干湿循环作用下伊犁黄土强度劣化试验研究

为了探讨干湿循环对黄土强度的影响,采用三轴试验方法,考虑了干密度、含水量、干湿循环幅度的影响,获得伊犁黄土干湿循环强度劣化规律,并利用复合函数拟合劣化度,建立伊犁黄土干湿循环强度损伤模型。结果表明：黄土在干湿循环作用下会产生明显的劣化效应,干湿循环幅度和干密度的影响显著;受原状黄土和压实黄土的劣化影响的主要是黏聚力,首次干湿循环对压实黄土黏聚力影响最大,3次干湿循环时原状黄土黏聚力劣化最多,内摩擦角受干湿循环作用影响不大;干湿循环效应使原状黄土的力学特性向重塑黄土发展,5次干湿循环后原状黄土的强度与压实黄土趋于一致;增湿过程土体孔隙发育和减湿过程土样内外出现裂隙是黄土出现强度劣化的主要原因。     

干湿循环对粉砂土改良膨胀土裂隙及强度影响

为探究黄泛区粉砂土改良膨胀土路基在干湿循环作用下裂隙发育与强度的影响规律,设计并开展了室内干湿循环试验,分别进行了11%、13%、15%、17%四种不同含水率下改良膨胀土经历不同干湿循环次数的直剪试验,然后采用MATLAB开发的图像处理技术对干湿循环作用后的土样裂隙进行定量分析,探讨改良膨胀土的裂隙率和抗剪强度的关系。结果表明:随着含水率的增大,改良膨胀土的裂隙率、黏聚力和内摩擦角逐渐减小; 当含水率一定时,裂隙的发展随干湿循环次数的增加而增大,改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着裂隙率的增大而减小; 当含水率为11%时,前两次干湿循环作用导致改良膨胀土的裂隙快速发展,裂隙率曲线较陡,黏聚力下降较快,但是内摩擦角变化不大,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的判定系数达到0.95; 当含水率为17%时,前4次干湿循环作用下改良膨胀土的裂隙虽然发育迟缓但裂隙率增长较快,4次干湿循环之后裂隙率的增长变得不明显,裂隙率曲线较平缓,黏聚力和内摩擦角下降较少,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的相关系数仅为0.70。     

干湿循环作用下硫酸盐渍土强度特性试验研究

宁夏地区硫酸盐渍土在夏季的多雨高温时节经历干湿循环过程,土体强度劣化。为探究干湿频次、含盐量对土体强度的影响,采用不固结不排水三轴剪切试验测定配置试样的黏聚力с和内摩擦角φ,探究其变化规律,结合扫描电子显微镜技术分析试样强度劣化机理。试验结果表明:硫酸盐渍土试样的应力应变曲线随干湿次数、围压及含盐量的增加,由应变软化型逐步向应变硬化型过渡;试样的内摩擦角均随干湿次数和含盐量的增加而减小,且含盐量越高,经历的干湿循环次数越多,内摩擦角降幅越大;干湿循环初期(1～3次),黏聚力随含盐量增加而增大。干湿循环后期,含盐量在0%～2%区间,黏聚力随含盐量的增加而减小;而在2%～5%区间,黏聚力随含盐量的增加而增大。随含盐量的增大,干湿循环作用下硫酸盐渍土整体强度逐渐降低,且含盐量越高,特征越明显。     

酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化影响研究

 为了研究酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化的影响,以重庆三峡地区某边坡的泥质砂岩为研究对象,对不同酸性(pH = 3)干湿循环次数n(0,1,5,10,15,20)作用的泥质砂岩试件进行室内单轴、三轴压缩试验及电镜扫描观察,并借助离散元软件PFC2D对三轴压缩试验峰值强度状态时试件的颗粒接触、裂纹分布进行模拟。研究发现,泥质砂岩的单轴抗压强度?、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角?和三轴抗压强度?′都随n的增加而降低。n = 1时?,E,c和?的阶段劣化度最大,酸性干湿循环作用对c的劣化影响要大于对?的劣化影响。泥质砂岩微细观形态随n的增加大致经历整齐致密、多孔团絮和开裂紊流3个阶段。此外,在三轴压缩试验峰值强度时,n的增加对泥质砂岩试件颗粒接触网络,微裂纹的发育、试件破坏模式等都影响显著。     

