应力Lode角对砂岩变形特性影响

 基于自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”,进行真三轴应力( )条件下,保持球应力、偏应力不变而改变应力Lode角试验,研究了球应力、偏应力不变条件下,应力Lode角旋转对岩石变形特性的影响。结果表明：3个主应变、体应变及偏应变均随应力Lode角的变化而改变;偏应力相等时, , , , 及 随着偏应力比M(q/p)的增大而呈现递减趋势;球应力相等时,3个主应变、体应变及偏应变随着偏应力比M的增大呈现先减小后增大的趋势,且在M较大时失稳破坏。岩石破坏时形成多个近似垂直于 方向而平行于 , 方向的破坏面,且强度值较常规加载明显偏小;偏应力比M对偏应变模量Gs有较大影响。球应力主要影响岩石的体积变化,且有一定的区间性;偏应力主要影响岩石的畸变,对岩石破坏起重要作用。试验砂岩的塑性变形受Lode角影响较大,塑形流动方向为 。       

粗粒土在三向卸载时的强度特性试验研究

卸载是引起岩土材料破坏的常见工况,为了研究粗粒土在不同中主应力系数b情况下三向卸载时的强度特性,使用真三轴仪对粗粒土进行偏应力q保持300kPa不变,球应力p不断减小的等q、等b三向等量卸载试验,分析三向卸载条件下粗粒土的强度特性,研究常用强度准则对卸载条件粗粒土的适用性。试验结果表明:在三向等量卸载条件下,粗粒土的强度参数与中主应力系数b有关;对于不同的b值,b=0时的内摩擦角φb最小,破坏应力比Mb最大;破坏应力比Mb随着b的增大而减小,且随着b的增大,减小的梯度在逐渐减小;内摩擦角φb在b值较小时随着b的增大而增大,在b值较大时随着b的增大而减小,3个方向剪切的共同影响可以解释这一变化规律;Matsuoka-Nakai强度准则、粗粒土应力不变量强度准则和Lade-Duncan强度准则这3个强度准则都能反映内摩擦角φb与b之间的这一规律,其中,Matsuoka-Nakai强度准则在b值较小时与试验结果较为接近,粗粒土应力不变量强度准则在b值较大时与试验结果较为接近;粗粒土角隅函数强度准则与等q、等b试验结果较为吻合。     

碱处理红黏土应力应变关系研究

以碱处理前、后红黏土在CTC(增p)、TC(等p)、RTC(减p)三种模拟工况下的三轴试验数据为基础,结合邓肯-张模型和广义强度发挥面理论(Extend SMP)研究土样的应力应变关系.结果表明,基于邓肯-张模型,碱处理前、后红黏土试样的ε1/(σ1-σ3)～ε1关系曲线并不是简单的线性关系,简单邓肯-张模型下分析的红...     

粗粒土应力诱导各向异性真三轴试验研究

使用河海大学最新研制成功的真三轴仪,对粗粒土进行不同主应力方向上的单向加荷试验。结果表明,在σ1、σ2、σ3方向上单向加荷时,加荷向变形都为压缩,而侧向变形较为复杂。当在σ1或者σ2方向上单向加荷时,σ3方向上都是发生膨胀,而另一个侧向(即σ2或σ1方向上)没有明显变形;当在σ3方向上单向加荷时,两个侧向(即σ1、σ2方向上)都几乎没有变形。分析认为:剪切作用增强即应力状态接近破坏面,会发生侧向膨胀;反之,剪切作用减弱,则无侧向膨胀产生或侧向膨胀较小。对σ3方向单向加荷的情况研究表明,该应力路径下,p、q、b这3个量的变化都是使试样的应力状态远离破坏面,剪切作用减弱,因此侧向膨胀很小或没有。所试验的粗粒土在一般应力条件下各向异性性质显著。     

非饱和石灰改良膨胀土应力松弛试验研究

非饱和石灰改良膨胀土应力松弛过程具有时间依赖性。通过应用非饱和三轴应力路径试验,系统研究不同加载方式、应变水平和应变速率的前期荷载对非饱和石灰改良膨胀土的应力松弛特性的影响规律。试验获得的应力松弛曲线形态基本相似,均为不完全松弛;对于前期荷载采用相同应变速率预加的应力松弛试验,应力松弛稳定历时随着预加应变水平的降低而增长,而松弛稳定曲线段对应的偏应力则随着预加应变水平的增大而降低;对于预加应变水平相同的松弛试验,应力松弛中初始偏应力值和松弛初始变化速率随着前期荷载加载速率的增大而增大;分级应力松弛过程中,试样破坏呈现累积损伤效应,且各级加载后的体积变化规律不同,并与应力松弛过程不同步,非饱和石灰改良膨胀土应力松弛过程中体积应变增长呈现出突变的特点。     

