土体平面应变破坏时内摩擦角成一定关系的常数,也在平面应变试验中得到了验证,从侧面反映出中主应力理论修正关系的合理性。由上述两种关系建立了土体平面应变破坏条件下的应力路径,结合Lade-Duncan强度准则,建立了平面应变条件下强度参数与三轴试验试验条件下强度参数转换公式,由该转换公式得到的平面应变条件下的强度参数与平面应变试验实测值误差在2%左右,大幅缩小了三轴试验实测值与平面应变试验实测值的误差。在均质边坡稳定分析中分别采用常规三轴试验强度值与由公式转换得到的平面应变强度值进行计算。研究结果表明,三轴试验条件下内摩擦角为10°～20°之间时,基于两种强度参数得出的安全系数相差不大;当三轴试验条件下内摩擦角大于20°时,平面应变条件下安全系数较三轴试验条件下提高19%左右,但该成果只在文中计算案例有效,两者误差的准确关系还有待于进一步研究。值得关注的是,由于平面应变条件下土体强度变大,边坡的临界滑面深度变浅了,其形态相应变陡。     

中主应力对砂土强度影响的细观机制研究

基于简化的颗粒单元体模型,分析总结了颗粒单元体的基本特点,针对中主应力对砂土强度的影响,重点分析了颗粒单元体之间的相互影响特点。对以往的真三轴试验结果进行了总结,得到了中主应力对砂土强度影响的规律,结合颗粒单元体的两种基本状态及其特点、大孔隙与颗粒单元体结构孔隙的特点以及颗粒单元体间相互影响的特点,揭示了中主应力对砂土强度影响规律的细观物理机制。这些规律包括：松砂的强度随着中主应力的增大是逐渐提高的;密砂随中主应力的增大,强度先提高,当中主应力接近大主应力时,却引起强度的降低;砂土越密实,强度平台段越长;在中主应力接近小主应力阶段,强度随中主应力的增大而提高的快慢与砂土的密实程度有关。     

初始应力各向异性状态下圆柱孔扩张机制分析

采用静止土压力系数K0描述土体初始应力各向异性程度,建立了压力控制边界条件的柱孔扩张数值模型,分析压力为边界条件的圆柱孔扩张特性。计算结果表明,初始应力条件各向异性时,柱孔周围的土体的径向位移是不相等的,扩张后的柱孔呈椭圆形,初始应力各向异性是柱孔非对称扩张的内在原因;塑性区的分布具有明显的方向性,塑性区最大半径位于柱孔周围初始大主应力方向上;在相同的扩张压力下,随不排水抗剪强度增加,土体的塑性区减小,且土体初始应力各向异性造成的土体塑性区分布各向异性程度也随之减小;在相同的扩张压力下,柱孔初始应力越大,其塑性区范围越大,且土体初始应力各向异性造成的土体塑性区分布的各向异性程度也越大。     

初始应力条件对压实黄土动强度影响的研究

建筑物地基或土坡中的土体在受到地震或其他动荷载作用前往往处于复杂的初始应力状态,对原有的DTC－199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后,可以进行压实黄土在这种固结应力状态下动强度的试验研究。试验结果表明,在其他初始固结应力条件不变时,初始主应力方向角α0对压实黄土的动强度具有显著的影响,初始中主应力系数b0对动强度的影响较小;随着α0的增大,动强度逐渐降低,并在α0 = 90o时达到最小值,最大降幅在40 %左右;b0对压实黄土的动强度的影响具有放大效应和区间效应,b0从0增大至0.5时,动强度逐渐增大,b0从0.5增大至1时,动强度逐渐减小,增加的幅度小于降低的幅度约5 %。