干湿循环泥质白云岩扩容特性及本构模型

为探究干湿循环作用下岩石性能劣化效应,以泥质白云岩为研究对象,针对其实际赋存环境开展干湿循环试验。研究了不同干湿循环作用下泥质白云岩的扩容特性及力学参数;并基于Mohr-Coulomb强度准则建立泥质白云岩统计损伤本构模型。结果表明:岩样的最大体积应变随围压的增大而增大;扩容应力与峰值应力之比随围压呈线性递增关系;扩容应力随围压的增大而线性增大,但其增长速率随干湿循环次数的增大而减小;随着干湿循环作用增强,峰值点的粘聚力降低,内摩擦角增大;扩容点的粘聚力与内摩擦角变化幅度均大于峰值点处,表现为扩容点受干湿循环的影响效应比峰值点处更为敏感;基于Mohr-Coulomb强度准则建立的统计损伤本构模型能描述泥质白云岩三轴压缩的应力–应变关系。     

干湿循环作用下浸矿后离子型稀土力学特性试验研究

原地浸矿法是现有离子型稀土矿山唯一的高效绿色开采方法,浸矿后离子型稀土在干湿循环作用下的力学特性影响着浸矿后边坡的稳定性。为研究浸矿后离子型稀土在干湿循环作用下的力学特性,选取赣南地区浸矿后的稀土样,利用固结不排水三轴试验,并结合核磁共振技术,测试了不同干湿循环次数下试样的强度特性和孔隙变化,得到干湿循环前、后试样的应力-应变曲线、孔隙水压力发展曲线和横向弛豫时间T2分布。结果表明:干湿循环作用下,试样初始刚度有所增大,试样强度降低,围压大小和干湿循环次数共同决定了孔隙水压力的发展。黏聚力c和内摩擦角φ随干湿循环次数增加而减小,第一次干湿循环后的降幅最大,内摩擦角的弱化幅度小于黏聚力。从横向弛豫T2谱发现,干湿循环过程会使土体产生微裂隙;并且随着干湿循环次数增加,裂隙累积扩展。     

干湿循环对泥质砂岩力学特性及其微细观结构影响研究

以取自三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象,通过单轴、三轴压缩试验,对不同干湿循环次数作用后泥质砂岩的物理力学特性进行了研究。借助SEM电镜扫描,对不同干湿循环次数作用后的泥质砂岩的微细观结构变化进行了探讨。研究发现:随干湿循环次数(1~20)的增加,泥质砂岩的峰值应力、弹性模量、黏聚力和内摩擦角都逐渐降低,峰值应变表现出下降、稳定两个阶段。其微细观结构变化总体上可归纳为整齐致密状、多孔团絮状和开裂紊流状3个阶段。基于离散元软件PFC~(2D),研究了干湿循环对泥质砂岩颗粒的接触网络,力链分布和裂纹分布的影响。基于试验数据拟合,对经历不同干湿循环次数作用的泥质砂岩的莫尔–库仑强度理论表达式进行了修正。     

干湿循环对板岩填料抗剪强度劣化影响的试验研究

针对贵州省三黎高速公路强—中风化板溪群板岩填料,开展了不同干湿循环次数条件下的大型三轴压缩试验。试验结果表明:干湿循环效应对于板岩填料的抗剪强度参数影响是较为显著的,特别是首次干湿循环后,抗剪强度参数有明显的变化,而当干湿循环次数进一步增加时,强度仍有变化,但较第一次弱;板岩填料的黏聚力c值随干湿循环次数增多近似呈线性增长,内摩擦角φ值随干湿循环次数增多近似呈幂函数减小;首次干湿循环后,内摩擦角φ值下降约7%,黏聚力上升约26%,但总体抗剪强度仅有约2%~7%的下降,说明干湿循环效应对强—中风化板溪群板岩路堤边坡稳定性影响不大。另外,本文对板岩路堤填料的干湿循环大型三轴压缩试验条件和方法进行了探讨,可为同行提供参考。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性 试验研究

