冻结黏土力学性能多参数试验研究

为获得冻结黏土力学性能的相关参数及其变化规律,从皖北某矿获取三个层位的原状土样,通过冻胀试验、单轴抗压强度试验、抗剪强度试验和蠕变试验,获得了冻结黏土的弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理参数及变化规律.试验结果表明:冻土的冻胀规律可用指数函数来描述,冻胀率、冻胀力都在经历最初的快速发展后,最终趋于稳定;在-15～-5℃范围内,各土层冻土的弹性模量、单轴抗压强度、黏聚力均随温度降低而增大,而泊松比随温度降低而减小;在应力水平较低条件下,冻土蠕变基本上属于稳定性蠕变;当应力水平较高时,试验结果属于非稳定性蠕变.     

类岩石蠕变性能试验及长期强度确定方法研究

改善岩石蠕变性能是提升地下工程稳定性与安全性的有效措施。文章采用TAW-1000D岩石蠕变扰动试验仪,对类岩石试件开展了单轴蠕变试验,分析了其蠕变力学性能,并结合三参数模型,建立了蠕变稳定变形阈值与瞬时损伤变形阈值的关系式,推导出可以预估长期强度的关系式。结果表明:类岩石受力在长期强度值以下时,其蠕变变形对应力不敏感,同时瞬时弹性模量发生硬化,瞬时变形值逐渐减小;受力在长期强度以上时,类岩石的瞬时变形量逐渐随应力而增大,且蠕变性质十分突出,蠕变变形不稳定;径向变形对应力水平的敏感程度明显高于轴向变形。     

氯化钠溶液对膨胀土强度影响研究

以河南南阳某公路工程膨胀土为研究对象,对经过不同浓度的氯化钠溶液饱和后的试样进行击实试验和三轴试验.试验结果表明:氯化钠溶液浓度增加,土样主应力差呈先增加后减小趋势,峰值强度逐渐减小,素土样峰值强度最大;内摩擦角随着浓度的增加而增加,黏聚力随着浓度的增加而减小,相较黏聚力的变化,内摩擦角变化不是很明显,说明其浓度变化对土体内摩擦角影响较小;进一步通过拟合曲线发现,氯化钠溶液浓度与土的抗剪强度指标均线性相关,并得到内摩擦角、黏聚力与浓度相关的公式.     

生态护坡中根系对土体抗剪强度的试验研究

通过采用直剪试验来探究植物根系对土体抗剪强度的影响.通过根系含量、含水率对重塑粉质粘土抗剪指标的影响规律,得出以下结论:(1)根系加筋土的抗剪强度明显大于素土,并且在含根量0.2%-0.3%含水率9%黏聚力增加显著,说明根能起到加筋作用,能够用来约束土体变形增加抗剪强度.(2)加根对于内摩擦角变化幅度不大,说明根对内摩擦角影响较小.(3)通过拟合曲线可知在一定条件下,黏聚力和含根量呈正相关,呈一次线性分布;黏聚力和含水率呈先增大后减小的趋势,即存在最优含水率.     

一种均匀黏性土黏聚力计算方法

黏聚力是黏性土的重要力学性能参数,土的密度、孔隙比是影响黏聚力的重要因素,但密度、孔隙比变化时土的黏聚力难以估算。作者依据固体颗粒分子吸引力理论,研究了均匀黏性土黏聚力随孔隙比及干密度的变化规律。以颗粒均匀的黏性土为研究对象,将土体简化为由土颗粒与粒间孔隙2个部分、依靠土颗粒间吸引力连接而成的整体,将黏聚力简化为单位面积上土颗粒间吸引力的合力;基于此,提出均匀黏性土孔隙结构模型,推导了土颗粒净距与土体孔隙比的函数关系,分析了土颗粒净距随孔隙比的变化规律。根据Lifshitz固体颗粒分子吸引力理论,建立了均匀黏性土黏聚力与干密度、孔隙比之间的函数关系,据此提出一种考虑密度、孔隙比变化的均匀黏性土黏聚力计算方法。通过均匀细粒土的直剪试验测得了不同含水量下的黏聚力,将理论计算结果与直剪试验结果相对比,验证了所提黏聚力计算方法的合理性。结果表明：均匀黏性土颗粒净距与孔隙比正相关,但随孔隙比增大,其对土颗粒净距的影响逐渐减小;黏聚力与干密度正相关,与孔隙比负相关,且随干密度的增大,其对黏聚力的影响更加显著。     

