高温冻土力学特性试验研究

高温冻土在我国广泛分布,土的冻胀性是引起渠道等灌溉系统破坏的重要原因。通过现场取样制备高温冻土样品,开展力学特性测试,分析其单轴抗压强度、抗剪强度和冻胀性随温度的变化规律。研究结果表明:温度越低,高温冻土进入塑性状态后的峰值应力和峰值点应变就越大,且峰值后的应变软化现象越明显;高温冻土的内聚力和内摩擦角均与温度成指数递增式减小关系;当含水率小于10%时,高温冻土基本不发生冻胀,而当含水率大于10%时,高温冻土冻胀率与其含水率成指数递增式增长关系,与温度成指数递增式减小关系。     

含水率和温度对高含冰量冻土力学性质的影响

对青藏高原粘土在温度为-0.5～-6.0℃,含水率为30.0%～80.0%条件下,进行了一系列的三轴抗压强度试验,分析了不同加载条件下高含冰量冻土的强度随围压、温度和初始含水率的变化规律,发现其力学性质与初始含水率和温度有密切的关系,在温度低于－1℃时存在最不利含水率。同时发现相同温度下,强度随围压变化不大,故可以用Mises准则作为其强度准则。给出了随温度、含水率变化时,高含冰量冻土的Mises准则的表达式。采用塑性功作为硬化参数,得到了高含冰量冻土的弹塑性本构模型。与试验值对比表明,该模型能够比较准确地反映高含冰量冻土的应力应变规律。     

含水率和温度对高含冰量冻土力学性质的影响

对青藏高原黏土在温度为-0.5～-6.0℃,含水率为30.0%～80.0%条件下,进行了一系列的三轴抗压强度试验,分析了不同加载条件下高含冰量冻土的强度随围压、温度和初始含水率的变化规律。研究发现,其力学性质与初始含水率和温度有密切关系,在温度低于-1℃时存在最不利含水率。同时发现相同温度下,强度随围压变化不大,故可以用Mises准则作为其强度准则。给出了随温度、含水率变化时,高含冰量冻土的Mises准则的表达式。采用塑性功作为硬化参数,得到了高含冰量冻土的弹塑性本构模型。与试验值对比表明,该模型能够比较准确地反映高含冰量冻土的应力应变规律。     

岩石力学参数概率统计的几个问题

岩体是一种变异性很强的工程材料，这是由于岩体内部物质成分及结构的变化，引起岩石物理力学性质的非均质性和各向异性。反映这些特性的岩石力学参数是取自岩体内一部分样本而进行试验的值，它是随机变量，具有较大的不确定性。因此，必须进行概率统计分析。本文讨论了岩石力学参数变异性的主要来源，最优样本容量，概率统计方法，Ｒａｙｅｓ值的应用及岩石力学参数的取值过程。     

紫红色泥岩三轴蠕变力学特性试验研究

为揭示泥岩在不同应力环境下的蠕变力学特性,对取自某在建工程的紫红色泥岩分别进行围压为0.5,1.0,2.0,5.0 MPa的分级加载蠕变试验。试验研究表明围压越大,泥岩的强度越大,塑性变形能力越强,流变特性越显著;相同围压下,稳态蠕变速率随偏应力呈幂指数函数型增长;相同偏应力下,稳态蠕变速率随围压升高而降低;利用等时应力-应变曲线法,得到泥岩的长期强度分别为11,16,22.5,29 MPa,均较各自围压下短期强度值降低40%~45%;通过摩尔强度准则得到的长期内聚力和内摩擦角分别为3.09 MPa和34.8°,分别较短期参数降低20.6%和25.9%。根据研究成果给出了一种带应变触发的分数阶蠕变本构模型,理论曲线与试验曲线拟合度良好,能较好地模拟泥岩的蠕变全过程。     

侵蚀环境条件下水工混凝土长期力学性质研究

为有效防止海水侵蚀环境下水工结构混凝土的蠕变破坏,设计了不同侵蚀时间下水工混凝土的长期力学试验。研究表明,海洋环境侵蚀条件下混凝土的长期力学性质明显弱化,随着侵蚀时间的增长,混凝土的强度逐渐降低,且其蠕变寿命也逐渐变短。研究成果可为我国海洋结构工程的长期运行维护提供一定指导作用。     

滑带蠕变特征研究现状分析

对国内外滑带蠕变特征的研究现状进行了综述,包括滑坡的宏观蠕变特征、滑带显微结构特征、滑带蠕变机理试验研究、滑带蠕变本构方程研究。指出了研究工作中应该加强的几个方面,如滑带蠕变模型的适用局限性、注重新技术及新方法的引用、重视水对蠕变机理作用等。     

