考虑加卸载时长的路基土动态回弹模量测试方法及试验研究

路基土动态回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数,准确获取路基土动态回弹模量一直是道路工程领域的重要研究课题之一。在调研路基土动态回弹模量测试方法相关成果的基础上,通过有限元数值计算、试探性试验,建立考虑行车荷载加卸载时长影响的路基土动态回弹模量测试方法;选取两种典型的路基土,开展考虑行车荷载加卸载时长的动态回弹模量试验。试验结果表明：两种土质动态回弹模量随围压增大而增大,随循环偏应力、加载时长的增大而减小;随着加载时长的增加,路基土动态回弹模量减小可达34.6%,加载时长的影响不容忽视;不同加载时长下,路基土动态回弹模量随围压、循环偏应力的影响规律基本一致。     

高温后含孔花岗岩拉伸力学特性试验研究

为考察高温作用对岩石物理及力学特性的影响,对经历常温~900℃高温处理后花岗岩圆盘试样进行巴西试验,分析了高温后岩样的物理性质(如颜色、体积、质量和密度)变化,研究了力学性质(如荷载-位移曲线、拉伸强度和刚度)与温度关系,探讨了高温后花岗岩裂纹演化特征.试验结果表明,高温作用后花岗岩体积增大,而质量和密度减小.随着温度的升高,花岗岩试样峰后脆性减弱,延性增强,拉伸强度呈先增大后减小趋势.含孔试样拉伸强度低于完整岩样,而且降幅与孔洞分布倾角密切相关.水平和倾斜分布孔洞试样是由于中心孔边缘萌生的裂纹造成劈裂破坏,而竖直分布孔洞试样是由于3个孔洞边缘萌生的裂纹贯通导致最终破裂.     

盐岩损伤测试中卸载模量研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,对盐岩和大理岩进行了单轴压缩下的7级加卸载试验和低周循环加卸载试验测试,对盐岩和大理岩的卸载模量进行了探讨。低周循环试验加载波形采用正弦波,频率1Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环。通过试验,得到了盐岩应力应变滞回环均为条带状,大理岩则均为尖叶状;盐岩在加卸载部位具有较大不可逆变形,对应弹性响应较慢,大理岩则反之;盐岩卸载模量变化趋势受加载测试方法影响较大,而大理岩在2种试验条件下得到的卸载模量变化趋势相似;加载应力幅值比加卸载循环数对盐岩不可逆变形增量影响更加显著。损伤变量研究结果表明,利用低周循环加卸载方法测试具有显著时间效应变形岩石的损伤弹性模量,能更真实反映其损伤特征。     

吸附气体对受载含瓦斯煤渗流特性影响的试验研究

利用自主研发的含瓦斯煤岩三轴压缩试验系统,进行了大量受载瓦斯煤的渗透特性室内试验,对比分析了CO2,CH4和N2的渗透率之间的异同.研究结果表明,在恒定瓦斯压力条件下,煤样渗透率随围压的增大而减小,均服从负指数函数变化规律;在恒定围压条件下,煤样渗透率随瓦斯压力的增加而减小,并且表现出幂函数变化规律;吸附性强弱不同的气体所表现出来的渗透性也不一样,气体吸附性越强,渗透性越弱;在轴向加载情况下,不同气体的渗透率都表现出先减小后增大的现象,并且具有一般的"V"字型变化规律.研究结果对深入认识煤层瓦斯运移规律具有一定的理论价值.     

