橡胶砂力学性能的三维离散元数值模拟

为揭示橡胶砂混合料强度特性、偏应力-轴向应变曲线及体应变-轴向应变曲线的变化规律,利用颗粒流软件,对三轴压缩状态下橡胶砂混合料的力学特性进行了三维离散元数值模拟,从宏观、微观两方面分析质量配比、粒径比和围压对橡胶砂力学及变形特性等方面的影响。分析结果表明：当ω(橡胶)<10%时,橡胶砂表现出类砂力学特性,即先剪缩后剪胀,应力-应变曲线呈软化型,当ω(橡胶)≥20%时,橡胶砂表现出类橡胶力学特性,试样单调剪缩,应力-应变曲线呈硬化型。随着橡胶含量的增加,橡胶砂应力-应变曲线峰值降低。胶砂粒径比对橡胶砂应力-应变关系存在一定的影响,主要表现为随着平均粒径比的增大,体应变增大,应力-应变曲线降低,抗剪强度减小。随着围压的增加,低橡胶含量的橡胶砂剪胀和应变软化特性得到抑制,而高橡胶含量橡胶砂剪缩和应变硬化特性增强。混合料抗剪强度的降低主要归因于软橡胶颗粒的加入所引起的橡胶砂试样刚度损失,而其膨胀反应受到抑制的原因是橡胶颗粒容易被挤压而产生体积收缩。     

掺砾黏土蠕变性质的三轴试验

为分析掺砾量、围压和应力水平对掺砾黏土蠕变性质和规律的影响,对以不同黏土和砾混合比备制的掺砾黏土进行了不同围压和不同应力水平下的三轴排水蠕变试验。土样掺砾量分别为30%、40%、50%和70％,试验围压50kPa~200kPa,应力水平0.21~1.04。试验结果表明掺砾黏土受荷后发生较明显的瞬时变形和蠕变变形,其蠕变变形将趋于一稳定值;蠕变变形随应力水平和围压的增大而增大,随掺砾量的增加而减小。提出一个三参数经验蠕变方程以表示掺砾黏土的应力水平-轴向应变-时间关系,其中轴向应变-时间关系和应力水平-轴向应变关系以双曲线方程表示,并分析了模型参数的意义和取值。     

高围压卸荷条件下大理岩变形破坏及能量特征研究

能量的耗散与释放是岩石变形破坏的本质。基于MTS815 Flex Test GT岩石力学试验平台,通过室内三轴卸荷试验和数学物理分析方法,揭示了大理岩在高围压三轴卸荷条件下的应力应变关系及能量变化特征。结果表明,初始围压的增大将显著提升岩样峰值强度时的可释放应变能以及最终总能量;随着围压的增大,岩样所吸收的能量变化的快慢程度随着偏应力变化而有所减缓;峰值强度时岩样可释放应变能占总能量的比例随着围压的增大而急剧增大,而残余强度时所吸收的总能量几乎全部转化为耗散能;大理岩能量指标存在明显的围压效应,即峰值总能量和残余总能量随着围压增大而显著提高,且具有良好的线性关系。     

三维动静组合加载下岩石的破坏形态及力学性能研究

为研究岩爆等地质灾害发生的力学机制,利用改进的霍普金森杆试验装置,对红砂岩进行预加载三维静应力下受冲击载荷试验,分析红砂岩的破坏形态、能量耗散规律及变形强度特征.研究表明,红砂岩的破坏形态在有无围压情况下,都随着轴压的增大破坏程度增大,在无围压及有围压情况下分别呈现出"X"型和"圆锥台"型的压剪破坏形态.当轴压固定时,红砂岩的破坏程度随围压的增大而降低.在三维动静组合加载下,红砂岩入射能及单位体积吸收能与平均应变率呈线性递增关系,且递增的程度随轴压的增大表现出先增大后降低的趋势,而随围压的增大而增大.红砂岩应力应变曲线在不同平均应变率下表现出应变回弹、应力跌落及峰后塑性三种类型.红砂岩抗压强度增长因子与平均应变率1/3次幂呈线性递增关系.     

