不同应力路径下砾石土力学特性的宏细观研究

 利用空心圆柱仪对砾石土进行三轴压缩、扭剪、三轴–扭剪联合3种单调加载路径试验以及应力主轴旋转路径试验。通过设计新型加载路径,实现应力主轴在不同应力水平下往复旋转,并在旋转时保持广义剪应力不变。试验结果表明,随着应力水平的增加,主轴旋转产生的广义剪应变呈现先增大、后减小、再增大的规律;主轴旋转会造成试样强度明显下降,内摩擦角显著减小,其破坏时刻的应力圆位于三轴–扭剪联合加载路径应力圆的内部。对三轴压缩和扭剪2种路径试验进行离散元细观分析,发现扭剪力作用下试样会形成水平滑动面。最后,对应力主轴旋转造成试样强度下降的原因进行分析和讨论。     

砂土颗粒级配对筋土界面抗剪特性的影响

为了研究砂土与土工合成材料相互作用时筋土界面的抗剪强度以及剪胀特性,采用3种不同级配的砂土分别与土工格栅和土工织物进行室内大型直剪试验,研究不同颗粒级配、密实度、筋材种类以及竖向应力对界面剪切特性的影响,并对界面剪胀系数进行分析。试验结果表明：粗砂和细砂与筋材的界面剪切强度要明显大于粗细混合砂;松砂剪切过程中只有剪缩效应的存在,但密实砂土呈现出明显的剪胀过程;当竖向应力较大时,筋土界面达到峰值剪切强度所需的剪切位移比低应力时大;粗砂与土工格栅作用时达到峰值剪切强度所需的剪切位移比与土工织物作用时大,而细砂则相反。     

动三轴试验中饱和软黏土的孔压特性及其对有效应力路径的影响

 变围压动三轴试验能够同时施加循环变化的偏应力与循环变化的围压,可以模拟地震荷载下动剪应力与动正应力的耦合。通过GDS双向动三轴设备进行一系列饱和软黏土的变围压动三轴试验,系统研究循环偏应力和循环围压耦合对饱和软黏土孔压特性的影响。试验结果表明：在单纯循环围压条件下,饱和软黏土会产生相应的正的瞬时动孔压,但是并没有产生明显的负的瞬时动孔压;在循环偏应力与循环围压耦合情况下,饱和软黏土的孔压时程曲线表现出与常规动三轴试验不同的特性,即动孔压的振幅更大,并且最大动孔压和最小动孔压表现出不同的发展规律：最大动孔压持续增长,而最小动孔压在加载一定周数后趋于稳定。此外,对残余孔压的定义进行量化,并对循环偏应力和循环围压耦合对有效应力路径的影响进行研究。     

自动应力路径三轴仪的研制

本文介绍采用气体压力控制装置进行给定位应力路径试验的自动控制三轴试验系统，该系统全部采用国产化元器件，操作简便，可靠性高。     

不同应力路径下红粘土的力学特性

红粘土的力学特性与土体中应力变化过程、应力状态有关，常规的直剪试验、三轴试验并不能真实地反映天然土层的初始应力状态、应力-应变和强度规律。采用不同应力路径试验以模拟土体在实际受荷过程中的应力．应变过程，结合试验结果分析了红粘土的力学特性。研究结果说明，在工程实践中应根据实际的受力情况、应力状态来确定相应的应力路径，以正确、合理地测定红粘土的力学参数。     

级配对珊瑚砂颗粒破碎与变形特性的影响

珊瑚砂具有典型的颗粒破碎特征,而破碎导致的粒径变化对珊瑚砂力学特性有显著的影响。为探究初始级配和围压对珊瑚砂颗粒破碎及变形特性的影响,选择4种不同初始颗粒级配的试样在4种不同围压下进行了三轴固结排水剪切试验。研究结果表明：在小围压下,剪切过程中不同级配的珊瑚砂试样的应力应变关系均表现出应变软化现象,体变曲线呈现出非常明显的剪胀,而且粒组的颗粒粒径越细,峰值强度越大,体积应变也越大。随着围压的增加,粗颗粒级配砂样表现为应变硬化。研究发现对于某一级配,随着围压的增加加剧了珊瑚砂颗粒破碎的发生,两者之间存在显著的幂函数关系。通过引入级配参数β,建立了颗粒破碎率B_r与级配和围压之间的关系表达式。研究还发现在e-(p’/p_a)^ξ平面内,不同级配的珊瑚砂试样临界状态线为相互平行的直线,其截距eГ与初始孔隙比eic、级配参数β之间存在显著的线性关系,并据此建立了考虑级配影响的珊瑚砂临界状态方程。     

