土工带加筋碎石土本构关系的三轴试验研究

通过碎石土和加筋碎石土的大型三轴试验,分析了土工带加筋碎石土的变形特性和土工带加筋对碎石土应力-应变关系的影响,采用双曲线函数拟合加筋土体的应力-应变试验曲线,建立了土工带加筋碎石土的非线性模型以克服经典的刚塑体模型不能反映加筋土体在达到破坏荷载前的变形形态的缺点,提出了土工带加筋土体切线模量的计算公式,该模型能正确反映土工带加筋土体的变形特性,在岩土工程方面有一定的实际应用价值.     

受载原煤中瓦斯的扩散规律

为研究受载原煤中瓦斯的扩散规律,以原煤煤样为实验对象,利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合实验系统,在恒温的三轴加载条件下,进行了加载-吸附-解吸-再加载直至煤样破坏过程中的瓦斯解吸实验。研究结果表明,受载原煤的解吸量随时间变化规律符合颗粒煤瓦斯解吸的数学模型;在恒温恒围压下,随轴压的增大,受载原煤瓦斯的解吸量呈下降趋势;当轴压大于峰值强度后,瓦斯解吸量随轴压迅速增大;受载原煤煤样压密、线弹性阶段瓦斯解吸-运移速度随应力增大而线性减小;当煤样处于屈服阶段和峰值破坏阶段瓦斯解吸-运移速度随应力增大呈指数式增长。研究成果对瓦斯抽采,瓦斯突出机理研究有一定的理论价值。      

水-应力作用下软岩破坏面倾角的概率分析

破坏面倾角,即破裂面与最大主应力夹角,是进行岩体工程加固设计的重要依据,也是工程安全预警的基础。岩体赋存于自然环境中,其破坏面倾角受应力、结构面和水等条件的影响,这样,使得水-应力作用下其破坏面的倾角本身带有一定的不确定性,特别是对于软弱岩体。通常用Mohr-coulomb强度准则得到的破坏面倾角为45°+φ/2,是一个定值;实际上岩石破坏面倾角非定值,而是存在一个范围。因而有必要研究在水-应力作用下岩石破坏面倾角问题。本文针对华南红层典型软岩-粉砂质泥岩在水-应力作用下的破坏问题,首先从概率分析角度,利用岩石微裂隙的破坏概率分布函数,得到软岩破坏面倾角表达式;并利用TAW-100水-应力耦合岩石细观力学伺服三轴试验系统开展软岩在水同时作为赋存环境和围压时的三轴压缩试验,得到其在0和1MPa围压时破坏面倾角范围为50.3°~80.2°;将该破坏面倾角和Mohr-Coulomb强度准则得到的破坏面倾角值与实验结果进行对比,发现本文所建立的破坏概率方法与实验结果更为接近,表明本文方法有较好的合理可靠性。     

福州淤泥质土动力特性室内试验研究

沿海高速公路、铁路和地铁的迅速发展,使得长期循环荷载作用下的软基变形问题日渐突出。借助GDS动三轴仪,对福州淤泥质土进行动三轴试验。研究了不同围压下淤泥质土在循环荷载作用下的动应变、动强度、动剪切模量和阻尼比特性,重点分析了固结围压和动应力幅值对淤泥质土动强度的影响,由此建立了围压、振次与土体动强度的经验关系,该关系可用以估算不同深度土体在循环荷载作用下的动强度。试验结果表明:福州淤泥质土的动强度随着围压增加而增加,随着振次的增加而减小,且强度很低,动黏聚力的大小为0.3~4.0kPa,动内摩擦角的大小为7°~10°。此外,给出了淤泥质土在大应变条件下的动剪切模量和阻尼比。研究结果对进一步认识该地区淤泥质土的动力特性以及对实际工程设计中合理选择土的动强度参数具有理论及实际意义。     

土体三轴试验固结过程解析解

三轴试验是获取土体强度和应力变形特性的一个重要室内试验手段。三轴试验中,排水固结阶段试样的孔压消散及固结完成情况是非常重要的两个核心要素,它是进行后续剪切试验的基础和依据。基于等应变假设,推导了土体三轴剪切试验排水固结过程的解析解,以用于分析整个排水固结过程的孔压消散和固结完成程度。针对室内三轴固结排水(CD)试验,利用所推导的解析解对其排水固结过程的孔压和固结度进行了验算对比。结果表明,解析解计算得到的固结度和孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好,说明解析解可应用于三轴剪切试验排水固结过程分析。     

