三峡花岗岩与温度及时间相关的力学性质试验研究

通过高温下的单轴和三轴抗压蠕变试验,研究了三峡花岗岩单轴应变和粘聚力随温度和时间的变化响应,反映了温度和时间对三峡花岗岩变形特性和强度特性的影响规律;提出了拟合三峡花岗岩单轴应力－应变关系和变形特性和力学模型及其粘聚力随温度和时间变化的经验公式。     

花岗岩残积土抗剪强度的尺寸效应研究

针对花岗岩残积土原状样、重塑样和剔除粒径大于5mm颗粒的重塑样,分别进行小型、中型和大型3种不同直径试样的三轴固结不排水剪切试验,研究了不同试样尺寸下花岗岩残积土的应力-应变特性,探讨了颗粒大小和试样尺寸对花岗岩残积土应力-应变特性及抗剪强度的影响。研究表明:不同尺寸大小的试样所测定的应力-应变关系相似,但量值大小有差异;存在超粒径颗粒会造成土样的有效粘聚力偏高,有效内摩擦角偏低;当不存在超粒径颗粒时,随着试样尺寸的增加,土样的有效粘聚力增大、有效内摩擦角减小,且其变化趋势具有线性规律,总粘聚力减小、总内摩擦角增大;总体来说,粘聚力变化较大,内摩擦角变化较小。     

温度和应力循环作用下花岗岩力学特性变化规律试验研究

采用多功能岩石高温三轴试验机,对花岗岩试件进行温度上限为100℃～600℃、应力上限分别为各温度下70%和85%单轴抗压强度的温度和应力循环试验,揭示温度和应力循环过程中花岗岩力学特性的变化规律,研究表明:(1)随循环次数增加,花岗岩弹性模量逐渐增大,每次循环加载的上限应变总体呈减小趋势,与应力上限为70%单轴抗压强度相比,应力上限为85%单轴抗压强度时上限应变的降低程度更大;(2)除600℃外,试件经温度和应力循环作用后的单轴抗压强度都大于对应实时温度下的强度值,其中循环温度上限为300℃时,其强度值增幅最大,在循环应力上限为70%与85%抗压强度条件下,增幅分别达到57.1%和50.9%;(3)经温度和应力循环后,花岗岩试件的强度产生明显变化,而峰值应变与实时温度下的峰值应变相差不大,说明从变形条件研究岩石的稳定性比强度条件研究岩石的稳定性更符合试验规律。研究结果对受温度和应力循环作用的深部岩石工程的稳定性研究有一定的借鉴价值。     

岩石三轴压缩峰后曲线与抗剪强度参数关系探讨

对岩样在常规三轴压缩下应力应变曲线特别是峰后强度变化曲线进行深入分析,通过分段函数和双曲函数建立峰后强度参数随软化参数变化的规律,给出了花岗岩常规三轴状态下峰后应力应变关系式的具体求法,并发现岩石粘聚力和摩擦角可用岩石峰值强度和残余强度结合破坏角近似描述,因此,提出一种较简便的计算岩石黏聚力和摩擦角的近似方法。对多组花岗岩试样进行三轴压缩试验,利用不同围压下应力应变曲线,求得内摩擦角φ和黏聚力c,将后者结果与前者对比可知:(1)该函数可近似的描述岩石峰后的应力应变关系和软化规律;(2)在围压的许可范围内,利用花岗岩三轴压缩强度峰后曲线求得的粘聚力和摩擦角可作为岩石的抗剪强度参数的近似值。上述方法可在一定程度上反映岩石力学三轴试验中常出现剪切破坏的物理意义,并对实际工程和试验提供借鉴。     

云南非饱和红粘土的强度和变形特性研究

为研究压实度对非饱和红粘土的强度和变形的影响规律,以云南腾陇公路路基填土为研究对象,利用非饱和土三轴仪,对3个不同压实度的36个红粘土试样进行了控制吸力的三轴剪切试验,研究结果表明:压实度、吸力和净围压对非饱和红粘土应力-应变曲线性状均有较大影响;红粘土的干密度越大,试样越容易发生脆性破坏;有效粘聚力、有效内摩擦角和吸力摩擦角均随干密度的增大而呈线性增长趋势;干密度相同时,有效内摩擦角随基质吸力的变化较小,可视为常数,而粘聚力随基质吸力的增加,近似线性增大;红粘土的偏应力-应变曲线可用双曲线描述。研究成果可为该地区的红粘土工程问题提供科学依据和有益参考。     