 通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25 ℃～300 ℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300 ℃ 以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。     

酸性环境干湿循环作用对泥质砂岩力学参数的劣化研究

针对降雨和库水位升降对库岸边坡消落带岩体力学参数的劣化问题,选取泥质砂岩进行不同p H水环境干湿循环作用下的单轴与三轴压缩试验,结合室内试验结果,应用广义Hoek–Brown准则求得不同地质强度指标评分(GSI)下岩体的单轴抗压强度、弹性模量、材料常数和黏聚力。研究表明:破碎程度越大的泥质砂岩受浸泡的溶液酸性越强、干湿循环次数越多,其力学参数劣化程度就越高;在同一个GSI评分下,泥质砂岩各个力学参数随p H值和干湿循环次数n的劣化效应排序有所差异,综合劣化效应最大为弹性模量,累积劣化效应最明显为黏聚力,其劣化系数与浸泡溶液的p H值、干湿循环次数的对数ln(n)成线性相关。基于上述研究提出了泥质砂岩力学参数与p H值、干湿循环次数n的三维劣化方程,为酸性环境干湿循环作用下现场岩体力学参数的获取以及边坡稳定性寿命的预测提供了理论依据。     

干湿循环对有无上覆荷载作用镇江下蜀土抗剪强度的影响

针对下蜀土边坡常呈浅层滑动破坏的状况,选取镇江市某边坡的下蜀土为研究对象,通过干湿循环直剪试验,对制备试样时有、无上覆荷载,分别开展不同干湿循环次数下下蜀土抗剪强度劣化规律研究。结果表明:随着干湿循环次数的增加,无荷及有荷下蜀土的剪应力峰值、黏聚力及割线模量都逐渐降低,下蜀土黏聚力的衰减可用分段函数描述,当循环次数小于6时可用直线描述,而后趋近于一稳定值,而内摩擦角则保持相对稳定;法向应力及干湿循环次数相同,制样时有上覆荷载的下蜀土抗剪强度的衰减率明显小于无上覆荷载的衰减率,并且两种情况下的抗剪强度都随干湿循环次数的增加而不断衰减;相同干湿循环次数下,有上覆荷载下蜀土的黏聚力明显大于无上覆荷载的黏聚力,并且随着干湿循环次数的增加,其差距的增长率呈增大趋势。     

酸碱环境干湿循环作用下砂岩抗剪强度劣化规律研究

为研究酸碱环境中砂岩在干湿循环作用下抗剪强度的劣化规律,在浸泡溶液p H值分别为7,9,4的环境中,对砂岩试件进行次数为1,3,6,10次的干湿循环试验。通过不同循环次数后的单轴和三轴试验,计算得到每个阶段循环后砂岩的黏聚力和内摩擦角及其与干湿循环次数N的变化关系式,从而获得砂岩在不同p H值干湿循环作用下抗剪强度随循环次数的变化公式。结果表明,砂岩的抗剪强度随着循环次数的增加而降低,在干湿循环作用前期,受影响较为显著,抗剪强度降幅很大,而后,强度降幅相对较小;酸性环境下,砂岩抗剪强度劣化最为严重,碱性次之,中性最轻;干湿循环后的干燥试件抗剪强度劣化幅度远不如湿状态下的劣化幅度。     

干湿循环作用下砂岩细观损伤演化及宏观劣化研究

针对周期性干湿循环作用下岩石损伤劣化问题,以三峡库区某边坡的中风化砂岩为研究对象,分别对不同干湿循环次数作用下"干燥"和"饱和"状态的砂岩进行全断面CT扫描试验、巴西劈裂试验、单轴和三轴压缩试验。试验结果表明:在相同的干湿循环次数n下,"干燥"状态下砂岩的宏细观力学参数大于"饱和"状态下的参数;各典型区域的CT数均值随着循环次数非线性累积增加,初期变化较快,当n≥3时,细观损伤演化速度趋于缓慢;砂岩单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角随n的增加呈对数下降,泊松比随n的增加而增大。干湿循环作用对砂岩不同力学参数的劣化程度不一,岩样"抵抗拉伸性能"大于"抵抗压缩性能"对水的敏感性。基于试验数据拟合,对不同干湿循环作用下两种含水状态的砂岩M–C屈服准则进行了修正,为工程中获得任意围压下岩石的破坏强度提供了理论依据。     