循环加卸载下花岗岩破裂过程及能量演化研究

使用MTS815实验机对北山花岗岩进行了循环加卸载实验.基于实验结果,探讨了循环加卸载条件下北山花岗岩声发射特征,研究了北山花岗岩破裂过程中能量演化特征.结果表明:1)峰值应力前循环,卸载阶段弹性模量略大于加载阶段弹性模量.2)根据声发射变化特征可以很好地判定岩石所处的应力状态和损伤程度,并在一定程度上证明了岩石材料的Kaiser效应.3)峰值应力前,能量演化主要表现为以弹性能为主的聚集和释放;在峰值应力时耗散能迅速增多导致岩石内部结构发生根本性的变化,耗散能在峰后阶段所占比重持续增加导致岩石进入加速破坏阶段.4)峰值应力前,围压对弹性能和耗散能的影响很小;但弹性储能极限和岩石破坏所需的耗散能随围压的升高线性增大.     

压实黄土强度和变形各向异性的试验研究

为研究各向异性对压实黄土强度和变形特性的影响,分别对由垂直向和水平向切取的压实黄土试样,进行了不同围压、不同干密度和不同含水率下的真三轴剪切试验.试验结果表明:相同围压、干密度下,垂直向和水平向的应力-应变曲线有明显差异,垂直向试样的轴向应变小于水平试样.轴向应变差异随着干密度和轴向压力的增大而增大,随着含水量和围压的增大而减小;侧向应变差异随着干密度和轴向压力的增大而增大,随着围压的增大而减小.初始变形模量Ei在垂直方向大于水平方向,抗剪强度在垂直方向大于水平方向.     

循环加卸载下纤维增强泡沫轻质土变形特性

为了研究聚丙烯纤维增强泡沫轻质土的损伤变形特性,选用UNSAT非饱和土三轴仪开展50 kPa围压作用下的循环加卸载试验. 以泊松比、弹性模量提高率及弹塑性变形趋势为参数,分析不同纤维质量分数条件下聚丙烯纤维增强泡沫轻质土的力学特性和变形规律. 研究结果表明：当纤维质量分数达到0.50%~1.00%时,初次弹性模量提高率为56.88%~69.43%,纤维对泡沫轻质土内部初始缺陷的改善作用最佳;纤维增强泡沫轻质土试样的弹性模量提高率随着循环次数的增加呈先增大后减小的趋势,泊松比随着循环次数的增加而增大,在经历最初的2、3次循环荷载作用后趋于稳定直至试样破坏;随着循环次数的增加,纤维增强泡沫轻质土的轴向弹性应变与总应变之比逐渐降低,试样内部损伤变形逐渐累积.     

温度-压力耦合下原煤中CO_2渗流行为试验研究

利用煤岩力学-渗流试验系统TAWD-2000,对平顶山矿、长治矿和金佳矿的三类原煤试样开展了温度、气压和围压耦合下的CO_2渗流行为试验研究,系统分析了三类原煤试样的渗透率随温度、气压和围压的演化规律及影响因素.结果表明:原煤渗透率随气压的增大呈指数增大趋势,低围压下,指数增长趋势明显,高围压下,增长趋于线性;原煤渗透率随围压的增大呈指数减小趋势,当围压较低时,煤样渗透率对围压变化非常敏感,渗透率随着围压的增大迅速减小,随后趋于稳定;原煤的渗透率随温度的升高大多呈减小趋势,但也可能出现先减小后增大的趋势,这是原煤热膨胀、CO_2解吸和裂隙残余水分蒸发耦合作用的结果.     

土石坝有限元分析中土体卸载时计算方法分析

对糯扎渡心墙堆石坝进行了三维有限元计算,对比分析两种常用于邓肯E-B模型的加卸载准则以及回弹模量取值对土石坝应力变形的影响。结果表明:大坝施工过程中,基于加载函数的加卸载准则(简称准则1)判断的卸载回弹区域一直较大;准则1下数值计算所得的坝体位移较小,仅为采用基于应力水平s与偏应力(σ_1-σ_3)的加卸载准则(简称准则2)时计算位移的一半左右,加卸载准则的选取对坝体应力影响较小;监测数据表明糯扎渡大坝采用准则2时计算位移更为准确,在准则2下回弹模量取值对大坝应力变形的影响主要表现为满蓄期坝体水流向位移随回弹模量的增大而减小。     

