龙游石窟砂岩在不同含水状态下的弹性波速与力学性能

 为研究水环境变化对龙游石窟风化破坏的影响,进行不同含水状态下砂岩的力学性能和弹性波测试,分析在不同含水条件下砂岩的应力–应变曲线、峰值强度和弹性模量的变化规律。分析结果表明：含水率对岩石的应力–应变曲线、峰值强度和弹性模量等力学性质有显著影响,随着含水率的增加,应变软化特性弱化,峰值强度和弹性模量呈指数减少。弹性波速的测试结果表明,单轴抗压强度与波速具有线性关系;含水率为1.5％时,弹性波速出现反常,降低到一个很低的值,主要原因是砂岩中含有较多膨胀性的黏土矿物;各向异性受含水率的影响并不明显;干燥、稳定的环境有利于洞室的保护。     

基于GIS三维统计的膏溶角砾岩断口 几何特性研究

  利用3D激光扫描系统精确测量膏溶角砾岩单轴压缩破坏下岩石断口表面的粗糙形态,结合地理信息系统(GIS)技术,实现岩石断口表面的三维可视化。然后对岩石断口三维几何特性参数进行统计分析,根据频率直方图的分布趋势研究各几何特性参数的分布规律及其随含水率增加的变化规律。最后,研究膏溶角砾岩断口在不同含水率条件下的分形特征,得出岩石断口在不同加载方向上的分维值随含水率增加的变化规律。试验结果表明,断口粗糙高度和坡度的分布近似于正态分布,断口粗糙高度的平均值随着含水率的增加呈线性上升趋势,而断口坡度的平均值随着含水率的增加呈线性下降趋势。通过岩石断口激光扫描试验分析发现,岩石断口的几何特征及分维值与岩石的初始含水状态密切相关,分维可以作为岩石断口几何形态定量描述的参数之一,从而为进一步分析膏溶角砾岩损伤演化过程及其破坏机制提供可靠的试验依据。     

基于细观组分实际分布的花岗岩宏细观参数关系

岩石通常由不同细观组分组成,细观组分的类型与相互作用决定了岩石的宏观力学性质。以北山花岗岩为例,使用室内试验视频和阈值分割技术确定细观组分的类别与位置,将细观组分颗粒和胶结物分别用圆盘和平行黏结来表征,细观力学性质使用颗粒力学性质参数(弹性模量、刚度比、摩擦因数)和平行黏结力学性质参数(弹性模量、刚度比、法向强度均值、切向强度均值)7个指标来表征,宏观力学性质使用弹性模量、泊松比、峰值应力3个指标来表征,使用颗粒流代码、像素和颗粒循环技术,建立考虑细观组分实际分布的颗粒流模型,进行7因素、4水平的32次正交数值模拟试验,研究宏细观力学性质关系和细观力学性质参数的调整方法。结果表明,数字图像处理技术可以有效用于建立基于细观组分实际分布的颗粒流模型;宏观弹性模量–细观弹性模量、宏观泊松比–细观刚度比、宏观峰值应力–细观强度具有很好的对应关系;宏细观弹性模量、泊松比、刚度比有较好的相关关系。由于细观组分的实际分布与力学特点控制了岩石的变形破坏过程,研究成果对估计岩石细观力学参数、预测宏观力学性状具有一定的参考价值。     

岩石物理力学性质对断裂附近地应力场的影响

应用离散元方法模拟研究了断裂两侧岩石的物理力学性质(包括岩石内摩擦角、弹性模量、泊松比、粘聚力等)对其附近地应力场的影响。这些因素对断裂附近的地应力场均有不同程度的影响，它们的改变均能使主应力方位和量值发生变化。而且，岩石物理力学性质的影响与断裂力学性质、边界条件等的影响是互相联系的。分别研究了单一断裂和复合断裂模型，在复合断裂模型中，断裂两侧岩石的弹性模量对应力变化的影响最大。     

高温后花岗岩力学性能的试验研究

对经历不同高温后花岗岩的力学性能进行了试验研究，分析了花岗岩应力．应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量和泊松比等的变化情况。研究结果表明，经历400℃以内的高温后，温度对花岗岩的力学性能的影响不明显。但经历的温度超过400℃后，随受热温度升高花岗岩力学性能迅速劣化，花岗岩峰值应力(或强度)和弹性模量急剧降低，而峰值应变迅速增长。高温后花岗岩泊松比随经历高温的增加而呈减少趋势。     

经历高温后花岗岩与混凝土力学性质的试验研究

对经历高温后的花岗岩和高强混凝土的力学性能进行了试验研究。比较分析了经历不同温度作用后花岗岩和混凝土的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化情况。研究表明:随受热温度的升高,花岗岩和高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降,峰值应变逐渐增大。高温后花岗岩具有明显不同于高强混凝土的特点,受热温度低于400℃,花岗岩的力学性质变化很小,而混凝土的力学性质迅速劣化。高温对混凝土力学性质的影响程度比对花岗岩要明显。     

三轴压缩下水影响绿泥石片岩力学性质试验研究

为了解西安黑河水利工程坝肩绿泥石片岩的力学特性,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机,分别对干燥和饱水状态的绿泥石片岩进行三轴压缩试验.基于试验结果,比较试样在不同围压作用下的力学性质,详细讨论水对试样强度和变形特性的影响规律,重点研究峰值强度、残余强度、软化系数、峰残差、峰残强降率、弹性模量及变形模量等强度变形指标的围压效应,最后分析三轴压缩状态下岩石的破坏类型及机制.结果表明,绿泥石片岩属于水敏型岩石,水对各个强度和变形特性的影响是显著的,并随着围压呈一定规律的变化.     

