大理岩泥夹层剪切蠕变特性研究

针对锦屏二级水电站地下洞室群围岩含有大量节理面的实际情况,采用岩石剪切蠕变仪,对组成锦屏二级水电站地下洞室围岩的主要岩石之一大理岩,进行了大理岩泥夹层结构面剪切蠕变试验。结果表明:在正应力恒定情况下,当剪应力水平较低时,蠕变曲线出现衰减蠕变和稳态蠕变;当剪应力水平较高,大于其蠕变长期强度时,蠕变曲线出现衰减、稳态和加速蠕变3个阶段;大理岩泥夹层在整个剪切蠕变过程中,平均剪切蠕变速率与剪应力呈线性关系,稳态蠕变速率与剪应力呈指数关系;与瞬时剪切强度相比,长期强度有所降低,黏聚力对剪切蠕变的影响比摩擦系数要大;随着时间的延长,剪切蠕变模量经历了从衰减到逐渐稳定的过程。     

三峡枢纽岩体结构面蠕变模型初步研究

 本文根据三峡枢纽三斗坪坝址区各类岩体结构面室内剪切蠕变试验的剪应变-时间关系曲线,得出了蠕变经验方程,它们在初始蠕变阶段为负指数函数形式;等速蠕变阶段为线性函数。而后,又将经验方程进一步抽象化,给出了三峡枢纽岩体结构面的蠕变全过程组合模型,并计算了所给模型方程中的各种参数。本文提出的蠕变全过程模型,描述了岩体结构面应力-应变-时间关系,它为数值分析提供了基础。     

饱水 －失水循环下泥岩的剪切蠕变特性研究

为研究滇中红层泥岩在饱水 －失水循环作用下的剪切蠕变特性,采用 YBL －300 剪切流变仪开展了剪切流变试验。试验结果表明: ( 1) 滇中红层泥岩在法向正应力较低时,饱水 － 失水循环下的泥岩蠕变剪应力相较于饱和状态与天然状态下的分别减少了74%与 79%; ( 2) 饱水 － 失水循环引起了剪切蠕变曲线中出现“台阶”现象,而在同一级蠕变曲线中,饱水 － 失水循环次数的增多,“台阶” 现象逐渐消失; ( 3) 法向正应力较小时,饱水 － 失水循环对泥岩的剪切蠕变特性影响较大,随正应力增大,影响逐渐减小; ( 4) 通过五元件粘弹性剪切蠕变模型和幂函数型经验模型构建了饱水 － 失水循环泥岩剪切蠕变应变 －时间线方程,并得出与试验相符的应变 －时间模拟线。     

沥青混凝土的增量蠕变模型研究

复杂变应力工作条件下水工沥青混凝土的蠕变不仅仅取决于应力状态，与应力历史或应力路径有关，具有遗传特性。利用某心墙堆石坝沥青混凝土的室内三轴蠕变试验资料，得到沥青混凝土试样的试验应力与对应最终剪切蠕变量具有较好的双曲线关系；引入随应力状态改变而变化的蠕变剪切模量，基于Leaderman叠加原理，建立了可反映复杂应力路径影响的5参数增量蠕变模型；对某坝进行非线性粘弹性有限元分析的结果表明：建议模型的计算值与大坝原型实测结果吻合较好，可用于变应力作用下具有遗传特性的沥青混凝土结构蠕变分析。     

堆石料蠕变试验方法研究

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性研究是土力学热点之一。蠕变试验的方法主要有三轴试验和单向压缩试验两种。三轴试验是研究堆石料常用的试验方法,其轴向变形主要是偏应力引起的剪切变形。而单向压缩试验,作为一种可以研究 K0 状态下堆石料的蠕变特性的试验方法,目前对此的研究较少。应用大型三轴仪(Ф300mm) 和大型叠环式固结渗透仪(Ф500 mm) ,选用双江口堆石料,分别进行了堆石料的蠕变试验,成果表明两种蠕变试验的剩余蠕变量与时间的关系都可以采用幂函数准确表达。三轴试验成果验证了九参数蠕变模型的通用性,根据单向压缩试验成果提出了简单的经验公式。最后对两种试验成果进行了比较分析,发现单向压缩蠕变可以视为应力水平为 0.4 时的三轴蠕变,其不能反映应力水平对堆石料蠕变特性的影响。因此,要对堆石料进行蠕变研究,宜采用三轴蠕变试验。     