基于 DEM 的颗粒级配对粗颗粒土三轴试验影响分析

通过建立DEM离散元模型,分析不同颗粒组成的土颗粒三轴试验中的应力应变及强度特性。为充分描绘不同颗粒级配对应力应变特性的影响,在采用传统应力应变曲线基础上,对颗粒三轴试验中颗粒位移场的变化进行了分析。结果表明,随着围压的增加,颗粒位移场变得均匀,粗粒土更容易发生体缩变形,向更密实的挤压状态转变,强度增高。曲率系数与不均匀系数对土的强度及变形性能影响较大,在级配曲线连续的条件下,有效粒径与中值粒径或限制粒径相差较大时,粗骨料之间接触形成骨架结构,其内摩擦角增大,强度及抗变形性能提高。     

应力路径对砂土剪切模量影响的颗粒流模拟

剪切模量是衡量土体变形能力大小的一个重要指标,影响土的剪切模量的因素有很多,如平均有效主应力,孔隙比,超固结比等。本文主要研究不同应力路径对砂土剪切模量的影响。基于颗粒流理论的离散元数值模拟,对于不同的固结方式和应力路径对剪切模量的影响进行了数值模拟,固结方式采用等压固结和K0固结,当平均应力达到150kPa,再沿着六条不同的应力路径进行剪切。研究表明,由固结方式不同造成的偏应力,影响了土的结构,导致K0固结后试样在压缩时配位数较低,孔隙率较大,剪切模量衰减程度较大,但当试样拉伸时,所得的结果刚好相反。当应力路径不同时,沿着均应力为正的应力路径,试样处于压缩阶段,配位数一直处于上升趋势,孔隙率降低,剪切模量衰减程度也随之减小。     

颗粒级配对碳化硅陶瓷膜性能的影响

根据Furnas模型理论,研究了两种粒径颗粒的级配对SiC陶瓷膜孔径大小及其纯水通量的影响.研究结果表明,细颗粒含量≤40％时,随着细颗粒含量的增加,粗细颗粒之间形成的烧结颈增多,粗颗粒与粗颗粒之间的间隙减小,使得粗颗粒堆积形成的陶瓷膜骨架更加密实,SiC陶瓷膜的孔径减小;经1900℃烧结后,当细粗颗粒含量比例为4:6...     

不同应力路径下结构性土的力学特性

天然土在受荷过程中会经历不同的应力路径，开展结构性土在不同的应力路径下的力学特性的试验研究可以为建立复杂应力路径下的合理结构性本构模型提供试验依据。对结构性土样在不同应力路径下的力学特性进行试验研究。所用土样是人工室内制备的结构性土试样，共进行不同的固结应力状态下常围压、减小围压和增大围压时施加竖向应力直至土样破坏的固结排水和固结不排水三轴试验，对结构性土样在不同的应力路径下的强度特性、破坏特性和变形特性进行探讨和分析。     

不同加载路径对岩石变形特性的影响

以往在研究岩石的力学特性时，大都采用持续加载的方法进行试验。三向压缩试验也不例外。就绝大多数工程而言，所遇到的却是在某种应力状态下由于开挖而产生一个方向应力减小、其他几个方向应力增大的现象。根据工程对岩体稳定性评价的要求，应该模拟不同加载路径的应力状态下的试验条件，以便掌握在该试验条件下岩石所作出的力学响应。通过对红砂岩在不同加载路径条件下的三轴试验。分析了不同加载路径所得到的应力，应变曲线及其对岩石的变形影响，得出了在不同加载路径条件下，岩石变形表现与常规试验有较大差异，有着较明显的非线性特性的结论。     

应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究

依据宜兴抽水蓄能电站上库主坝主堆石料原型级配,联合采用相似级配和等量替代的级配模拟技术制备大型三轴试样,利用YS-30型应力路径大型试验机开展应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究.研究结果表明:应力路径与固结应力共同作用,成为影响堆石料剪切特性的主要外部因素.堆石料抗剪强度具有显著的非线性特征,而应力路径对其抗剪强度影响极小.随着σc与k的增加,应力-应变关系由低压应变软化、高压应变硬化型向完全应变硬化型转变;体积应变关系由低压剪胀、高压剪缩型向完全剪缩型转变;随着应力比k的增加,堆石料塑性变形性质逐渐由剪切塑性变形变化为主转变为压缩塑性变形变化为主,破坏形式则由剪切破坏转变为压缩破坏.堆石料剪胀剪缩转化关系由临界应力比kcrit与临界固结应力(σc)crit共同决定.     

三峡永久船闸边坡岩体在复杂应力路径下的变形特性

三峡永久船闸边坡开挖后,岩体应力调整,且其变化路径复杂。为研究三峡永久船闸边坡岩体在此状态下的变形特性,在边坡勘探平洞进行复杂应力路径下的原位岩体真三轴试验,试验荷载模拟边坡初始地应力场及其在边坡开挖过程中的变化情况,按3种路径施加:σ1卸载时,σ2和σ3保持不变;σ1加载时,σ2保持不变,而σ3同步卸载;σ1卸载时,σ2保持不变,而σ3同步加载。根据试验结果,建立此3种应力路径下岩体切线弹性模量Et与主应力差间的经验关系式,分析边坡岩体的变形特性。研究结果表明:在一个主应力减小(卸荷)、另一主应力增加(加载)的应力路径下,岩体变形具有非线性和各向异性;在卸荷方向,切线弹性模量随有效主应力差(负值)的减小而加速减小;在加载方向,切线弹性模量基本保持稳定。     

