基于全过程曲线循环加卸载的岩石塑性硬化软化模型研究

基于不同围压下的岩石三轴全过程循环加卸载试验成?撸掷氤隹占渌苄灾饔Ρ洌谇显黾铀苄岳砺壑械哪持炙苄杂不蛉砘睿芯柯鉓ohr-Coulomb屈服准则的强度参数在初始屈服、峰前硬化及峰后软化全过程中随塑性参量的动态演化规律。通过试验数据整理分析,发现岩石破坏过程中在塑性硬化阶段内摩擦角、剪胀角有一个先增加后跌落的过程,而黏聚力在塑性硬化和软化阶段均减小这一规律;并采用非线性函数对该规律进行拟合回归,得到了内摩擦角、剪胀角和黏聚力等强度参数以塑性参量为函数变量的演化模型;将该规律应用于拉格朗日数值分析中,模拟了室内大理岩试件破坏过程中的应力-应变关系曲线特征。研究表明,基于岩石全过程循环加卸载试验的力学模型能较好地描述大理岩的塑性硬化塑性软化的力学行为,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

循环加卸载下高脆性黑砂岩强度及损伤试验研究

为研究高应力循环加卸载条件下脆性硬岩强度特性和参数演化规律,开展了不同围压水平下的黑砂岩循环加卸载试验,获得了高脆性硬岩全过程应力应变曲线和破裂特征,并借助塑性内变量来表征岩石损伤程度,研究了变形与强度参数随损伤的演化规律。研究结果表明：(1)循环加卸载试验中黑砂岩应力应变曲线存在屈服平台,峰后应力快速跌落,试样以剪切破坏为主;(2)从初始屈服到残余变形过程中,黑砂岩弹性模量呈先减小后增大的变化特征,在塑性内变量为0.80～0.85左右达到最小值,泊松比则呈先增大后减小的趋势;(3)黏聚力先随塑性内变量不断减小,在接近残余强度时保持稳定,而内摩擦角则呈先增大后减小的特征,强度参数与塑性内变量之间的关系可采用线性分段函数表示。     

温度对水工沥青混凝土强度及剪胀特性的影响试验研究

为了解温度变化对沥青混凝土强度及剪胀特性的影响,开展了-1、5、10、15℃下的沥青混凝土三轴剪切试验。试验结果表明：沥青混凝土的强度变形特性与温度有密切关系,负温时,表现出明显的应变软化和剪胀性,随着温度的升高,应力-应变曲线转变为应变硬化型,且剪胀性减弱;沥青混凝土抗剪强度随温度升高而减小,且黏聚力的降低幅度明显大于内摩擦角,当温度从-1℃升高到15℃时,内摩擦角减小了4.7°,而黏聚力由1.11 MPa减小到0.28 MPa;沥青混凝土剪胀角随轴向应变增大而增大,并趋于稳定,两者关系可采用双曲线函数进行拟合;双曲线模型参数与温度有较好的相关性,可进一步考虑剪胀角随温度的变化情况。研究成果可为沥青混凝土的热-力耦合本构模型建立提供参考。     

基于强度折减法的岩土边坡稳定性影响分析

建立岩土边坡物理模型,选择强度折减法进行混合土边坡稳定性判别,对梯型边坡进行流变特性分析。结果表明,边坡抗剪强度参数随着黏聚力和内摩擦角呈现线性增长趋势,随着剪胀角增大呈现先增大后减小的趋势,随着弹性模量和泊松比增大基本保持不变,随着坡角增大呈现不断减小的趋势,为实际工程建设提供了理论指导。     

基于弹塑性颗粒流本构模型的Lac du Bonnet花岗岩破坏细观机理模拟

考虑理想弹塑性弯扭-Mohr-Coulomb-最大拉应力破坏准则,以及拉伸失效、压剪失效、转动屈服和扭转屈服4种失效模式,提出一种新的离散元弹塑性本构模型。该模型植入二次开发的三维颗粒流程序,通过数值试验研究宏细观参数关系,模拟Lac du Bonnet(LDB)花岗岩试样压剪和拉伸强度试验。研究表明:颗粒转动弹塑性弯扭矩对宏观内摩擦角和黏聚力具有显著影响;宏观黏聚力随细观黏聚力和屈服弯扭矩增加而趋于恒定;宏观内摩擦角随屈服弯扭矩和细观摩擦系数增加而增加;岩石宏观单轴抗拉强度随细观极限拉应力的增加而趋于恒定;宏观弹性模量和泊松比主要受细观弹性模量和刚度比影响。弹塑性颗粒流本构模型模拟的LDB花岗岩的强度参数和变形参数,以及压拉强度比和裂缝分布与室内试验结果吻合较好。LDB花岗岩单轴压剪模拟试验在达到峰值应力前,试样内部裂缝以细观拉伸裂缝为主,从试样端部向中部发展成近似X状;在接近或超过峰值应力后,试样内部开始出现压剪裂缝、转动屈服裂缝和扭转屈服裂缝,从试样一端向另一端发展成单斜状,其倾角与宏观破坏倾角接近,发展成宏观压剪破坏面,从而揭示了宏观裂缝形成的细观机理。     