剪切作用下锚固结构面应力分布特征分析

为了揭示岩体锚固结构面的剪切力学行为及其破坏机制,采用室内相似模拟直剪试验,分别改变锚固结构面的锚杆倾角和夹层力学性质,利用应变片测试获得了锚固结构面的应力分布特征,并研究了在不同法向荷载作用下锚固结构面应力分布的变化规律。结果表明:(1)在相同的法向荷载条件下,硬性结构面刚度比含夹层结构面刚度大;(2)结构面在锚固位置产生应力集中现象并主要发生拉剪破坏,导致其应力分布不均匀;(3)随着剪切位移的增大,硬性结构面和含夹层结构面均存在应变突变点,但含夹层结构面突变点对应的剪切位移较硬性结构面大;(4)由于锚固作用,沿剪切方向结构面呈现从滑动剪切到挤压剪切的应力演化过程。研究成果对于水利工程中的坝基及库岸边坡加固具有一定的参考意义。     

含水砂岩三轴蠕变力学特性试验研究

巷道顶板在水的作用下具有较强的蠕滑特性,对矿井开挖与生产造成巨大威胁。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机开展巷道顶板砂岩三轴压缩蠕变试验,研究砂岩在不同含水条件下的蠕变力学特性。试验结果表明:①随着饱水时间的增长和应力水平的提高,瞬时应变和蠕变量都呈递增趋势;②随着含水状态的增强,初始蠕变速率和稳态蠕变速率都逐渐增大,稳态蠕变速率与应力水平呈幂函数关系;③对比分析2种不同的长期强度求取方法,天然状态、饱水1 d和饱水5 d条件下砂岩的长期强度分别为其瞬时强度的64.12%,62.08%,59.34%,砂岩在水的作用下长期强度衰减加剧。     

基于AE统计模型的砂岩蠕变试验研究

为分析水溶液对砂岩蠕变特性的影响,利用RLJW-2000岩石流变伺服仪对3种含水率下的砂岩进行了单轴长期力学行为研究,并利用PAC声发射(AE)监测仪对砂岩试验全过程进行声信号采集。试验结果表明:砂岩在长期荷载下,表现出应变硬化特征,有明显的蠕变稳态阶段,伴随加载的进行,蠕变速率随之增大;随着含水率的增加,相同应力等级下的蠕变速率随之增大。振铃计数率与蠕变速率具有相同的变化趋势,且累计振铃计数-时间曲线与应变-时间曲线两者走势基本相同。在假设试验材料服从Weibull统计分布的前提下,通过AE事件数表示岩石的损伤程度,推导出了基于AE事件点的损伤演化方程,相同应力水平下,高含水率砂岩内部损伤发展较低含水率快。比较蠕变曲线和损伤变量曲线的加速临界时间点,发现基于损伤变量得到的临界时间点相对蠕变加速时间点较为提前,说明利用声发射来预测蠕变破坏时间更为准确,这对于实际工程中的灾害防治工作有着重要作用。     

沥青混凝土的增量蠕变模型研究

摘要：复杂变应力工作条件下水工沥青混凝土的蠕变不仅与应力状态有关,而且与应力历史和应力路径有关,具 有遗传特性。利用某心墙堆石坝沥青混凝土的室内三轴蠕变试验资料,得到沥青混凝土试样的试验应力与对应最 终剪切蠕变量具有较好的双曲线关系;引入随应力状态改变而变化的蠕变剪切模量,基于Leaderman叠加原理, 建立了可反映复杂应力路径影响的五参数增量蠕变模型。并应用该模型对某坝进行了非线性黏弹性有限元分析, 结果表明：建议模型的计算值与大坝原型实测结果吻合较好,可用于变应力作用下具有遗传特性的沥青混凝土结 构     

紫红色泥岩三轴蠕变力学特性试验研究

为揭示泥岩在不同应力环境下的蠕变力学特性,对取自某在建工程的紫红色泥岩分别进行围压为0.5,1.0,2.0,5.0 MPa的分级加载蠕变试验。试验研究表明围压越大,泥岩的强度越大,塑性变形能力越强,流变特性越显著;相同围压下,稳态蠕变速率随偏应力呈幂指数函数型增长;相同偏应力下,稳态蠕变速率随围压升高而降低;利用等时应力-应变曲线法,得到泥岩的长期强度分别为11,16,22.5,29 MPa,均较各自围压下短期强度值降低40%~45%;通过摩尔强度准则得到的长期内聚力和内摩擦角分别为3.09 MPa和34.8°,分别较短期参数降低20.6%和25.9%。根据研究成果给出了一种带应变触发的分数阶蠕变本构模型,理论曲线与试验曲线拟合度良好,能较好地模拟泥岩的蠕变全过程。     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

