新近系弱胶结岩力学特性的室内试验研究

引黄入洛工程隧洞围岩主要为新近系弱胶结砂岩和黏土岩,表现出极差的工程特性,是施工急需解决的关键性问题。通过室内单轴压缩变形试验,研究岩石结构和含水率对岩样力学特性的影响。结果表明:岩石结构和含水率对两种岩样的力学特性均影响较大;混合结构砂岩岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比要明显小于均匀结构砂岩样的,而含水率的影响更大,随着含水率的增大,混合结构砂岩样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比明显降低;岩石结构对黏土岩样的力学特性影响更大,与均匀结构黏土岩样参数相比,混合结构黏土岩样的单轴抗压强度显著降低,而弹性模量和泊松比却显著增大,弹性模量与单轴抗压强度呈负相关;随着含水率的增大,黏土岩样的单轴抗压强度、弹性模量明显降低,而泊松比明显增大,混合结构黏土岩样的弹性模量大幅降低。由于岩石强度很低,试验中的数据较少,因此应力—应变曲线均呈明显的台阶式变化。含水率较高和混合岩石结构是导致引黄入洛工程隧洞围岩工程特性极差的主要原因,施工时应首先解决地下水问题并进行超前支护,以增强围岩的强度和稳定性。     

风化花岗岩单轴损伤力学特性试验研究

为研究风化花岗岩弹性力学参数的劣化程度,选取弱风化、中风化及强风化的花岗岩进行单轴压缩力学特性试验研究。结果表明:风化作用对花岗岩力学特性有重要影响,会造成弹性参数不同程度的劣化。其中抗压强度和弹性模量随风化作用加强可大幅度降低,强风化花岗岩较之弱风化时抗压强度和弹性模量分别降低到30%和50%,而泊松比成增大趋势且可以增加至弱风化时的1.15倍。受不同风化作用的花岗岩破坏模式均为拉剪破坏,但宏观表现略有不同。根据损伤理论描述了风化花岗岩的损伤演化过程,得出风化花岗岩的相对损伤变量及损伤本构关系。该结论对指导管线穿越河床工程岩体力学及路基土工程有一定参考价值。     

含三维内裂纹透明类岩石材料破坏红外热像试验研究

由于目前针对含三维内裂纹的岩石破坏红外热像特征的研究较少,本文基于预埋浇注法制作含内裂纹类岩石试件,开展了单轴压缩块体试验和巴西圆盘劈拉试验,得到含内裂纹的岩石破坏过程,监测内裂纹扩展及试件破坏过程中的红外热像特征,得到以下结论:(1)含三维内裂纹的块体试件在单轴压缩下,在预制内裂纹面上发生剪切破坏;(2)块体试件在单轴压缩作用下红外热像特征明显,在破坏时,在预制内裂纹面处急剧升温;(3)含三维内裂纹巴西圆盘试件在预制内裂纹尖端发生翼型裂纹扩展,边缘带有针刺状Ⅲ型裂纹参与特征,最终翼型裂纹与上下表面贯穿;(4)巴西圆盘试验的红外热像特征与块体单轴压缩不同,在断裂面处未发生明显变化。研究结果为研究三维内裂纹的扩展规律及内裂纹扩展破裂的红外热像规律可提供一定的试验参考。     

水下岩体冲击破坏数值模拟RHT模型参数确定方法

水下岩体冲击破坏模拟过程中,岩体参数取值对破坏动态分析有重要影响,如何快速估算工程岩体RHT参数对工程施工具有重要意义.通过岩体纵波波速和Hoek-Brown准则,确定弹性模量、密度、抗压强度等岩体基本物理参数,并依据这些物理参数确定全部RHT模型参数,所得岩石参数能有效表达水下岩体物理特性,更能反映工程实际,为相关工...     

岩石破裂与能量释放过程的FLAC3D数值模拟

针对以往研究只注重岩石材料裂纹发育和破裂范围模拟的局限性,提出了一种考虑弹性模量劣化的CWFS(cohesion weakening and frictional strengthening)改进本构模型。基于该模型,结合局部能量释放率(LERR)和弹性释放能(ERE)等能量指标,利用FLAC^3D进行二次开发,实现了单轴压缩下岩石破裂过程和能量释放过程的细观模拟。研究表明,岩石破坏强度大小与均质度密切相关。随着均质度的提高,岩石的单轴抗压强度不断增大,破坏模式由延性破坏转变成脆性破坏,岩石裂纹及弹性能释放的时空分布逐渐集中,破坏强度逐渐增大。     

