砂卵石土强度变形特性综合试验及力学模型参数研究

砂卵石土是一种特殊性质粗粒土,其强度变形特性是工程界重点关注的问题之一。针对某工程砂卵石土地基系统开展三轴剪切试验、界面剪切试验及流变试验等综合研究其强度变形特性,选取合适的力学模型描述砂卵石土的应力-应变关系并整理相应模型参数。试验结果表明:砂卵石土非饱和样的抗剪强度指标明显大于饱和样,在低围压下砂卵石土饱和样和非饱和样分别呈现出剪缩特性和剪胀特性,而在高围压下则均表现出明显的剪缩特性;砂卵石土与混凝土面板间的接触面剪应力与剪切位移基本呈双曲线关系,抗剪强度随法向应力的增大线性增大;在双对数坐标系下砂卵石土流变变形随着时间线性增长,基于试验规律提出了砂卵石土11参数流变模型,该模型可较好地反映砂卵石土的流变特性。研究成果为砂卵石土强度变形特性研究及地基沉降分析提供理论支撑。     

胶凝砂砾石料蠕变试验及大坝长期变形预测

为了建立合理的胶凝砂砾石料蠕变模型,进行了大坝长期变形预测,并研究了胶凝材料掺量对胶凝砂砾石料蠕变特性的影响。采用Burgers模型描述胶凝砂砾石料颗粒间的界面特性,通过细观力学均匀化方法得到胶凝砂砾石料蠕变本构模型。进行了4组不同胶凝材料掺量的胶凝砂砾石料单轴压缩蠕变试验,分析了不同胶凝材料掺量下胶凝砂砾石料的蠕变特点,进而依据试验数据拟合出所得模型相关参数。将蠕变本构模型植入ANSYS软件平台,进行了胶凝砂砾石料试件的蠕变模拟,结果表明提出的蠕变模型能较好地预测胶凝砂砾石料的蠕变变形。应用所提模型与参数对某胶凝砂砾石坝进行了长期变形计算分析。     

构皮滩水电站工程软岩原位流变试验研究

对构皮滩水电站第二级升船机基础的薄层状页岩进行了现场原位流变试验研究。结果表明,薄层状页岩在外荷载的长期作用下蠕变变形较大,表现出显著的黏弹性特征;同时根据半无限空间弹性理论,推导了基于刚性承压板原位流变试验的流变本构关系——Burgers模型解析表达式,并建立了岩体流变本构模型参数的辨识方法。研究结论有效解决了基于原位流变试验的岩体流变力学参数取值问题。     

围岩破损区的时效模型探讨

开挖扰动形成的围岩破损区由于力学性质弱化,容易发生时效变形,引起围岩破损区时效变形甚至失稳的主因是破损区岩体流变特性中的蠕变性质。本文将塑性位势理论引入元件流变模型,基于"不可逆变形难以区分出塑性部分和不可逆粘性部分"的认识,建立了一种适用于描述围岩破损区演化的时效本构模型(流变本构模型),该模型在低应力状态下反映粘弹性性质、高应力状态下反映粘弹—粘塑性性质。与同类型的元件流变模型相比,本文推导的流变模型只增加了一个可以由力学试验获得的长期强度参数,却可以延用塑性位势理论中的屈服条件作为稳态蠕变过渡到加速蠕变的判断准则(即蠕变破坏准则)。     

改进的广义Bingham岩石蠕变模型

基于岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验数据,分析蠕变曲线的特征,构造出能够表现岩石衰减蠕变和加速蠕变阶段特征的非线性函数,引入到广义Bingham的蠕变本构方程中,得到一个新的非线性蠕变模型,该模型的材料参数较少。通过绿片岩流变数据对新的非线性蠕变模型的参数进行辩识,得到了蠕变模型的材料参数。对蠕变模型计算结果和试验结果的比较表明,该模型能够很好的描述蠕变曲线中的初始衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段,证明了该模型的正确性和合理性。     

