孔隙溶液浓度的变化对黏土强度的影响

孔隙溶液的变化对土体的强度具有重要作用,为了分析孔隙溶液浓度的变化对黏土的有效强度及黏土颗粒微观结构的影响,基于应变控制式室内直剪仪和电镜扫描技术,对采用不同浓度Na Cl溶液饱和的重塑土样进行强度和微观试验研究。试验结果表明孔隙溶液浓度的变化对土体黏聚力有很大影响,随着Na Cl溶液浓度的增加,黏聚力呈现降低趋势,当Na Cl孔隙溶液达到0.1 mol/L时,黏聚力出现负值。黏聚力主要来源于颗粒间物理化学作用力对颗粒移动的阻碍作用,当黏土孔隙中的Na Cl溶液浓度增加时,颗粒间斥力减小,颗粒变的易于移动,黏聚力下降。同时由于土中真实孔隙水压力的存在,使得黏聚力呈现负值。另外,通过电镜扫描对土体微观结构的探测表明,用Na Cl溶液调拌的土样主要以凝聚结构为主,而用去离子水调拌的土样主要以集聚结构为主。     

不同细粒含量饱和粉土动力特性及微观结构研究

本文针对不同细粒含量的杭州饱和粉土动力特性进行了研究,并对土的微观结构进行测定,用以探究粉土的强度、动剪切模量和微观结构的关系。研究结果表明,当粉粒含量不变而粘粒含量在8%~15%之间变化时,动强度会随粘粒含量的增高呈现抛物线型变化,最低点在粘粒含量为12%附近出现;而保持粘粒含量不变,粉粒含量在40%~70%变化时,动强度随粉粒含量变化呈现单一增长。动剪切模量测定结果显示,当细粒含量变化时,最大动剪切模量G_(max)和动强度的变化规律呈正相关关系;通过电子扫描电镜对试样的微观结构进行观察,解释了由细粒含量变化而引起土样动力特性变化的内在原因。     

水温对泥质粉砂岩物理力学性质的影响

通过对不同水温浸泡至饱和状态下的泥质粉砂岩开展单轴压缩破坏试验,获取岩石破裂全过程的力学参数,分别从宏观破裂图像、岩渣SEM微观观测图像出发,研究了含水及不同水温浸泡对岩石破裂的物理力学行为、微观与宏观破裂形态的影响。研究表明,泥质粉砂岩含水后,泥质粉砂岩的峰值强度、弹性模量、软化系数、微观结构等出现明显变化;当水温从常温(25 ℃)提高到50 ℃和100 ℃,泥质粉砂岩的微观结构变化较为明显,主要体现在随浸泡水温的提高,岩石微观颗粒饱满度增大、孔隙变小,岩石含水能力降低;随着浸泡水温的提高,峰值强度、弹性模量、软化系数等物理力学参数逐渐提高。     

不同剪切速率下滑带土强度特性及孔隙分形特征研究

滑带土的抗剪强度和微观结构的变化与滑坡岩土体的稳定性具有密切的联系。本文开展了不同剪切速率下粘性滑带土的环剪试验和核磁共振试验,从宏观与微观的角度分析了滑带土在不同剪切速率下的残余强度特征及微观孔隙的分形特征。研究结果表明:滑带土的残余强度随剪切速率的增加呈指数函数减小;剪切后试样内部孔隙的总体积随剪切速率的增加而降低,且试样内部的孔隙具有明显的分形特征,随着剪切速率的增加,孔隙分形维数先下降后上升;分形维数的变化与滑带土残余强度具有显著的高斯函数变化关系。该成果可为相关滑坡岩土体力学性质的研究提供一定的理论依据。     

酸液对灰岩力学性质影响的机制研究

通过岩芯静态溶蚀试验、岩芯动态流动试验并结合三轴力学测试及岩芯微观结构分析,从宏观和微观角度研究不同酸液对岩石力学强度破坏问题。动静态溶蚀试验表明,胶凝酸以点状溶蚀为主,而变黏酸主要以表面溶蚀为主。三轴力学测试表明,胶凝酸溶蚀后岩石抗压强度降低18%,杨氏模量降低26%,高于变黏酸对岩石力学强度的破坏。应力-应变曲线显示反应后岩芯的压实致密过程持续时间较长,岩芯表现出更强的塑性。扫描电镜观察发现,胶凝酸反应后在岩芯内部形成大量酸蚀孔洞,而变黏酸主要以均匀溶蚀为主,对岩芯内部结构破坏较小,酸液对岩芯内部溶蚀结构的差异是产生力学强度差异的根本原因。对于高闭合应力储层,在酸液选择方面应更多考虑酸液对岩石力学强度的破坏,选择控制滤失能力强的酸液体系。     

