考虑尺寸效应和加载方式的砂岩抗拉强度统计模型

针对岩石抗拉强度测试过程中的的尺寸效应问题,设计了3组不同直径(50、75、100 mm)的灰砂岩劈裂试验和一组三点弯试验。基于广义最弱链累积失效概率理论,研究了灰砂岩劈裂抗拉强度在几何相似和非几何相似条件下所测抗拉强度相互转换问题。研究结果表明:①当圆盘试样直径从50 mm增大到100 mm时,对应的劈裂抗拉强度均值逐渐减小,呈现先陡后缓的变化趋势,三点弯法所测抗拉强度均值约为劈裂抗拉度均值的1.18~1.4倍;②使用尺寸效应统计方法建立的灰砂岩试样尺寸效应统计模型,能够在给定失效概率前提下得到不同尺寸下的灰砂岩劈裂抗拉强度。通过近似积分方法计算了劈裂加载方式下的等效强度系数,得到了该加载方式下的等效强度系数计算公式,结合三点弯加载方式下等效强度系数的计算方法,实现了巴西劈裂和三点弯加载方式所测抗拉强度的转换。     

含天然微裂隙岩石的力学特性试验研究

为研究含天然微裂隙岩石的劈裂力学特性及微观结构,对含天然微裂隙岩石进行单轴压缩试验、劈裂试验与SEM扫描试验。分析了微裂隙岩石单轴压缩试验及劈裂试验的破坏形式、抗拉强度的变化规律,并对劈裂破坏形式中岩石较为破碎部分进行微观结构分析。研究结果表明:在单轴压缩试验中,天然微裂隙岩石破坏形式主要表现为张拉破坏、沿天然裂隙面剪切破坏以及拉剪复合破坏;天然微裂隙倾角对岩石抗拉强度影响较大,其抗拉强度随微裂隙倾角增大而增大;岩样发生劈裂破坏后较为破碎的部分,其劈裂力学特性主要受天然微裂隙岩石的微观结构决定,其微观结构主要分为根状结构、雾区结构、台阶结构3种形式,根状结构微裂隙岩石的力学性质最差,台阶结构微裂隙岩石的力学性质最好。研究成果可为天然微裂隙岩石的力学特性理论研究及其工程应用提供参考依据。     

三种岩石巴西劈裂及单轴压缩试验对比研究

利用RMT-150C岩石力学试验机,对取自雅砻江两河口水电站坝址的砂板岩、三峡库区的砂岩和宜昌城区的泥岩进行巴西劈裂和常规单轴压缩试验。结果表明:1 3种岩样的抗拉强度之比为1∶0.42∶0.16,劈裂破坏时,砂板岩和砂岩表现出脆性,泥岩表现粘性。2 3种岩样应力-应变曲线峰前变形特征相似,力学性态稳定,峰后砂板岩和砂岩应力跌落迅速,脆性特征明显,而泥岩在峰后还保持较高的强度,属于塑性破坏。3 3种岩样各自的抗拉强度、抗压强度和变形参数均存在离散性。4 3种岩石单轴抗压强度远大于抗拉强度,且抗压强度分别为各自抗拉强度的7.438、14.867和8.38倍,且巴西劈裂条件下的弹性模量、泊松比远小于单轴压缩条件下的。     

尺寸效应对岩石抗压强度及压缩模量影响研究

岩体的强度及变形特性对边坡稳定性具有重要影响,为分析尺寸效应对岩石抗压强度及压缩模量影响,以某边坡岩石为研究对象,采用离散元软件,分析不同试样尺寸下,岩石的力学及变形特性。结果表明：试样直径较小时,尺寸效应对岩石强度的影响较大,随着试样直径的增大,尺寸效应对岩石强度的影响较小。尺寸效应会显著影响岩石的压缩性,当岩石尺寸较小时,岩石越坚硬,抗压性能越好。岩石的尺寸效应影响岩石强度,当岩石试样的尺寸越小时,试样的强度及抗压性能越好。     

