基于卸围压试验的砂岩卸荷本构模型及其应用

鉴于岩体本构模型受岩样应力路径、加卸载状态等因素的影响,为研究卸荷条件下砂岩的本构模型,采用RMT-150C岩石力学试验系统对宜昌砂岩岩样进行了升轴压峰前卸围压、轴压和围压等量减小两种应力路径下的卸围压试验。结果表明,卸荷应力路径不同时,卸荷变形阶段的应力—应变曲线形态有很大差异,但岩样变形模量随围压降低而劣化的规律一致;岩样卸荷破坏强度特征可用Hoek-Brown准则拟合。由此推导出增量形式的卸荷弹脆塑型本构模型,并以算例分析验证了该模型的正确性。     

动态三轴压缩下混凝土的能量演化规律

为探究复杂应力状态下混凝土变形破坏过程中的能量演化规律、揭示混凝土变形破坏的本质特征，利用静动力三轴仪进行不同应变速率(10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s)与不同侧向围压下(4.5、6.0、9.0、12.0 MPa)的混凝土三轴动态力学试验，研究了动态三轴压缩下混凝土的总能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度随轴向应变的演化规律，进一步分析了应变速率和侧向围压对混凝土能量演化规律的影响。结果表明，随轴向变形的增加，混凝土的总能量密度和耗散能密度呈非线性增加，弹性应变能密度先增大后减小。应变速率和侧向围压的增大均提高了混凝土的单位储能极限，且混凝土的储能极限表现出较强的速率敏感性；储能极限与侧向围压近似呈线性关系；随侧向围压的增大，混凝土储能极限的速率敏感性呈降低趋势。     

卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化,导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论,预制不同节理的砂岩岩样,在不同围压和卸荷量的条件下,对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明,节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加,波速衰减率明显增大;卸荷量越大,节理岩体的压密过程就越长;在卸荷量为0%和60%时,一定节理倾角的岩体,围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似,并且弹性模量差值在10%以内,而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上;在卸荷量和围压(都不为0)一定时,岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律;节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化，导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论，预制不同节理的砂岩岩样，在不同围压和卸荷量的条件下，对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明，节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加，波速衰减率明显增大；卸荷量越大，节理岩体的压密过程就越长；在卸荷量为0%和60%时，一定节理倾角的岩体，围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似，并且弹性模量差值在10%以内，而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上；在卸荷量和围压（都不为0）一定时，岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律；节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

大理岩加载力学性质与能量特征研究

利用典型大理岩试件进行了加载条件下的系列三轴试验,计算了大理岩在加载条件下的力学与变形参数,研究了岩样加载下变形破坏及其能量特征.结果表明,在加载试验中,随初始围压的增加,抗剪断参数凝聚力值增长,内摩擦角值降低;岩样在加载过程中,随轴向应力的增大,泊松比不断提高,并在破坏时急剧增长,变形模量初始变化平缓,但在岩样加载屈服破坏点处陡降;围压对岩样的变形破坏具有约束作用,限制了岩石内部裂纹的扩展及发育.     

基于Hoek Brown准则的砂岩卸荷强度损伤试验研究

为研究卸荷效应对岩体强度变化的影响,以三峡地区砂岩为样本,通过三轴加载和卸荷试验,运用Hoek Brown岩体破坏准则,探讨砂岩在不同卸荷速率条件下的强度损伤规律,并提出采用卸荷强度损伤因子来表征卸荷造成的强度变化。结果表明,卸荷条件下砂岩强度损伤明显,且与围压密切相关;随着围压的增大,卸荷效应造成的强度损伤量增大,最终趋于稳定。最后,基于工程设计最不利原则,修正了Hoek Brown卸荷强度准则公式,为工程应用提供了建议和参考。     

静三轴试验中固化疏浚泥的力学特性研究

为正确理解固化疏浚泥的力学性质,通过对固化疏浚泥进行固结不排水静三轴压缩试验,研究了围压和固化剂掺量对固化疏浚泥的破坏形式、应力—应变关系及抗剪强度参数的影响。试验结果表明,随着固化剂掺量的增加,固化疏浚泥的应力—应变关系由应变硬化型变为应变软化型;破坏形式由塑性破坏向脆性破坏过渡,而围压对其破坏形式无影响;固化疏浚泥的强度和抗变形能力均随着围压和掺量的增加而增大,但当围压小于土体内结构体的屈服强度时,围压对抗变形能力的影响可忽略;粘聚力和内摩擦角随固化剂掺量分别呈对数型和线性规律增长。     