南昌重塑红土变形特性三轴试验研究

对南昌市东华理工大学附近工地取得的红土,按天然含水率23%,制取了密度为1.75,1.80,1.85,1.90,1.95g/cm3的三轴重塑土样,开展了围压分别为50,100,200,300 kPa的5组20个固结排水三轴剪切试验。绘制了不同密度时各组南昌压实红土的应力-应变、体应变-应力关系曲线,对南昌重塑红土CD条件下剪切变形特性进行分析并对剪切变形进行了分段,探讨了红土中团聚体对其剪切变形的影响。绘制了ε_v-q,ε_v-p,ε_v-q/p曲线,讨论了土样的体应变与平均主应力p、偏应力q之间的关系。结果表明：南昌重塑红土CD条件下的三轴剪切变形可分为三个阶段,这主要与土样中团聚体破裂程度有关。在剪应力q=50 kPa时,团聚体破裂,而土体的剪切变形是平均主应力、偏应力耦合作用的结果,在q/p=1.5时,土样破坏。     

考虑结构性影响的原状软黏土应力–应变特性真三轴试验研究

通过对营口原状软黏土和饱和重塑软黏土的真三轴试验,研究围压和中主应力系数对软黏土强度的影响。基于综合结构势理论,提出真三维应力条件下软黏土的应力比结构性参数,建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式。研究结果表明:当固结围压先期固结压力时,原状软黏土偏应力–广义剪应变曲线形态表现为应变软化,体应变表现为剪缩特性;当固结围压先期固结压力时,其曲线形态表现为应变硬化,体积应变表现为剪胀特性;饱和重塑软黏土的偏应力–应变关系曲线则不受先期固结压力的影响,均表现为应变硬化型。软黏土强度都随着固结围压和中主应力系数的增大而增大。应力比结构性参数m_η随广义剪应变、固结围压和中主应力系数的增大而降低,其与广义剪应变呈显著的对数关系。将拟合得到的应力比结构性参数m_η引入到原状软黏土的q-ε_s曲线中,得到q/m_η-ε_s关系曲线,进而建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式,其与试验结果具有较好的一致性,从而使原状软黏土q-ε_s曲线得到合理描述。     

自应力水泥后期膨胀导致管子爆裂的原因剖析

在正常荷载下,管道产生开裂的原因,主要是水泥后期膨胀使砼内部结构受到破坏,抗压、抗拉强度下降,管体不能承受工作压力,管壁砼开裂。在正常荷载下,管道产生爆裂的原因主要有两种: 第一种:管子从承受内压到爆裂时,钢筋受拉产生的应变有三个阶段:①砼膨胀顶伸钢筋,产生拉应变(ε_1);②随着管子内压的增加,自应力砼受压变形逐渐消失(直至到零),钢筋伸长,产生应变(ε_2);③砼受压变形消失后,内压继续增大,对砼产生的拉应变使钢筋伸长,产生拉应变(ε_3)。在ε_1+ε_2+ε_3<ε_b(钢筋抗拉强度极限点的拉应变)时,钢筋不会拉断。但是,随着后期膨胀的发生,在一定配筋     

混凝土普通砖砌体受压应力-应变曲线试验研究

依据混凝土普通砖砌体的抗压试验,对其砌体结构的整体变形进行分析,对混凝土普通砖砌体的应力-应变曲线、试件破坏过程及破坏特征等进行了系统的研究,提出适用于混凝土普通砖砌体受压应力-应变曲线的表达式为:σ/fm=6.4(ε/ε0)-5.4(ε/ε0)1.14,为混凝土普通砖砌体替代实心黏土砖的推广应用打下了基础。     

不同应力路径大理岩物理力学参数变化规律

基于大理岩常规三轴加荷与卸荷试验结果,分析加卸荷应力路径下大理岩各阶段特征应力、黏聚力c、内摩擦角φ在变形破坏中的变化规律。试验结果表明,相同卸荷速率条件下,压密应力对应的环向应变、体积应变随围压的增大而减小,起裂应力及扩容应力随围压增大而增大,加卸荷应力路径下扩容应力对应的环向应变均稳定在(-0.000 4±0.000 1)范围内。大理岩卸荷破坏的初始屈服面和后继屈服面均符合Mogi-Coulomb函数形式,峰值强度前黏聚力c随塑性参数ε^ps的增大而减小,内摩擦角φ随塑性参数ε^ps的增大而增大。     