叶蛇纹岩脆性-半脆性破裂研究

利用Paterson气体介质高温高压流变仪对纯叶蛇纹岩在100~400MPa围压、25~700℃温度和10-5~1.5×10-6s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。实验结果表明叶蛇纹石在低压条件下表现为脆性破裂,高压或脱水条件下表现为半脆性破裂。随着温度的增加,叶蛇纹石的强度显示逐渐降低的趋势;尤其在脱水条件下,温度的增加可导致叶蛇纹石强度大幅度地降低,而且此时预热时间对强度的影响比未发生脱水时更加显著。结合前人的研究并对比发现,围压在室温下的增加导致叶蛇纹岩强度增加;但在高温下围压的增加导致试样强度整体上降低,这很可能是试样内聚力的局部损失与韧性增强引起的。围压和温度的升高,以及断层面上流体的增加很可能会增加破裂面的韧性,从而减小摩擦系数。此外,叶蛇纹石并非以往人们所认为的那样具有极低的强度,其强度要比低温蛇纹石(如利蛇纹石和纤蛇纹石)的大得多,即便在高温(大约600℃)下差应力大于约600MPa和中-低温(≤400℃)下差应力大于约1000MPa时仍没有表现出明显屈服的迹象。在脱水条件下,蛇纹岩并没有发生脱水致脆,相反脱水使得试样的断裂行为变得更加温和些。因此,俯冲带蛇纹岩脱水更可能诱发其周围更加脆性的岩石发生地震而不是脱水的蛇纹岩本身发生地震。     

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。     

H Odé剪切变形理论在纳米尺度的表象

通常认为岩石是被剪破或张裂的,那么,为何我们能寻觅到位于同压力垂直方向的破裂构造呢?H Odé剪切变形理论给出一个精辟的回答:在塑性或粘-弹性变形中,由于介质的分异作用,存在一个从屈服条件中获得的速度不连续性,这样,其介质就能沿着等速的特征面剪切滑移.该理论亦称为塑性剪切作用准则,之前是从宏观-直观力学表象予以验证,如构造挤压带的破裂面、正压力下Griffith裂隙端点裂开和垂直压力下的碎裂流动等.进而,我们对花岗岩标本实施高温/高压实验,并取其位于轴压垂直方向裂隙的薄壳表层做扫描电镜观测.然后把从其表层观察的具有H Odé力学表象的微纳米现象,同一般剪切作用的屈服效应结构,从3个方面相比较鉴别.（1）粘-弹性变形:高温-高压的实验样品更容易产生塑性压缩容积流动,不仅具粘性也具弹性变形,随之,样品可展现纳米涂层作用和纳米分层作用.（2）纳米尺度结构:纳米尺度颗粒能成为单一纳米粒-纳米线-纳米层结构,且复体的纳米粒可细分成粒状的、线状的和片粒状的结构等.（3）有序组构:尽管H Odé破裂的粒化流动和纹理流动的优选方位,同普通剪切作用相比,处于弱势范畴,然而综合分析观之,这两者的屈服特征是完全一致的.反之,我们应用H Odé剪切理论去研究一些非常规的变形现象,必能拓展纳米地质学的研讨范畴和认知能力.      

扬子地台东南缘下寒武统清虚洞组风暴沉积特征及其重要意义

在扬子地台东南缘,下寒武统龙王庙阶清虚洞组主要由浅水碳酸盐岩组成。在野外露头剖面实测和室内镜下薄片观察的基础上,大量风暴沉积被发现于不同剖面清虚洞组的不同层位中,同时大量风暴诱发形成的沉积构造被识别出来,包括侵蚀基底、粗粒滞留沉积、粒序层理、平行层理、丘状交错层理(少见并且值得怀疑)以及沙纹层理,组成了多种类型的风暴沉积序列。结合更靠扬子东南缘的深水剖面中重力流沉积的缺乏,可以推断早寒武世龙王庙期扬子地台的沉积模式为碳酸盐缓坡。结合风暴的形成机制以及清虚洞组风暴沉积的发育特征(尤其是粗粒滞留砾屑的定向排列和典型丘状交错层理的缺乏),可以推断研究区风暴沉积形成于强烈的冬季风暴作用,并且早寒武世龙王庙期华南的古地理位置应当位于中纬度地区,这一结论对一些著名的全球古地理重建方案提出了质疑。同时中纬度地区大规模发育蒸发岩和碳酸盐岩还佐证了寒武纪地球处于热室(Hothouse)时期。     

武汉鹏湖湾地区老黏土动力响应特性及强度弱化规律研究

岩溶区老黏土在人类工程活动所引起的动荷载作用下,会产生动力变形特性的改变,强度参数也会发生相应的弱化,最终导致土洞上覆盖层结构性的破坏。以武汉市鹏湖湾地区的老黏土为研究对象,结合该岩溶塌陷场地的工程地质条件,开展相应的室内动三轴试验,研究老黏土在围压、动应力比和循环次数等因素变化时的动力响应特性和强度弱化规律,提出其在循环荷载作用下的强度弱化模型。结果表明,随着围压、动应力比及循环次数的增加,老黏土的孔隙水压力有所提高。当其它因素保持不变,且动应力比与循环次数不超过某一临界值时,土体的强度随着动应力比、循环次数的增加而降低,即超孔压的增长引起老黏土强度的衰减。而在围压增长的初期,土体的强度与围压成正比,当围压增大到某一临界值时,老黏土的抗剪强度显著降低。强度折减率随围压、动应力比、循环次数的增加均有不同程度的降低,提取出经验公式,得到的老黏土强度弱化模型具有较高的相关性,进一步得出老黏土的强度弱化机理。