昆明击实红土的抗剪强度特性研究

以昆明红土为研究对象,考虑含水率和击实功的影响,通过击实试验和直剪试验研究昆明红土的击实特性和抗剪强度特性.结果表明:随击数增大,红土呈现出最大干密度提高、最优含水率减小的击实特征;过分偏干或偏湿状态,击数的增大反而减小了干密度,不利于红土的击实.击实红土的抗剪强度特征表现为,随含水率增大,偏干红土的抗剪强度和黏聚力增大,偏湿红土的抗剪强度和黏聚力减小;随击数增大,红土的抗剪强度增大,偏松状态黏聚力增大,偏密状态黏聚力减小;低于最优含水3%~5%和25击左右,红土的抗剪强度和黏聚力能够达到极大值;红土的内摩擦角随含水率的增大而减小,随击数的增大而增大.实际红土回填采用室内轻型击实试验结果时,应注意控制红土的含水和击实功,以保证红土回填的质量.     

基于龄期影响的垃圾填埋体边坡稳定性分析

城市垃圾填埋场在填埋和运营过程中,垃圾土的抗剪强度会随着龄期增长而变化,其填埋体自身稳定性也会随之改变。先统计了国内外学者对垃圾土抗剪强度参数的分析,再对黏聚力和内摩擦角随龄期增长的变化情况进行整理归纳。在假定堆填体材料相近的情况下：随龄期增长,黏聚力呈现二次函数衰减趋势,内摩擦角呈现对数函数增长趋势;且在填埋10～15 a后,黏聚力趋近于0,内摩擦角增大了15°～25°。再建立分层垃圾填埋体模型,对各填埋层分别赋予与龄期相关的抗剪强度参数,最后结合PLAXIS有限元软件对垃圾填埋体进行了不同龄期下边坡稳定性分析。计算结果表明：稳定性安全系数随龄期增长呈现先减小再增大的趋势,位移主要集中在边坡中部,沉降主要集中在坡顶;垃圾填埋体在运营过程中,应着重关注边坡位移变化情况和封场后第10 a左右的填埋体安全性。研究结果对填埋场设计和现场安全性有明显的工程指导意义。     

植被根系固土抗剪强度试验研究

通过对培养的黑麦草加固黏土原状土样进行直剪试验,研究了根系含量和含水率对加固土体抗剪性能的影响,并结合研究结果对其作用机理进行分析。试验结果表明:随根系含量增加,加固土体的抗剪强度和黏聚力逐渐增强,内摩擦角变化较小。这是因为根系的存在加强了土颗粒之间的摩擦,同时在剪切过程中根系发生弹性形变,其内部产生的拉应力通过摩擦力转化为阻碍土体位移的力,增强土体强度。随着含水率的增加,加固土体的抗剪强度和黏聚力均减小,内摩擦角变化不大。这是由于一方面水的存在使根系的拉拔阻力和土颗粒之间的摩擦阻力减小,另一方面含水率的增加导致基质吸力减小,使土颗粒之间的液桥强度降低,从而降低了土体的抗剪强度。     

土体洞室开挖的力学参数敏感性分析

为了研究围岩土体力学参数对洞室围岩稳定性的影响规律,以有限差分法为基础,应用FLAC3D软件,建立了兼顾时空效应的地下洞室开挖过程的数值计算模型,并确定模型中的弹性模量、内摩擦角、黏聚力为洞室稳定性的影响因素。通过模拟洞室围岩的弹性模量、内摩擦角、黏聚力变化时洞室开挖的全过程,并借助系统分析中的敏感性分析方法,分析了弹性模量、内摩擦角、黏聚力对洞室围岩土体应力、位移影响的敏感性。通过对不同参数敏感度因子的比较,确定了洞室围岩土体应力、位移对影响因素的敏感性排序:黏聚力内摩擦角弹性模量。     

