主应力轴循环旋转下原状软黏土临界性状研究

针对在交通、波浪等动荷载下土体所受应力状态具有主应力轴循环旋转的特征,对杭州地区典型原状软黏土开展不排水模拟试验.主应力轴双幅循环旋转的试验结果表明,试样扭剪、轴向应变发展受主应力轴旋转角度的影响,当转角大于一定值时,破坏应变以扭剪应变占主导,反之则要考虑扭剪和轴向等应变的共同影响.在同一旋转频率下,随着剪应力提高,试样破坏应变同步提高,且与破坏振次对数值成线性关系;若剪应力幅值不变,随旋转频率提高,临界破坏应变同步减少,破坏振次大幅提升,两者在对数曲线上亦可用线性关系表示.与等剪应力幅值的主应力轴双幅循环旋转试验结果相比,当单幅循环旋转破坏时扭剪应变很大,且受频率或剪应力幅值影响小,同时最小破坏剪应力也有显著提高.     

定向剪切应力路径下冻结黏土强度特性试验

为探索考虑主应力轴方向变化等复杂应力路径下的冻结黏土强度特性,采用冻土空心圆柱仪,在温度为-10℃条件下,对重塑冻结黏土开展一系列主应力轴方向固定不变的定向剪切试验,探讨大主应力轴方向角a、中主应力系数b和平均主应力p值变化对冻结黏土强度特性的影响.通过对广义剪应力-广义剪应变曲线的分析,发现a角和p值变化对冻土的强度及破坏应变都有较大影响,随着a角的增加,破坏时的广义剪应力qJ值先增加后减小,最小值出现在a=75°处,随着p值增加,qJ值先增加后减小;b值变化对强度的影响较小,而对破坏应变有较大影响;广义剪应力-广义剪应变曲线均为弹性塑性应变硬化曲线,且初始线性段的极限应变值在0.5%左右,不受应力路径变化的影响.分析应力与应变之间的关系,建立了定向剪切应力路径下冻结黏土的强度模型方程,进而求得广义剪切模量随应变发展的关系表达式,并发现初始广义剪切模量对冻结黏土应变的发展及破坏应变值有较大影响,且存在一临界值,对于冻结黏土,该临界值为6×105k Pa.a角、b值和p值的变化都会对冻结黏土的强度及变形产生较大影响.     

π平面上冻结黏土破坏函数适用性试验研究

为了研究冻土在π平面上的强度特征,利用冻土空心圆柱仪对冻结黏土开展了-6.0℃条件下4个平均主应力p(1.0,3.0,4.5和10.0MPa)和5个应力Lode角θσ(-30.0°,-16.1°,0°,16.1°和30.0°)的定向剪切试验.结果表明:定向剪切路径下冻结黏土的应力-应变曲线均呈现应变硬化特征;随着中主应力系数b值的增加,轴向强度逐渐降低;随着平均主应力p值的增大,中主应力系数b值对广义剪应力-剪应变曲线的影响逐渐减弱;在平均主应力p值较小时,中主应力系数b值的变化对破坏应力比的影响较大,而在平均主应力p值较大时,这一影响则较小;在相同中主应力系数b值下,破坏应力比随着平均主应力的增大而减小.随着平均主应力的增加,π平面上冻结黏土的破坏曲线形状从光滑外凸三角形渐变为圆形,非线性广义强度理论能较好描述这种演化规律.     

主应力方向和中主应力系数对冻结黏土性状的影响

为研究复杂应力路径下冻土的力学特性,利用冻土空心圆柱仪对饱和冻结黏土开展了定向剪切试验,重点研究了大主应力方向和中主应力系数对饱和冻结黏土应力应变性状的影响.试验结果表明:定向剪切路径下饱和冻结黏土应力-应变曲线基本呈现应变硬化特征,且广义剪应力-应变曲线受扭剪分量的主导.不同大主应力方向下冻结黏土应力-应变曲线水平存在一定差异,当中主应力系数b为0.5和1时广义剪应力-应变曲线水平随着大主应力方向角α的增加而降低.中主应力系数b对冻结黏土扭剪分量的应力应变性状影响相对较小,而对轴向分量与广义剪应力应变性状影响显著.     