全风化花岗岩注浆加固特性试验研究

为研究注浆对全风化花岗岩物理力学特性与水稳定性的影响规律,开展不同浆液填充率全风化花岗岩注浆试样的三轴、渗透及湿化试验,结果表明:随着浆液填充率的增加,全风化花岗岩注浆试样应力–应变曲线由应变硬化型逐渐转变为应变软化型,黏聚力和变形模量均呈指数型增加,内摩擦角以抛物线型式先增大后减小,而渗透系数则呈负指数型减小。在此基础上,建立黏聚力、内摩擦角、变形模量及渗透系数随浆液填充率变化的演化方程,并对全风化花岗岩注浆堵水加固机制进行分析,研究成果对于科学评价全风化花岗岩注浆效果、合理确定注浆方案与注浆量具有重要的指导意义。     

三峡花岗岩峰后力学特性及应变软化模型研究 张 帆，盛 谦，朱泽奇，张勇慧

 通过对三峡花岗岩进行常规三轴压缩试验,得到不同围压下的应力–应变全过程曲线。基于弹塑性理论,通过试验数据拟合屈服面,分析研究花岗岩强度参数与峰后应变软化参量的关系,得出在花岗岩的应变软化过程中,黏聚力c随应变软化参量的增大而快速减小,而内摩擦角j在应变软化的过程中几乎保持不变的结论。在此基础上建立花岗岩峰后应变软化模型,利用FLAC3D程序对花岗岩三轴压缩试验进行了数值模拟,其结果与试验数据比较吻合。     

花岗岩高温高压损伤破裂细观机制模拟研究EI北大核心CSCD

为了探究花岗岩高温高压损伤破裂细观机制,使用颗粒流程序(PFC)中的晶粒模型(GBM)单元开展高温作用后花岗岩常规三轴压缩模拟,分析应力-应变曲线、强度特征及破裂模式随围压及温度演化,研究其破裂过程,研究结果表明:GBM模型可以反映晶粒间的嵌锁效应,较好地模拟花岗岩劈裂、三轴压缩过程以及真实的花岗岩拉压比和强度随围压非线性特征,一定程度上克服了圆形颗粒嵌锁力不足的问题。不同围压下试样峰值强度随温度升高总体呈现先基本不变后迅速下降的趋势,450℃为阈值温度。莫尔–库仑准则回归得到的内摩擦角及黏聚力随温度总体呈先增高后降低趋势,且花岗岩强度参数的变化与其受力结构密切相关。当石英发生α-β相变后(573℃),花岗岩内产生大量穿晶裂纹及晶粒边界裂纹。单轴压缩下,试样的破裂特征受到热裂纹控制,峰后呈延性破坏;而高围压下,剪切带穿过晶粒,导致试样峰后产生脆性破坏。     

低温条件下花岗岩力学特性试验研究

 从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(－10 ℃～－50 ℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,j 值随温度的变化关系。试验结果表明：(1) 无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为－40 ℃;(2) 微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加, 由－10 ℃～－50 ℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(LNG)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。     

加荷增湿作用下Q3粘黄土的结构损伤特性

基于三轴加荷与增湿作用下原状Q3粘黄土的变形特性,从增湿、等向压缩及增湿、剪切变形引起黄土结构产生损伤演化发展出发,寻求得到了通过应力应变曲线初始切线模量变化反映湿压原状结构损伤和次生结构增长,以及剪切变形过程不同应力应变状态对应的等结构性应力应变理想双曲线变化反映湿剪结构损伤和次生结构增长,揭示加荷与增湿作用下原状黄土结构性变化发展全过程的途径。提出了一个能全面反映湿陷性粘黄土在湿度和应力变化条件下原生结构的损伤演化规律的结构性损伤比,并建立了结构性黄土应力应变方程。     

