粉煤灰临界状态力学行为的试验研究

为验证临界状态理论对粉煤灰材料的适用性,基于具有变形数字图像测量系统的GDS三轴试验仪,对干燥粉煤灰试样和饱和粉煤灰试样分别进行常规三轴剪切试验,对比研究了其应力-应变行为的差异,重点研究了饱和粉煤灰材料的临界状态特性,给出了其相应的临界状态方程,并考察了低密度与高密度粉煤灰在变形过程中表面变形场演化的差异。     

应变速率对天津海积软土力学性能的影响

采用WF应力路径三轴仪,对天津滨海海积软土进行了不同围压、不同应变速率的三轴固结不排水剪切试验（CU）,分析了不同应变速率对海积软土试样的应力一应变关系、有效应力及试样破坏形态的影响．结果表明：CU试验应力一应变关系呈硬化特征,剪应力峰值随着应变速率的增大而增大,而孔压变化值则随着应变速率的增大而逐渐减小;不同应变速率的有效应力路径在相同固结压力下基本一致,因而正常固结黏土的有效应力路径具有唯一性;同时,应变速率对总应力强度有所影响,总应力的内摩擦角随着应变速率的增大而增大．     

干密度对稻草加筋盐渍土和稻草加筋石灰土的抗剪强度影响

土的抗剪强度受土的类型、含水率和干密度等多种因素的影响.为研究干密度对稻草加筋土的抗剪强度影响,制备了三种干密度的加筋盐渍土和加筋石灰土的试样,其三轴压缩试验结果为:两种加筋土的黏聚力随干密度的增大而增大,但内摩擦角变化不大;相同干密度时,加筋石灰土的主应力差远大于加筋盐渍土;不同干密度的加筋土,当轴向应变较大时,干密度对加筋土主应力差的影响消失,此时加筋土的主应力差主要取决于围压.总体而言,干密度的变化对加筋石灰土的抗剪强度影响较大;干密度为1.76,g/cm3的加筋石灰土,其抗剪强度较优.     

基于应力应变曲线的页岩脆性指标分析

页岩脆性是评价页岩气储层是否可压的一个重要指标,是储层能否实现商业开采的关键.以南方海相龙马溪组富有机质页岩为研究对象,开展了单三轴压缩试验,依据岩石应力应变曲线建立新的脆性评价指标,并进行验证,在此基础上研究了页岩的脆性各向异性特征,结果表明:提出的脆性指标可以较好地反映页岩的脆性特征,标准化系数分别取 λ=0.4和...     

风城油砂三轴力学特性及其本构模型研究

油砂是一种具有自锁结构的致密沉积砂,其力学特性较疏松砂岩更为复杂。针对新疆克拉玛依风城油砂矿的地下储层岩芯,开展了室温三轴固结排水压缩试验,详细探讨了油砂在不同围压下的三轴力学特性。结果表明,典型的油砂应力–应变关系呈驼峰曲线,存在应变软化与剪胀现象;试验边界条件与围压对油砂力学特性具有重大影响,并决定了其破坏模式及峰后软化行为;油砂变形模量、泊松比在对数坐标下与围压存在线性关系,低围压时抗剪强度近似服从莫尔–库伦准则。借鉴南水非线性模型及成都科大模型,分别讨论了风城油砂的应力应变本构关系,在此基础上修正得到新的推广双曲线模型,指出修正的成都科大模型较南水模型能更好地描述油砂的应变软化特性,也能适当地考虑剪胀效应,对深入研究中国本土油砂的力学特性及石油工程应用具有重要意义。     

Estimation of compaction grouting pressure in strain softening soils

A new method was proposed to predict the limited compaction grouting pressure for the soft soils. Theoretical basis of the method considered the conical shear failure above the grout bulb. Using the Mohr-Coulomb yield criterion as the initial yield function, the limited compaction grouting pressure was determined, according to the softening elastic-plastic model based on the conventional triaxial compression tests to simulate the strain softening soils. The small strain in the elastic zone and large stain in the plastic zone and the rational yield function for the strain softening phase stage, the analytical solutions to the compaction grouting pressure were presented. The results indicate reasonable agreement and show a good potential of the proposed method for rationally optimizing the design of compaction grouting operations. Foundation item: Project (200550) supported by the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China; Project (09JJ1008) supported by Hunan Provincial Natural Science Foundation of China     