p-s平面上不同应力路径的非饱和土力学特性研究

 通过7个吸力和净平均应力同时变化的非饱和含黏砂土固结试验,研究7条不同应力路径的试验在p-s-v,p-s- ,p-s- 和p-s-w空间曲线形状随角度?(净平均应力和吸力夹角)的变化规律,分析引起变化的机制,指出净平均应力是决定体变的重要因素,吸力是决定水分变化的首要条件。并探讨p-s平面上7条应力路径屈服点连线轨迹的统一表达式,建立p-s平面上屈服点连线的统一抛物线表达式。最后运用该公式预测已有的试验数据,预测结果较为理想,说明该式预测p-s平面上不同应力路径各屈服点变化规律是较为可靠的。     

含主应力旋转的应力路径对密砂临界状态的影响

关于砂土临界状态线的传统研究主要集中于两点,临界状态线的唯一性和线性性质。然而,作为影响临界状态的重要因素,应力路径和主应力旋转一直被忽视,更鲜有将二者结合的研究。室内试验也无法在保证应力路径的同时,观测主应力旋转的存在。为了弥补这些缺憾,在多应力路径前提下,加入含主应力旋转的应力路径,对密砂进行双轴压缩试验和单剪试验的颗粒流数值模拟研究,得出以下结论：(1) 密实砂土的临界状态线表现出唯一性;(2) 在平均有效应力–偏应力空间和平均有效应力–比体积空间,密砂临界状态线都出现从低临界值向高临界值过渡的阶段性变化。因此,将应力路径单一化有不合理之处;而多应力路径,尤其含有特殊路径的多应力路径,将极大的影响密砂临界状态线性质,应该受到重视。     

球应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持偏应力不变,进行球应力往返变化的三轴试验,对球应力往返作用下饱和砂土的变形随着往返作用次数增大而变化的规律及其受干密度状态和固结应力状态的影响问题给出系统的试验成果与分析。研究结果表明(1)球应力往返作用主要产生体应变,同时出现明显的残余体应变与往返体应变,且往返体应变表现为压缩物态(加荷)与回胀物态(卸荷)的交替变化,而产生偏应变很小,可忽略不计;(2)压缩物态段的体应变与回胀物态段的体应变与作用球应力比的对数值之间均存在良好的线性关系,这些线性关系的参数,视具体情况与固结应力状态和土性状态以及球应力的往返作用次数有关;(3)压缩物态段的线性关系,对固结应力有一定的“记忆性”,这种记忆性在均压固结下表现为线性关系在固结球应力处的转折性(在固结球应力前后有不同的斜率),在偏压固结下表现为转折随固结剪应力出现的衰减性(一般在固结球应力前后可有相同的斜率);(4)在两种物态段,再次与多次的加荷或卸荷主要引起体应变与球应力比关系直线截距的升高,而基本上不改变体应变关系线的斜率;(5)利用所揭示的规律与有关参数,可以跟踪球应力的往返变化,计算相应球应变的变化,计算结果与试验结果吻合较好。     

不同应力路径下低液限粉土力学特性三轴试验研究

基于成因不同,土体具有复杂的变异性、不确定性和地域性差异,通过固结不排水剪应力路径试验对宁波轨道交通建设工程典型③层低液限粉土在K0固结条件的力学特性进行了系统研究。分析了不同固结围压(60、120、200kPa)条件下DE(增P)、DG(等P)、DF(减P)三种应力路径下粉土的应力-应变特性和孔压特性、强度特性及应力路径特性。研究结果表明,应力路径对轴向应变的变化速率、土体的强度影响明显;不排水条件下的有效应力路径主要与土样初始固结状态有关,试验中的剪切控制方式对有效应力路径有明显影响;土体的应力-应变呈硬化型,试验过程土体表现出明显的剪胀特征,应力路径对土体总应力的内摩擦角影响较大,对有效内摩擦角影响不大。     

偏应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持球应力不变,进行了偏应力往返作用下的动三轴试验,分析了饱和砂土的体积变形特性。结果表明:(1) 体应变可视具体条件表现为C1型剪缩(初次加荷)、C2型剪缩(卸荷前未产生剪胀)、C3型剪缩(卸荷前产生剪胀)、剪胀P及剪刚R(再加载无胀缩)等物态有规律的变化;(2) 各物态的体应变均与所作用的偏应力比有良好的线性关系。其参数与综合反映应力特征及土性特征的各物态起始体应变间均有良好的指数或直线关系;(3) 体应变可跟踪偏应力的往返变化,区分加荷、卸荷段的各不同物态,依序考虑各物态起始时的体应变,在对应确定相应参数的基础上进行计算,计算的结果与试验关系间有良好的一致性。