中主应力系数及应力路径对砂土剪切特性影响的真三轴试验研究

针对福建标准砂,进行了系列真三轴排水剪切试验,重点探讨了应力路径、中主应力系数对砂土应力-应变关系、广义剪应力比-应变关系及抗剪强度指标的影响,并利用试验实测的三轴拉伸和压缩条件下的内摩擦角及不同中应力系数条件下的强度实测值,验证了岩土材料非线性统一强度模型在π平面上的强度包线。试验结果表明,应力路径完全相同的情况下,砂土的抗剪强度q和广义剪应力比q/p随中主应力系数的增大而减小,强度指标?随中主应力系数的增大而增加;中主应力系数越大,砂土的剪胀特性越明显;不同应力路径对砂土应力-应变关系影响很大,但对应力比-应变关系及抗剪强度指标?的影响相对较小;岩土材料非线性统一强度模型能够很好地描述砂土的非线性强度特性。     

软土的真三轴试验研究

对上海淤泥质软土进行真三轴试验，研究土在三维应力状态下的应力和应变的变化规律，试验结果表明：固结压力和中主应力对土的性质有很大影响，特别是中主应力对土的影响大。在试验基础上，建立了考虑中主应力影响的非线性模型。     

中间主应力对岩体力学特性影响的试验研究

采用LY-C拉压真三轴仪对完整岩体和节理岩体模型进行了试验研究,结果表明,σ1随着中间主应力的增大有所提高.在中间主应力较低时,岩石呈现出延性,但随着中间主应力的增加,岩石特征向脆性转变.岩石破坏不仅取决于应力差(σ1-σ3),而且与中间主应力关系密切.主应力方向对节理岩体的极限强度有较大影响.     

空心圆柱仪模拟波浪荷载下主应力轴旋转应力路径能力探讨

针对波浪荷载作用下土体单元复杂特殊的应力状态可利用空心圆柱仪模拟其主应力轴旋转应力路径。以波浪荷载下土体应力路径形状为出发点,推导出两向~四向空心圆柱仪(HCA仪)动力加载参数波形公式,经过理论分析验证了该表达方式的合理性,即:(1)两向振动HCA模拟只要满足内外围压差的绝对值与动偏应力q的不等式关系就可成功实现圆形应力路径的加载;(2)三向振动HCA可以模拟中主应力系数b或平均主应力p恒定不变的情况,当b值不变时,p值随主应力轴转角单调变化;(3)四向振动HCA能够较真实全面地模拟波浪荷载下土体的应力特征,同时还可实现主应力轴循环旋转过程中b、p、q三值均不变的应力状态。     

中细砂与有机玻璃界面剪切模型

为了研究试验材料与有机玻璃界面剪切特性,对中细砂-有机玻璃接触界面开展直剪试验,对比了不同法向应力下的应力-应变曲线,并以峰值强度为界限将曲线划分为峰前阶段和峰后阶段2部分,在此基础上,建立了适用于中细砂-有机玻璃界面的剪切模型,通过分析试验数据得到了模型参数,最后与实测数据进行了对比验证。结果表明:随着应变或剪切位移的增加,中细砂-有机玻璃界面上的剪切过程会表现出明显的应变软化特征,界面峰值强度和残余强度包络线可通过摩尔-库伦强度准则计算得到,对应的峰值摩擦角为28.3°,残余摩擦角为24.1°。利用研究得到的参数所构建的峰前与峰后模型能够较好地拟合实测数据,可为地质灾害物理模拟试验设计及材料接触界面剪切行为建模提供参考。     

冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性分析

冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性较静荷载作用下要复杂得多。采用钢板均匀冲击模拟水下循环冲击波对混凝土重力坝的作用,试验遵循几何和重力相似准则,对模型重力坝进行均匀冲击破坏特性研究,得到模型坝体的动力破坏特性,并对裂缝位置和扩展情况进行定位和追踪。试验结果表明:当坝体遭受循环均匀冲击荷载时,上游坝面坝体最大动应变不再在坝踵处,而是位于坝体中部;坝头部位是抗冲击的薄弱部位,最先出现开裂破坏;坝体破坏模式包括贯穿性断裂、碎裂、层裂和抛掷等。试验结果可为大坝的运行管理、防爆抗振设防及安全评价提供理论依据和技术支持。     

冻融循环条件下土体试样力学特征研究

针对水利枢纽工程中场地土料填筑体力学特征,设计开展三轴试验研究,获得了围压、冻融循环次数对土料填筑体试样应力应变影响,围压促进土体加载应力一致性增长,但冻融循环次数对土体加载应力影响具有阶段性特征,循环0～10次时,冻融次数与加载应力为负相关,冻融增长2次,抗剪强度平均损耗22.2％,而超过10次后,又为正相关,循环增...     