橡胶粉对PVA纤维增强水泥基复合材料韧性的影响

为了研究橡胶粉对纤维增强水泥基复合材料韧性的影响,采用橡胶粉制备PVA纤维增强水泥基复合材料,对其强度和韧性性能进行测试,并采用SEM对试件断面微观形貌进行了分析。结果表明,加入橡胶粉以后,复合材料的抗压强度出现降低,抗折强度先增大后下降,而韧性性能迅速上升;试件底部出现了多缝开裂;当橡胶粉用量为15%时,试件出现了明显应变硬化现象;当橡胶粉用量过大时,韧性反而下降。此外,结合微观力学原理,对橡胶粉的增韧机理进行了阐述。     

滑带土环剪剪切面的微观观测与分析

 滑带土的残余强度一直是边坡工程研究的重点。由于剪切面微观结构在剪切前后的变化与宏观的土体强度存在必然的联系,所以针对一古滑坡滑动带的含砂黏土进行环剪试验,采用电镜扫描技术分析剪切前后微观结构的变化,探讨微观结构与土体宏观力学特征的关系。研究表明,含砂黏土的强度特征不同于一般黏性土,没有明显应变软化特性,粗粒含量对峰后强度有比较明显的影响。剪切过程会导致颗粒出现明显的定向性排列,微观结构发生改变,出现颗粒破碎、孔隙率提高,颗粒形状变狭长的现象,这与滑带土的宏观强度变化有密切的关系。另外,通过周长–面积法对剪切面颗粒形态的分形研究,发现剪切面土颗粒微观形态具有明显的分形特征,分形维数与滑带土的残余强度指标呈线性负相关关系。     

深部矿井岩石水稳性微观机理及强度软化特性研究

为了研究深部矿井岩石水稳性性质及遇水后强度软化的规律,对巨野煤田千米深部矿井岩石进行了系统的水解试验,表现出6种水解变形破坏形式,结合极限膨胀量特征总结了4类水稳性特征类型,并从饱水试验空隙率的角度论证了分类的合理性。在此基础上,分析了岩石水稳性差异的微观机理,认为微观结构的差异是影响水稳性特征类型的主要原因,而岩石内部高岭石、伊利石和伊蒙混层的相对定量含量是另一原因。岩石饱水后其强度软化明显,而岩石水稳性特征类型对其软化特征具有明显影响并具有一致性,其中饱水后抗拉强度试验中岩石主要呈现层状破坏,而岩石抗剪强度软化的关键是内摩擦角值的变化。不同饱水时间抗拉强度试验表明,岩石抗拉强度随饱水时间的增加呈指数规律减小,最后趋于稳定值;重复浸水–压缩试验表明,多次重复浸水–压缩使得岩样的最终破坏应力下降,出现了强度疲劳现象,其值小于饱和试样一次性加压破坏时的应力,更小于天然状态试样加压破坏时的应力。这是因为岩石每次浸水后内部结构的膨胀效应使得其内部结构发生了软化,从而降低了岩石的结构连接强度。     

氧化石墨烯对粉煤灰基地质聚合物力学性能的影响

通过改进Hummers法制备了一系列不同尺寸的氧化石墨烯(GO),研究了GO对粉煤灰地质聚合物流变性能、力学性能和微观结构的影响,结果表明当粉煤灰地聚物净浆流动度随GO的尺寸和掺量增大而降低;此外GO的掺入,会阻碍粉煤灰地聚物早期强度发展,但是会提高后期强度的发展速度。通过扫描电镜观察粉煤灰地质聚合物微观结构,结果表明GO的掺入会导致粉煤灰地质聚物中出现大量的针棒状结晶体。     

方钢管再生混凝土界面粘结滑移性能试验研究

为研究方钢管与再生混凝土界面粘结滑移性能,以再生粗骨料取代率、再生混凝土强度等级及膨胀剂掺量为变化参数,进行了方钢管再生混凝土试件的推出试验,获取了试件的荷载-滑移曲线,分析了各变化参数对粘结强度的影响。在验证相关粘结强度计算模型适用性的基础上,拟合出方钢管再生混凝土的粘结强度计算公式。研究结果表明,方钢管再生混凝土荷载-滑移曲线具有相似性,均经历了四个阶段,滑移首先出现在加载端,随后发展到自由端;粘结强度随再生粗骨料取代率增大而降低,但影响较小;粘结强度随再生混凝土强度等级提高而增大,但增速趋缓;膨胀剂掺量对粘结强度影响明显,粘结强度随着膨胀剂掺量(0~15%范围内)增加呈现出先增大后降低的趋势。     