考虑裂纹闭合效应的岩石损伤力学模型及耗散能量分析

针对现有岩石损伤力学模型的局限性,考虑裂纹闭合效应,并引入统计损伤理论,同时提出分布参数确定的方法,建立新型岩石损伤力学模型。该模型更加符合岩石的变形破坏规律,还可以反映岩石的残余强度和延性特征,应用范围更广;与试验结果及前人成果对比,表明模型更为合理可行。不同围压下岩样的损伤变量演化曲线都遵循S型曲线,并可以依据S型曲线对岩石的变形破坏阶段进行划分。裂纹闭合系数(h)对损伤耗能率有较大影响,随着h的减小,损伤耗能率增大,当h达到一定值,岩石破坏阶段对应的损伤耗能率陡增。因此,岩石的变形破坏不仅与其应力状态有关,还与岩石的损伤演化积累以及裂纹闭合效应有关。     

岩石单轴抗压强度优势尺寸及尺寸效应

对中硬岩石和软岩/硬土进行不同尺寸试件的单轴抗压强度试验研究结果表明:中硬岩石破坏形式呈典型脆性劈裂破坏特征,软岩/硬土呈现剪切破坏和部分碎裂破坏形式;无论硬岩还是软岩/硬土,单轴抗压强度的离散性与岩性和试件尺寸密切相关.通过岩石微观机理与宏观特征对其抗压强度尺寸效应进行了分析,提出在工程设计中应考虑岩石的优势尺寸及尺寸效应所带来的强度差异问题,以为工程的经济合理性与安全提供有效支撑.     

关于层状岩体抗拉强度测定方法的讨论

为了探究层状岩体抗拉强度合适的测定方法,将前人对巴西圆盘劈裂的理论和试验成果进行 了归纳总结;并在此基础上,对直接拉伸法进行理论分析,提出了合理的建议。研究表明:巴西圆盘劈裂 试验对试样的要求是在加载直径线两侧的层理构造和岩石材料均对称分布,只有这样,圆盘试样在线性 荷载作用下,内部应力才能对称分布,劈裂破坏面才会沿着加载直径方向穿过圆盘中心点,从而巴西劈 裂的理论计算公式才能得到满足;在直接拉伸试验中,试样的破坏形态和机理有三种沿层理面的张拉 破坏、沿层理面的剪切破坏、基质的张拉破坏,且抗拉强度均为σｔ＝Ｆ／Ａ;巴西圆盘劈裂试验的适用范 围不能盲目地扩大,对于层状岩体的抗拉强度测定方法,建议选用直接拉伸法。     

渠道衬砌混凝土力学性能试验研究

通过正交试验方法,研究了渠道衬砌混凝土水胶比、粉煤灰和纤维掺量对其抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度的影响规律。试验结果表明:水胶比是影响混凝土抗压、抗折及劈裂抗拉强度的主要因素;粉煤灰掺量为15%时混凝土抗压强度达到最大值,粉煤灰对混凝土抗折及抗拉强度的影响较小;纤维掺量对混凝土抗折及劈裂抗拉强度的影响仅次于水胶比,且掺量越大获得的抗折及劈裂抗拉强度越高。     

红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应

通过对甘肃省定西市兰渝铁路(夏广段)LYS-1标胡麻岭隧道的红层软岩进行不同高径比试样单轴抗压强度对比试验,研究红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应。加工试件直径50 mm,高20~100 mm。定义无量纲量尺寸效应系数为非标准样与标准样所测单轴抗压强度之比。试验数据拟合得出红层软岩尺寸效应系数与高径比、平均弹性模量之间线性相关,拟合效果良好;高径比＜2.0,尺寸效应系数随着高径比的增大呈先减小后增加的趋势。联立拟合直线求解,得出尺寸效应系数取极小值时的高径比。对试样进行受力分析,通过研究不同破坏形态,得出红层软岩试样尺寸效应系数变化的原因,且发现红层软岩尺寸效应明显。     