泥岩黏弹性剪切蠕变模型及参数辨识

基于泥岩黏弹性剪切蠕变试验结果,采用Burgers模型辨识获得了不同时间尺度下的泥岩黏弹性剪切蠕变参数,分析了时间尺度对泥岩黏弹性剪切蠕变模型参数的影响.结果表明,Burgers黏弹性剪切蠕变模型参数具有显著的时间尺度效应,以短期内的蠕变试验数据辨识获得的蠕变模型在预测岩石长期的黏弹性蠕变特征时显著高于试验结果.基于稳态蠕变阶段的试验数据拟合获得黏滞系数η2后再确定的蠕变模型能较好地预测长期的黏弹性蠕变特征,但在时间尺度较低时与试验结果吻合得不理想,然而建立的非线性黏弹性剪切蠕变经验模型,拟合得到的误差平方和Q(0.56×10-8～1.49×10-8)显著低于Burgers黏弹性剪切蠕变模型拟合得到的Q(0.16×10-8～8.15×10-8),能够更加准确地描述岩石的黏弹性蠕变特征.     

蠕变参数劣化的时效性及变参数蠕变模型

为研究深部岩石在复杂条件下的蠕变特性,采用MTS812.02试验机对岩石进行三轴蠕变试验.在分析蠕变曲线特征的基础上,结合岩石流变力学和损伤理论,将黏弹塑性损伤元件引入蠕变模型,提出确定蠕变参数的方法,实现对岩石蠕变曲线全过程的描述.结果表明:黏弹塑性损伤元件为描述岩石蠕变曲线全过程提供了一个新思路;改进的模型可考虑过...     

云母石英片岩蠕变模型参数选择研究

根据三轴蠕变试验曲线的特点,建立了云母石英片岩七元件线性黏弹塑性蠕变模型,采用最小二乘法对蠕变柔量-时间曲线和应变-时间蠕变曲线进行拟合确定蠕变模型参数,讨论了确定蠕变模型参数的影响因素及参数的合理性与可用性。结果表明:由于受到分级加载次数、初次加载应力值和加载时间的影响,两种曲线拟合确定的参数各不相同;云母石英片岩蠕变模型的非线性较明显;蠕变柔量-时间曲线拟合确定的参数不予采用,应变-时间蠕变曲线拟合确定的参数在各级应力水平下变化规律不明显;采用某种单一方法确定蠕变模型参数不够全面,建议采用综合辨识法,这样才能保证岩土工程中蠕变数值分析结果的正确合理性以及施工设计的安全可靠性。     

考虑渗压的二长花岗岩流变损伤本构模型研究

基于二长花岗岩的流变试验结果,采用Cross-plotting方法确定了有效应力系数,在广义Bingham模型的基础上建立了考虑渗透压力损伤的流变损伤本构模型,对新的流变损伤模型进行参数辨识,得到了流变损伤模型的参数。推导了模型的流变本构方程,并用该模型拟合了岩石流变试验的数据,拟合结果表明:该模型不仅可以很好地描述衰减流变和稳态流变过程,亦可描述岩石的加速流变阶段,从而证明该模型的可行性和合理性。     

盐岩的分数阶导数蠕变模型

盐岩蠕变特性是影响能源深部地下储存库长期运营的重要决定因素。利用基于分数阶导数的定义得到的Abel粘壶以及带应变触发的Abel粘壶建立了新的分数阶导数蠕变模型。通过四个月的盐岩蠕变实验,获得了全过程蠕变曲线,基于盐岩蠕变实验数据,对分数阶导数蠕变模型的参数进行了拟合分析,确定了模型中的参数,并对建立的分数阶导数蠕变模型与西原正夫模型进行了对比分析。结果表明,分数阶导数蠕变模型与实验数据吻合的更好,不仅克服了整数阶蠕变模型在初始阶段与实验数据不能很好的吻合的弊端,又能反映盐岩全过程蠕变特征。     