初始剪应力与加荷速率耦合作用下饱和软黏土 强度特性试验研究

 对杭州饱和软黏土的不排水三轴压缩试验的静力特性进行研究。重点分析加荷速率与初始剪应力的耦合作用对杭州软黏土静力特性的影响。研究结果表明：随着初始剪应力的增加,土样的总强度增加,但抗剪强度减少;初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达60%;土样的孔隙水压力表现为降低的趋势,初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达50%。随着加荷速率的增加,土样的强度有所提高;孔隙水压力随之降低。当不存在初始剪应力时,应力–应变关系表现为硬化型曲线;当存在初始剪应力时,随着初始剪应力的增加,应力–应变关系曲线向软化型曲线发展。通过引入量纲一的峰值剪应力参数s与峰值孔隙水压力参数 对加荷速率与初始剪应力耦合作用下土体的峰值强度与孔隙水压力变化规律进行描述。该参数综合反映了初始剪应力与有效围压的影响。归一化后的结果表明：随着量纲一的应变率增加,s增加, 减少。在半对数坐标下,s, 分别与量纲一的应变率呈直线关系,并且随着初始剪应力的增加,s与 变化并不显著。     

循环剪切荷载作用下岩石节理强度劣化规律试验模拟研究

 采用水泥砂浆为相似材料,制备5种起伏角度、3种岩壁强度的锯齿型节理试样。利用自行研制的节理循环剪切试验机,对制备的节理试样进行4种法向应力下的循环剪切试验。根据循环剪切试验过程和试验曲线,分析单个剪切循环中应力–位移曲线的峰值强度特点,以 来表示节理在第n个剪切循环中的峰值剪切强度;并进一步定义 = / 为剪切强度比,来表征节理在循环剪切荷载作用下经历一定剪切循环后峰值强度的劣化程度。基于多种条件下的节理循环剪切试验结果和定义的指标,分析峰值剪切强度 随循环剪切周期N的变化规律;并通过对比不同工况的试验结果,分析起伏角度、法向应力、岩壁强度对循环剪切荷载作用下节理强度劣化规律的影响。     

确定岩石动、静力剪切强度的方法

本文探讨了确定岩石动、静力剪切强度的六种试验方法,并用这些方法,系统地研究了花岗岩、大理岩和砂岩的剪切强度。同时得出:①岩石的剪切强度随着加载速率的提高而明显增加（即动力剪切强度高于静力剪切强度）和随剪切面上正应力的增加而增加;②砂岩受400kg/cm²围压作用时剪切强度会出现一个由增加变为减少的转变点,即砂岩由脆性变为柔性的转变点,当围压低于此值时,砂岩的剪切强度随围压的增加而提高;当围压高于此值时,其剪切强度随围压的增加而降低等结果。笔者还建议使用简易的冲剪法去确定岩石的动、静力剪切强度。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

二灰土静态三轴力学性质试验研究

通过不排水三轴压缩试验对二灰土的力学特性研究,从应力-应变关系、抗剪强度、围压对强度的影响以及残余强度4个方面,分析了围压与压实度比对二灰土土体强度、变形和刚度的影响。试验结果表明,随着围压与压实度的增加,土体的强度与刚度均增加,应力-应变特性表现为软化型。压实度增加时强度增加不明显,仅为10%,而围压增加时强度增加幅度较大,能达到45%,峰值应力和残余应力都有所增加,围压增加时,应力-应变关系的弹性范围增大,曲线呈弱应变软化型或理想的弹塑性。     

结构面剪切破坏特性及其在滑移型岩爆研究中的应用

 从锦屏二级水电站深埋隧洞施工中发现结构面的剪切滑移可能诱发极强岩爆,因此为研究结构面对滑移型岩爆的控制机制,利用水泥砂浆作为模型材料制作了3种不同起伏高度的不规则锯齿形结构面并进行了直剪试验,研究了不同起伏高度、剪切速率和法向压力下的结构面的强度特征和破坏机制,并对现场的滑移型岩爆进行了初步的机制分析。研究结果表明,每种起伏高度的结构面的峰值抗剪强度和残余强度均随法向压力增大而增大;随着起伏高度的增加,结构面的抗剪强度、内摩擦角逐渐增加;随着剪切速率增加结构面抗剪强度具有先增加后减小的趋势;不同工况下结构面的破坏机制可归纳为锯齿的滑移错断机制、结构面上下盘的拉伸断裂机制和上盘前端下盘后端的冲击断裂机制,结构面的起伏高度越大、法向应力越高,冲击断裂的规模越大;现场结构面的应力集中程度、结构面面壁凸台的尺寸、强度和位置等决定了滑移型岩爆发生的等级、爆坑深度。     

