粘性土变形局部化与土体屈服的相互关系试验研究

为深入了解粘性土变形局部化与其屈服的内在联系,对粘性土进行了量测侧向变形和不量测侧向变形的固结不排水平面应变压缩试验.分析试验结果发现,粘性土样中的孔隙水压力有突然增长的过程,并且粘性土样中的孔隙水压力突然增长的转折点与粘性土局部化变形的起始点非常接近,而孔隙水压力开始急剧增长变化的转折点为其屈服点,说明可将粘性土剪切带开始形成点即变形局部化发生点作为土体的屈服点,超过该点后,粘性土局部化变形加剧.     

基于数字图像相关方法的单轴压缩煤样应变局部化过程试验

为了进一步揭示煤样的应变局部化过程,利用数码相机记录单轴压缩煤样一个观测表面的散斑场,采用数字图像相关方法计算应变场,根据清晰应变局部化带位置布置相互垂直的测线,获得了最大剪切应变的变异系数与纵向应力的依赖关系。研究发现:(1)子区尺寸及测点间距不会对最大剪切应变的变异系数-纵向应变曲线的发展趋势产生影响;(2)应变局部化带法向的最大剪切应变分布左右并非严格对称,应变局部化带切向的最大剪切应变分布并非均匀,前者应与煤的非均质性有关,后者反映了应变局部化带的传播;(3)随着纵向应变的增加,应变局部化带宽度有变窄的趋势,应变局部化带法向的最大剪切应变剖面有变陡峭的趋势;(4)只有应变局部化带经历由模糊到清晰的过程才能引起最大剪切应变的变异系数的突增,此时,应变局部化出现时的纵向应力与单轴抗压强度之比为0.56。     

应力释放对土的切线模量和抗剪强度的影响

通过原状土样和重塑土样的三轴试验的对比分析 ,结构性对土样的应力应变切线模量在试验的初期、中期和后期的影响进行了探讨 ,从微观角度定性地分析其原因。同时 ,实验结果表明 ,土体的结构性对土样在同样的主应力路径下最终破坏时的主应力差是无影响的     

煤样破坏应变局部化与表面电位分布规律研究

为研究煤样表面电位分布与破坏局部化之间的关系,进行了煤样受载应变场及表面电位分布规律的测试,研究分析了表面电位场与煤样应变局部化和煤样破坏的对应关系。结果表明,煤样变形破坏过程中表现出明显的应变局部化特征,应变局部化集中区域是煤样损伤和破坏剧烈区域,应变局部化带往往是煤样出现破坏的位置。煤样变形破坏的表面电位场具有与应变场相似的分布特征,在损伤局部化区域表面电位场也具有集中化特征,煤样表面电位高、低电位点的连线反映了煤样的断裂面位置。     

岩石在平面应变条件下剪切带的分叉分析

分析了岩石在平面应变条件下的弹塑性本构模型,在此基础上采用分叉理论对岩石在平面应变条件下变形局部化及剪切带的形成和方向进行了分叉分析,得出了剪切带产生的条件以及剪切带倾角的表达式．研究表明,所得的理论结果与试验结果相吻合．     

岩石渐进性破坏过程中变形和能量分析

岩石的破坏是一个渐进的损伤演化过程,对于岩石渐进破坏过程的探讨有益于进一步加深对其破坏机理的认识。通过对江持安山岩进行不同围压的三轴压缩试验,分析了岩石整个破坏过程中应变场的演化规律和不同围压条件下的应力、应变及能量变化特征,获得如下结论:岩石在应变软化阶段由应变局部化区域演化为较窄的应变局部化带贯穿试件形成宏观的破裂面,岩石残余强度变形阶段应变主要集中在局部化带内,局部化带外的变形较为均匀,表现为沿宏观破裂面的剪切滑移;各应力阈值对应的轴向应变、径向应变、总应变能、弹性应变能均随围压呈线性递增;峰值强度之前岩石中吸收和存储的能量随围压的增加而增大,总应变能和弹性应变能的增长速率随围压的增加而增大。     

加筋粗粒土强度变形特性试验研究

采用大型三轴仪与大型直剪仪, 对粗粒土、加筋土强度变形特性进行了实验研究。直剪试验结果表明: 不同竖向荷载下粗粒土和加筋粗粒土剪切的剪应力-剪切位移关系类似, 应力应变曲线均出现应变软化现象, 但软化特性变化不大; 加筋土法向位移-剪切位移变化曲线表现为法向应力越低, 剪胀现象越明显; 粗粒土加筋后的内聚力增加, 但是内摩擦角却降低。三轴试验结果表明, 不同围压条件下粗粒土和加筋土主应力差与轴向应变关系曲线表现为应变硬化型, 围压越大, 主应力差与轴向应变关系曲线越陡, 应变硬化特性越明显, 最大主应力差越大; 围压越低, 剪胀作用越明显, 越容易由剪缩发展到剪胀, 反之围压越高, 则剪缩作用越明显; 当轴向应变较小时, 加筋效果不明显, 随着轴向应变的逐渐增大, 加筋效果逐渐发挥。加筋土的内聚力明显大于粗粒土, 而内摩擦角基本上相等; 利用三轴试验结果对邓肯-张模型的适用性进行了分析研究, 表明邓肯-张模型能合理地确定粗粒土与加筋土的强度以及切线弹性模量, 但难以描述和确定粗粒土的变形特性和切线泊松比, 且不能反映粗粒土的剪胀性。     