沥青砂动态剪切蠕变特性

为了解沥青砂的复杂力学行为,给沥青混合料细观力学研究提供数据支持,将几种沥青混合料的配合比转变为沥青砂的配比,采用自主研发的沥青砂成型装置及流变仪夹具获取沥青砂的动态剪切蠕变曲线,基于Burgers模型对蠕变曲线进行拟合,获取动态剪切荷载下沥青砂的黏弹性参数,分析黏弹性参数及松弛模量的变化规律。试验结果显示,Burgers模型对沥青砂动态剪切蠕变曲线具有较好的拟合效果。相同加载时间内,相比于AC-20级配沥青混合料,SMA-16级配沥青混合料蠕变变形量更大。橡胶沥青砂的抗剪切蠕变性能最优。沥青砂蠕变变形影响规律与混合料车辙变形一般影响规律相符。试验温度、沥青用量、沥青种类和级配类型均对沥青砂的黏弹性参数和松弛模量影响显著。     

Creep properties and a creep equation of delay outburst coal and its adjacent mudstone

The study of the creep properties of coal and its adjacent mudstone is very important for understanding the mechanism of delay outburst coal. The samples of delay outburst coal and its adjacent mudstone collected from Yongshanqiao mine were used to carry out triaxial creep tests. The influence of confining pressure and axial compression on the creep test was analyzed. An accelerated creep model was constructed in parallel with a nonlinear viscous component and plastic component. It is connected with the traditional Burges creep model in series. A creep model which can describe the nonlinear viscoelastic-plastic creep model of rock was established and the corresponding creep equation was derived.According to the results of the creep test, the related parameters of the equation were fitted. The results show that, under the same confining pressure, instantaneous creep strain, creep strain of deceleration phase and constant rate creep of the coal and its adjacent mudstone are increased with an increase in the deviatoric stress. But at the same axial pressure, all of the above decrease with an increase of confining pressure. The duration time of the deceleration creep phase increases with the increase in the deviatoric stress. The theoretical values of the creep equation are in good agreement with the experimental results. It indicates that the creep properties of the delayed outburst coal and its adjacent mudstone can be well described by the creep model established in this paper.     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

纯大豆蛋白纤维纱及豆/氨包芯纱蠕变性能研究

测试分析了纯大豆蛋白纤维纱和大豆/氨纶包芯纱的蠕变及特征,分析描述了纱线黏弹体的基本模型,认为四元素模型能够比较准确地描述纯纱及大豆/氨纶包芯纱的蠕变过程,根据实测数据建立了纱线蠕变伸长的拟合方程,进一步分析得出了四元素模型的特征参数,深入研究了影响氨纶包芯纱蠕变性能的工艺因素.     

早龄期混凝土蠕变模型比较

针对早龄期混凝土的蠕变松弛特性,以配比、强度以及不同加载龄期的混凝土蠕变试验数据为依据,对比研究了CEB-FIP模型、Muller模型、B3模型与笔者所建立变系数四参数Burgers模型的蠕变预测差异。研究结果表明:常用经验模型中,CEB-FIP模型具有较好的适应性,Muller模型对于高强混凝土的蠕变预测较好,基于固化理论的B3模型对于早龄期混凝土的蠕变预测值偏大,准确性较差。对比研究验证了变系数四参数Burgers模型中参数的物理意义与经验取值范围及其合理性与适用性。     

坝区岩体的剪切蠕变经验方程及参数数值反演

岩体的剪切蠕变特性是影响坝区边坡岩体变形与长期稳定性的重要因素之一。利用现场剪切蠕变试验数据回归拟合得到了坝区“硬、脆、碎”辉绿岩脉的剪切蠕变经验方程,并由最小二乘法得到了剪切蠕变经验方程的拟合参数;提出了可以真实模拟现场剪切蠕变试验过程以及岩体实际地层分布情况的蠕变参数数值反演分析方法。通过对比分析可知,回归拟合变形值及数值反演计算变形值均与试验变形值比较接近,最大误差均未超过8％,表明剪切蠕变经验方程能有效反映坝区岩体的剪切蠕变变形特性,且建立的剪切蠕变数值模型也是合理可靠的,这为深入认识和了解坝区辉绿岩脉在不同应力水平下的剪切蠕变力学特性提供了重要的试验和理论依据,也为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了技术参数保证。