应变速率对大理岩力学特性影响的试验研究

 利用RMT–150B岩石力学试验系统,对细晶大理岩试样在应变速率2×10－5～5×10－3 s－1范围内进行了6级应变速率下的单轴压缩试验,分析应变速率对大理岩应力速率、峰值强度、弹性模量、弱化模量、峰值应变、泊松比、积聚能、释放能以及破裂形式等力学性质的影响。研究结果表明,不同应变速率下单轴压缩过程均经历压密、弹性、屈服和破坏4个阶段。应力速率与应变速率的对数可以用指数形式描述;大理岩的峰值强度与应变速率呈正相关,可采用二次多项式进行描述;大理岩的弹性模量、弱化模量和峰值应变受应变速率影响不大,泊松比与应变速率呈指数关系;试验过程中试样峰值前积聚能量、峰值后释放能量与应变率呈正相关,表明应变率越高微裂纹扩展越严重。在应变速率低于5×10－4 s－1时,试样以剪切破坏为主,随着应变速率的增加,试样破坏模式从局部剪切失稳破坏向全面剪胀失稳破坏转变,在高应变速率下更容易形成锥形破坏。研究结果能够对岩爆防治和工程抗震设计提供一定参考。     

3种岩石高温后力学性质的试验研究

通过单轴压缩试验，对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律，并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。试验升温等级设为20℃，200℃，400℃，600℃，800℃五级，升温速度为30℃／min。试验结果表明，高温后3种岩石的峰值应力、弹性模量均有不同幅度的降低，且经历的温度越高，降低的幅度越大。对于峰值应变，熔结凝灰岩、花岗岩的峰值应变随温度的升高而大幅度的增加：但对于流纹状凝灰角砾岩，峰值应变随着温度的升高在降低。此外，峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系依赖于不同的岩石而表现出不同的规律。     

水温对泥质粉砂岩物理力学性质的影响

通过对不同水温浸泡至饱和状态下的泥质粉砂岩开展单轴压缩破坏试验,获取岩石破裂全过程的力学参数,分别从宏观破裂图像、岩渣SEM微观观测图像出发,研究了含水及不同水温浸泡对岩石破裂的物理力学行为、微观与宏观破裂形态的影响。研究表明,泥质粉砂岩含水后,泥质粉砂岩的峰值强度、弹性模量、软化系数、微观结构等出现明显变化;当水温从常温(25 ℃)提高到50 ℃和100 ℃,泥质粉砂岩的微观结构变化较为明显,主要体现在随浸泡水温的提高,岩石微观颗粒饱满度增大、孔隙变小,岩石含水能力降低;随着浸泡水温的提高,峰值强度、弹性模量、软化系数等物理力学参数逐渐提高。     

高温后石灰岩的物理力学特性研究

对焦作石灰岩在常温及经历100℃～800℃不同温度作用后的物理力学特性进行了试验研究,详细分析了加温后石灰岩的表观形态、体积、质量、密度和纵横波波速以及单轴下石灰岩的峰值应力、峰值应变和弹性模量等的变化情况,并对石灰岩高温劣化的影响因素进行了分析。研究结果表明,高温使石灰岩的表观形态发生改变：在400℃以内,温度对石灰岩的物理力学性质的影响不大;200℃以下石灰岩的体积略微减少,超过200℃后石灰岩的体积明显增大,石灰岩的密度随温度的升高而逐步减少;随温度的升高,石灰岩的纵、横波波速大都呈现下降;高温后石灰岩的波速比变化呈无规律性;高温后石灰岩的动弹性模量随温度上升而下降。经历的温度超过400℃后石灰岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800℃内石灰岩的峰值应变随温度的升高变化不明显。温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致石灰岩物理力学性质发生改变与高温劣化。     

三种岩石高温后纵波波速特性的试验研究

对经受不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的波动特性进行了研究,分析比较了三种岩石纵波波速、密度、弹性模量及峰值应力随经历温度的变化规律,并研究了纵波波速与密度,纵波波速与弹性模量,纵波波速与峰值应力的关系。结果表明,经历高温后三种岩石的纵波波速、密度、弹性模量及峰值应力均有不同程度的降低,且随着经历温度的升高,降低的幅度增大。此外,纵波波速降低的幅度均大于密度降低的幅度;而纵波波速与弹性模量、峰值应力的关系则依赖于不同的岩石而表现出不同的规律。     