石灰改良膨胀土力学性质的干湿循环效应

设计干湿循环作用条件下的石灰改良膨胀土三轴压缩试验,通过试验研究得到石灰改良膨胀土的内摩擦角、粘聚力和初始弹性模量等力学参数和干湿循环作用次数之间的关系。试验结果表明,当干湿循环次数从0增大到16,内摩擦角、粘聚力和初始弹性模量均不断衰减,其中,内摩擦角和粘聚力的衰减幅度分别为6.8%和29.6%,初始弹性模量的衰减幅度为15.4%~21.4%。干湿循环作用显著降低石灰改良膨胀土的粘聚力和弹性模量。干湿循环作用下石灰改良膨胀土的耐久性差。研究成果可为膨胀土改良技术研究提供参考。     

不同循环模式条件下膨胀土的力学特性变化规律及其物理机制研究

北疆寒旱区复杂的环境因素是膨胀土渠坡劣化的重要原因，并由此诱发膨胀土渠坡发生滑动破坏现象。为深入研究寒旱区膨胀土渠坡的劣化机理，通过对膨胀土进行三种不同循环模式下的直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验，从宏-微观角度分析其力学特性规律并揭示其物理机制。试验结果表明：(1)直剪试验：不同循环模式作用下的膨胀土黏聚力均随循环次数的增加均呈逐渐减小的趋势，干湿-冻融循环减小幅度最大，干湿循环次之，冻融循环最小，内摩擦角变化幅度不大，基本上处于稳定值；膨胀土经过循环后，裂隙的增多使颗粒间的联结被破坏，降低了颗粒间的胶结作用，致使抗剪强度降低。(2)压缩试验：随着循环次数的增加，稳定孔隙比呈下降趋势，表明土体的压缩性增强，同条件下干湿-冻融循环压缩性指标变化幅度最大，冻融循环变化最小；不同循环模式条件下，干湿循环使颗粒破损严重，土颗粒间胶结力下降，导致土颗粒骨架发生变化且无法恢复，压缩性增大，冻融循环过程中试样中的自由水冻结使得孔隙增加，土颗粒被冰晶挤压形成新的骨架结构，孔隙比减小但整体变化不大，其中微观孔隙率及颗粒定向频率是影响压缩指标的主要因素。(3)渗透试验：渗透系数在循环过程中变化分为缓慢、迅...     

干湿循环后膨胀土力学特性的真三轴试验研究

为了研究原状膨胀土经过反复干湿循环稳定后的力学性状,利用非饱和土真三轴仪对经历不同干湿循环后的膨胀土进行了一系列脱湿-吸湿试验、常吸力等向固结试验和常吸力真三轴剪切试验,研究干湿循环对膨胀土土-水曲线、胀缩特性、压缩特性和强度特性的影响。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,脱湿曲线和吸湿曲线形成的滞回圈越来越小,甚至发生了逆向回滞;脱湿速率和吸湿速率随着循环次数的增加而增大。脱湿—吸湿过程中体变性状皆呈明显的屈服特性,验证了膨胀土本构模型中SI和SD屈服包线的存在,脱湿屈服吸力均大于吸湿屈服吸力,且二者皆随着循环次数的增加而减小。在低围压和低吸力条件下,干湿循环对膨胀土的压缩特性影响较大,而在高围压和高吸力条件下影响较小。干湿循环使膨胀土的黏聚力和内摩擦角降低,干湿循环后膨胀土的黏聚力随着吸力和中主应力的增大而增大,内摩擦角随着中主应力的增大而减小。在低吸力范围内(s≤200 kPa),干湿循环后的膨胀土的吸力摩擦角φ_b是一个变量。经历3次干湿循环后膨胀土的强度逐渐趋于稳定,其吸力摩擦角可看作是一个常量,其值随着b值的增大非线性增大。     