含水率对青海地区原状黄土力学性能的影响

为了研究青海地区原状黄土在不同含水率下的力学特性,利用英国GDS标准应力路径试验系统对原状黄土进行了不排水三轴试验,并且对偏应力-应变关系进行了归一化分析。建立了考虑含水率和围压影响的归一化偏应力-应变关系,通过计算结果和试验结果对比得出归一化的偏应力-应变关系,预测原状黄土的偏应力-应变关系。结果表明:试样偏应力-应变曲线呈应变硬化型。而且,在相同的围压下,试样最大偏应力随着含水率的增加而减小;弹性模量随着围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小;黏聚力随着含水率的增加降幅比较大,内摩擦角变化很小。通过拟合黏聚力与内摩擦角随含水率变化曲线得到以含水率为变量的库仑抗剪强度公式,对青海地区实际工程设计以及地基处理具有一定的参考意义。     

基质吸力对花岗岩残积土强度影响分析

花岗岩残积土分布相当广泛,是工程建设中经常遇到的土体之一。借助非饱和三轴仪进行花岗岩残积土抗剪强度试验分析,探究基质吸力对其强度参数影响。试验结果表明基质吸力和净围压的增大对花岗岩残积土强度有提升作用,花岗岩残积土黏聚力随基质吸力增大呈线性增长趋势,内摩擦角随基质吸力增大呈曲线增长趋势。基质吸力对土体弹性模量的影响也是正相关的,即弹性模量随基质吸力增大呈递增规律。根据试验结果,得出抗剪强度参数与基质吸力的关系式及不同基质吸力下土体的弹性模量表达式。     

胶结砂土力学特性的三维离散元简化分析

离散单元法(DEM)是一种基于非连续介质力学的数值模拟方法,能够有效地分析胶结颗粒材料的宏微观力学响应。本文通过三维离散元商业软件PFC3D,采用其自带微观胶结接触模型BPM,对不同胶结含量和不同围压下的胶结砂土进行常规三轴压缩试验模拟,以分析理想胶结砂土的宏微观力学特性。简化模拟结果表明:与同一初始孔隙比的无胶结试样相比,胶结试样具有更高的剪切强度,试验得到的应力应变曲线表现出明显的应变软化,体变曲线表现为剪胀性;随着胶结含量的增大,胶结砂土试样的峰值强度增大且软化、剪胀程度提高;而随着围压的增大,胶结砂土试样峰值强度增大、剪胀程度减小但软化程度不变。此外,试样的内摩擦角和黏聚力也受到胶结含量和围压的影响。     

掺砂高塑性红黏土抗剪强度直剪试验研究

考虑高塑性红黏土的高塑性指数、低压实性以及容易收缩开裂等特殊工程力学性质,开展了掺砂改善高塑性红黏土的研究。为了研究高塑性红黏土掺砂后的力学特性,通过向红黏土中掺入不同比例和不同颗粒粒径的砂料,制备相同干密度和含水率的试样进行直剪试验,探究不同掺砂比例以及不同颗粒粒径对高塑性红黏土直剪强度特性的影响。研究结果表明:高塑性红黏土掺砂后,能够显著提高内摩擦角,降低黏聚力和抗剪强度;掺砂比例对黏聚力的影响远大于对内摩擦角的影响。掺砂比例保持20%不变,高塑性红黏土的内摩擦角随着掺砂颗粒粒径的减小而增大,黏聚力及抗剪强度随着掺砂颗粒粒径的减小而减小。     

秦岭隧洞深部岩石力学性能及声发射特征研究

通过对引汉济渭工程秦岭输水隧洞深部三类岩石片麻岩、花岗岩和石英片岩开展围压水平为0、5、10、15 MPa下的三轴压缩试验,分析研究了其力学性能变化,对深部花岗岩试件进行了单轴一次循环加卸载,并同步监测声发射变化,分析了声发射振铃计数、声发射能量和应力的特征规律。结果表明:秦岭隧洞深部片麻岩、花岗岩和石英片岩三类岩石试件的峰值强度和弹性模量均随着围压的增大而逐渐增大,弹性模量增幅随围压增大有所减小。围压一定时,花岗岩的强度和弹性模量均最大,但随着围压的增大,强度相差幅度有所减小,花岗岩的黏聚力和内摩擦角最大;花岗岩试件加载破坏后应力陡降,呈脆性破坏,岩爆倾向性较强;卸载再加载时,其累计声发射振铃计数和累积能量增长迅速,振铃计数率和能量率随应力增大迅速跃升,声发射活动剧烈,卸载会加速岩石受荷不稳定破坏的进程;冲击倾向性较高的岩石在单轴受压时释放较多的能量。     