悬索桥锚碇及地基基础中的力学问题研究动态

综述悬索桥在国内外的发展现状与前景 ,指出对锚碇系统进行详细研究的必要性 .在详细介绍锚碇系统传力过程的基础上 ,分别从锚碇系统的稳定性、变位、强度与温度应力、施工力学、优化等几个方面阐述锚碇系统力学分析的现状 ,讨论现有分析方法的缺点 .文末针对基础失稳的力学机制、长期变位中的蠕变特性、考虑结构与基础相应作用及场耦合的三维有限元模型、施工力学模型、参数确定、反馈设计等方面提出一系列有待解决的问题     

考虑加速蠕变的深井巷道粉砂岩非线性黏弹塑性蠕变模型研究

围岩流变特性是影响巷道工程安全性和稳定性的关键因素之一,本构模型的研究是岩石流变力学理论研究中最基本最重要的组成部分,同时也是将试验研究成果应用于实际工程的必要环节。综合采用试验研究、理论分析和数值试验模拟分析等研究方法,对淮南矿业集团朱集煤矿千米深井巷道粉砂岩的流变力学特性和本构方程的构建进行了分析研究。在参考大量相关理论和试验资料的基础上,提出改进的与应力以及时间有关的指数函数形式的非线性黏塑性元件,将之与Burgers蠕变模型串联形成能够模拟岩石三阶段蠕变特性的六元件组合模型。对朱集煤矿深井巷道粉砂岩进行高围压状态下三轴蠕变试验,获得了不同应力水平下的蠕变曲线,依据测得的轴向蠕变曲线对所提出的六元件蠕变模型进行参数辨识,验证了模型的合理性。     

一种基于土体率敏性的长期变形预测方法

土体长期变形的预测与控制是大量工程建设的关键性问题。常规方法是结合蠕变试验来预测土体变形,其存在耗时长、难以考虑复杂应力路径以及不便用于复杂有限元计算分析等缺点。考虑土体的率敏性特征,通过对饱和超固结土以及人工制备结构性土分别开展3种不同加载速率下的三轴剪切试验,获得了土体强度、变形以及率敏性指标,从而得到了基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型参数,并利用该模型成功预测了土体的率敏性和蠕变变形行为。结果表明:①结合土体率敏性试验来预测土体长期变形,仅较常规土三轴试验增加了几组不同加载速率的剪切试验,而不需增加额外的试验条件,试验效率高;②由土体率敏性试验确定的本构模型参数能正确预测土体的蠕变变形,试验结果与模型预测结果吻合良好;③基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型可用于复杂边值问题的有限元计算。结果表明提出的结合土体率敏性来预测土体长期变形的新方法将具有很好的工程应用价值。     

300 m级超高土质心墙坝的长期变形特性研究

 目前国内即将列项修建的 300 m 级高土质心墙坝,在高应力状态下,坝料的长期变形特性对坝体的沉降影响大。为研究 300 m 级超高土质心墙坝的长期变形特性,采用长江科学院九参数幂级数流变本构模型及其试验参数,对 300 m 级高土质心墙坝填筑过程及流变过程进行数值模拟。计算得到的流变位移约为 47 cm 左右,考虑了流变后的变形会更真实反映实际坝体的运行状况。     

高土石围堰堰体材料力学特性及变形研究

通过采样试验获取了三峡工程二期上游围堰堰体结构材料 2 种主要成分的力学特性和基本性质,总结了其变形规律。根据试验成果和实测,提出了既可以描述材料的蠕变过程行为,又能描述材料应力松弛特性而且符合大多数材料的粘弹性力学特性的三参量堰体材料流变本构模型。基于 Duncan E- μ模型,编制了有限元分析程序。根据围堰运行部分实测变形数据,计算了堰体及防渗墙的变形。通过计算可知,在汛期高水头作用下,堰体及防渗墙结构在一次荷载作用下的瞬时变形呈现以下的规律：堰体大部分单元的垂直位移均表现为沉降位移,只有少数单元在高水头作用下出现向上的位移;防渗墙结构变形与堰体结构变形基本协调一致。这说明围堰结构在高水头作用下能够安全运行。     