一种消除结构面直剪试验误差角的调平夹尺

室内结构面直剪试验制样过程中容易产生误差,获取的结构面抗剪强度参数不够准确,岩体结构面在水泥砂浆中不能保持水平是产生误差的原因之一,大量测量数据统计表明,结构面普遍倾斜5°左右。由于倾斜的存在,必然导致结构面模型在进行直剪试验时,结构面与直剪仪所加的竖直力不能垂直,从而造成法向应力与剪切面不垂直,严重影响实验数据的准确性和可靠性。在结构面制样时,运用调平夹尺钳口固定结构面,通过水准气泡的居中来调整结构面位置使其水平,消除结构面在水泥砂浆中产生的误差角,使直剪实验获取的结构面抗剪强度参数准确可靠。     

直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究

针对岩质切向边坡发生剪切破坏时其剪切面难以预测,同时在强风化作用下造成岩体性质差异使得岩体强度参数难以准确获得的问题,本文以遵义市花台坡高边坡为工程背景,开展直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究。得出切向边坡岩体剪切过程受到走向与坡向垂直的结构面控制,剪切面首先沿此方向上的节理裂隙扩展,硬岩剪切过程中剪切面呈现"台阶"型破坏面,粗糙度小;较硬岩剪切破坏面呈现"波浪"型,起伏剧烈,粗糙度大;软岩发生整体剪断,剪切面较为平整;而含贯通性倾坡外结构面的岩体则沿结构面发生剪切破坏,剪切面顺直平滑。与室内三轴试验对比后发现,现场原位直剪试验结果很好地反映了工程实际情况,特别是对于薄层软硬相间的岩体,能提供更为准确的岩体强度参数。     

A new shear rheological model for a soft interlayer with varying water content

The rheological behavior of a soft interlayer is critical to understanding slope stability, which is closely related to the water content of the soft interlayer. This study used the soft interlayer of the Permian Maokou Formation in Southwest China as an example to perform ring shear creep tests with different water content amounts. The effect of water content on the creep properties of the soft interlayer was analyzed, and a new shear rheological model was established. This research produced several findings. First, the ring shear creep deformation of the soft interlayer samples varied with the water content and the maximum instantaneous shear strain increment occurred near the saturated water content. As the water content increased, the cumulative creep increment of the samples increased. Second, the water content significantly affected the long-term strength of the soft interlayer, which decreased with the increase of water content, exhibiting a negative linear correlation. Third, a constitutive equation for the new rheological model was derived, and through fitting of the ring shear creep test data, the validity and applicability of the constitutive equation were proven. This study has developed an important foundation for studying the long-term deformation characteristics of a soft interlayer with varying water content.     

基于ANSYS二次开发的基岩不均匀性对混凝土基础约束应力影响分析

基础约束应力分析是确定大体积混凝土温控措施的重要依据,在以往有限元计算时都假定基岩是均匀的,而实际基岩被各种结构面切割并不均匀。利用ANSYS软件提供的APDL和UPFS二次开发功能,建立弹性徐变本构方程,实现大体积混凝土徐变应力的有限元计算,并通过具体算例验证程序正确性,在此基础上分析基岩不均匀性对大体积混凝土基础约束应力的影响。计算结果表明:与均匀基岩计算相比,考虑基岩不均匀性时,基础约束区混凝土最大拉应力会增大,需采用更为严格的温控措施来避免混凝土裂缝出现,为大体积混凝土温控提供一定的指导。     

复杂节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响研究

基于三维块体离散元软件3ＤＥＣ程序,考虑存在三组节理的复杂节理岩体的情况,通过对10个 不同尺寸的岩体块体进行直剪试验模拟,探讨岩体尺寸对于剪切强度特性的影响效果。由于剪切面相 对节理面位置的不同,块体分为两组（第Ⅰ、Ⅱ组）,得出了法向应力作用下的剪切应力与水平位移的关 系曲线图。通过计算可得出剪切强度参数———黏聚力和摩擦角及其与块体尺寸的关系曲线。由此可 见,两组的差异较大,故在进行选择参数时应根据剪切面的位置分别进行考虑。最后对岩体的剪切强度 特性的尺寸效应进行了理论分析,认为节理岩体的剪切强度特性的尺寸影响的关键原因是节理结构面 的存在,节理的相对位置、组数、间距、材料属性等都是重要的影响因素。     

Application of in situ direct shear device to shear strength measurement of rockfill materials

A simplified in situ direct shear test (DST) was developed for measuring the shear strength of soils in fields.In this test,a latticed shearing frame replaces the upper half of the shear box used in the conventional direct shear box test.The latticed shearing frame is directly embedded in the ground to be tested after a construction process and is pulled with a flexible chain while a constant dead load is applied to the sample in the shearing frame.This simplified in situ DST has been validated by comparing its results with those of triaxial tests on samples with parallel gradations under normal stresses less than 100 kPa.In this study,the DST was further validated by carrying out tests on samples with the same gradations,rather than on samples with parallel gradations,under normal stresses up to 880 kPa.In addition,the DST was performed inside fills in two applications.