三轴低频循环荷载下盐岩体积应变特性研究

地下储气库围岩长期处于复杂疲劳应力状态下,盐岩三轴循环荷载下的变形规律对储气库稳定性分析有参考价值。对8个盐岩试块进行了不同围压、不同应力水平和不同频率条件下的循环荷载试验。对每一试块施加恒定围压和轴向低频循环荷载。对试验参数进行了无量纲处理,分析了应力比强度(广义剪应力强度与球应力的比值)、应力比振幅、上限应力水平、荷载频率、循环次数(N)等对体积应变(?v)的影响。利用函数?v=?lg N+?v0,对每一试块的体积应变–循环次数曲线进行了拟合分析,获得了参数?和?v0随应力比振幅、上限应力水平和频率变化的数学表达式。标准化回归系数分析表明,上限应力水平是影响盐岩体积变形的主要因素,其次是应力比振幅。在高上限应力水平三轴状态下,盐岩主要表现出体积扩大现象。     

偏应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持球应力不变,进行了偏应力往返作用下的动三轴试验,分析了饱和砂土的体积变形特性。结果表明:(1) 体应变可视具体条件表现为C1型剪缩(初次加荷)、C2型剪缩(卸荷前未产生剪胀)、C3型剪缩(卸荷前产生剪胀)、剪胀P及剪刚R(再加载无胀缩)等物态有规律的变化;(2) 各物态的体应变均与所作用的偏应力比有良好的线性关系。其参数与综合反映应力特征及土性特征的各物态起始体应变间均有良好的指数或直线关系;(3) 体应变可跟踪偏应力的往返变化,区分加荷、卸荷段的各不同物态,依序考虑各物态起始时的体应变,在对应确定相应参数的基础上进行计算,计算的结果与试验关系间有良好的一致性。     

珊瑚砂动剪切模量预测的应变-损伤状态耦合模型

对南海饱和珊瑚砂进行了4类不同加载模式的不排水动三轴试验,研究了不同相对密度Dr和平均有效围压σ'0下加载第一周的动剪切模量比G1st/G0与剪应变幅值γa的关系,G1st/G0受Dr的影响很小,随σ'0的增大而增大。由于分级加载过程中土体结构与相对密度发生改变,在γa3×10-4时,应变控制的分级循环加载获得的G1st/G0-γa曲线位于等应变幅值循环加载获得的G1st/G0-γa曲线的上方。结合两类试验结果,给出了饱和珊瑚砂的G1st/G0-γa模型。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的状态参数Pd(damage parameter),探究了不同加载模式下动剪切模量比G/G0随土体损伤状态参数Pd的发展规律。在双对数坐标中,同一应变幅值下的(1-G/G0)-Pd可用直线表示,其斜率与应变幅值γa和历史加载过程中的最大应变幅值γa,max有关。结合G1st/G0-γa和G/G0-Pd关系,给出了可以同时反映应变幅值和破坏状态影响的珊瑚砂动剪切模量预测模型。     

三轴应力条件下原状黄土的吸湿渗水特性

以原状黄土为研究对象,用改装的非饱和土三轴剪切渗透仪,在三轴应力条件下进行了直接向试样分级注水使吸力逐渐减小的增湿渗透试验,分析了相同净平均应力p下偏应力q变化、相同应力比η下净平均应力p变化及饱和度Sr变化时对渗水系数的影响。研究结果表明:偏应力q、净平均应力p及饱和度Sr对渗水系数皆有较大的影响,且影响程度存在差异性。p,q一定,随着Sr增大渗水系数呈先快速后缓慢增大的趋势。Sr一定,随着q增大(p相同)或p增大(η相同)渗水系数皆呈近似线性减小趋势,前者的斜率与p大小有关,而与Sr大小无关;后者的斜率与η大小无关,而与Sr大小有关,且皆小于前者。不同净平均应力下饱和渗水系数与应力比之间皆可用指数函数描述,且仅一个参数随着净平均应力而变化。不同应力状态下相对渗水系数与饱和度关系可近似归一,无法用VG-M模型来描述,但可用本文提出的模型描述。该模型直接把净平均应力与应力比作为变量,便于实际工程应用。模型预测与试验结果吻合较好。     

非饱和原状黄土的变形及屈服特性试验研究

对不同吸力非饱和原状黄土进行了等应力比三轴压缩及常规三轴剪切路径下的试验,研究了偏应力比q/p(q及p分别为净平均应力及偏应力),吸力及净围压对不同应力路径下变形及屈服特性的影响。研究结果表明:在等应力比三轴压缩及常规三轴剪切过程中,孔隙比e与净平均应力p关系(e-lnp)皆位于二条相交的直线上,吸力、偏应力比及净围压对弹性指数的影响很小,对屈服应力及压缩指数的影响较大。等应力比三轴压缩路径下,偏应力比一定时,屈服应力及压缩指数皆随吸力的增大而增大;吸力一定时,随偏应力比的增大而先增大后减小。常规三轴剪切路径下,吸力一定时,屈服应力及压缩指数皆随净围压的增大而增大;净围压一定时,随吸力的增大,屈服应力增大,压缩指数减小。以塑性体应变作为硬化参数时,q-p平面上的初始及后继屈服面皆为对称于饱和土K₀线的倾斜椭圆,吸力及应力增大时,屈服面没有旋转,而是产生等向扩大。     