红层滑坡滑带土经验型蠕变模型研究

四川盆地及边缘广泛分布红层边坡,对人类生命财产带来巨大威胁。滑带土的蠕变特性直接关系到红层边坡的长期稳定性,采用CSS-2901TS土体三轴流变试验机进行三轴固结不排水压缩蠕变试验,以研究红层滑坡滑带土蠕变特性。针对蠕变试验成果,结合经验模型理论,通过双曲线函数描述应力-应变关系,并引入Log-Modified函数来描述应变-时间关系,建立一种新的经验型蠕变模型。利用ε/D-ε关系曲线和Levenberg-Marquardt算法及通用全局优化法求解模型参数。采用所建模型对蠕变曲线进行辨识,R2总体在0.97以上,克服了常规经验型蠕变模型难以辨识加速蠕变阶段的困难。经过验证,所建模型能准确地描述红层滑坡滑带土的蠕变特性。     

速率过程理论在粘性土蠕变模拟中的应用

介绍了速率过程理论及其相应的粘性土蠕变模型的推导，选取淮阴三类不同土质的粘性土样开展了蠕变试验研究，分别制备了各向异性和各向同性的结构试样，获得了相应的蠕变试验成果，最后用速率过程理论模型对试验成果进行了拟合。研究成果表明：以速率过程理论为基础而建立的蠕变模型能有效地模拟不同土质粘性土的蠕变过程、趋势和变形，反映出粘性土土性的本质特点，使土质学和土力学紧密地结合在了一起。     

适用于强结构性黏土的修正邓肯-张模型研究

土体的力学特性受结构性影响十分显著,结构性越强,破坏后变形越大,对实际工程影响越显著。目前对结构性土的特殊工程性质已有广泛认识,但如何用数学方法准确描述其强度和变形间的关系仍是主要研究内容。对分布在云南昭通地区的强结构性黏土进行了试验研究,结果表明:其结构屈服应力高达800 kPa,属于典型的强结构性土。根据常规三轴试验的应力-应变关系,将强结构性黏土的剪切变形划分为结构未破坏阶段、结构逐渐破坏阶段和结构完全破坏阶段;基于破坏过程,对传统邓肯-张模型进行修正,引入损伤比参数,建立适用于强结构性黏土的修正邓肯-张本构模型。对模型中的初始剪切模量、主应力差渐进值和剪切模量参数进行推导分析,各参数值与试验的土体剪切变形规律相符合;对已有结构性土的试验数据进行拟合分析,结果表明该修正模型可以较好地描述强结构性黏土的应力-应变特性规律。     

砂岩分级加卸载蠕变特性试验研究

为了研究砂岩的蠕变力学特性,采用RLW-2000型流变试验机进行三轴分级加卸载蠕变试验。通过黏弹塑性应变分离的方法,得到砂岩在不同偏应力水平下的瞬时弹性、瞬时塑性、黏弹性和黏塑性应变,并对黏弹塑性应变及弹性模量的变化规律进行探讨。试验结果表明:岩石蠕变为黏弹塑性变形过程,加载过程中表现有瞬时变形、衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,卸载过程中表现出瞬时及滞后变形恢复现象;岩石初始蠕变速率与稳态蠕变速率比较可达2个数量级的差异,均随偏应力水平的提升而递增;岩石等时偏应力-应变关系表现出明显的非线性特征,曲线逐渐偏于应变轴,岩石蠕变变形同时具有线性和非线性特征。研究成果可为地下工程的长期稳定性研究提供一定参考。     

基于非饱和蠕变模型的滑坡长期变形数值模拟

绝大多数滑坡的发生都与水直接相关,滑坡土体经常处于非饱和状态,而坡体的失稳破坏大都经历了一个时间过程,即滑坡变形具有蠕变性质。因此,绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程,数值模拟时考虑渗流耦合蠕变效应更能符合滑坡变形的真实状态。根据前期研究成果所得的非饱和土非线性蠕变模型及其三维形式,采用试验数据对模型进行验证。由于常规商业有限元软件没有提供适合特定土体的非饱和蠕变模型,编制了基于渗流及蠕变耦合计算的有限元计算程序,并利用该程序对树坪滑坡在库水位变动下的变形过程进行了数值模拟。结果表明,计算结果与实际变形的监测值趋势比较接近,说明本文所建立的蠕变模型合理,编制的程序可靠,可用于实际滑坡的长期变形计算。     