卸围压条件下花岗岩强度特性及三维裂隙演化规律

为研究卸围压条件下花岗岩强度特性和三维裂隙演化规律,对花岗岩开展了常规三轴压缩、卸围压-加轴压和分级卸围压-加轴压循环加卸载3种不同应力路径力学试验,获得对应的轴、径向应力-应变曲线;采用CT扫描三维重构技术获得岩石卸围压过程中和破坏后内部裂隙分布三维图像.结果表明:相对于常规三轴压缩试验,试件在卸荷条件下脆性破坏特征更加显著,分级卸围压-加轴压循环加卸载会增大花岗岩的峰后延性,降低破坏轴压和破坏剧烈程度;两种卸围压方案都会使花岗岩的承载能力降低30%左右;卸荷作用下花岗岩宏观破裂为拉剪组合状,拉剪过渡不明显,表观裂隙是内部裂隙向外扩展的结果;花岗岩在卸荷作用下峰前产生的裂隙量较少,大量裂隙在峰后产生,破裂具有突发性和瞬时性,围压较低时宏观裂隙首先在试件边缘产生,围压较高时宏观裂隙首先在试件中部产生.     

单轴压缩荷载下含黏结面花岗岩能量演化研究

为探究能量演化在含黏结面不完整岩石受载过程中的规律,选取带有矿物质黏结斜面的花岗岩进行单轴循环加卸载压缩试验,同时在试验过程中进行声发射检测.得到以下结论:"有效能比"(累积弹性能/输入岩石的总能)可以作为岩石储能水平的表征,也可间接反映岩石内部结构随应力状态的改变;从整个加载过程来看,黏结面部位破坏的声发射释能短促、强烈,峰值强度时声发射持续时间较长,但声发射释能率相比黏结面破坏时较低;应力水平较低时,卸载过程中一般不会有声发射现象或声发射现象基本可以忽略,但当应力水平达到一定值时,即花岗岩积聚的弹性能超过了黏结面部位破坏的耗散能时,花岗岩在卸载时会发生短促、强烈的脆性破坏;由于声发射能量属于耗散能的一部分,定义"声发射检测效率"(声发射累积能量/累积耗散能),对于本次试验对象而言,"声发射检测效率"在压密阶段降低,弹性阶段升高,黏结面局部破坏时达到峰值,之后直至峰值强度该值呈现持续降低趋势;从能量角度分析,卸载破裂所对应的应力水平低于加载强度,但不应低于与峰值强度时耗散能大小相等的弹性能所对应的应力水平.     

Coefficients of earth pressure at rest in thick and deep soils

The effect of test methods and stress paths on the experimental value of the coefficient of earth pressure at rest, K0, was investigated under high pressures. The results indicate that the rigid pressure chamber and flexible lateral confining pressure medium method gives a stress ratio at the initial stage that is not the real K0. Moreover, K0 increases during the loading process becoming greater at high pressures. In the unloading process, however, K0 increases only at the initial stage but decreases thereafter. In addition, the incremental magnitude definition, K0=dσ3/dσ1, gives higher values than the total magnitude definition, K0=σ3/σ1, under loading. This is also true during initial stages of unloading. The experiment results also indicate that earth pressure at rest in deep and thick soils can be estimated by a power function of axial and confining pressures. R is necessary to choose the appropriate Ko to avoid some accidents.     