某大型水库库区滑坡滑带土蠕变试验研究

滑坡滑带土的蠕变特性往往对滑坡的稳定性评价有着重要意义。以湖北省某大型水库库区滑坡为研究背景, 宏观分析了滑带土岩性、矿物成分、物理力学特征等因素对蠕变特性的影响,进而对崩滑体滑带土进行了剪切蠕变试验研究。试验表明,滑带土具有较强的蠕变特性,表现为滑带土在荷载等级较低时,变形速率随时间减小,最后趋于零,为衰减蠕变的过程;在荷载等级相对较高时,尤其在最高荷载等级时,变形速率随时间增大,最终趋于某个极限值或至试样破坏,表现为非衰减蠕变过程;Burgers蠕变模型相比其他模型而言,更符合库区滑坡滑带土本构模型,通过蠕变方程参数的辨识,得到了滑带土的蠕变本构方程;通过蠕变曲线得到了滑带土的长期强度,该强度比相应应力状态下的峰值强度减少20%左右。     

概率统计方法在水库面板堆石坝沉降监测中的应用

玉门市白杨河水库面板堆石坝高66.8m,为目前酒泉地区同类坝型最高的。大坝经过近十年的运行,积累了丰富的监测资料。但无法从监测数据分析出大坝变形是否已经完成。文章通过对监测数据运用数学方法,对坝体数据进行分析,并比对实际数据,得出预测数据在实际监测数据范围内的结论,说明概率统计数学方法可应用于水库面板堆石坝沉降监测中。     

诱震八因子概率统计模型法在水库诱发地震危险性概率评价中的应用

针对水库诱发地震危险性评价,国标GB21075-2007《水库诱发地震危险性评价》要求分别采取定性评价、概率评价和综合评价3种方法进行评价。但目前特别在中小型水利水电工程的水库诱发地震评价中,仍普遍采用类比法进行定性评价,定量和半定量的评价方法很少用。概率评价是一种半定量评价法,概率评价的方法较多,但因常牵涉到高深的数学理论知识,广泛应用有一定的难度。笔者认为诱震八因子概率统计模型法在水库诱发地震危险性概率评价中,具有求解简单、可操作性强的特点,特别适合进行水库诱发地震危险性的半定量评价。     

冻融循环对新疆寒区风电场地基泥岩长期力学性质影响

泥岩地层是我国西北地区常见地质条件之一,而我国冻融循环环境则为风电场地基泥岩带来一定的威胁.为研究冻融循环作用下泥岩长期蠕变力学行为及稳定性,室内设计不同冻融循环次数下的泥岩三轴蠕变试验,并基于蠕变试验试验结果深入分析冻融循环对泥岩力学性质的影响,发现冻融循环次数越多,泥岩长期强度越低.研究成果可为我国新疆寒区工程建设...     

高温冻土固结试验研究与理论分析

高温冻土在加载或升温条件下具有较大变形,为充分认识其变形特性及机理,开展一系列室内固结试验,研究了不同含水量(40%、80%、120%)、不同温度(-0.3、-0.5、-0.7、-1.0、-1.5℃)的冻土在分级加载(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 MPa)条件下的压缩变形。采用3种整理压缩试验数据的方法(e—p、e—lg p及ε—p曲线)获取了高温冻土不同温度下的压缩模量、压缩指数及割线模量等压缩性指标。结果显示:压缩模量E_(s1-2)处于高压缩性模量区间,指数函数可很好地描述压缩指数随温度的变化规律,ε—p曲线基本服从双曲线模型。固结系数采用Taylor提出的时间平方根法计算,发现高温冻土固结系数与超软土具有相同的量级,且其固结应力的变化规律与软土相似。为了模拟高温冻土固结试验,基于饱和冻土的三相关系、质量守恒及有效应力原理,推导了高温冻土的太沙基一维固结方程,获得了固结系数理论表达式。通过对比固结系数理论值与试验值的量级及随温度的变化规律,发现传统的太沙基固结理论不适用于解释高温冻土变形机理。     

含水砂岩三轴蠕变力学特性试验研究

巷道顶板在水的作用下具有较强的蠕滑特性,对矿井开挖与生产造成巨大威胁。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机开展巷道顶板砂岩三轴压缩蠕变试验,研究砂岩在不同含水条件下的蠕变力学特性。试验结果表明:①随着饱水时间的增长和应力水平的提高,瞬时应变和蠕变量都呈递增趋势;②随着含水状态的增强,初始蠕变速率和稳态蠕变速率都逐渐增大,稳态蠕变速率与应力水平呈幂函数关系;③对比分析2种不同的长期强度求取方法,天然状态、饱水1 d和饱水5 d条件下砂岩的长期强度分别为其瞬时强度的64.12%,62.08%,59.34%,砂岩在水的作用下长期强度衰减加剧。     

人工神经网络在国内岩石力学中的应用与展望

基于国内的研究现状,对人工神经网络在复杂岩石工程中的应用研究进行了回顾与分析,就岩石力学领域内的辨识岩体力学参数、岩体的稳定性分类、岩体的质量分级的模式识别、岩体变形适时预测以及复杂岩体的本构关系研究等方面,分别阐述了人工神经网络建立模型的原理和方法、研究现状、所取得的技术成果和达到的水平,并通过相应的实例进行了分析说明.最后总结了神经网络方法在应用中存在的优缺点,并分析和探讨了进一步的研究方向和应用前景.     