考虑裂纹闭合影响的岩石变形破坏过程模拟研究

岩石内部裂纹的分布对岩石损伤本构关系影响很大,然而目前的岩石损伤本构模型较少考虑裂纹的影响。为建立考虑裂纹闭合影响的岩石变形破坏模拟方法,引进裂纹闭合系数,假设岩石的微元强度符合Harris分布函数,建立了考虑Harris分布和裂纹闭合效应的新型岩石损伤本构模型。基于极值法确定了Harris分布参数,开展室内粉砂岩力学试验并借鉴其他岩石数据验证模型的合理性。结果表明,模型曲线与试验曲线匹配较好,提出的模型能揭示岩石的变形破坏规律,反映岩石的残余强度和延性特征及裂纹闭合效应的影响;对岩石破坏的损伤演化过程进行的分析符合“S”形曲线规律,能够较好地反映岩石的变形阶段划分。     

地下水封石洞油库喷射混凝土与围岩粘结强度试验方法

地下水封石洞油库采用只锚喷而不衬砌的洞室支护形式,是目前公认最好的油品存储形式。喷射混凝土通过其与岩面的粘结强度传递应力,保证喷射混凝土和围岩的共同工作。粘结强度是分析评价地下水封石洞油库洞室结构稳定性及施工质量的重要指标。针对某地下水封石洞油库工程的主洞室,采用多种试验方法开展喷射混凝土与围岩粘结强度的研究。研究结果表明:直径50 mm隔离试件不适用于地下水封石洞油库的喷射混凝土与围岩粘结强度的试验,采用直径100 mm隔离试件可较大提高试件隔离成功率,钻芯隔离试件拉拔试验强度值可作为粘结强度下限值;喷大板切割岩块试件可反映喷射混凝土与岩块的粘结强度,室内拉力试验成果可作为粘结强度上限值。对于地下水封石洞油库喷射混凝土与围岩粘结强度,建议采用直径100 mm钻芯隔离试件现场拉拔和喷大板切割试件拉力试验进行测试,利用上、下限值综合评价粘结强度。试验成果为地下水封石洞油库洞室结构稳定及施工质量评价提供了重要应用参考。     

塑性混凝土强度和尺寸效应的试验研究

通过对12个配合比、3个龄期共405个塑性混凝土试块的强度试验,研究了塑性混凝土相关强度之间的关系,塑性混凝土抗压强度和劈拉强度的尺寸效应,以及塑性混凝土抗压强度与龄期之间的关系。试验结果表明:塑性混凝土抗压强度、劈拉强度、抗折强度之间具有良好的统计关系;相比边长为150 mm的立方体试块,边长为100 mm的塑性混凝土立方体试块的抗压强度和劈拉强度的尺寸效应系数分别为0.937 5和0.861 6;龄期对塑性混凝土的抗压强度有较大的影响。在此基础上,建立了相关强度指标之间的换算关系式以及轴心抗压强度与龄期的对数关系式。     

锈染骨料对湿筛与全级配大坝混凝土力学性能的影响对比

为分析锈染粗骨料对大坝混凝土力学性能的影响,对比测试不同骨料工况湿筛及全级配混凝土的抗压、劈拉及轴向拉伸性能。结果表明:锈染物附着在原岩表层,厚约3~5 mm,锈染骨料的强度略低于无锈染骨料,且压载过程中存在劈裂剥离现象;锈染物降低了混凝土的力学性能,锈染骨料混凝土的抗压、劈拉及轴拉强度降低率分别在5%、10%及13%以内,但随龄期的增长而减小;全级配混凝土劈拉强度、轴拉强度及极限拉伸值分别为湿筛混凝土的70%～79%、56%～62%及56%～63%;试件断面内部特大石及大石分布相对均匀、有被拔出或拉断的情况,锈染骨料切口可见锈染物。研究成果可为锈染骨料对混凝土的性能影响评价及在大坝中的合理应用提供技术支撑。     