平面应变条件下冻融循环对黄土力学性质的影响

以原状黄土为研究对象,通过平面应变试验,研究冻融循环对原状黄土物理力学性质的影响。结果表明：随着冻融循环周期的增大,土样表面损伤越严重;在同含水率、同固结围压的条件下,原状黄土的偏应力-轴向应变（σ₁-σ₃）-ε₁曲线随着冻融循环次数的增大而逐渐减小,并且冻融循环对原状黄土（σ₁-σ₃）-ε₁曲线的劣化作用随着含水率的增大而增大,随着固结围压的增大而减小;根据摩尔-库伦强度准则,得出粘聚力和内摩擦角均随着含水率的增大呈线性减小,黏聚力随着冻融循环周期的增大呈指数减小,内摩擦角随着冻融循环周期的增大而减小,且在3°范围内变化。基于试验数据的合理性,拟合出原状黄土随冻融循环周期的劣化模型,该模型经试验验证可较好地描述原状黄土随冻融循环周期的劣化规律。     

含水率与倾角对复合岩体软弱夹层力学性质影响

为了研究软弱夹层倾角和含水率对含软弱夹层复合岩体的力学性质和破坏特征的影响,通过室内制样,制作了含5种不同倾角和3种不同含水率软弱夹层的复合岩体,并进行室内单轴试验。研究表明:随着倾角的增大,软弱夹层的峰值强度和变形模量减小,峰值点应变增大;实验中,无论软弱夹层倾角为多少时,软弱夹层两侧最先破坏,当软弱夹层倾角θ=15°、20°和25°时,软弱夹层不仅发育有两侧破坏,还发育始于左侧顶面止于右侧底面的贯通斜裂纹,并且也通过理论部分研究推测出对应的破坏模式;当软弱夹层倾角不变,随着软弱夹层含水率的增大,软弱夹层的峰值强度和变形模量先增大再减小,峰值强度点应变先减小后增大,含水率ω=8%试样的承载能力最强,此时软弱夹层的峰值强度和变形模量最大。     

主应力旋转条件下粉细砂的非比例加载变形特性

对粉细砂进行一系列空心圆柱扭剪试验,研究土体在经历含主应力轴偏转的非比例加载路径时的变形特性,重点分析偏应力水平、中主应力系数对土体变形产生的影响。试验中发现弹性剪应变在总剪应变中所占比例较大。在此基础上重新定义了非共轴角,并对饱和粉细砂的变形特性及其影响因素进行研究。结果表明,纯主应力旋转过程中,不同偏应力比、中主应力系数的土体,广义剪应变的整体发展规律相似,偏应力比与中主应力系数对加载末期的土体应变硬化产生较大影响;偏应力比与广义剪应力相同时,中主应力系数的差异使得土体的各向异性在变形响应中得以体现,从而表现出广义剪应变的差异;主应力旋转将使粉细砂产生明显的塑性变形,相较于中主应力系数,偏应力比对于砂土非共轴变形特性的影响更大。     

黏土的高压三轴剪切特性研究

低应力作用下与高应力作用下土的力学特性存在较大差异．为了了解高应力下黏土的三轴剪切特性,指导深部地下工程建设,本文运用SKA～1型高压K0固结仪,对高应力下重塑黏土的K0固结不排水、各向等压固结不排水剪切特性进行研究,探讨了不同固结方式下诸如K0值、轴向应变、平均主应力、主应力差等变化规律,结果表明：高应力条件下各向等压固结三轴剪切试验破坏主应力差明显大于K0固结所得的相应值;两种应力路径下黏土的应力-应变关系曲线与低应力条件下三轴剪切试验具有相似的数学模型．     

基于粒子图像测速的锚板抗拔破坏机理试验研究

锚板拉拔过程是板与周围土体相互作用的过程,研究锚板周围土体的变形破坏机制对锚板抗拔力的预测具有重要意义。基于粒子图像测速（PIV）技术开展了一系列锚板拉拔试验,试验结果表明：PIV技术可以有效地捕捉到不同砂土地基密实度和锚板埋深条件下锚板拉拔过程中周围土体的变形破坏模式。PIV位移场分析结果显示：锚板埋深较浅时,松砂地基中破坏模式呈现直面破坏,密砂地基中呈现斜面破坏;锚板埋深较大时,松砂地基中土体内部锚板上方形成灯泡形影响区,密砂地基中呈现曲面破坏。PIV应变场分析结果表明：无论砂土地基埋深如何,松砂地基中形成的剪切应变带与水平面夹角为45°+φ/2,密砂地基中形成的剪切应变带与垂直面夹角约为φ/4。     