花岗岩残积土应力路径试验研究

由于常规的三轴剪切试验不能反映实际工程中多种应力路径对土体力学特性的影响,以福州地区花岗岩残积砾质黏性土为研究对象,进行了常规三轴固结排水剪切试验、K0固结排水剪切试验、K0固结侧向减载试验和K0固结侧向减载轴向加载试验等多种室内试验,对不同应力路径条件下土体的抗剪强度、应力与应变的变化情况做出比较分析,总结了花岗岩残积土在复杂应力路径下土体的变形特性及强度特征。研究表明:在不同的土体应力路径情况下,土体所对应的强度参数及变形参数具有明显的差异性,花岗岩残积土在不同的应力路径情况下应力-应变曲线均呈现应变硬化型,在实际工程中,应综合考虑各种工况,以应对土体强度及变形的变化对工程进展的影响。     

不同应力路径下花岗岩三轴加卸载力学响应及其破坏特征

开展3种不同应力路径下的花岗岩三轴加卸载试验,得到花岗岩在不同加卸载路径下的应力–应变曲线,分析其破坏特征、变形特征及其强度特征。试验结果表明:(1)卸围压过程中岩石环向应变和体积应变与围压在初始阶段呈线性关系,而后呈明显的非线性关系,岩石轴向变形不明显,变形主要表现为环向变形,岩石扩容显著,脆性破坏特征明显。(2)卸荷试验中岩石变形模量随卸荷比的增大而减小,而泊松比随卸荷比的增大而增大,在卸荷初期岩石变形参数劣化不明显,而后呈指数型变化,且岩石加轴压卸围压试验较恒轴压卸围压试验对变形参数的影响更加明显。(3)在高应力卸荷条件下,Mogi-Coulomb强度准则较Mohr-Coulomb强度准则更能反映岩石的卸荷破坏强度特征;相对于常规三轴压缩试验,恒轴压卸围压试验试样黏聚力c降低24.21%,内摩擦角?增大16.71%,而加轴压卸围压试验试样黏聚力c增大10.25%,内摩擦角?减少6.64%,表明在恒轴压卸围压试验中试样抗破坏的主控因素为摩擦力,而在加轴压卸围压试验中为黏聚力。     

花岗岩蚀变土力学特性试验研究

本文以抽水蓄能电站工程区花岗岩蚀变土为对象,掌握其基本物性指标,并探讨该土体作为坝体填筑材料在95%压实系数下渗透、变形和强度等特性,进一步分析和计算了试样的应力应变关系及邓肯—张模型参数。试验结果表明:当试样压实系数为95%时,属于低渗透性,中等压缩性,且有一定的粘聚力及较高的内摩擦角;其应力应变表现出硬化特性,剪切初期表现出剪缩性,当应变达到某一定值后,表现出剪胀特性;利用邓肯—张模型能较好地反应土体的应力应变本构关系,并确定相关参数。研究成果为实际工程中利用花岗岩蚀变土提供了参考依据。     

压实黄土(Q_2)溶滤变形特性研究

为探究压实黄土(Q_2)溶滤变形特性,开展12种应力组合条件下的宏观溶滤试验及不同浸水时长的微观电镜扫描试验。宏观试验结果表明,溶滤应变及强度参数变化具时效性;其中,溶滤轴、体应变及应变率近似自然指数变化,黏聚力随浸水时长增加而减小,内摩擦角变化不大。围压应力对溶滤变形有阻碍作用,湿化应力水平s对溶滤应变有促进作用,并决定其量级。微观参数定量分析表明,随浸水时长增加,微观孔隙的孔径、概率熵和分形维数减小,团粒概率熵和分形维数增大,团粒粒径和曲率系数变小,微观孔隙比和连接系数分别减小和增大。孔径与粒径均减小的现象表明,溶滤变形是浸水和压力共同作用下的压密过程。其次,试样粒径变化率随s减小趋于降低,表明微结构破坏重组程度与s成正比。此外,通过KPCA法确定了影响溶滤体应变的3个主要参数为孔径、孔隙分形维数和曲率系数;影响黏聚力的2个主要参数为孔隙概率熵和团粒分形维数。     

非饱和花岗岩残积土强度试验研究

以衡阳非饱和花岗岩残积土为例,研究非饱和花岗岩残积土强度特性。采用滤纸法测定了花岗岩残积土的土水特征曲线,并进行了固结不排水剪切试验,分析了含水量及初始基质吸力对非饱和花岗岩残积土强度的影响。试验表明,在试验研究的含水量范围内,非饱和花岗岩残积土的吸力随着含水量的增大而减小,但含水量对初始基质吸力的影响较小;内摩擦角随含水量增加而线性减小,黏聚力随含水量增加呈二次曲线规律变化,而初始基质吸力对内摩擦角和黏聚力的影响呈非线性。     