温度对非饱和膨胀土抗剪强度和变形特性的影响

共进行了4组12个控制温度、净围压和基质吸力的膨胀土三轴排水剪切试验,分析了温度对重塑非饱和膨胀土抗剪强度和变形特性的影响。试验结果表明,随温度的升高,非饱和土的抗剪强度增加,初始切线杨氏模量增大。根据试验结果建立了考虑温度影响的非饱和土抗剪强度公式和切线杨氏模量公式。     

宏观各向同性混杂岩力学特性及性状研究

本文主要在发展宏观各向同性混杂岩制作方法,并针对此类岩石进行一系列力学试验,以探讨岩块体积含量对整体力学特性及性状的影响。所设计的双动式压制模具施加有效压实应力较传统单动式均匀,可获得均匀性较高试体。此种压制试体方式,可制作力学性质多样混杂岩试体并可避免钻芯取样造成试体扰动。在理论模式预测方面,利用五种微观力学模式来预测不同岩块体积含量的各向同性混杂岩的杨氏模量及柏松比,并与试验结果进行比较,探讨以微观力学模式来预测宏观各向同性混杂岩整体力学特性的可行性。在破坏型态观察方面,利用笔者所设计的旋转式扫描仪,完整且连续的纪录破坏后岩芯试体的表面影像,并针对不同岩块体积含量及围压混杂岩的破坏型态进行分类与探讨。     

不同岩性的机制砂混凝土本构关系及力学性能

为研究机制砂混凝土在单轴应力状态下的力学性能,分别以广西地区石灰岩、卵石、玄武岩3种岩性机制砂为细骨料,以混凝土强度等级为变化参数,设计并制作了24个150 mm×150 mm×300 mm标准棱柱体混凝土试件和24个150 mm×150 mm×150 mm标准立方体混凝土试件,以河砂混凝土为对比试件,进行了单轴抗压试验,获得了试件在单轴受压下的抗压强度和应力-应变全过程曲线,通过拟合得到了适用于机制砂混凝土的单轴受压本构方程。基于试验数据,提出了机制砂混凝土的弹性模量计算公式。结果表明:不同岩性的机制砂混凝土破坏形态大致相同; 机制砂混凝土应力-应变曲线变化趋势与河砂混凝土相似,在曲线的上升段,机制砂混凝土与河砂混凝土基本重合,但在下降段,机制砂混凝土脆性较大,曲线比较陡峭; 基于Sargin模型拟合得到的机制砂混凝土应力-应变全曲线与试验全曲线吻合较好; 机制砂混凝土的力学性能与不同岩性细骨料的物理特性有关,随着细度模数的增大或石粉含量的增多,机制砂混凝土试件峰值应力与峰值应变呈现出先增大后减小的趋势; 当水灰比在0.3～0.4之间时,建议机制砂混凝土换算系数取为0.77; 卵石机制砂混凝土弹性模量均高于石灰岩和玄武岩机制砂混凝土。     

深部人工冻土抗变形特性研究

本文通过模拟深部人工冻结土体固结、冻结、受力的实际过程,研究了反映冻土变形特性的割线弹性模量在应变不超过0.5%时随应变变化的趋势,讨论了两种不同土质、加载卸载、冻结温度和初始围压对深部冻土割线弹性模量的影响以及对冻土屈服后割线弹性模量衰减速率的影响,得出以下结论:深部冻土应力-应变曲线的弹性变形范围约为0.05%左右,且不受土质类型、加载卸载、冻结温度和初始围压的影响;但深部冻土的抗变形能力、冻土屈服后其抵抗变形能力的衰减速率强烈的依赖于土质类型、加载卸载、冻结温度和初始围压的高低,研究表明屈服前提高冻土抗变形能力的诸因素在冻土发生屈服后,都将加快冻土抗变形能力衰减的速率。     

压力型锚杆锚固段长度确定方法研究

通过对压力型锚杆锚固段的受力分析,推导出了压力型锚杆锚固段的轴力分布和剪应力分布,以及锚固段长度的计算公式。并在此基础上进一步分析了压力型锚杆锚固段长度与岩土体弹性模量、泊松比、粘聚力以及内摩擦角等参数的关系。结果表明：锚固段长度随岩土体弹性模量、粘聚力和内摩擦角的增大而减小;随岩土体泊松比的增大几乎呈线性增加,但增幅极为有限;随拉拔荷载的增加而增加。     

欠人工质量缩尺振动台试验结构模型设计方法

振动台试验是研究结构抗震性能的重要方法。以单跨六层钢筋混凝土框架结构为例,对满足一致相似律的不同配重模型分别按构件等面积配筋率和按构件承载力相似原则进行配筋设计的缩尺模型与原型,采用有限元软件SAP2000和MSC.MARC分别进行了Pushover分析和弹塑性时程分析。分析结果表明：模型钢筋与原型钢筋性能相同（不完全满足相似关系）而模型混凝土性能满足相似关系要求时,按构件等面积配筋率配筋的缩尺模型不能正确反映原型的地震响应,高估原型的抗震能力;按构件承载力相似原则进行配筋设计能够较好地解决这一问题;当构件配筋率较高时,配重不足因素的影响小。针对按构件承载力相似原则配筋设计的方法,提出按模型钢筋弹性模量比修正杆件面积配筋率的改进建议。图8表11参18