真三轴加载条件下混凝土的力学特性

采用真三轴设备对100mm×100mm×100mm的立方体混凝土试块进行静态加载。首先,保持三个轴向的应力相同,施加应力到设计值p。然后,在保持最小主应力(Z轴)恒定并且X轴应变速率与Y轴应变速率之比也恒定的条件下,单调地增加Y轴应变。通过这种复杂加载试验,研究了混凝土的强度和体积特征。结果表明:在应力-应变混合路径加载的真三轴试验下,混凝土的抗压强度随着最小主应力的增大而增大,随着加载应变速率比的增大而线性递减,都大于单轴抗压强度,最高可达单轴抗压强度的3.4倍;混凝土试块在只经历静水压的加载历史时,初始剪切模量不受影响,不同组剪应力-剪应变关系曲线初始段都存在重合现象。峰值体积应变随着最小主应力和应变速率比的增大而增大,体积先减小后增大,出现扩容现象;当最小主应力为10MPa时,混凝土的峰值强度和峰值体积压应变几乎同时出现,并随着最小主应力的增大,两者出现的时间间隔增大,峰值体应变滞后。     

主应力方向对隧道稳定性影响规律的研究

采用模型实验方法和数值模拟方法探究了马蹄形隧道在不同方向主应力作用下围岩从初始损伤到完全破坏的全过程,归纳分析马蹄形隧道在不同方向主应力作用下的破坏规律。数值模拟方法采用最大拉应变准则,计算出隧道周边各点的相当应力,与模型实验结果吻合较好。结果表明,马蹄形隧道裂纹的产生和扩展大致沿主应力方向,马蹄形隧道围岩的破坏模式随主应力方向而改变。破坏应力的最大值出现在主应力与隧道成60°左右时,破坏应力的最小值则出现在主应力与隧道成45°左右和90°左右时,且45°左右方向的破坏应力与90°左右方向的破坏应力基本相同。     

主应力轴旋转对压实黄土动残余变形的影响

通过对DTC-199型周期扭转荷载三轴仪的简单改造,研究了主应力轴旋转对压实黄土在周期动荷载作用下轴向残余变形和动剪切残余变形的影响.结果表明:随着初始主应力方向角的增大,轴向残余变形由压缩状态的正值逐渐过渡到伸长状态的负值.振动次数对剪切残余变形影响较大,剪切变形随振次的增多而增加,且随初始主应力方向角的增大呈现增大...     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

Mechanical characteristics of intact Middle Pleistocene Epoch loess in northwestern China

In order to research the mechanical characteristics of intact Middle Pleistocene Epoch loess, triaxial shear tests and isotonic compression test of intact Middle Pleistocene Epoch loess were conducted by improved SJ-1A triaxial shear equipment. According to test results, it can be found that the intact Middle Pleistocene Epoch loess has the properties of shear dilatancy and shear shrinkage. With the increase of confining pressure, stress-strain curve develops from softening to hardening. The failure mode of intact Middle Pleistocene Epoch loess is shear failure with the rupture angle between 55° and 61°. And it is better to determine the yield stress (p _y , q _y ) of the intact loess under different confining pressures by using the ɛ _v-q/p curve. Along with the increase of confining pressure, yield deviatoric stress q _y and yield spherical stress p _y present logarithmic relationship. Besides, the strength parameters, elastic modulus K and G of intact loess, are obtained, which are benefit for loess projects design.     

陕西泾阳南塬黄土滑坡滑带土残余剪切强度特性

为探求陕西泾阳南塬高速远程黄土滑坡的复活机理,从大型黄土滑坡滑带采集原状黄土试样、古土壤试样(原状土),部分制备重塑试样(重塑土),进行不同体积含水率下的反复剪切试验,从而获得滑带土残余剪切强度指标与体积含水率、黏粒含量之间的关系。结果表明:原状土和重塑土的剪应力-位移曲线均为硬化型; 在不同的垂直压力下,原状土和重塑土的残余剪切强度差值变化较大; 当剪切强度达到峰值强度以后,随着剪切位移的继续增大,原状土和重塑土的残余剪切强度都有一定程度的损失,这种损失因垂直压力的不同而不同; 对同类土,通过反复剪切试验获得的内聚力和内摩擦角随体积含水率的增加而降低; 相关性分析表明,该区滑带土的黏粒含量较低,对残余剪切强度的内摩擦角影响很小,尤其是当天然体积含水率较低时,体积含水率的变化对残余剪切强度的影响远远大于黏粒含量的影响。     