含水率和干密度对砂壤土抗剪强度的影响

砂壤土作为黄河堤防中堤身的主要填筑土料,由于降雨和碾压的影响,堤身土体的强度往往会受到限制。为了研究砂壤土的力学特性,以山东鄄城县堤段的砂壤土作为研究对象,通过对人工切削的原状土样进行室内三轴剪切试验,分析了含水率、干密度对砂壤土抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明:含水率和抗剪强度指标呈三次函数关系,黏聚力随含水率的增大先增大后减小,在最优含水率下黏聚力达到峰值,内摩擦角随含水率的增大而减小;干密度与抗剪强度指标呈线性函数关系,表现为黏聚力和内摩擦角均随干密度的增大而增大,但内摩擦角随干密度增大的速率较小。研究结果有助于揭示堤身渗透破坏机制,为类似地区大堤的加固、治理提供参考依据。     

含水率对新近系粉质黏土强度影响的试验研究

引黄(河)入洛(阳)工程新近系围岩中有粉质黏土夹层或充填物,其力学强度随含水量变化很大,是导致施工围岩破坏的主要诱因之一。为深入分析含水率对围岩强度的影响,采用不固结不排水三轴试验,研究含水率对粉质黏土强度的影响。试验结果表明:试样破坏均为中部鼓肚膨胀综合破坏,体积膨胀起主要作用,其中径向膨胀变形过大是导致试样破坏的主要原因;含水率对主应力差影响很大,随着含水率增大,主应力差显著降低,其降低幅度随围压增大而加大;峰值强度受含水率的影响较大,随含水率的增大而明显降低,随含水率和围压增大,峰值强度降低幅度加大,达到较高含水率后峰值强度受围压的影响很小;相同围压下,峰值应力比随含水率的增大而呈线性递减,各拟合直线的斜率基本一致;相同含水率下,峰值应力比随围压的增大而减小;含水率对强度参数影响较大,随着含水率的增大,粉质黏土的黏聚力和内摩擦角均明显减小,黏聚力的对数值及内摩擦角与含水率呈负线性相关。     

不均匀含水率对红黏土抗剪强度的影响研究

红黏土是一种典型的特殊土,与其他土有着不一样的力学性质。为研究不均匀含水量条件下不同含水率对红黏土抗剪强度的影响,取红黏土制备不均匀含水量试样,运用直剪试验仪研究了不同失水程度下红黏土的力学性质。试验结果表明:经过烘干处理后的土样,含水量分布不均匀与含水量分布均匀试样相比,水量主要集中在试样内部,即外干内湿;试样的抗剪强度指标(黏聚力/内摩擦角)随含水率减小呈先减小后增大;含水率对内摩擦角和黏聚力的影响具有区间性;黏聚力随含水率的增大衰减速度分为2个阶段,而内摩擦角衰减的速度分为3个阶段。     

压实度对坝体填土力学特性影响试验

为分析坝体填土压实特性,分别对0. 75,0. 8,0. 85,0. 9和0. 95共5种不同压实度填土进行饱和固结排水三轴压缩试验,试验围压分别为25,50,100和200 kPa。结果表明,随压实度增大,填土孔隙减小,颗粒咬合越紧密,填土抗剪强度、内摩擦角和黏聚力均逐渐增大;随围压增大,压实度对坝体填土抗剪强度影响逐渐增大。     

锦屏大理岩力学特性试验及其数值模拟

采用锦屏大理岩进行三轴压缩过程中力学特性室内试验,并从岩石细观力学角度对其力学特性成因进行探讨。在此基础上通过引入两个参数,进一步建立了能够反映大理岩全应力-应变过程中强度变形特性的黏聚力弱化-摩擦角强化(CWFS)改进模型,并采用试验结果对该模型进行验证。研究结果表明:(1)随着围压的增大,锦屏大理岩表现出明显的脆-延-塑性转换的峰后力学特性,峰值强度与残余强度之间的差值呈单调减小的趋势,应力-应变曲线中由峰值强度向残余强度跌落段曲线的斜率逐渐变缓;(2)高围压条件下岩石裂隙之间的摩擦力、岩石内部材料的均匀化程度是导致大理岩表现出脆-延-塑性转换的峰后力学特性的主要原因;(3)黏聚力弱化-摩擦角强化改进模型能较好地描述大理岩全应力-应变过程的强度、变形特征,且模型参数物理意义明确,易于获得。     

