花岗岩低温热力效应参数及强度规律研究

长期处于变低温环境中的岩石热力学效应主要表现为材料的力学特性参数、热力系数和饱和冻结状态孔隙冰胀系数等随温度改变而发生变化,这种变化对岩体的变形及强度特性均有显著影响。根据变物性参数的非线性热弹性理论,建立了考虑热力系数和冰胀力系数的本构方程,给出了单轴压缩条件下热力效应系数随温度变化的分析格式和确定方法;借助于花岗岩不同低温干燥和饱和冻结状态的单轴压缩试验资料,获得了花岗岩低温热力效应与温度的关系,并探讨了其对花岗岩抗压强度的影响特性。分析表明,在变低温环境下花岗岩热力系数和冰胀力系数均随相对温差的增大而逐渐减小,热力系数降低速率小于冰胀系数降低速率,在同一温差下热力系数大于冰胀系数;热应力和冰胀应力与温度改变量呈非线性增长关系;花岗岩抗压强度在两种状态下均呈增大趋势,但主要以热应力为主,热力系数引起的试样轴向应力增量总是大于冰胀力引起的轴向应力增量。所给方法及研究成果可用于长期处于变低温状态下材料的力学性能研究及其工程应用。     

渗透系数极端情况下饱和土中压缩波波速及其物理本质

目前对渗透系数取极端值情况下饱和土中两类压缩波物理本质的理解尚不够清晰,比如文献中对渗透系数无穷大情况下饱和土中两类压缩波波速的求解有不同的结果。结合Zienkiewicz给出的土动力学基本方程,深入讨论了流体运动方程的建立,推导了饱和土一维压缩弹性问题的动力控制方程及其 - 、 - 形式,进而得出渗透系数取0和取无穷大这两种极端情况下饱和土中压缩波的波速,解释了其物理意义。提出了惯性耦合力的概念,指出两相体动力分析时土骨架和孔隙水之间的相互作用包含渗透力和惯性耦合力两项,并重点讨论了衡量惯性耦合力的参数孔隙度对压缩波波速的影响。     

绿泥石片岩各向异性特性研究

为研究十堰地区片岩的各向异性特性,开展了武当群绿泥石片岩长方体试样的单轴压缩和圆盘试样的间接拉伸试验,探讨了试样各向异性的力学特性和在不同受力状态下的变形破裂特性,揭示了不同变形破裂的力学机制。研究表明,武当群绿泥石片岩具有明显的各向异性性质,平行片理方向强度高,垂直片理方向强度低。该片岩特殊的定向排列片束状构造和片理间的弱胶结作用,致使不同方向上的破坏特征具有明显差异,其力学机制也不相同。在压应力作用下,泊松效应容易引起平行片理面的张拉劈裂和压杆失稳,垂直片理方向容易发生片理面间的剪切破坏。在同一方向上强度具有一致性,即平行片理面抗压和抗拉强度均较垂直片理面强度大。由于片理面间的抗拉承载力极低,在小角度劈裂荷载下,容易发生张拉劈裂和拉剪破坏,因此,实际工程中应尽可能避免片理面间的受拉破坏和沿片理的拉剪破坏。研究结果可以为隧道、边坡支护加固和防水处理提供参考。     

固化淤泥压缩特性的试验研究

淤泥固化技术在国内已经进入到工程应用阶段,明确固化淤泥的压缩特性对于指导淤泥固化工程的设计具有重要意义。通过单因素试验方案对不同初始含水率、不同水泥添加量、不同养护龄期的固化淤泥的压缩特性进行了研究。结果发现,固化淤泥压缩特性的最大特点是存在固结屈服应力,当荷载小于固结屈服应力时固化淤泥的压缩性非常小,而固化淤泥屈服之后的压缩性是屈服前压缩性的20倍以上,并且远大于未处理淤泥的压缩特性。淤泥本身是高压缩性的土,固化处理以后变为中等压缩性和低压缩性的土体。固化淤泥的固结屈服应力随水泥量增加线性增大,龄期越长、含水率越低固结屈服应力越大。固化淤泥的这种在固结屈服应力处发生突变的压缩特性和天然沉积结构性土类似,可以用双对数压缩模式来表示固化淤泥的这种压缩特性。     