基于声发射的自然与饱水状态混凝土动态劈拉特性对比

为研究自然状态与饱水状态混凝土的动态劈拉特性,进行了不同应变速率(10^-5/s ,10^-4/s ,10^-3/s ,10^-2/s)下的径向劈拉试验,对混凝土劈拉强度进行了深入分析,并利用实时采集的声发射数据分析自然状态与饱水状态混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及破坏规律。结果表明:自然状态和饱水状态混凝土的劈拉强度随加载速率的增加而增大。在低应变速率(10^-5/s,10^-4/s和10^-3/s)时,由于自由水的楔入作用,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土的劈拉强度小;在应变速率为10^-2/s时,由于Stefan 效应,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土大;饱水状态混凝土的动态增强因子比自然状态混凝土的大,饱水状态混凝土率敏感性更显著;声发射信号特征与混凝土的破坏特性相一致,实时采集的声发射信号可对混凝土的劈拉破坏过程进行较准确的监测。     

基于颗粒流的花岗岩微观破坏机制研究

为研究岩石在单轴压缩条件下的微观破坏机制,利用岩石力学试验机进行花岗岩岩样的室内试验,采用颗粒流分析程序编程建立可靠的数值模型,通过分析试件压缩破坏过程的裂纹演化规律、裂纹数特征和能量耗散规律,讨论其微观破坏机制。结果表明,花岗岩岩样内部拉裂纹分布与宏观破坏面较为吻合,在裂隙发展中起着关键作用;峰值强度前,剪裂纹较拉裂纹发育显著,峰值强度后,拉裂纹数剧烈增加,造成岩样承载力的降低;岩样最终失效形式为沿对角形成宏观剪切面破坏,并有少量张拉襞裂破坏。     

短龄期新老混凝土粘结强度等效系数

试验采用3种粘结剂对3种混凝土进行粘结,以劈拉强度作为评价指标,将这3种粘结剂对混凝土的粘结效果进行对比,旨在找出3种混凝土中最适宜使用粘结剂的混凝土。另外首次提出了新老混凝土粘结强度新的评价指标——粘结强度等效系数β(某种混凝土粘结劈拉强度与同种混凝土基准试件劈拉强度的比值),并以β值作为指标对这3种混凝土进行对比。通过对粘结强度等效系数的对比可得3种界面粘结剂用于普通硅酸盐水泥配制的混凝土的粘结效果均优于其它2种水泥配制的混凝土的粘结效果,普通硅酸盐水泥配制的混凝土在新老混凝土粘结试验中对界面粘结剂的适用性最强,其28 d的粘结强度最大值可以达到混凝土基准试件劈拉强度的0.86,粘结效果最佳。     

裂隙对岩石力学性质影响的研究

本文根据对白云岩、正长岩、玄武岩等多种岩石的试验研究,介绍了裂隙对岩石力学性质的影响,定量描述裂隙大小的方法和指标:提出了裂隙大小对岩石单轴抗压强度和抗拉强度影响的定量关系式,并引用损伤力学的观点和岩石强度理论对该关系式进行了理论分析。     

纤维增强富浆胶凝砂砾石的性能研究

本文首次研究了纤维对富浆胶凝砂砾石性能的作用,分析了6种不同纤维对富浆胶凝砂砾石坍落度、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗冻性的影响,讨论了振捣时间对富浆胶凝砂砾石抗冻性的影响,并结合实际工程,给出了富浆胶凝砂砾石推荐配合比。结果表明,随着单丝聚丙烯纤维掺量的增加,富浆胶凝砂砾石的坍落度逐渐减小,抗压强度和劈裂抗拉强度先增大后减小;聚丙烯纤维和钢纤维对富浆胶凝砂砾石的增强效果最好,且掺入1. 2 kg/m~3聚丙烯纤维、钢纤维的富浆胶凝砂砾石抗冻性分别可达400次、300次;为保障纤维提高富浆胶凝砂砾石抗冻性的效果,掺入纤维的富浆胶凝砂砾石振捣时间不宜长于45 s;给出了岷江航电犍为防护堤垫层及防渗保护层富浆胶凝砂砾石的推荐配合比,掺入聚丙烯纤维后,可减小水泥用量。