塌陷区全尾砂–废石混合处置体抗剪强度特性试验研究

 某矿将尾砂、废石制备成膏体对采矿引起的地表塌陷区进行回填处置,其强度特性直接影响到塌陷区处置效果及井下生产安全。废石含量及粒径是影响处置体抗剪强度的关键因素。采用改进的小型直剪装置对处置体试块进行试验,得到废石含量、粒径对处置体抗剪强度、黏聚力c、内摩擦角? 的影响规律,采用改进的黏着摩擦理论对其强度机制进行分析。试验结果表明：随废石含量增加c值总体呈下降趋势、?值总体呈上升趋势;根据废石含量及粒径不同,抗剪强度可分为黏聚力控制型、黏聚力–摩擦力共同作用型、摩擦力控制型;抗剪强度在含石量20%～30%时达到最低值;抗剪强度随废石粒径增大而增大;应力–应变曲线在低应力区呈应变软化、高应力区呈微应变硬化;摩擦强度对抗剪强度贡献率达到80%,颗粒间摩擦强度决定了宏观抗剪强度;废石粒径及含量的改变,实质是改变了处置体粒间的实际接触面积,引起粒间摩擦强度的改变,引起宏观抗剪强度的变化。     

高温后钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土短柱试件和1根常温对比试件的拟静力试验,研究受火时间、轴压比和剪跨比对火灾后钢筋混凝土短柱的破坏形态、受剪承载力、骨架曲线、刚度退化、延性比、滞回耗能等的影响。利用有限元程序计算了高温后截面混凝土抗压强度的平均折减系数,提出了四周受火后钢筋混凝土柱受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温后短柱的受剪承载力随受火时间的增加、剪跨比的增大而减小;剪跨比对受火前后受剪承载力影响变化的程度相差较小;高温后短柱的受剪承载力先随轴压比的增大而增大,但当轴压比增大至界限轴压比后,受剪承载力反将降低,且高温后柱的界限轴压比较未受火时有减小趋势;提出的高温后钢筋混凝土柱受剪承载力计算式具有一定的安全保证率,可用于火灾后该类构件受剪性能的损伤评定。     

筋箍碎石桩复合体抗剪性能研究

筋箍碎石桩复合体抗剪性能对其稳定性分析至关重要。文章采用大型直剪仪,开展多组单根筋箍碎石桩及桩周土形成的复合体的直剪试验,深入分析了法向应力、桩周填土性质、筋材抗拉强度等因素对复合体抗剪性能的影响。试验结果表明：筋箍碎石桩复合体的抗剪强度大于普通碎石桩复合体,且筋材抗拉强度越大,加筋效果越明显,复合体抗剪强度的提高幅度越大;当桩周为砂土时,砂土相对密实度对复合体抗剪性能影响较小;当桩周为黏土时,黏土含水量越高,筋箍碎石桩复合体的抗剪性能越低。筋箍碎石桩复合体可能出现筋材胀裂破坏、筋材剪断破坏及桩身弯扭破坏等3种受剪破坏模式。此外,筋箍碎石桩复合体的抗剪强度可采用面积置换率法计算。     

Effects of water content and interface roughness on the shear strength of silt–cement mortar interface

Although the shear behaviors of silt–structure interfaces are critical in engineering practice, they have not been extensively investigated systematically. In this study, the influence of the silt water content and interface roughness on the shear behaviors of silt–cement mortar interfaces is investigated. Forty–eight silt–cement mortar structure interface tests and 18 silt direct shear tests were carried out. The results indicated that as the water content of the silt gradually increased to saturation, the interface shear stress–displacement curves changed from strain softening to strain hardening, and the interface shear strength decreased significantly. The shear strength of the rough interface was found to be significantly greater than of the silt, and the shear strength of the smooth interface was found to be lower than that of the silt. The interface shear strength gradually increased with the surface roughness, but the increase tended to be gentle. A large shear deformation was observed, and this increased with the decrease in soil water content and the increase (up to a point) in interface roughness. A model of the interface shear strength between unsaturated soil and structures considering the influence of water content and interface roughness was established and verified.