胶凝堆石料动本构关系及动模量衰减模型

基于动三轴试验,研究了不同围压、不同胶凝含量下胶凝堆石料的动本构关系及动模量衰减规律。结果表明,胶凝堆石料动本构关系仍可用Kondner R L双曲线模型进行描述,围压、胶凝含量对动本构关系均有影响,但围压对其影响较大;胶凝堆石料动模量随动应变的增大而非线性减小,且具有明显的应变软化特征,同等条件下动模量随围压和胶凝含量的增大而增大。根据动模量衰减曲线,提出了动模量衰减模型,通过线性回归分析,得到了胶凝堆石料动模量衰减模型参数表达式,为胶凝堆石坝的动力分析提供了参考。     

含张开单裂隙砂岩破裂过程围压效应的数值模拟

为研究不同倾角裂隙砂岩试样在压缩过程中的围压效应,以室内单轴压缩试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同倾角裂隙试样在不同围压下的破坏过程进行模拟。基于模拟结果,研究了围压对岩样强度、破坏模式及微裂纹发育特征的影响。结果表明,裂隙砂岩试样在压缩过程中具有明显的围压效应,相同裂隙倾角试样,其峰值强度、残余强度、弹性模量和变形模量均表现出随围压增加而增加的规律;不同围压作用下,不同倾角裂隙试样内部微裂纹演化规律相似,且其最终破坏形态均表现出以剪切破坏为主的破裂方式。     

华中粉砂岩粗粒土粒径级配分形特性研究

研究不同应力状态下颗粒粒径级配演化规律是分析土体应力状态、评价其工后变形的关键。基于质量-粒径分形模型从分形角度阐述了粗粒土粒径级配曲线探究依据,设计了5种不同分形维数的粒径级配,分析了土体颗粒空间分布特性;通过三轴剪切试验及颗粒筛分试验,探究了不同分形维数粗粒土偏应力峰值前后应力应变曲线性态分布及剪应力峰值、内摩擦角、分形维数因子等参数变化规律。结果表明,土体粒径范围随分形维数越大而更宽泛;应力应变曲线随分形维数及围压增大而存在应变软化向应变硬化过渡的趋势,偏应力峰值随分形维数增加而增大,内摩擦角呈先减小后增大的变化规律。粗粒土分形维数变化因子与相对围压呈线性函数关系,方程斜率及截距仍与相对围压呈线性函数关系,据此建立了考虑围压及初始分形维数的经验方程,为从分形角度来设计与优化粗粒土粒径级配而达到提高其力学强度等提供了参考依据。     

不同加卸载条件下孟底沟水电站花岗岩蠕变特性研究

针对孟底沟水电站坝区花岗岩开展了不同加卸载应力条件下的三轴蠕变试验,系统分析了不同加卸载过程中坝区花岗岩的变形特征、蠕变速率和破坏强度的变化规律,揭示了蠕变破坏模式。结果表明,孟底沟花岗岩存在蠕变应力门槛值,蠕变后期存在完整的减速、等速和加速蠕变阶段,岩石产生大量塑性变形,体积由压缩转为扩容;轴压恒定相比偏应力恒定卸围压蠕变更具时效特征,卸围压条件下出现劈裂和剪切共存的破坏模式;岩石破坏强度低于常规峰值强度,卸围压相比加轴压方式岩石强度下降幅度更大,粘聚力的降低是造成强度折减的主要因素。     

考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。     

砂岩蠕变力学特性及流变模型研究

水利枢纽工程中库岸高边坡流变现象显著,是工程长期稳定性的潜在隐患。以某大型水利枢纽工程近坝库岸高边坡石英砂岩为例,采用RLW-2000岩石三轴流变试验系统进行不同应力状态下的蠕变力学试验。结果表明,岩石瞬时应变、蠕应变随围压的增加而逐渐增大,初始、稳态和极限加速蠕变速率随围压的提升而递增;围压促进砂岩蠕变变形发展,高围压下的初始蠕变速率可能大于低围压下的极限加速蠕变速率;砂岩在围压5、10、15MPa下的长期强度分别为24.8、32.3、39.7MPa,长期强度随围压的增强而逐渐增大。结合试验成果,分析砂岩的流变性态为粘性-粘弹性-粘塑性,基于统一流变力学模型理论,确定H-H|N-N-N|S模型结构。由于传统元件模型难以辨识不同加速蠕变阶段曲线形态,引入SN和SP非线性元件改进传统模型,得到一个新的非线性蠕变力学模型,并将其拓展到三维情形。辨识蠕变试验数据,对比预测曲线和试验数据,证明了所建模型的可行性和合理性。研究成果可为水利枢纽工程的长期稳定性分析提供参考。     