堆石蠕变与颗粒破碎特性三轴试验

为分析堆石的蠕变规律和研究颗粒破碎与蠕变的关系,对某堆石料进行了不同应力水平和围压下的大型三轴排水蠕变试验。蠕变试验后通过筛分试验测量了堆石的颗粒破碎程度。结果表明堆石的蠕变变形与应力水平和围压有关;轴向蠕变和体积蠕变随应力水平的增大而增大,应力水平相同时则随围压增大而增大。堆石的应变一时间关系可用幂函数表示,轴向应变一应力关系和体积应变一应力关系分别满足双曲线函数和线性比例函数。随应力水平和围压的增大,堆石颗粒破碎增多。堆石颗粒破碎可用相对颗粒破碎指数度量,其与轴向蠕变和体积蠕变近似呈线性比例关系。     

卸围压条件下砂岩变形破坏特性试验研究

从可释放弹性应变能角度对岩石卸围压条件下破坏特性进行研究,利用MTS815电液压伺服可控制刚性试验机进行保持轴向变形不变的卸围压试验,根据卸围压试验数据,分析了该砂岩卸围压过程中变形、强度、弹性模量及能量变化特征。结果表明:随着围压逐渐降低,岩样发生侧向不断扩容;轴向应力逐渐降低,呈现出非线性特征;弹性模量在初始阶段几乎不变化,越过破坏点之后大幅降低;可释放的弹性应变能在初始阶段增大比较缓慢,当围压降低至一定程度时急剧增大;推导出基于可释放弹性应变能的卸荷岩石的整体破坏准则Ue0。     

含杂质盐岩三轴蠕变特性试验研究

针对杂质盐岩蠕变力学特性问题,利用大型程控流变仪,对两种不同杂质盐岩进行分级加载下的三轴蠕变试验。试验结果表明:围压和杂质含量不同,盐岩破坏形态及力学参数均有差异。围压小于临界围压,盐岩呈剪切破坏;围压大于临界围压,盐岩呈大变形鼓状破坏。围压和杂质含量一定,岩盐稳态速率随偏应力增加呈指数增长;偏应力和杂质含量一定,蠕变速率随围压增大而降低,长期强度有所增大;偏应力和围压一定,低杂质(ω=2.1%)盐岩稳态蠕变速率高于高杂质(ω=46.8%)盐岩。体积变形经历了压密期-平静期-扩容期3个阶段,高杂质盐岩体积应变低于低杂质盐岩。将不溶物杂质含量与应力敏感性常数n的关系同分数阶蠕变本构方程进行耦合,建立耦合杂质的盐岩分数阶非定常蠕变模型;将理论模型与试验数据对比分析证实了该模型的合理性。     

应力状态对粗颗粒材料动力特性影响试验研究

土石坝在运营过程中,不同部位往往处于不同的应力水平,坝体在遭遇地震工况下,则导致坝体内部不同部位会产生不同的地震附加应力,应力状态是影响粗颗粒材料动力特性的重要因素。为研究地震过程中应力状态的变化对坝体抗震性能的影响,本文开展了不同围压、不同固结应力比及不同动应力条件下粗颗粒材料动力特性试验研究工作,研究表明：不同围压下最大动弹性模量值随着围压和固结应力比的提高逐渐增大,随着动应变的增大呈逐渐衰减趋势,衰减率随着围压和固结应力比的增加逐渐减慢;不同围压下阻尼比随着动应变的增大呈逐渐增大趋势;随着围压增加,阻尼比λ呈逐渐减小趋势;各级围压下最大动弹性模量值及阻尼比值均比较分散,而不能依靠动应变对其进行归一化描述。在相同围压和固结应力比作用下,随着动应力的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;在相同围压和动应力作用下,动永久轴向变形随着固结应力比的提高而增加,动永久体积变形随着固结应力比的提高而略有降低;在相同的固结应力比和动应力作用下,随着围压的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;轴向动应变幅值是不均匀的,一般开始几周较大,后期会逐渐变小,一般在第10次循环左右,轴向动应变幅值就逐渐趋向于定值。     