干湿循环对三峡库区岸坡砂岩力学特性的影响研究

三峡库区库岸边坡分布有大量的砂岩地层,在库水位升降和降雨的长期影响下,砂岩受到干湿循环作用的严重影响,岩体力学性能劣化,从而可能导致岩体失稳破坏。本文以长寿长江二桥桥头砂岩为研究对象,采用单轴压缩试验、三轴压缩试验对天然状态和干湿循环后的砂岩试件进行试验研究,得到干湿循环作用对岩体力学特性、破坏类型以及破坏模式的影响。结果表明：干湿循环后的砂岩抗压强度和弹性模量都显著下降,在单轴压缩条件下其破坏模式由天然状态下的剪切破坏转变为劈裂破坏,而在三轴压缩条件下其破坏模式仍为剪切破坏,但内摩擦角和粘聚力均有一定程度的降低。在长寿长江二桥桥头的桥基施工中,应注意对基坑开挖后的裸露边坡进行及时覆盖,并做好排水措施。     

干湿循环作用对膨胀土结构性的影响及其导致的强度变化

采用计算机层析成像(CT)技术和常规直剪试验,探讨干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其强度变化规律。基于CT数定义损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的结构变化与强度参数变化的联系。研究结果表明:第1~4次干湿循环对膨胀土结构变化影响较大,内部裂隙发育明显;第7、第8次干湿循环对结构影响甚微;经干湿循环作用后,膨胀土的强度衰减主要是黏聚力大幅度降低,而内摩擦角则无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试件损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土黏聚力与CT损伤变量具有良好的指数衰减关系。     

干湿环境下膨胀土力学性能劣化的多尺度效应

为探索干湿循环作用下膨胀土力学性质与其结构损伤的多尺度效应,首先对重塑膨胀土试样进行0～6次干湿循环并记录开裂过程,而后分别展开三轴强度试验、核磁共振测试及扫描电镜试验,进而研究土体宏观力学行为与微细观结构损伤规律。研究结果表明:(1)干湿作用参与下,土体应力-应变曲线软化显著,抗剪强度劣化,其中黏聚力在前3次干湿循环期间骤减,4次后趋于稳定,内摩擦角变化较小;(2)土体裂隙在干湿循环作用下经历了启裂期、传播期和平衡期,平均裂隙率及平均隙宽均先后经历了增长期和稳定期,且平均隙宽在稳定期末略有收敛;(3)土体微观结构受干湿循环影响显著,孔隙总体积增加,微孔不断粗化、贯通,形成介孔或大孔;土体微观结构破碎、疏松,颗粒和孔隙间界限模糊;颗粒丰度稍有增加,但整体处于平衡互馈状态;颗粒定向频率整体呈各向同性,但局部存在最优取向;粒径分布表现为黏粒稍减、粉粒稍增、砂粒相对稳定。综合分析上述结果,对干湿循环下膨胀土的微细观损伤过程进行描述,从而得到土体力学性能劣化的多尺度机制:湿度交替变化引起土体内亲水性黏土矿物循环胀缩,诱发膨胀势、基质势,反复作用于土体微细观结构,造成疲劳损伤,导致土体黏聚力骤减、抗剪强度损失;加之土体不均匀干缩产生张拉应力并驱动裂隙扩展、贯通,继而造成土体完整度退化、力学性能降低。研究成果为半干旱区膨胀土力学行为及结构损伤演化的认知提供有益参考。     

不同围压下断续预制裂隙大理岩扩容特性试验研究

基于在伺服试验机上获得的不同围压下断续预制裂隙大理岩体积应变-轴向应变全程曲线,分析了围压对断续预制裂隙大理岩扩容特性的影响规律。结果表明,完整和断续预制裂隙大理岩裂纹损伤阈值随着围压的增加均近似呈线性增大,而且裂纹损伤阈值对围压的敏感性低于峰值强度;同等围压下,粒径较小的中晶大理岩具有较高的裂纹损伤阈值;完整或断续预制裂隙大理岩的长期内摩擦角均显著低于瞬时内摩擦角值,但长期黏聚力的降低幅度与裂隙分布密切相关;完整或断续预制裂隙大理岩的峰值强度越高,相应的裂纹损伤阈值也越大,且两者之间具有较好的线性关系。研究结论对于岩石工程设计和数值分析时断续节理裂隙岩体力学参数选取具有一定的参考价值。