某区域岩石力学参数试验研究

通过对松辽盆地龙西地区代表性岩样进行力学性质试验研究.得到岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度、内聚力及内摩擦角等主要力学参数.试验结果显示,最初围压不断增大,岩石的强度极限也明显增大.但随着围压的增加,强度增量幅度变得越来越小,虽然岩石弹性模量有增大趋势,但不完全呈正比关系,而泊松比的变化规律却不明显.分析单轴与三轴抗压强度与弹性模量的线性关系,以及围压对岩石三轴抗压强度、弹性模量的影响,发现单轴和三轴抗压强度随弹性模量的增加而增大,且三轴抗压强度随弹性模量的变化比单轴的变化幅度大.试验可得出不同井的弹性模量、泊松比及抗压强度的比例关系,从而根据不同围压下三轴压缩强度试验,得出龙西地区几种代表性岩心的内聚力及内摩擦角.为后续的地应力测试实验提供初期数据,并为射孔完井得相关参数优化提供参考.     

Compressive behaviour of thin catalyst layers. Part I - Experimental study

In this study, the effect of compression is investigated experimentally on deformation and porosity of catalyst layers (CLs). Compression tests are performed on five CL samples with various microstructures using a thermomechanical analyzer and a custom-made machine Tuc-Ruc (Thickness under compression-Resistivity under compression). The results indicate that CLs have a linear behaviour with no plastic deformation at pressures less than 2 MPa even after 12 cycles. However, CLs showed plastic deformation, work hardening, and elastic shakedown under cyclic compression up to 5 MPa. In this pressure range, the material becomes stiffer and Young's modulus has increased by 50–113% after 8 loading cycles. Moreover, the material “settles down” after 6 cycles showing no further significant plastic deformation at higher pressures (up to 5 MPa). This behaviour suggests that CLs enter elastic shakedown region since after several cycles, plastic strain diminished, and they behave elastically afterwards. The compression tests on five samples yield Young's modulus of 30–45 MPa for pressures up to 2 MPa and Young's modulus of 37–70 MPa for pressures up to 5 MPa. The reason for slight change in Young's modulus is that the microstructure of CL changed, and the porosity decreased at higher pressures.     

三种粗粒土强度非线性描述方法的对比研究

为比较三种粗粒土强度非线性描述方法的优缺点及适用性,通过三轴试验研究了初始孔隙比和围压对粗粒土峰值强度的影响,并对三种常用的强度非线性描述方法进行了对比分析。结果表明,粗粒土的峰值强度随着初始孔隙比、围压的增大而减小,表现出显著的非线性;邓肯—张模型中的内摩擦角非线性公式和基于临界状态应力比的峰值应力比公式只能描述围压对峰值强度的影响,扩展后的公式能够同时反映初始孔隙比和围压对峰值强度的影响,且描述效果较好、稳定性较高;基于状态参量的峰值应力比的描述方法,理论清晰,效果较好,但对于粗粒土临界状态的描述还需进一步深入。研究成果可为公式选用提供参考。     

高土石坝变形监测的监测管选型研究

在土石坝分布式光纤变形监测技术中,监测管是光纤与坝体间力-光转换的媒介,它需要适应土石坝围压大、变形量大等特点。据此,采用分段刻槽的ABS管作为光纤应变传递载体的监测管方案,建立坝料-监测管复合体的三维非线性有限元模型,并通过坝料-监测管的大型土工三轴试验验证了该数值模型的有效性。基于该数值模型,研究了监测管在最不利受力情况下的应力分布,以检验其在高围压下的适应性。结果表明,ABS管具有较高强度,可适应300m级高土石坝的高应力状态。研究成果可为土石坝的变形监测提供参考。     

膨胀土干湿循环作用下的动力特性试验研究

为研究干湿循环作用下膨胀土的动力特性,对干湿循环条件下膨胀土进行动三轴试验,研究了围压、干湿循环次数、振动次数对于膨胀土动弹模量、阻尼比的影响规律。试验结果表明,土体在动荷载作用下的变形分为稳定型和破坏型,稳定型土体的动弹模量随振动次数增加而略有增加,阻尼比则有减小趋势,破坏型土体在较少的振动次数下很快达到破坏应变。建立了膨胀土的累积变形预测模型,可用于分析土体的累积变形随振动次数的变化规律。不同动应力条件下,土体的滞回圈形态从稀疏到密集,面积逐渐减小,较大应力作用下滞回圈的高度随振动次数的增加逐渐降低。首次干湿循环后对土体的影响最为显著,随后影响趋势逐渐减弱,随着干湿次数的增加,相同应力条件下土体需更多的振动次数才能保持稳定。