石英砂岩蠕变力学特性及长期强度研究

通过三轴压缩蠕变试验,分别以过渡蠕变法、等时应力-应变曲线法、稳态蠕变速率与应力关系法、残余应变法以及强度与破坏时间关系法研究石英砂岩的长期强度.结果表明,对于石英砂岩的长期强度,前4种方法得到的结果大体一致;过渡蠕变法、残余应变法只能根据应力梯度得到长期强度临界值,等时应力-应变曲线法取拐点的过程具有一定主观和随意性...     

不同温度-应力场下泥岩蠕变特性及本构模型

为探讨不同温度-应力场下泥岩的蠕变力学行为特征,对泥岩开展了常温(25 ℃)、60 ℃和120 ℃下的三轴分级加载蠕变试验,得到了各温度-应力场下对应的蠕变历时曲线和蠕变参数,给出了考虑温度和损伤效应的蠕变本构模型。研究结果表明:高温促进了泥岩内部分子运动,减弱了颗粒之间的相互胶结力,使其蠕变特征明显,而围压则能在一定程度上抑制泥岩内部损伤的发展;稳态蠕变速率随偏应力和温度的升高呈指数型函数增加,随围压升高则呈线性减小;各温度场下,泥岩的长期强度和长期抗剪强度特征参数随围压的升高呈良好的线性关系,相同围压下,温度越高,长期强度越小;在经典西原模型基础上,结合温度-应力场下泥岩的温度效应和损伤效应,建立了热-力耦合作用下的蠕变损伤本构模型,能很好地模拟各温度-应力场下泥岩的蠕变特征,拟合结果表明,弹性模量和黏性系数随温度的升高呈线性减小,而α则随温度的升高呈对数型函数增加。     

高温作用后的北山花岗岩时效变形特征研究

以甘肃高放废物重点预选场址的北山花岗岩为研究对象,开展不同热损伤和围压条件下的三轴分级蠕变试验,分析热力耦合作用下的北山花岗岩蠕变变形机理。试验结果表明,在单轴条件下,北山花岗岩的微裂纹密度随热处理温度升高而逐渐增加,进而导致轴向峰值应变持续增大。150℃和300℃温度荷载造成的轻微热开裂引发了裂纹尖端钝化,从而增强了热损伤花岗岩的长期强度;当热处理温度达到600℃后,石英相变产生的差异性热膨胀导致北山花岗岩的热裂纹密度显著增加,进而造成长期强度急剧降低。相比之下,在5 MPa和25 MPa围压的三轴蠕变试验中,静水压力能够愈合较低温度荷载造成的热开裂,使150℃和300℃热损伤花岗岩的轴向峰值变形和长期强度恢复至无损岩石水平。然而,上述静水压力未能完全愈合600℃热处理温度造成的热开裂,热损伤花岗岩的残余微裂纹导致轴向峰值应变增大,并造成了裂纹尖端的钝化效应,最终导致北山花岗岩的长期强度增大。     

基于概率统计理论的泥沙起动流速研究

为充分考虑泥沙起动的随机性,基于相对暴露度概率密度分布,结合瞬时水流流速及床面泥沙颗粒排列的随机特性,并采用泥沙滚动起动模型,建立了适用于散粒体及黏性细沙统一起动流速公式。通过与实测资料及经典的泥沙起动公式比较发现,本文公式计算值与实测资料吻合更好,验证了该公式在预测散粒体及黏性细沙起动流速的可靠性和优越性。     

温度场作用下水工沥青混凝土的力学稳定性研究

为研究不同温度场下沥青混凝土的力学性能,在0～20℃条件下对水工沥青混凝土进行了三轴抗压试验和三轴蠕变试验,获得不同温度场下的材料性能影响,并通过引入硬化参量进行温度修正,根据logistic函数建立不同温度场的沥青混凝土应力-应变本构模型.研究表明:沥青混凝土在0℃表现出明显应力软化现象,出现脆性破坏,随着温度上升,...     

卵石土蠕变本构模型及其工程应用

卵石土是岩土工程建设中的常用材料,由于针对其流变力学特性的研究较少,导致无法评价该种材料的长期稳定性。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,针对卵石土开展了室内三轴蠕变试验,对卵石土蠕变的有关力学问题进行了探讨,分析了卵石土蠕变与时间、应力状态的关系,并提出了11参数卵石土蠕变的数学表达式及相应的参数指标。将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中,计算了某大桥锚碇下覆地基的长期沉降变形。结果表明,提出的本构模型可以很好地描述卵石土的流变特性。与锚碇沉降变形监测结果相比,蠕变加速变形阶段的沉降计算结果偏大,蠕变稳定阶段的沉降计算结果偏小。研究结果可为卵石土的长期变形计算提供相关参考。