真三轴条件下Q_2黄土强度及变形试验研究

随着黄土地区高速铁路、公路、长距离输水工程及地下空间结构等工程的大量修建,黄土强度及变形规律研究就显得尤为重要。对于作为主要持力层的Q2原状黄土,复杂的应力状态以及含水量变化,将直接影响到其强度及变形。通过真三轴试验,研究了不同围压、含水量及中主应力参数b值条件下Q2黄土的应力应变变化规律。研究表明,含水量变化是直接影响Q2原状黄土强度的最主要因素,土体强度随含水量增加迅速降低;当围压大于结构强度ps时,应力应变为硬化型曲线,反之,呈软化型曲线;而中主应力参数b值也对土体强度造成一定的影响。     

波浪荷载作用下频率对饱和珊瑚砂动力特性影响研究

选用南海某岛礁珊瑚砂作为研究对象,利用HCA空心圆柱扭剪仪,进行一系列模拟不同频率波浪荷载的循环扭剪试验,较以往试验考虑了中主应力系数变化,使应变分布更加均匀。研究了波浪荷载的振动频率对饱和珊瑚砂竖向应变累积和孔隙水压力发展规律的影响。试验结果表明,模拟波浪荷载广义"圆形"应力路径会产生竖向塑性变形累积,且当初始平均有效固结压力和偏应力比等试验条件相同时,随着频率的升高,塑性变形累积作用加强,在低振动频率(f=0. 100~0. 175 Hz)下,珊瑚砂孔隙水压力呈"快速增长平稳增长下降"的增长模式;当振动频率为0. 200 Hz时珊瑚砂孔隙水压力呈"快速增长平稳增长"的特殊增长模式;珊瑚砂峰值孔隙水压力均较低,在相同条件下远低于普通硅砂。在研究振动频率范围内,珊瑚砂峰值孔隙水压力和峰值振次均随振动频率增加基本呈线性增加。     

中细砂加筋筑堤现场工艺试验及施工工艺研究

在水利工程中,堤防工程的筑堤土料要求为黏性土料,在施工中,时常遇到黏性土料短缺的现象.通过对现场工艺试验,详细的论证了中细砂加筋代替黏性土料筑堤的可行性,并通过现场试验得出了中细砂加筋筑堤的工艺参数及施工工艺,属试验型创新,相信对今后水利工程的设计、施工均有一定的指导作用.     

粗粒料三维应力状态强度准则研究

中主应力对粗粒料强度有重要影响,而强度研究中常用的大型三轴试验不能考虑中主应力对粗粒料强度的影响。通过大型真三轴各向等压固结等比例加载试验,研究了三维应力状态下粗粒料的强度特性。试验结果表明:随着中主应力系数b的增大,粗粒料大小主应力之差的峰值也逐渐增大,特别是中主应力系数从0增大到0.25时,大小主应力之差的峰值的增大幅度较大,增加了近50%。Lade-Duncan准则较好地描述了粗粒料内摩擦角的变化趋势,不过高估了内摩擦角;SMP准则较好地反映了中主应力系数从0增大到0.25时的内摩擦角的数值大小,但中主应力系数>0.25之后,SMP准则计算的内摩擦角基本随着b的增大而减小,低估了粗粒料的内摩擦角。提出采用的Lade-Duncan准则与SMP准则相结合的单参数复合强度准则,较好地反映了粗粒料强度的数值大小和变化趋势。提出的强度准则在三维主应力空间呈三角锥曲面族形状,轴对称应力状态下的内摩擦角越小,强度越小,三角锥曲面越小,锥角越浑圆,越接近于圆形,而内摩擦角越大,强度越大,三角锥曲面越大,锥角越尖锐,越接近于正三角形。     

三维应力下密度对粗粒料力学特性的影响

通过4种不同初始干密度的粗粒料大型真三轴等小主应力、等比例加载固结排水剪切试验,研究了密度对三维应力状态下粗粒料力学特性的影响.试验结果表明:小主应力一定时,随着初始干密度的增大,应力曲线逐渐升高变陡,软化性增强,体缩变形减小,剪胀性增强.体变增量与大主应力方向应变增量之比即体变增量比随初始干密度的增大而减小,体变增量...     