压实黄土强度和变形各向异性的试验研究

为研究各向异性对压实黄土强度和变形特性的影响,分别对由垂直向和水平向切取的压实黄土试样,进行了不同围压、不同干密度和不同含水率下的真三轴剪切试验.试验结果表明:相同围压、干密度下,垂直向和水平向的应力-应变曲线有明显差异,垂直向试样的轴向应变小于水平试样.轴向应变差异随着干密度和轴向压力的增大而增大,随着含水量和围压的增大而减小;侧向应变差异随着干密度和轴向压力的增大而增大,随着围压的增大而减小.初始变形模量Ei在垂直方向大于水平方向,抗剪强度在垂直方向大于水平方向.     

不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性研究

为研究不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性,对北山花岗岩试件进行不同围压下的三轴试验,通过轴向压力和横向变形协调控制加载,获得不同围压下岩石全应力应变曲线,研究岩石破坏前能量聚集及破坏后能量释放特征。结果表明：破坏时弹性能、总能量随着围压增加而增大,且破坏后的总能量变化量及弹性能释放量也随着围压增加而增大。分析岩石储能系数和能量释放指数对岩石破坏的影响,发现岩石储能系数和能量释放指数随围压增加而增大;综合能量储存系数和能量释放指数建立新的岩爆倾向性评价指标,该指标不仅表述了岩石破坏前后各能量的综合变化特征,且能研究不同应力状态下岩石岩爆倾向性;使用该指标研究不同应力状态对北山花岗岩的岩爆倾向性,结果表明：北山花岗岩具有较强的岩爆倾向性,且随着围压增大,岩爆倾向性增加;当围压低于10 MPa时,围压对北山花岗岩岩爆倾向性影响较小,当围压超过10 MPa时,围压对岩爆倾向性的影响突然增加,但随着围压进一步增加,其对岩爆倾向性影响逐渐减弱。     

侧限压缩条件下充填体与岩柱相互作用机理

利用伺服实验机对不同配比充填体-岩柱进行侧限压缩实验,研究不同工况下岩柱的峰值强度、残余强度、峰值应变、破坏形式,以及充填体-岩柱的受压特性.结果表明:充填体-岩柱的承压过程主要分为岩柱试件承载阶段、岩柱试件的破坏阶段、充填体和岩柱共同承载直到破坏阶段、充填体和岩柱散体承压阶段.随着充填体强度的增大,岩柱的峰值强度、残余强度以及破坏时的轴向应变逐渐增大,同时岩柱的破坏形式逐渐由单轴压缩时的拉伸破坏向剪切破坏转化,而无充填体包裹的岩柱则主要发生单斜面剪切破坏.相比充填体-岩柱应力-应变曲线峰后的下降斜率,单岩柱破坏时表现出了更强的突变性.     

含杂质盐岩三轴蠕变特性试验研究（研究生论坛稿件）

针对杂质盐岩蠕变力学特性问题,利用四川大学大型程控流变仪,对两种不同杂质盐岩进行了分级加载下的三轴蠕变试验。试验结果表明：围压和杂质含量不同,盐岩破坏形态以及力学参数均有差异。围压小于临界围压,盐岩呈剪切破坏,围压大于临界围压,盐岩呈大变形鼓状破坏;围压和杂质含量一定,岩盐稳态速率随偏应力增加呈指数增长;偏应力和杂质含量一定,蠕变速率随围压增大而降低,长期强度有所增大;偏应力和围压一定,低杂质(ω=2.1%)盐岩稳态蠕变速率高于高杂质(ω=46.8%)盐岩。体积变形经历了压密期-平静期-扩容期三个阶段,高杂质盐岩体积应变低于低杂质盐岩。将不溶物杂质含量与应力敏感性常数n的关系同分数阶蠕变本构方程进行耦合,建立了耦合杂质的盐岩分数阶非定常蠕变模型,将理论模型与试验数据对比分析证实了该模型的合理性。     