黄土-三趾马红土滑坡滑带土剪切力学特性影响因素

中国西北地区黄土广泛沉积于三趾马红土之上形成“双层异质”接触层面,控制和影响黄土滑坡的形成。为研究黄土-三趾马红土界面剪切力学特性,研制可视化界面直剪仪,开展界面试样剪切试验,探讨齿面角度、含水率、干密度对其剪切破坏模式、强度与变形特性影响规律。结果表明:试样均沿界面产生剪切破坏,试样剪切破坏模式可分为齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种; 界面试样剪切应力-位移曲线呈应变软化型,峰值强度后应变“跳跃”及“塑态”特征反映出界面的脆性与塑性剪断破坏特征,剪切刚度、剪切破坏位移演化规律均受界面接触条件影响; 界面剪切过程存在明显剪胀效应,剪胀位移演化规律反映了剪切过程的齿面挤密、齿间滑动、齿面剪断与界面摩擦阶段; 界面试样强度随界面接触条件均呈非线性变化,齿面角度越大,峰值强度与残余强度越高,试样剪切破坏模式越趋于脆性齿面剪断; 含水率越高,界面峰值强度越低,试样剪切破坏模式越趋于塑性齿面剪断; 界面试样干密度越大,峰值强度越大,残余强度越低,试样剪切破坏模式越趋于脆性的齿间滑动-齿面剪断。研究成果可为进一步研究黄土-三趾马红土界面强度准则,揭示黄土-三趾马红土复合型滑坡启动机制提供参考。     

Fracture evolution characteristics of sandstone containing double fissures and a single circular hole under uniaxial compression

The uniaxial compression experiments on the sandstone samples containing double fissures and a single circular hole were carried out by using electro-hydraulic servo universal testing machine to investigate the effect of rock bridge angle β and fissure angle α on mechanical properties and evolution characteristics of cracks.The results show that the peak strength,peak strain and elastic modulus of defected specimens decrease comparing with those for intact sample,and show a decreased trend firstly and then increase with β changing from 0° to 90°.The peak strength and elastic modulus achieve the minimum value as the rock bridge angle is 60°,while the peak strain reaches the minimum value with the rock bridge angle of 45°.The crack initiation of tested rock samples occurs firstly in stress concentration areas at tips of prefabricated fissures under uniaxial compression,and then propagates constantly and coalescences with the prefabricated hole.Some secondary cracks initiate and propagate as well until buckling failure happens.The rock bridge angle has a great influence on crack initiation,coalescence,final failure mode,crack initiation stress and transfixion stress.The peak strength varies significantly,while the elastic modulus and peak strain change slightly,and the failure modes are also different due to the influence of fissure angle.     

不同初始状态软黏土在主应力轴耦合旋转下的孔压及3维变形规律

土体在受波浪、地震以及交通荷载等荷载作用时,其相应的应力状态较为复杂,以致于偏应力和主应力轴方位角同时变化的情况普遍存在于实际工程中,目前关于这种应力条件下原状软黏土的物理力学特性的研究尚处于起步阶段。主应力轴耦合旋转即是指在主应力轴方向旋转的同时,偏应力不断增大,而平均主应力、中主应力系数均保持不变。本文为了研究主应力轴耦合旋转时原状软黏土的变形和孔压特性,基于空心圆柱扭剪系统（HCA）对原状软黏土进行了一系列不同初始状态的扭剪试验,探讨了不同固结倾角、中主应力系数在主应力轴耦合旋转条件下对原状软黏土的变形、孔压等特性的影响。结果表明：不同初始固结状态对软黏土的变形特性有明显的影响;主应力轴耦合旋转过程中软黏土试样在b = 0和b = 0.5时的轴向变形以受压为主,在 b = 1时试样的轴向变形在主要表现为受拉状态;不同固结倾角下,主应力轴耦合旋转下试样的轴向、环向和剪切变形趋势均有明显的不同,径向应变值差别不大,在b = 0.5时试样的径向应变值接近0;不同初始固结倾角条件下试样的孔压峰值对应的大主应力方位角也不同,孔压累积与应变开展并不一一对应;应力和应变的变化与偏应力和主应力方位角的增加不同步,即存在明显的非共轴现象。     

考虑中间主应力影响的主动土压力计算

在平面应变条件下,分别推导了松冈元-中井照夫破坏准则、Lade-Duncan破坏准则和俞茂宏双剪统一强度准则的表达形式,并将平面应变条件下和常规三轴压缩条件下的土体抗剪强度指标联系起来.在此基础上,得到了考虑中间主应力影响的主动土压力计算公式.计算表明,只要填土的内摩擦角大于0,考虑中间主应力影响的主动土压力值都小于Rankine主动土压力值,但不同的破坏准则,其计算结果相差较大.