陇东地区非饱和原状黄土的三轴力学特性

为获得陇东地区非饱和原状黄土的变形和强度特性及相关参数,对不同基质吸力及不同净围压下的非饱和原状黄土进行了常含水率三轴剪切试验,研究常含水率下陇东地区非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、强度参数及基质吸力变化特性。研究结果表明:不同基质吸力下,偏应力与体应变临界状态线均呈线性关系;p-q平面内的原状黄土强度包线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示;非饱和黄土的抗剪强度受基质吸力的影响,非饱和原状黄土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,有效内摩擦角受基质吸力的影响较小,可近似为一常数;并对不同基质吸力下陇东地区非饱和原状黄土的弹性模量进行拟合。     

结构性吹填软土侧向变形真三轴试验研究

为了研究吹填软土在侧向变形条件下的力学与结构特性,利用真三轴试验机以及WF应力路径试验仪进行了不排水条件下的侧向卸荷试验,并与常规三轴试验结果进行了对比分析。试验结果表明:与常规三轴剪切试验应力应变关系曲线表现的硬化特性不同,真三轴卸荷试验表现出应变软化现象。随着初始围压的增大,土体由剪缩向剪胀变化。由于中主应力的影响,真三轴卸荷状态下土体的结构屈服应力值明显大于WF卸荷状态以及常规三轴试验下的数值,其随着中主应力系数bd的增大而成非线性增长。真三轴侧向卸荷条件下土体抗剪强度指标大于WF卸荷条件,与常规三轴试验结果也明显不同,其内摩擦角增大,粘聚力减小。     

堆石料颗粒破碎对剪胀性及抗剪强度的影响

堆石料的一个比较明显的特点是在力的作用下常发生颗粒破碎，本文通过三峡花岗岩风化石碴的三轴试验和平面应变试验，结合日本森吉山安山岩和玄武岩的三轴试验成果，综合分析了颗粒破碎规律及有关力学特性，分析了破碎与剪胀性及破碎强度分量的关系。     

微矿粉高性能混凝土的拉、压、弯关系

本文采用国产MTS试验机，研究了掺50％微矿粉混凝土的轴拉应力－应变关系、轴压应力－应变关系和抗弯强度。试验结果表明，随着微矿粉的掺入，混凝土的轴拉和轴压强度均提高20％左右，峰值应变相应提高，而变形模量基本不变。抗弯强度的增长率大于轴拉和轴压强度增长率。混凝土的拉压强度比和弯压强度比基本不变。说明微矿粉混凝土具有良好的变形力学性能。此外，混凝土的和易性得到明显改善，流动性和粘聚性增加，泌水率下降。     

脆性硬岩CWFS强度准则模型等效塑性参数优化研究

 为探究适应脆性硬岩加载破坏的强度准则,以杏山铁矿混合花岗岩为对象,根据室内试验获得岩石物理力学参数及岩样切片扫描图,基于颗粒流理论和PFC程序建立混合花岗岩颗粒细观几何模型,采用Fish语言编制加载命令流并调整相应函数,对岩石单轴和三轴(?3 = 40 MPa)刚性加载试验进行模拟。通过岩石全应力–应变试验与模拟曲线、AE声发射与裂纹监测成果等综合比较研究,获得荷载作用下混合花岗岩细观力学特性及微宏观破裂演化规律。在此基础上,结合岩石单轴刚性加载试验曲线,裂纹数、摩擦力能量与轴向应变关系曲线,以及FLAC模拟,对脆性硬岩黏聚力弱化–摩擦力强化(CWFS)强度准则模型参数进行优化研究与验证。获得杏山铁矿混合花岗岩CWFS强度准则模型参数：初始黏聚力为23 MPa,残余黏聚力为4.3 MPa,初始摩擦角为0°,残余摩擦角为46.3°,临界塑性应变 , 分别为0.001 5,0.003 7。该研究成果对杏山铁矿露天转地下开采围岩体破坏机制和力学本构关系研究和工程稳定性分析等具有重要的意义。