粗粒土在平面应变条件下的强度特性研究

使用河海大学新型真三轴仪,对粗粒土分别进行σ₃ 保持不变的等σ₃平面应变试验和 b =0 （即常规三轴压缩）、 b =0.25 的等σ₃等b[b=(σ₂ -σ₃)/(σ₁ -σ₃)]试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力路径、破坏时的中主应力系数、内摩擦角及破坏应力比的特点。试验结果表明,等 σ₃平面应变试验的应力路径介于 b =0 与 b =0.25 的等σ₃ 等b[b=(σ₂ -σ₃)/(σ₁ -σ₃)] 试验之间 ; 粗粒土在 平面应变条件下 破坏时的中主应力系数 b 介于 0.15 ～ 0.2 之间;粗粒土在平面应变条件下的内摩擦角比常 规三轴压缩条件下的大 5% ～ 7% ,而破坏应力比则比常规三轴压缩条件下的小 13% ～ 18% 。最后提出一个 由粗粒土常规三轴压缩试验测得的内摩擦角 φ _tc 求平面应变条件下的破坏应力比 M _fp 的计算公式 M _fp =2.3sin φ _tc ,可较好地模拟试验结果。     

双层非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨双层非均质地基中单桩的受扭承载特性,基于单层土体剪切模量呈幂函数分布的假定,考虑桩–土接触面上极限摩阻力随深度非线性变化,建立出桩顶扭矩作用下的桩身扭转控制方程,进而导得桩顶及桩身的扭矩(T)与扭转角(Φ)等解答,并将其退化为单层非均质及双层均质地基后与已有成果进行了对比验证。同时,桩顶T–Φ曲线参数分析结果表明:增加桩体剪切模量G_p有利于控制桩顶扭转角;桩径r0增加一倍,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩值增大4~6倍;随地面处土体剪切模量μ_1和模量分布函数中非线性系数α_1,α_2的增加,桩身受扭性能得到显著改善。此外,桩顶扭转影响因子I_Φ的对比分析表明:桩身在ζL0.2和ζL5.0时分别表现为刚性桩和柔性桩,且后者传至桩底的扭矩极小而可忽略;当ζL5且上下土层顶部剪切模量比μ_1/μ_21时,0.2倍桩长(L)范围内的上部土层对桩身受扭性能影响较大;当ζL10且μ_1/μ_21时,桩身受扭能力主要源自0.4L的表层土。     

海东地区原状黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

使用英国GDS双向动态三轴试验系统对青海省海东地区原状黄土进行动力特性试验研究。试验结果表明:动应变ε_d 1%时,动剪切模量随动应变的增加急剧减小;动应变ε_d1%时,动剪切模量随动应变的增加减小缓慢,后期基本趋于稳定。动剪切模量随固结围压、固结应力比、加载频率的增大而增大,且增大幅值随应变的增大呈现减小的趋势。在动应变ε_d 0.5%时,阻尼比随动应变的增加迅速增大;在动应变ε_d0.5%时,阻尼比随动应变的增加缓慢增大;在较小动应变时,固结围压、固结应力比、加载频率对阻尼比无明显的影响,随着动应变的增大,阻尼比随围压、加载频率的增大而减小,随固结应力比的增大而增大。     

冲击荷载作用下岩石动态响应预测研究

利用已有大理岩对冲击波的动态响应图,验证在0.1Hz不同加载方式下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式的适用性和合理性,提出加载速率波形曲线函数的适用条件。经研究表观弹性模量的拟合系数,提出了冲击压实系数a和冲击初始弹性模量b,以及岩样内部裂隙孔洞的压密效应系数a1和滑移错动效应系数a2,且有a=a1+a2,a10,a20。指出当岩样受到荷载作用时,岩样的压密作用与滑移错动作用是同时存在的,在加载段,|a1||a2|,在卸载段,|a1||a2|,致使加载段a0,卸载段a0。定义了加卸载速率响应比β,表征卸载段平均切线模量与加载段平均切线模量的比值,β值越大岩石的破坏程度越大,不同频率下,砂岩在三角波和正弦波加载方式下均有β≈2。各应变片的应变、变形速率、能量值的实测值与计算值均吻合较好,证明了在低速荷载下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式在高速冲击波随时间的毫秒级变化规律情况下具有较好的适用性和合理性,拓宽了该预测公式和模型的应用范围,对位移控制严格的工程设计和施工有现实意义。