水岩循环作用下变质砂岩力学参数劣化试验研究

为研究水岩循环对变质砂岩力学参数的影响,基于室内岩石水岩循环试验,对岩石主要力学参数在水岩循环过程中的弱化特性及弱化机理进行了研究。结果表明：水岩循环次数与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力以及内摩擦角的变化呈负相关关系,与泊松比的变化呈正相关关系;水岩循环初始阶段各项力学参数的变化速率较快,但随着循环次数的增加最终趋于平缓。经过对28次水岩循环后岩石各项力学参数的劣化度D值分析认为,水岩循环对各项力学参数的敏感度为：泊松比＞抗拉强度＞黏聚力＞弹性模量＞内摩擦角＞单轴抗压强度。通过对水岩循环过程中岩石微观结构变化的分析表明,易水解矿物的溶蚀耗散、溶蚀裂隙的扩展延伸、溶蚀碎屑颗粒脱落等效应,是本试验岩石力学损伤的主要原因。利用回归分析建立了力学参数随循环次数变化的回归模型,并验证了其可靠性,基于试验结果及模型分析认为,经过16次水岩循环以后的岩石力学参数趋于平稳,因此选用16次水岩循环后的岩石力学参数进行工程设计是较为可靠的。     

溜砂坡抗剪强度参数估算模型实验研究

为揭示溜砂坡抗剪强度参数与其控制因素间的内在联系，配制五种不同级配样品，计算五组样品的浑圆度、细颗粒含量、不均匀系数和曲率系数。分析控制因素对溜砂坡抗剪强度参数的影响:黏聚力和内摩擦角分别与不均匀系数、曲率系数呈正比关系；黏聚力和内摩擦角均随颗粒的浑圆度的增大而增加；黏聚力和内摩擦角均随细颗粒含量的增大而减少。并绘制出关系曲线，刻画控制因素与抗剪参数间的内在规律性。最后通过多元线性回归理论，构建出简洁、快速的溜砂坡抗剪强度参数估算模型，并通过野外取样，验证了此估算模型的准确性。     

蠕滑滑坡滑带土强度及其参数特性试验研究

金坪子滑坡Ⅱ区为一巨型蠕滑滑坡,为了研究该滑坡在诱发因素影响下的强度变化规律,以滑坡Ⅱ区滑带土为研究对象,通过不同剪切速率、不同含水率和正应力下的环剪试验,研究了其强度特性,结果表明:滑带土应变软化现象明显,已达到稳定残余状态的滑带土随着剪切速率的改变其抗剪强度出现增大的现象,并且正应力越大,强度恢复的幅度越大,其原因可能是剪切速率的改变使其剪切模式发生了变化;峰值强度参数中黏聚力、内摩擦角均随含水率的增大而线性减小,但黏聚力的变化幅度比内摩擦角的大,残余黏聚力与含水率成负相关关系,残余内摩擦角变化很小。     

波浪荷载对SPM重力锚承载力影响的研究

为确保重力锚在工程中的安全使用,基于弹塑性增量有限元方法,分析了波浪荷载作用下重力锚周围海床动力响应规律以及重力锚水平承载力的变化规律。通过分析发现:波浪荷载作用下,锚底土体超孔隙水压力呈波动式上升,累积超孔压比最高可达０．９左右,从而使土体有效应力减小导致重力锚的水平承载力下降;且锚前沿土体塑性应变随循环周次的增加而逐渐累积是重力锚的水平承载力下降的另一主要原因。并得出随着土体弹性模量、黏聚力和内摩擦角的增大,土体累积超孔压逐渐减小;弹性模量越大,重力锚前沿土体的累积塑性应变数值也越大;然而随着黏聚力和内摩擦角的增大,重力锚前沿土体的累积塑性应变数值在减小。     

热力耦合下水工混凝土三轴破坏力学试验研究

为研究粤北扩建水利枢纽工程混凝土在热力耦合场中力学特征,设计温度热效应与配合比设计因素影响试验组。混凝土承载强度受温度影响具有阶段性变化,当温度低于225℃时,强度为递增态势;而超过该温度时,其温度热效应为损伤作用。围压效应可削弱温度热作用。温度热效应从混凝土弹性压密阶段开始产生影响。特种掺加剂含量与混凝土承载强度具有正相关关系,围压5、15 MPa下掺加剂含量每增大2%,试样强度可分别提升10.6%、18.8%;围压愈大,试样脆性变形愈弱,掺加剂含量对混凝土力学特征影响在屈服变形阶段较显著。温度热效应及配合比参数对抗剪特征参数影响均为一致性,温度225℃下抗剪参数最大,而掺加剂含量愈大,则抗剪参数增大,但内摩擦角参数受影响变幅弱于黏聚力。研究成果可为研究水工混凝土热力耦合下力学影响变化特性提供参考。