三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷（主）方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为：RⅢ〉RⅠ〉RⅡ。     

Mechanical property and permeability of raw coal containing methane under unloading confining pressure

Based on domestic-developed triaxial servo-controlled seepage equipment for thermal–hydrological–mechanical coupling of coal containing methane, an experimental study was carried out to investigate mechanical property and gas permeability of raw coal, under the situation of conventional triaxial compression and unloading confining pressure tests in different gas pressure conditions. Triaxial unloading confining pressure process was reducing confining pressure while increasing axial pressure. The research results show that, compared with the peak intensity of conventional triaxial loading, the ultimate strength of coal samples of triaxial unloading confining pressure was lower, deformation under loading was far less than unloading, dilation caused by unloading was more obvious than loading. The change trend of volumetric strain would embody change of gas permeability of coal, the permeability first reduced along with volumetric strain increase, and then raised with volume strain decrease, furthermore, the change trends of permeability of coal before and after destruction were different in the stage of decreasing volume strain due to the effect of gas pressure. When gas pressure was greater, the effective confining pressure was smaller, and the radial deformation produced by unloading was greater. When the unloading failed confining pressure difference was smaller, coal would be easier to get unstable failure.     

公路隧道衬砌高性能混凝土的高温烧损试验研究

利用自行设计高温压力加载试验装置,研究了高温后受损衬砌高性能混凝土(HPC)残余抗压强度在不同条件下随温度劣化的规律和定量关系,建立了火灾后隧道衬砌HPC残余抗压强度与火场温度之间的数学关系式.研究表明:高等级的HPC强度很高,但其抗火性能很差;在高温过程中及自然冷却条件下,HPC残余抗压强度总体上呈降低趋势,在300℃时,C50HPC残余抗压强度有小幅增加;射水冷却条件下,HPC残余抗压强度随着温度升高一直呈衰减状态;相同加热温度等级条件下,高温过程中HPC的残余抗压强度略高于自然冷却后HPC的残余抗压强度,自然冷却后HPC的残余抗压强度高于射水冷却后HPC的残余抗压强度.     

卸围压条件下砂岩变形破坏特性试验研究

从可释放弹性应变能角度对岩石卸围压条件下破坏特性进行研究,利用MTS815电液压伺服可控制刚性试验机进行保持轴向变形不变的卸围压试验,根据卸围压试验数据,分析了该砂岩卸围压过程中变形、强度、弹性模量及能量变化特征。结果表明:随着围压逐渐降低,岩样发生侧向不断扩容;轴向应力逐渐降低,呈现出非线性特征;弹性模量在初始阶段几乎不变化,越过破坏点之后大幅降低;可释放的弹性应变能在初始阶段增大比较缓慢,当围压降低至一定程度时急剧增大;推导出基于可释放弹性应变能的卸荷岩石的整体破坏准则Ue0。     

重复载荷作用下矿渣混凝土的渗透性

采用WHY系列全自动应力试验机对混凝土试件施加最大载荷为0.4fcy(轴压强度)和0.8fcy重复5次载荷.混凝土卸载后,通过测定混凝土加速氯离子渗透实验中阳极溶液的氯离子浓度,分析磨细矿渣掺量、载荷和渗透时间的关系.氯离子渗透经过非线性阶段后,阳极溶液中氯离子浓度随时间延长呈线性增加.结果表明:施加最大载荷为0.4fcy重复5次的压应力后,不同配比混凝土渗透性均比相应未加载混凝土大;最大载荷提高到0.8fcy后,混凝土氯离子渗透性均进一步增大.掺入磨细矿渣可抑制载荷对混凝土渗透性的增大作用,矿渣掺量不超过30%时,掺量越大抑制作用越明显,掺量为40%时,抑制作用有所降低.     

加卸载应力条件下脆性花岗岩变形的试验研究

隧道开挖过程中,岩石的变形破坏是在复杂应力条件下发生的。通过对脆性花岗岩试样进行加轴压、卸围压的三轴实验来分析其破坏的成因,发现一些新的问题：在适当围压条件下,围压的大小、加压速率及卸载速率都对岩石的破坏有较大的影响。因此,在隧道开挖过程中,必须控制好隧道的开挖速度;在设置围岩支护时,必须保证支护体有足够的强度、刚度,并且能适应围岩的变形,只有这样才能有效防止岩石变形的破坏,保证施工的顺利进行。