高层建筑工程地基岩体的质量预测与控制

通过一个高层建筑工程群场地地基岩体的勘测实例，说明：首先，在研究与划分岩体风化程度时，根据弹性波（声波）测试结果，采用岩体的动力参数──纵波速度（Vp）、风化系数（Fn）、完整性系数（I）等指标，结合岩体地质特征和根据有关规范要求，对岩体进行风化分带和软弱、破碎带的划分；其次，通过室内弹性波速测试与静力法岩石试验了解岩体的物理力学性质，并建立岩石动、静参数关系，以便充分利用现场波速测试经济快速、定量直观的优势，为基础持力层的选择及岩体的特性预测提供判据     

某水电站英安岩加卸载力学特性试验研究

针对某水电站高地应力赋存环境,对开挖硐室中英安岩开展了3种不同应力路径下的单轴压缩试验、常规三轴压缩试验、卸围压升轴压试验。试验结果表明:(1)某水电站三叠系中统竹卡组下统英安岩为典型的硬脆性材料,且在卸荷应力路径条件下脆性特征更加明显;(2)在卸围压试验中,岩石的轴向应变仅为其侧向应变的15%~30%左右,其侧向变形较为显著;(3)在卸围压的过程中岩体的变形模量随着围压的减小而逐渐减小,泊松比随围压的降低而增大,且变化趋势相似;(4)与常规三轴压缩试验相比,卸围压试验下岩石的强度参数黏聚力c降低了24.2%左右,而岩石的内摩擦角增加了9.4%左右;(5)在无侧限作用下,岩石主要为张拉破坏,在加载试验中,岩石主要表现为剪切破坏,在卸围压试验中,岩石破坏形态总体上表现为由张性破坏逐渐向剪切破坏过渡。试验中围压从8 MPa到25 MPa,涵盖了大多数工程岩体的应力范围,对解决工程问题具有重要的参考价值。     

考虑水软化-化学风化作用的岩石单轴压缩试验离散元模拟

西南地区以岩石地形为主,较为潮湿。而岩石在工程长期运行中,会受到水和化学风化作用的影响,分别表现出软化、强度降低以及力学性能劣化的特性。因此研究岩石在水、化学风化作用影响下的力学性质极其重要。本文采用离散单元法(DEM)模拟水软化-化学风化因素作用下岩石的单轴压缩试验,得到应力应变曲线以及破坏后微观信息图,从宏微观角度分析岩石受水、化学风化作用下力学性质,破坏模式的变化。模拟结果表明:随着岩石饱和度的增加,岩石的峰值强度、弹性模量不断减小,破坏模式由压剪扭破坏为主逐渐转变为拉剪扭破坏为主;随着化学风化程度增大,岩石峰值强度也随之减小,脆性破坏特征越来越不明显,与室内试验结果相吻合。     

三种岩石巴西劈裂及单轴压缩试验对比研究

利用RMT-150C岩石力学试验机,对取自雅砻江两河口水电站坝址的砂板岩、三峡库区的砂岩和宜昌城区的泥岩进行巴西劈裂和常规单轴压缩试验。结果表明:1 3种岩样的抗拉强度之比为1∶0.42∶0.16,劈裂破坏时,砂板岩和砂岩表现出脆性,泥岩表现粘性。2 3种岩样应力-应变曲线峰前变形特征相似,力学性态稳定,峰后砂板岩和砂岩应力跌落迅速,脆性特征明显,而泥岩在峰后还保持较高的强度,属于塑性破坏。3 3种岩样各自的抗拉强度、抗压强度和变形参数均存在离散性。4 3种岩石单轴抗压强度远大于抗拉强度,且抗压强度分别为各自抗拉强度的7.438、14.867和8.38倍,且巴西劈裂条件下的弹性模量、泊松比远小于单轴压缩条件下的。     

单轴压缩下砂岩断裂试验及细观统计损伤模型

岩石是典型的非均匀性材料,含有裂纹、颗粒胶结面等缺陷,建立三维岩石损伤破裂本构模型,真实模拟岩石宏细观力学特性,是岩石损伤力学中的首要问题之一。通过赋予损伤后细观单元一定的承压能力,使其成为"接触单元",模拟压缩状态下的物质接触愈合作用,建立考虑细观单元残余强度的统计损伤本构模型,给出损伤变量的演化规律,采用Weibull双参数分布模拟岩体细观参数的非均匀性和随机性,编制程序实现了三维模型的单轴压缩计算。开展圆柱形砂岩单轴压缩物理试验,将基于细观统计损伤模型的计算结果与物理试验结果对比。结果表明,数值模拟结果与砂岩单轴压缩试验中宏观弹性模量及单轴抗压强度一致,应力应变曲线相吻合。基于考虑细观单元残余强度的本构模型可以准确模拟砂岩试样逐渐从细观损伤累积到集聚成核断裂扩展直至破坏的全过程,数值模拟最终破坏形态特征与物理试验一致。验证了模型的有效性,为进一步采用本构开展不同荷载条件及岩体工程分析应用奠定了基础。     