基于Lade模型的生物酶改良膨胀土双屈服面本构关系

基于Lade模型,研究了生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性应力-应变关系。首先,开展一系列不同生物酶掺量下改良膨胀土的等向固结排水试验、三轴固结排水剪切试验;然后,根据试验结果拟合Lade模型中的各参数与生物酶掺量之间的关系表达式;最后,建立基于生物酶掺量的Lade模型。研究表明:(1)体积应变ε_v随平均应力p的增大而非线性增大,当p一定时,ε_v随生物酶掺量增加而减小,ε_v与p为非线性关系;(2)轴向应变ε_1、侧向应变ε_3均随偏应力q的增大而非线性增大,q随生物酶掺量增加而增大,在一定的围压σ_3下,ε_v随生物酶掺量的增加而减小,q-ε_1、ε_1-ε_v、q-ε_3等试验曲线都呈现出近似双曲线特征,q-ε_1关系表现为应变硬化型,体应变ε_v表现为应变剪缩型;(3)基于生物酶掺量的Lade模型,能较准确地反映生物酶掺量对膨胀土应力-应变关系的影响,可较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ_3下的生物酶改良膨胀土的弹塑性应力-应变关系。     

含瓦斯原煤三轴压缩变形时的能量演化分析

为了探究含瓦斯煤变形破坏过程中的能量演化规律,理论推导了恒定围压下含瓦斯煤样压缩变形时的能量计算公式.针对平顶山矿区八矿己15-14120工作面瓦斯突出煤体进行了4组不同瓦斯压力下的压缩破坏试验,得到了能量输入密度、弹性能密度和耗散能密度的演化规律.结果表明:1)含瓦斯煤三轴压缩变形破坏过程中,轴压方向能量吸收,围压方向能量释放,瓦斯压力做功与体应变有关.2)煤样达到峰值之前,能量输入密度、弹性能储存密度、能量耗散密度都随着轴向应力的增大而增大,吸收能密度最快,弹性能密度次之,耗散能密度增加缓慢;峰值过后,能量输入密度继续上升,弹性能密度下降,耗散能密度激增.3)基于声发射的能量释放规律与应力-应变曲线有很好的对应,瓦斯压力越大,相对于轴向应变的能量耗散来期越早,同时耗散速率也越快.4)随着瓦斯压力的提高,煤体变形声发射信号初始点、体积膨胀点、峰值应力点处的吸收能密度、弹性能密度降低,耗散能密度增大.     

风干与饱和堆石料强度与变形特性试验研究

风干和饱和状态下粗粒土的强度和变形特性有显著差异.为研究此差异,对两河口心墙坝堆石料风干样及饱和样进行了三轴固结排水试验,对比分析了其风干样及饱和样的强度特性、变形特性差异.试验结果表明:风干样与饱和样的峰值偏应力与围压呈显著的幂函数关系,且随着围压的增大,两者差值逐渐增大;同一围压下,风干样的内摩擦角大于饱和样,但两者的差值随着围压的增大而减小,内摩擦角差值与围压的关系可以用幂函数来描述;在相同围压下,同一轴变对应的风干样体应变及侧向应变均小于饱和样,且风干样的颗粒破碎率小于饱和样,两者的颗粒破碎率均随着围压的增大而线性增加.     

红黏土损伤特性及损伤演化规律试验

基于原状红黏土三轴不排水试验,得出桂林红黏土应力－应变关系,分析了原状红黏土结构损伤特性,确定损伤变量Ｄ,并对红黏土的损伤演化规律进行分析,验证其损伤本构关系。研究结果表明：桂林原状红黏土的应力－应变关系曲线表现出理想塑性的特点;不同围区条件下,轴向应变１.３６％处可视作红黏土应变的门槛阈值,对应的应力作为应力门槛阈值;初始弹性模量和割线模量有关的变量Ｄ可作为损伤变量;损伤变量随主应力差的增大而增大,基本呈线性关系,损伤变量与轴向应变基本呈指数函数关系,表明红黏土损伤过程是不可逆的特点;本文提出的损伤本构方程能够较好地拟合红黏土的应力－应变曲线关系,反映不同围压条件下的红黏土结构性损伤变化规律。     

