冻结重塑黏土分数阶蠕变本构模型分析

人工冻土的蠕变特性受温度场、水分场、应力场的相互影响,而传统的岩土本构模型未能考虑温度、含水率等因素。为了表达冻土介于理想固体和理想流体之间的某种“勾兑效应”,基于岩土的经验模型,将分数阶导数理论引入其中,建立受水、热、力三场耦合影响的人工冻土分数阶蠕变模型。将西安某煤矿黏土重塑并进行不同温度、含水率的单轴抗压和单轴蠕变试验,得到温度和含水率对冻结重塑黏土强度特性和蠕变特性的影响规律。分析冻结重塑黏土在不同负温、含水率及两种应力等级下的蠕变曲线,得到lg t-lg ε曲线的线性关系,进而得出冻结重塑黏土分数阶蠕变模型相关参数与温度、含水率的函数关系。对比分数阶冻土蠕变模型试验值与计算值,发现该模型能够很好地反映冻土在不同应力等级下其蠕变随温度和含水率的变化规律,对指导寒区冻土工程设计与施工具有重要意义。     

含水率及应变速率对冻结粉质黏土强度特性影响

人工冻土单轴抗压强度和弹性模量是人工冻结法设计的关键参数,准确掌握其变化规律极为重要,为此开展了不同含水率及应变速率条件下粉质黏土人工冻土单轴抗压强度试验研究。结果表明:大部分试样呈现腰鼓型破坏,随着含水率的增加,应力-应变曲线逐渐由应力软化型向应力硬化型转变,存在一达到强度峰值的最优含水率,对于南京典型粉质黏土该含水率为22%,接近饱和含水率;重塑粉质黏土的弹性模量随含水率的增长而增长,但增长率呈下降趋势;单轴抗压强度和弹性模量均随应变速率的增加呈衰减性增大;回弹模量随加卸荷次数的增加逐渐增大,当加卸荷次数达7次后,回弹模量值基本稳定。     

冻结黏土单轴动态加载过程的能量耗散特征

为研究动态加载条件下人工冻结黏土的动力学特性,使用SHPB动力学试验系统进行了人工冻结黏土的单轴动态加载试验,分析了不同加载应变率及温度条件下人工冻结黏土的动强度和初始动弹性模量的变化规律,并重点讨论了动态加载过程中试样的能量耗散特征.结果表明:(1)在单轴动态加载条件下,人工冻结黏土的动弹性模量、动强度随应变率的增大或温度的降低而增大,但结果数据在低应变率区有一定波动;(2)随着试样内部塑性变形和裂纹扩展增加,试样弹性应变能密度与耗散应变能密度比值逐渐减小,试样也更容易呈现脆性破坏.以上结果有助于认识人工冻土的冲击破坏能量特征,为人工冻土工程设计与施工提供一定的参考.     

阜阳刘庄矿东风井人工冻土蠕变实验研究

为了详细研究淮南矿区冻土的物理力学性能,为冻结法施工提供设计参数,以刘庄煤矿东风井典型粘土层为研究对象,在冻结冻土力学性能室内进行了人工冻结的蠕变试验。根据冻土单轴蠕变实验数据,分析总结出冻土在单轴应力条件下的应力、应变、温度和时间相互作用的关系,从而得到蠕变本构方程和蠕变规律,该规律对淮南矿区井筒冻结设计和施工具有重要的借鉴意义。     

变强度参数蠕变模型研究

为了解决非线性蠕变模型的参数取值问题,需要把握参数变化规律,提出了FLAC3D的Cvisc模型中关于强度参数随蠕变时间变化的FISH语言编写形式,探讨了黏聚力与内摩擦角不同的变化情形对加速蠕变变形的影响规律,得出了湛江黏土在高偏应力条件下的蠕变变形过程中,强度参数以黏聚力减小或先有所增大后减小为主的初步结论.     

一种青藏高原冻结砂土蠕变本构模型

为描述青藏铁路沿线冻结砂土的蠕变特性,建立一个考虑应力和时间耦合的蠕变本构模型.首先进行一系列不同温度、干密度条件下的冻结砂土三轴蠕变试验;其次以Nishihara模型为基础,考虑应力和时间对模型元件的耦合影响,将黏弹性元件中定常的黏滞系数修正为时间和应力的函数,引入损伤变量改进黏塑性元件,构建新的冻结砂土蠕变本构模型;最后基于试验数据验证其科学性.结果表明:试验数据与拟合数据吻合良好,改进模型能较好地描述不同温度和应力水平下冻结砂土的衰减、稳态和加速蠕变特性;改进模型中黏弹性元件的黏滞系数、剪切模量和黏塑性元件的黏滞系数均随温度升高和应力水平增大而减小,损伤变量参数随着温度升高、应力水平增大而增大.成果可为冻结砂土蠕变沉降预测提供一种新的选择,为蠕变理论研究积累资料.     

淮南顾桥矿东风井人工冻土力学性能试验分析

淮南顾桥煤矿东风井采用冻结法施工,为了提供表土层冻结参数以进行矿井设计,本文对风井井筒孔检查孔所取土样进行了人工冻结的单轴抗压强度、冻胀性能以及结冰温度试验研究,得到了其应力-应变、冻胀力和结冰温度等参数,试验结果为淮南类似矿井建设提供了设计基础.     

人工冻结的杭州饱和软土的单轴抗压强度特性

对人工冻结的杭州典型的饱和软土进行单轴抗压强度试验,分析了强度曲线的特征,得到冻结的杭州饱和软土强度随冻结温度,应变速率,土样干密度的变化规律,其结论对用冻土壁作为基坑围护的开发应用具有实际意义。     

应力主轴连续旋转对冻结黏土变形特性的影响

冻土的变形特性是寒区基础设计中地基变形稳定性验算的重要参数,且随应力方向改变而发生变化,现有研究中鲜有考虑应力主轴方向变化对冻土变形特性的影响。为此,采用冻土空心圆柱仪,对冻结黏土开展一系列纯应力主轴单向旋转试验,探索应力主轴方向角α旋转速度及旋转方向对冻结黏土变形特性的影响规律。结果表明：纯应力主轴旋转中,即使不改变应力幅值,也会在冻结黏土中产生塑性变形,变形过程中应变峰值滞后于应力峰值;α旋转速度会对单向旋转中冻结黏土的轴向应变及剪应变产生较大影响,存在一临界α旋转速度,在该条件下,冻结黏土能较好发挥其承载能力;α旋转方向不同改变了冻结黏土的受力过程,且冻结黏土中形变量越大,α旋转方向对其变形的发展规律影响越明显。滞回曲线特性分析表明,当α旋转速度较小时,会对冻结黏土的强度有较大影响,当α旋转速度较大时,对冻结黏土强度的影响反而会降低。α旋转方向对冻土强度的影响与所受的应力路径参数选取密切相关。     

泥页岩水化对岩石力学强度的影响

泥页岩经过水溶液浸泡,会因水化作用而膨胀,造成抗压强度、黏聚力、岩石强度及井壁稳定性下降,进而引起井壁失稳问题。进行单轴抗压试验和单轴抗拉试验,在不同离子类型及浓度的水溶液条件下,研究泥页岩的弹性模量、泊松比、破裂时的最大载荷值以及部分岩心的抗拉强度的变化趋势。实验结果表明在相同的试验条件下,泥页岩水化程度与钻井液类型有关,氯化钾钻井液对泥页岩的抑制作用最好。