关于长径比对岩石单轴抗压强度影响的校正公式

单轴抗压强度是岩石最重要的力学参数之一,主要用于结构设计及完整岩石品名特性的鉴定。在岩石工程中,岩石的单轴抗压强度被定义为直径48或54mm、长径比为2(最好是2.5～3)的完整岩石试样的破坏强度。影响它的因素有内部和外部两方面。主要的内部因素有岩石本身的缺陷、矿物成分、晶粒大小、孔隙率、风化和蚀变程度及非均匀性;外部因素有试样的形状和尺寸、压板的型式、加压速度、饱和度等。试验时应辨认这些因素产生的影响,并要对试验结果进行解释。     

不同湿度混凝土动力抗压性能数值模拟分析

本文基于随机骨料建立了二维混凝土的细观数值模型,利用无厚度cohesive单元模拟界面层及基体的损伤,用弹性单元模拟孔隙水,并结合黏性效应、惯性效应,模拟分析了应变率和孔隙含水率对混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量的影响。结果表明:动力分析时混凝土组成材料采用静力参数,考虑了惯性效应与黏性作用后,数值模型可以很好地反映动力荷载作用下混凝土名义动力强度增长因子(DIF)、单轴压缩弹性模量和峰值应变随应变率增加而增加的宏观现象,以及随着孔隙含水率增加混凝土静动态抗压强度线性减小、DIF线性增加、率效应增强的变化规律。以应变率和孔隙含水率为参数,提出了以干燥混凝土静态抗压强度为基准的含水混凝土动态抗压强度的预测公式。     

泡沫混凝土材料静、动力特性试验研究

作为一种轻质高强材料,泡沫混凝土常用于滨海道路工程,结构承受着自重、波浪及交通载荷等多种静、动荷载作用。通过一系列静、动力三轴试验,研究了泡沫混凝土材料在静、动力加载条件下的变形与强度特性,并探讨动载历史对材料强度的影响。试验结果表明:泡沫混凝土在静压荷载作用下的变形发展呈现出先弹性后塑性的特点,其静力抗压强度约为1 040 kPa;当动力荷载幅值较小时,泡沫混凝土变形将逐渐趋于稳定,且动弹性模量随应变增长变化较小;而当循环荷载幅值较大时,材料将发生动力破坏。此外,随着先期动力荷载幅值的增大,泡沫混凝土的静力抗压强度先增大后减小。研究结果揭示了泡沫混凝土材料在静、动荷载作用下的工作机理,可对类似工程的应用提供参考。     

热处理后白砂岩物理力学参数的变化规律

对热处理后的白砂岩进行了单轴压缩试验,分析了白砂岩应力峰值、纵波波速、弹性模量以及破坏形态随温度的变化规律,建立了白砂岩损伤变量与温度之间的关系式,分析了白砂岩损伤变量与物理力学参数之间的关系。研究表明:热处理后的白砂岩在某一温度范围内表现出一定的自愈性;热处理后白砂岩的物理力学参数与温度之间呈现二次非线性关系;热处理对白砂岩的破坏形态影响不大;热处理造成的损伤对白砂岩物理参数的影响大于对其力学参数的影响。研究成果对高温环境岩石工程的建设具有重要的参考价值。     

水对岩石力学特性及边坡稳定的影响及其机理分析

采用MTS815.04电液三轴伺服试验系统,对安康至陕川界高速公路沿线的几处典型边坡岩石试样进行了室内试验分析,结果表明,几种不同岩性试样的物理力学性质(包括单轴抗压强度、弹性模量和泊松比)随含水量的增加呈现减小的趋势,其中石灰岩和板岩随含水量的增加力学性质变化较大,砂岩和闪长岩变化较小。试验结果证实孟召平等人提出的含水量与岩石力学性质拟合方程较为符合工程实际。降雨是引发滑坡灾害的重要因素之一,目前研究降雨对边坡稳定性影响的方法主要有两种:统计分析方法和数值模拟方法。对降雨引起的岩质边坡失稳现象的研究结果表明,其影响机理主要有:降雨软化坡体、地下水位的升高、降雨对边坡坡面的冲蚀、水-岩化学作用以及裂隙中的渗流等。     