动静载荷作用下红砂岩力学性能试验研究

利用MTS810电液伺服材料试验系统和霍普金森压杆试验系统(SHPB)分别研究红砂岩材料动、静载荷作用下应力-应变全过程曲线、破坏特征,并将2种状态下的试验结果进行了对比。研究表明:动载荷曲线较静载荷曲线在压密阶段之前存在局部变形阶段;动载荷作用下,当应变率大于66 s-1时,红砂岩应力-应变曲线表现出一个与静载作用下相似的软化阶段;而当应变率未达到66 s-1时,红砂岩在裂纹处发生明显的脆性崩裂;红砂岩在静载下为沿断裂面的滑移破坏,在动载下为轴向劈裂破坏。     

基于DIC技术的煤样裂隙发育特征及应变演化规律分析

为了深入分析煤样单轴压缩下裂隙发育特征及应变演化规律,采用数字图像相关技术(DIC)分别获得试验过程中试件裂隙场、应变场的全程图像和数据,研究结果表明：试件应变演化与裂隙发育具有潜在的联系,裂隙发育处往往存在明显的应变集中现象,在弯曲裂隙中,当其张开程度较大时,受垂直压应力影响,诱导反方向的水平变形,出现裂隙闭合,以及垂直应变剧增、水平应变剧减等现象。当裂隙张开或扩展时,最大主应变增大,同时会出现明显的应变集中现象|当裂隙闭合时,最大主应变减小,应变集中程度也随之减小|最大主应变方向与裂隙张开方向基本一致,与裂隙扩展延伸方向基本垂直。试件加载后期,裂隙快速发育,而此后也表现出多处局部应变快速集中现象。当试件裂隙瞬间产生或破坏时,最大主应变方向也会发生较大变化,该试验结果可作为试件破坏预警的前兆信息之一。     

含材料缺陷岩体局部化剪切带的启动及形成过程研究

应变局部化剪切带的研究是国际岩土工程界关注的热点之一。对应变局部化剪切带的启动机制进行理论分析,随着硬(软)化模量从正值变为负值,变形模式由原先的均匀变形转变为不均匀的局部化变形模式,应变局部化开始启动;在平面应变条件下,采用FLAC软件对含有材料缺陷的岩石试件的应变局部化剪切带的启动、传播、形成进行了数值模拟。计算结果表明,在应力—时步峰值之前,岩样在缺陷位置处首先出现剪切带,随后,剪切带发展,直至贯通至边界,不同缺陷位置对剪切带的形态有着至关重要的影响。     

湖北长阳半峡背斜岩层应变分析

利用核部Ｍ型小褶皱、层间小褶皱、方解石脉及劈理等地质标志体，对半峡背斜进行了系统的线应变测量；在此基础上，运用长短轴法，Ｆｒｇ法及Ｒｆ／Φ法对南津关组、分乡组鲕粒灰岩的鲕粒应变进行测量、统计与分析。应变分析结果表明：半峡背斜岩层发生过两次明显的变形。第一次在半峡背斜形成之前，岩层在成岩作用或构造作用下形成的变形。第二次是在半峡背斜形成过程中发生的变形，半峡背斜不同构造部位、不同岩性的应变值与褶皱弯滑作用形成的应变协调一致。     

霍普金森杆冲击加载煤样巴西圆盘劈裂试验研究

为研究煤样动态拉伸变形破坏特征,利用分离式霍普金森杆冲击加载系统,对煤样进行冲击条件下巴西圆盘劈裂试验,探讨了冲击速度和煤样中层理倾角对煤样动态抗拉强度、破坏应变及应变率的影响;并通过高速相机和数字散斑图像分析方法,对样品的动态劈裂及表面应变场变化过程进行了初步分析。研究表明:冲击速度和层理倾角对煤样动态拉伸破坏特征有明显影响。冲击速度越大,煤样动态抗拉强度则越大,但其随冲击速度增加的幅度逐渐减小;样品破坏应变在冲击速度为3.5 m/s时出现最大值。在冲击速度相近的情况下,层理与加载方向夹角相垂直时,样品的破坏应变相对较大,而应变率则最小。抗拉强度随层理倾角波动变化。在层理倾角与加载方向平行或非垂直时,煤样主要表现为拉伸破坏;在层理与加载方向非平行或非垂直时,样品表现出基质的拉伸和层理的剪切破坏相伴生。     

冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究

针对层状砂岩的各向异性,探究了冲击荷载作用下层理角度对层状砂岩变形破坏的影响规律。加工制作了含软弱层理的砂岩标准试件,利用霍普金森杆试验系统进行了不同层理倾角下的砂岩动态巴西圆盘试验,并结合数字图像相关方法获得了圆盘试件变形场的演化云图。从破坏结果看,层理面与加载轴线之间的夹角对层状砂岩的变形破坏有显著影响。当软弱层理平行于加载轴线时,圆盘试件在加载端处首先产生应变集中,并随着冲击加载的作用迅速沿层理扩展,最终表现为从圆盘试件加载端向非加载端呈弧线形断裂的特征;当软弱层理垂直于加载方向时,圆盘试件中间首先形成多个应变集中区,表现为在加载轴线与软弱层理相交处萌生多个微裂纹,并在冲击加载的作用下微裂纹沿加载轴线不断相互贯通,最终形成径向扩展的宏观裂纹;当软弱层理面与加载方向成45°时,圆盘试件在加载端处首先沿层理方向形成显著的拉剪应变集中区,由于层理介质的抗拉强度和抗剪强度均低于砂岩基质体,因而表现为试件在拉、剪复合应力的共同作用下从加载端处产生多条沿层理面扩展的裂纹。从试验结果中还可以看出,在相同加载速率下,垂直层理试件的强度最高,水平层理试件的强度最低,倾斜层理试件的强度介于水平层理试件和垂直层理试件之间。随着加载速率的提高,不同层理方向的砂岩动态抗拉强度均呈线性增长的特征,但与无层理砂岩相比,含软弱层理砂岩的动态抗拉强度对加载速率的敏感程度较低。此外,层理角度对砂岩的开裂应变有较大影响,受剪应力的影响,倾斜层理砂岩的开裂应变高于垂直层理砂岩。     

大尺寸混凝土模型爆破试验与动态应变观测

通过三个模型多次爆破和动态应变测试,得出在不同的介质和不耦合系数时主炮孔峰应变表达式和爆破动态应力的半经验计算方法,提出了预裂参数和光面爆破参数的另一种计算方法,实测预裂缝降低主炮孔峰应变23.6%～60%。     

等通道转角挤压视塑性试验分析

采用视塑性方法研究等通道转角挤压变形规律。通过观测试样变形平面上网格结点的位移来确定等通道转角挤压中金属流动变形规律，确定等通道转角挤压变形区的范围及剪切变形的分布。     

分级循环加卸载作用下花岗岩变形破坏研究

以地下深部花岗岩为试验材料,利用GAW-2000微机控制电液伺服岩石单轴试验机进行分级循环加卸载试验,研究在同一递增荷载幅度条件下,试件的抗压强度、变形、破坏特征、残余应变以及弹性模量的变化趋势。结果表明：在单轴分级循环加卸载试验作用下,岩样的峰值强度随着每级循环次数的增加呈现递减趋势,且单调荷载应力-应变曲线包络住循环荷载应力-应变曲线；岩样破坏特征主要以剪切破坏为主,随着循环次数增加,破坏裂纹更加分散；岩样在加载过程中,岩体内部的结构在不断地调整,导致结构面变得密集与裂隙间更加闭合,卸载时回弹变形有滞后现象,加载起点与卸载终点不重合；轴向弹性、残余应变与环向弹性、残余应变随循环次数变化的规律具有相似性,岩样弹性模量曲线的趋势以“波浪形”的规律交替变化。     

地表位移场的非线性应变分析

本文把地表变形视作大变形，把有限变形线性力学理论应用到地表应变分析中．模拟计算结果表明，该理论能更精确地描述地表变形。     

应变软化状态下的岩石稳定性判据

本文在目前已发表的岩石三轴应力应变试验资料的基础上,根据应变软化特点,提出了以塑性体积应变量表达的岩石稳定性判定准则。应用结果表明,该准则可以有效地反映岩石在不同软化状态下的稳定程度,从而可为工程决策提供更多的定量化信息。     

束状孔爆破应力场的超动态应变试验研究

实验研究采用超动态应变系统,测定混凝土介质中束状孔及等效大孔爆破作用应力场。通过实测波形分析束状孔爆炸波特征,阐述了束状孔波形与经典爆破波形所具有的共性和个性特征,并对波形做出了合理的解释。     

Overcoring in highly stressed granite— the influence of microcracking

The influence of microcracking on overcoring results was investigated using data from 81 overcore tests using the continually monitored Council for Scientific and Industrial Research triaxial strain cell. The tests were performed in 13 boreholes drilled in a relatively uniform, massive granitic rock mass covering about a 60 × 60 m area at the 240 Level of the Underground Research Laboratory. Overcored samples from boreholes drilled at angles nearly perpendicular to the major principal stress direction showed the greatest amount of stress-induced microcracking. The in situ stresses calculated from tests carried out in boreholes drilled at these angles did not agree with the general in situ stress state for the 240 Level. The investigation concluded that the stress-induced microcracks created anisotropy in the overcore samples, and that the anisotropy could be approximated by an apparent plane of transverse isotropy. The direction of the transverse plane and the anisotropic elastic constants were determined and the in situ stresses recalculated using an anisotropic solution. The anisotropic results indicated a reasonably uniform stress state on the 240 Level except in the immediate area of a single water-bearing subvertical fracture zone. However, the nonlinear behaviour of the overcored samples caused by the stress-induced microcracks limits the confidence for both the linear isotropic and anisotropic closed-form solution for overcoring.