不同颗粒级配钙质砂剪切特性研究

为研究钙质砂剪切特性,对某岛钙质砂进行4组固结排水三轴试验,其围压分别是50、100、200、400 kPa。应力应变曲线表明钙质砂体变先剪缩后剪胀,在剪胀发展的过程中伴随应变软化现象。为进一步探究钙质砂应变软化的原因,筛除粒径小于0.5 mm,重复试验。研究结果表明大颗粒的钙质砂并没有出现应变软化现象。给出如下结论:(1)应变软化出现的位置比较偏后,且随着围压的增长,峰值强度会逐渐后移;(2)在低围压条件下钙质砂颗粒破碎诱发的应变软化可能性低;(3)细小颗粒诱发扁平状钙质砂出现定向滑移是试样表现应变软化的关键因素;(4)围压越高细小颗粒诱发应变软化的难度越大,峰值强度逐渐后移,并伴随着剪切带的出现。     

级配效应下珊瑚砂不排水剪切特性研究

采用三轴固结不排水剪切试验,对基于Dinger-Funk方程得到的5种不同级配的珊瑚砂进行剪切特性研究,并以中值粒径d₅₀作为评价区分珊瑚礁砂级配的指标。结果表明,珊瑚砂的峰值偏应力与级配参数的中值粒径d₅₀呈线性关系,随着中值粒径d₅₀的减小而增加;珊瑚砂的剪胀程度随着级配中最大颗粒粒径的减小(d₅₀减小)而提高,但随着有效围压的增加而降低;珊瑚砂的内摩擦角与黏聚力在随级配变化时,二者表现为对立的增长趋势：当黏聚力表现为增加时,内摩擦角减小,反之内摩擦角增大;珊瑚砂的抗剪强度参数在当级配中的最大颗粒粒径为1～2 mm时出现异常值;珊瑚砂的有效内摩擦角随着级配的中值粒径d₅₀的增大呈线性增长关系。     

含水率对花岗岩残积土邓肯-张模型参数影响

制作了不同含水率花岗岩残积土击实试样,进行一系列固结排水三轴试验.得出在不同围压和不同含水率条件下,花岗岩残积土击实试样在三向应力作用下均呈现鼓胀破坏的变形特征,其固结排水应力-应变曲线均为加工硬化型,与邓肯-张模型的条件式基本吻合.通过邓肯-张模型参数的计算与分析,得知含水率对花岗岩残积土的邓肯-张模型参数整体上影响较大,其中粘聚力受影响最显著,无因次指数n和低围压时的初始变形模量受影响较显著,基本规律为:抗剪强度指标粘聚力、内摩擦角值,初始变形模量及无因次基数K均随着含水率的增大而减小;无因次指数、破坏比随含水率的增大而增大;各参数与含水率关系曲线均在最优含水率处出现拐点,且当含水率大于最优含水率时,其对各参数的影响不同程度地加大.     

三维各向异性固结方程的求解

本文首先建立了三维情况下考虑土体各向异性的固结微分方程,进而对任意初始孔压情况下三维问题题固结微分方程进行求解,并通过算例与各向同性情况下的解进行了比较,得出了一些有价值的结论。     

软土地基一维非单调压缩固结性状分析

针对储油罐等结构物在使用期内常对下部地基产生往复性变化荷载等实际情况,考虑土体在加载和卸载时压缩系数不同的特性,研究了软土地基一维非单调压缩固结问题.基于现有的成层地基一維线性固结解析理论,采用半解析法求解,得到了相应的半解析解并编制了计算程序.通过系列计算和分析对比,全面地研究了当考虑和不考虑非单调压缩因素时,软土地基固结性状的区别以及不同参数对非单调压缩固结性状的影响.结果表明,压缩系数比、荷载比和卸载速率等对地基的固结均有显著影响;在考虑了非单调压缩的影响因素后,软土地基中超静孔压的消散将滞后于沉降的发展.     

硫酸盐腐蚀后混凝土单轴受压本构关系

为了研究硫酸盐侵蚀环境下混凝土力学性能的变化,对受硫酸盐腐蚀的普通混凝土进行单轴受压实验.通过实验室加速腐蚀的实验方法,测定不同腐蚀时期的混凝土的应力应变全曲线,研究受腐蚀混凝土应力-应变曲线上的几个特征值(峰值应力及应变、弹性模量、割线模量、拐点应力及应变、收敛点应力及应变)随腐蚀程度变化的规律,对腐蚀后混凝土的应力应变全曲线进行拟合.结果表明:随腐蚀的进行,混凝土峰值应力、弹性模量先增加后减小,而峰值应变是先稍微有所减小,而后急剧增大;该实验条件下获得了受腐蚀后混凝土应力应变曲线上各特征值与峰值应力fc′的关系式,建立了曲线上升段参数αa的数学表达式.可以以受腐蚀混凝土的强度为基本参数,分别求解受腐蚀混凝土峰值应变、弹性模量,上升段曲线拟合参数、拐点应力以及收敛点应力.从而得到受腐蚀混凝土一系列的力学参数和本构关系.     