干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究

为研究干湿循环作用下砂岩力学特性的劣化规律,对经历不同干湿循环次数下的弱胶结砂岩进行核磁共振(NMR)及单轴压缩试验,采用声发射技术(AE)实时监测砂岩受荷破坏过程,并采用砂岩孔隙度定义损伤变量,建立干湿循环受荷条件下岩石损伤劣化模型,探究岩体在干湿-受荷作用下的损伤劣化机制。结果表明:①砂岩在循环初期的驰豫时间T₂谱面积增幅最大,且随循环次数的增长不断减小;单轴压缩后的岩样,其T₂谱面积相较于破坏前增长幅度显著。②随循环次数的增加,砂岩试样的塑性变形不断增大,声发射累计振铃数呈降低趋势,降低幅度最大达76.21%。③单轴抗压强度和弹性模量均随干湿循环次数的增大呈指数衰减;引入劣化度表征岩石力学参数的劣化程度,发现岩石单轴抗压强度的劣化速率随孔隙度的增长不断减缓。     

坝址岩石的野外试验

A.德威夏克博士曾于59年12月中旬到三斗坪工地参观,并就岩石力学试验、坝基处理以及地质等总题,提出了许多宝贵意见,使我们获益不少。本文系作者在1957年第四届国际土力学及基础工程会议上的论文,文中关于测静力变形模量、弹性模量以及动力模量等方面,对我们当前工地的试验工作均有很大的参考价值。     

基于正交设计的颗粒流模型宏细观参数相关分析——以岩石单轴压缩数值试验为例

分析颗粒流模型中宏细观参数的关系,可为细观参数的匹配提供依据。以平行黏结模型作为基本模型,以单轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对数值试验进行正交设计,采用多因素方差分析研究细观参数对宏观参数的影响。结果表明：弹性模量E主要受Ec(〖AKE-〗c)影响;泊松比γ主要受kn/ks(〖AKk-〗n/〖AKk-〗s)影响;单轴抗压强度σ_n主要受平行黏结强度参数σ_cn,τ_cs,SD/Mean影响;μ对宏观强度参数没有显著影响,而对宏观变形参数具有一定影响;R_A只对泊松比γ存在一定影响。在此基础上,建立了针对岩石单轴压缩数值试验的细观参数匹配方法。      

循环加卸载下高脆性黑砂岩强度及损伤试验研究

为研究高应力循环加卸载条件下脆性硬岩强度特性和参数演化规律,开展了不同围压水平下的黑砂岩循环加卸载试验,获得了高脆性硬岩全过程应力应变曲线和破裂特征,并借助塑性内变量来表征岩石损伤程度,研究了变形与强度参数随损伤的演化规律。研究结果表明：(1)循环加卸载试验中黑砂岩应力应变曲线存在屈服平台,峰后应力快速跌落,试样以剪切破坏为主;(2)从初始屈服到残余变形过程中,黑砂岩弹性模量呈先减小后增大的变化特征,在塑性内变量为0.80～0.85左右达到最小值,泊松比则呈先增大后减小的趋势;(3)黏聚力先随塑性内变量不断减小,在接近残余强度时保持稳定,而内摩擦角则呈先增大后减小的特征,强度参数与塑性内变量之间的关系可采用线性分段函数表示。     

粗粒土颗粒多点接触下的破碎准则研究

室内多采用2点加载的单颗粒破碎试验获取岩石颗粒的破碎强度，而在实际工程中颗粒大多处于多点接触受力状态，单颗粒破碎试验获得的颗粒强度是否适应多点接触破碎判别需要深入研究。以凝灰岩室内试验的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和巴西劈裂抗拉强度作为基准标定平节理模型的细观力学参数，用标定后的参数建立岩石颗粒的平节理模型试样。首先进行单颗粒破碎试验的数值模拟，分析颗粒在2点加载下的破坏过程；随后随机挑选100个加载构型，模拟颗粒受到不同接触力数量作用下的颗粒破碎，分析多点接触下最大主应力准则、平均主应力准则、八面体剪应力准则和最大接触力准则的适用性。结果表明:岩石颗粒在单颗粒破碎试验中的破坏过程有弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、劈裂破碎阶段；当颗粒处于多点接触受力状态，最大接触力准则判断颗粒破碎仍然适用。