绢云母片岩粗粒料湿化变形规律研究

谷城-竹溪的高速公路大量使用绢云母片岩粗粒料作为路基填料,为研究其湿化变形特性及发展规律,本文采用双线法,对不同密度的绢云母片岩粗粒料分别进行了干、湿条件下的大型三轴试验,并对湿化变形规律进行了分析。结果表明,绢云母片岩粗粒料的湿化变形过程大致呈现两个阶段,湿化应变与轴向偏应力曲线存在较明显的临界湿化应变点。转折点前,湿化应变增长较快;转折点后,湿化应变增长变缓,趋于平稳。围压不同,密度相同时,转折点所对应的湿化应变值相差不大;密度增大时,曲线有所波动,相比较小密度的曲线,不同围压下转折点的湿化应变值整体呈减小趋势。推导了能反映粗粒料湿化变形发展规律的经验公式,并结合第4种围压条件下的试验数据进行对比分析,结果较为吻合,所得经验公式可用于分析高速公路路堤在实际施工条件下的湿化变形的大小和发展规律。     

不同渗透压作用下砂岩卸围压破坏过程中裂纹扩展行为研究（英文）

地下工程开挖卸荷会导致岩体的水-力耦合作用增强,加速岩体内部裂隙的萌生和扩展,威胁工程安全。开展不同渗透压力作用下砂岩的常规三轴加荷和卸围压试验,明确砂岩裂纹应变扩展速率与应力路径和渗透压之间的内在联系。研究结果表明,围压增大,砂岩的特征应力增大,损伤应力和峰值应力对应的裂纹应变扩展速率减小,表明围压能够抑制裂纹应变的扩展。相反,随渗透压增加,砂岩的特征应力减小,而损伤应力和峰值应力对应的裂纹应变扩展速率会增大。表明渗透压会促进裂纹应变的扩展。围压相同,在渗透压和卸围压的共同作用下,砂岩峰值应力对应的裂纹应变扩展速率和脆性指数最大,其次是卸围压路径,加荷路径最小。通过量化围压和孔隙水压力对砂岩力学参数的影响权重,发现围压与峰值强度、轴向应变、环向应变、裂纹轴向应变和裂纹环向应变之间呈极显著相关。而孔隙水压力与裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率也呈极显著相关。     

冻结盐渍土强度特性试验研究

通过对冻结盐渍土进行三轴试验,研究不同冻结温度、冻融循环次数和围压的冻结盐渍土强度特性与本构关系。研究表明:冻结盐渍土的应力-应变关系曲线为应变硬化型,满足邓肯-张双曲线本构模型,并确定本构模型参数。冻结盐渍土随着应变增加,应力不断增加,曲线分为弹性变形阶段和塑性变形阶段两个变形阶段。随着围压的增加,冻结盐渍土的应力-应变关系曲线越高,早期强度、弹性模量和破坏强度增加,工程性能和抵抗变形能力增强,而冻结温度和冻融循环次数却与之相反。     

不同围压下茅口灰岩渐进性破坏的试验研究

利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下茅口灰岩三轴压缩试验,通过计算绘得相应裂隙体积应变图,分析得出裂纹起始应力、裂纹破坏应力。结果表明:随着围压的增大,应力门槛值均呈非线性增长态势,当围压超过17 MPa时,裂纹起始应力、裂纹破坏应力分别增加48.5%和20.1%,茅口灰岩延性开始增强;裂纹破坏应力为峰值强度的64%~75%,三轴压缩下茅口灰岩裂隙不稳定发展阶段较长;环向应变值随围压增大而增大,当轴力超过裂纹破坏应力进入裂隙不稳定发展阶段,环向应变增大2.7~3.2倍,用环向-轴向应力应变曲线图能较好的反映岩石应力门槛值。