考虑压缩模量深度效应的深厚软土桩基沉降计算

对于深厚软土桥梁桩基础的沉降计算,土层的压缩模量是一个极为重要的参数。针对京沪高速铁路桥梁桩基沉降,以DK152工点处的土工试验数据和现场测试成果为基础,通过拟合分析得到与土层深度有关的天然状态下压缩模量计算公式。在该基础上,进一步运用神经网络建立土层压缩模量与桩基沉降之间的映射关系,对不同土层在不同深度的压缩模量进行反演分析,相关反演结果与经验公式计算值基本一致,得到的桩基沉降量与现场监测位移吻合良好,说明文中提出的压缩模量计算公式的准确性和实用性,相关模型概化和反演计算方法也是合理的,对深厚软土地基下高速铁路桥梁深长桩基的沉降计算有一定的参考价值。     

非饱和上海软土水力和力学特性耦合弹塑性模拟

目前大多数非饱和土的弹塑性本构模型用非饱和击实土的试验结果进行验证,但现场其他类型的土,如沉积土经常有在非饱和状态下外部环境变化的情况。现有的非饱和土弹塑性模型是否适用于沉积土一类的现场土是需要研究的课题。进行非饱和上海第③层土的吸力控制排水排气三轴剪切试验,使用文中提出的能统一考虑非饱和土水力性状和力学性状的弹塑性本构模型,预测上述三轴试验结果,并与试验数据进行比较。比较结果显示,建立的本构模型能够很好地预测非饱和上海软土的水力和力学性质,说明该模型不仅可以适用击实土的预测,还能够很好地适用于其他类型非饱和土的水力和力学性质的模拟。     

基于L1范数凸二次规划方法的航空重力测量数据稀疏重构（英文）

由于受到国界、测量成本和数据规模等因素的限制,航空重力测量本质上是一种欠奈奎斯特采样方法,本文通过离散傅里叶变换分析了航空重力测量的稀疏性,提出了利用压缩感知理论实现大规模重力异常数据高精度重构的思路。基于压缩感知理论,重力异常数据重构问题可以转化为基于L1范数的凸二次规划问题,本文结合预处理共轭梯度算法,提出了一种改进的内点法来解决此问题。进一步地,我们利用自主研发的SGA-WZ型捷联式航空重力仪在中国某地区进行了航空重力测量试验。通过对试验中测得的重力异常数据进行重构,与常用的线性插值重构方法对比,结果表明:本文提出的基于压缩感知理论的新方法能够以更高的重构精度,更有效地解决大规模重力异常数据的重构问题。     

基于一种脆性指标确定岩石残余强度

岩石的残余强度是岩石力学的重要指标,准确地评价岩石残余强度对于评价地下工程的稳定性以及优化岩体支护设计具有重要意义。基于岩石的三轴力学特性提出一种表征岩石峰后强度衰减行为的力学指标--岩石强度衰减系数,该指标可反映岩石的脆性程度,并提出岩石强度衰减系数与围压关系的幂函数模型。对22组不同成因的岩石常规三轴压缩试验数据进行幂函数模型参数拟合,发现不同岩石拟合所得参数离散性较大,分析其原因主要与岩石矿物组成和岩石结构特征等因素相关。在此基础上提出基于强度衰减方法确定岩石残余强度的方法,分析表明,该方法能够很好地拟合岩石残余强度试验数据,并能反映岩石结构性质对残余强度的影响。     

基于虚内键模型的三维均质岩石本构关系模拟

基于虚内键模型,推导出三维条件下虚内键演化函数的四阶弹性张量,对虚内键密度演化函数中的两个参数进行研究,建立单轴压缩下岩石数值模型,得出两参数对岩石应力-应变全过程曲线影响的一般性规律,实现对均质大理岩试样应力-应变全过程曲线的数值模拟。数值结果表明,基于虚内键模型的均质岩石应力-应变全过程曲线与力学试验结果较为吻合。从而证明了用虚内键模型探讨岩石材料本构关系的适用性与可行性,为研究岩石本构关系提供了一个新思路。     

基于声发射特征的盐岩蠕变本构模型研究

针对盐岩作为储库介质在长期运营下的变形行为,开展了历时359 d的层状盐岩室内单轴蠕变试验,实时监测了试验过程中的声发射信号规律。研究表明,盐岩单轴蠕变试验中声发射表现出特征明显不同的3个阶段,累计声发射事件定位显示,各阶段声发射信号的分布与试件的变形及破坏位置基本一致,并且累计声发射事件数与蠕变应变近似满足线性关系,验证了基于声发射事件数来建立盐岩蠕变本构模型的合理性。进一步构建了基于声发射的盐岩损伤演化本构模型,并采用最小二乘法拟合本试验数据获得本构模型中的参数,由拟合曲线可知,基于声发射的盐岩蠕变本构模型能够较好地描述盐岩蠕变的3个特征阶段。