循环加卸载条件下煤岩组合体力学响应及能量演化规律

为研究煤岩组合体在外载荷作用下的力学响应及能量演化规律,设计了纯煤、煤岩组合体和纯岩试件单轴循环加卸载试验,分析了不同试件单轴抗压强度和弹性模量等力学响应特征,深入研究了煤岩组合体输入能密度、弹性能密度和耗散能密度演化规律,得到了不同试件的弹性能储存速率及储能能力的特性,建立并探讨了煤岩组合体能量破坏机理。结果表明:①煤岩组合体的力学参数更接近纯煤试件,其力学特性主要受煤体影响;②随外载荷增加,煤岩组合体输入能、弹性能和耗散能呈明显非线性增加趋势,其中弹性能占比远高于耗散能;③煤岩组合体能量破坏机理为外载荷作用使煤体和岩体同时开始储存弹性能,由于煤体弹性能储存速率较快,其内部弹性能率先达到储能极限,导致煤体破坏并向岩体释放弹性能,当达到岩体的储能极限时,岩体发生破坏。     

岩体原位试验新技术在水工复杂岩体工程中的应用综述

为解决复杂岩石力学问题,研发了复杂应力路径岩体高压真三轴原位试验技术及流变试验技术、岩体原位大尺度模型试验技术以及岩体破裂扩展精细探测技术等岩体原位试验新技术,并将其应用于白鹤滩柱状节理玄武岩修建高拱坝适宜性、锦屏二级引水隧洞高应力条件下深埋岩体力学特性、乌江构皮滩垂直升船机软岩地基长期变形预测等水工复杂岩体工程关键技术问题的研究。主要研究成果为:①针对高地应力岩体和地下洞室开挖复杂应力路径岩体的变形破坏问题,获得了柱状节理玄武岩、深埋大理岩考虑中间主应力影响的非线性强度准则的强度参数;②针对高应力、复杂应力路径条件下复杂结构岩体的流变特性问题,获得了深埋大理岩流变参数;③针对柱状节理玄武岩松弛特性及预应力锚固防松弛措施,实现了柱状节理玄武岩开挖松弛过程以及岩体真三轴试验破坏过程声发射精细探测;④针对构皮滩超高垂直升船机桩-软岩复合地基长期变形问题,获得了桩-软岩复合地基流变参数。该成果提升了岩体原位试验技术水平,发展了岩石力学基础理论,对解决水工复杂条件下的岩石力学新问题提供了技术支撑。     

高第二主应力条件下大跨度洞室围岩变形破坏特征分析及支护措施

猴子岩地下厂房区域地质构造复杂,洞室群埋深大,位于以水平构造应力为主的高—极高地应力区。与一般高地应力情况不同的是,猴子岩厂区第一、第二主应力均较高,分别达到36.43 MPa和29.82 MPa,使得高地应力对洞室高边墙的不利影响不能通过调整厂房轴线来规避,这为洞室施工和支护设计带来较大挑战。从工程施工过程中出现的变形破坏现象以及位移、支护应力监测资料、声波检测资料入手,归纳高第二主应力下大跨度地下洞室群的变形破坏特征为:1岩爆现象普遍;2围岩变形量及破坏深度大;3锚固支护结构负荷水平高。对围岩变形破坏机理作初步探讨,并根据支护效果总结了高第二主应力下支护设计和支护措施的经验,可为高第二主应力条件下大跨度洞室围岩的稳定分析提供参考。     

饱水-风干循环作用下砂岩力学性质劣化规律

水库在建成运营过程中,水库内水位反复升降对库岸边坡安全性产生影响。为探究饱水-风干循环作用下水库边坡岩体力学性质的劣化规律,以某水库边坡水位变幅带砂岩为试验对象,进行岩石三轴压缩试验。引入劣化率概念探究水岩作用对砂岩力学性质的影响,并借助电镜扫描技术分析了砂岩在水岩作用下的劣化机理。研究表明:水岩作用程度相同时,砂岩峰值抗压强度随围压增大而变大;相同围压条件下,随饱水-风干/循环次数增多,砂岩峰值抗压强度、黏聚力、内摩擦角变小,且三者数值与循环次数N之间的变化规律符合指数分布。当水岩作用增强时,峰值抗压强度劣化率最小值为31.35%,黏聚力、内摩擦角劣化率分别为30.61%和15.37%;水库水位升降对砂岩峰值抗压强度、黏聚力影响较内摩擦角大,三者劣化率与循环次数N之间的变化规律同样符合指数分布。在砂岩三轴压缩试验基础上,对水岩作用下岩石劣化机理进行了研究。研究成果对于受水位反复升降影响的水库边坡安全性治理具有一定参考价值。     

循环荷载作用下土的动力特性及隧道工后沉降分析

选取重塑砾质黏土作为试验土样,采用室内动三轴试验系统研究循环荷载作用下土体的模量弱化规律,并考虑多重因素下隧道工后沉降公式拟合。实验表明:累积应变与累积孔压随围压与动应力比的增大而增大,并在振动10000次达到稳定趋势,而模量模量弱化幅值呈现相反的规律。在不同激振频率下累积孔压,累积应变随频率增大而减少,模量的弱化幅值随频率增大而减小。在前人的基础上进一步考虑了激振频率对累积应变,和累计孔压公式进行拟合得到相关参数。研究成果对砾质黏性土的动力特性以及隧道工后沉降预测提供了有价值的参考。