周期荷载作用下成层饱和地基二维稳态响应

为了研究动力作用下饱和地基的动力固结问题,根据Biot平面动力固结方程,运用积分变换和矩阵传递的方法,建立了周期荷载作用下单层和多层地基的二维Biot动力固结的函数表达式.根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用周期荷载时任意层内任意点应力(包括孔压)、位移(包括流体流量)的一般积分形式解.并根据算例,研究了在周期荷载作用下地基的位移、应力、孔压变化的一般规律.算例表明,由于地基中波的反射、干涉,在水平向和竖直向各个物理量会出现多个极值的现象,远异于静力固结.     

高应力水平下深部黏土临界土力学模型研究

基于近来发展的临界土力学模型CASM,提出了考虑强度参数C影响的模型CASM-hc.以ABAQUS为二次开发平台,编制了模型CASM-hc的用户子程序,并计算模拟了中常压以及高压作用下的三轴不排水剪切试验.结果表明,模型CASM-hc能较好反映中常压和高压作用下饱和黏土临界强度特征,高压作用下不计C影响的计算临界剪切应力比可大于相应试验值0.66倍;若高压作用下饱和黏土的C值减小,则计算峰值偏应力和孔隙水压力均相应减小,且其减小幅值是C减小幅值的1.44倍.     

考虑应变强化的高压缩性黏土修正双曲线模型

研究了武汉地区高压缩性黏土弹塑性本构模型。基于Duncan E～v双曲线模型,对等压固结条件下CTC应力路径三轴实验数据进行了数据拟合,得到了该条件下的非线性应力应变关系,并将卸载-再加载试验曲线的平均斜率作为卸载模量,引入了加卸载函数作为判定加卸载的准则。将该模型嵌入有限元程序对三轴压缩试验进行数值模拟,并与Duncan模型数值解及试验曲线作对比。结果表明,该模型较Duncan模型能更好的体现正常固结黏土在CTC路径下的应力应变关系,特别是加载后期的应变强化效应,与试验曲线的最大相对误差不超过5％。     

应变空间中一般加载规律的弹塑性本构关系

为了建立多维应力、应变空间的弹塑性本构关系,将一般加载规律一维全量理论的简单弹塑性模型推广到一般加载规律的多维增量理论,并且给出应力空间的加载函数和应变空间的加载函数以及它们之间的正确的变换关系.在此基础上,在应变空间中建立了推导一般加载规律的多维增量理论的本构关系的一种途径.应用这种途径,从应变空间的加载函数出发,推导了等向强化材料的一般加载规律的弹塑性本构关系.理论和实例表明,这种途径对等向强化材料、随动强化材料、理想弹塑性材料和热弹塑性问题都适用.     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

接触面等应力增量比路径单剪试验及模型研究

为研究等应力增量比路径下土与结构接触面力学特性,进行高塑性粘土与混凝土接触面等应力增量比路径单剪试验,获得不同应力路径下应力应变关系曲线。试验结果表明,高塑性粘土能够较好地适应大变形,接触面剪应力与切向应变关系呈剪切硬化型曲线,法向剪胀不明显;接触面剪切强度与应力路径无关,应力应变关系与应力路径密切相关;初始法向应力一定,应力增量比越小,剪应力增长越快,对应的破坏剪应力也越高;无剪胀发生情况下,法向应变与法向应力关系曲线与单向压缩试验具有一致性;应力比与切向应变呈良好的双曲线关系。在试验研究的基础上,基于广义位势理论,将土与结构接触面问题看着应力空间上的二维数学问题,采用塑性状态方程代替传统的屈服面,建立了双重势面接触面弹塑性模型。模型能够反映应力路径、初始法向应力对接触面力学特性的影响,具有一般性,参数能够通过试验完全确定,可以方便地应用于有限元分析,具有一定的应用推广价值。     

论土体应力应变关系曲线类型和临界状态

为探讨应力历史对土体本构关系的影响,进行了一系列正常固结土和超固结土的排水剪切常规三轴压缩试验,对比具有不同应力历史的土体应力应变关系曲线发现,对于体应变,超固结比是决定性因素,而体应变对固结压力不太敏感。对于抗剪能力,固结压力是决定性因素,超固结比的影响也不可忽略,超固结比决定了是应变强化还是应变软化,且决定了应变软化的程度,但试样最终会达到一个统一的临界状态,具有大体相同的残余强度。根据塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理阐明,土体变形过程中,塑性体应变的变化控制了剪切抗力的升降,从而决定了土体应力应变关系曲线的类型;临界状态实际上是一个纯粹剪切变形过程,其中不发生塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用,压硬性、剪胀性、应力路径相关性统统消失,它与以前所经历的应力历史无关。