水岩作用下红层泥岩蠕变特性

水岩作用下软岩蠕变特性的研究对真实水环境下岩土工程长期稳定性有重要影响。采用轴压水压联合作用岩石流变试验系统,研究了滇中地区红层泥岩不同应力及水压作用下的蠕变特性。研究结果表明:岩样在低应力水平下以瞬时变形为主,蠕变曲线主要呈现出衰减蠕变和稳态蠕变阶段特征,仅在最后一级应力条件下出现加速蠕变阶段;相同水压条件下,泥岩瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率均随加载应力的增大而增大,且水压越大,应力对泥岩蠕变的影响越敏感;相同应力条件下,泥岩蠕变应变、蠕变速率以及蠕变变形占总变形的比例均随水压的增大而增大,且应力水平越高,增大水压对泥岩蠕变特性的影响越显著。研究成果对于保证真实水环境下软岩工程安全具有重要的工程意义。     

砾质土心墙料蠕变对坝体应力变形的影响

针对砾质土蠕变特性的研究成果较少,原因在于砾质土含有大量渗透性较低的细粒,大试样固结排水效果差,难以获得较好的蠕变试验成果。采用在砾质土大型三轴试样中钻孔灌砂以加速试样的排水固结的方法,进行了某高土质心墙堆石坝砾质土心墙料的蠕变试验,获得了砾质土心墙料的蠕变模型及参数,建立了高心墙坝的三维有限元模型,采用非线性有限元研究了砾质土心墙料蠕变特性对坝体应力变形的影响。研究成果表明:九参数幂级数蠕变模型能较好地描述砾质土的蠕变特性;上、下游坝壳的蠕变对心墙自身变形的影响较小,需要在坝体应力变形计算中考虑心墙料蠕变的影响;当心墙料的蠕变速率快于周围堆石体时,蠕变效应会进一步增加心墙拱效应,反之,蠕变效应会减小心墙拱效应。     

分级加载下炭质板岩蠕变特性的试验研究

蠕变特性是岩石类材料的重要力学性质之一,与岩石工程的长期稳定和安全密切相关。为了解炭质板岩的蠕变特性,采用RLW-1000岩石流变试验机进行了单轴压缩蠕变试验。选用广义Kelvin模型、Burgers模型及FC元件组合模型进行了参数拟合分析。分析表明:板岩在低应力水平下,FC元件组合模型拟合效果较好,而在高应力水平下Burgers模型拟合结果优于其余2种模型。总体来讲,不论应力水平的高低,Burgers模型能够较好地反映炭质板岩的蠕变特性。同时,对不同应力水平下的蠕变曲线进行参数拟合,发现黏滞系数在较低应力水平下随时间而增大,而在较高加载应力下随时间显著减小,表现为应力水平和时间的函数,研究成果可为进一步了解该岩石的蠕变特性提供模型参数和设计依据。     

黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

 为了研究黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性和长期强度,进行了室内流变试验。试验表明,滑带土具有较强的流变特性。基于非线性Boltzmann迭加原理处理的蠕变曲线簇具有很好的相似性。并根据蠕变试验成果,建立了反映滑带土蠕变特性的Burgers蠕变模型,进行了定常Burgers蠕变模型的参数辨识。最后,比较了滑带土的长期强度包线与峰值强度包线,结果表明,长期强度要比相应的应力状态下的峰值强度减少30%左右。     

滑坡滑带土非饱和蠕变特性模型研究

绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程。在Singh-Mitchell研究成果的基础上,研究了低应力水平下蠕变变形与时间的关系,将蠕变过程划分为衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变3个阶段,并且将基质吸力作为一种新的应力变量反映到模型中,从而建立能够反映应力-吸力-应变-时间的非饱和蠕变模型。以三峡库区千将坪滑坡滑带土为研究对象,根据非饱和三轴蠕变试验数据对模型参数进行求解,并根据参数λ1、λ2与应力水平的关系,参数B、βDR与时间关系对模型进行修正,推导了适用于非饱和土的非线性蠕变模型。采用试验数据对模型进行验证,发现该模型能够较合理地预测滑坡滑带土的蠕变特性。