粉砂质泥岩常规三轴压缩试验与本构方程研究

针对杭兰高速公路巫山至奉节段巴东组二段(T2b2)粉砂质泥岩地层中挖方高边坡易产生变形破坏的问题，采用TAWA-2000微机控制岩石三轴压力试验机对T2b2粉砂质泥岩进行了常规三轴压缩试验，获取了0~4 MPa围压下岩石的应力-应变全过程曲线。分析了岩石屈服强度、峰值强度以及残余强度与围压之间的关系，得出了岩石峰值抗剪强度参数以及残余抗剪强度参数。依据塑性力学理论，建立了考虑岩石应变软化的双线性弹性-线性软化-残余理想塑性四线性模型，并分段建立了本构方程，确定了各阶段方程的参数，研究成果可为高速公路挖方高边坡的变形破坏分析提供必要的资料。     

不同饱水强度灰岩应变特性及劣化损伤本构模型研究

为研究饱水强度作用下灰岩的物理力学特性,对不同饱水强度的灰岩试样进行单轴压缩试验,分析其典型的应力-应变特征,并基于损伤力学理论建立损伤本构模型。结果表明,饱水强度加剧了灰岩的软化效应,高强度饱水灰岩的压密阶段相对延长,而弹性变形阶段相对缩短;随着饱水强度的增加,灰岩峰值强度呈线性降低,但饱水作用未对灰岩的破坏类型造成较大影响,仍以剪切破坏为主;损伤本构模型曲线和试验曲线高度吻合,说明建立的损伤本构模型是可靠的;随着饱水强度的增加,灰岩脆性和强度弱化,参数m和F₀分别呈二次函数和三次函数降低。     

胶结砂砾石坝坝料双屈服面弹塑性本构模型研究

【目的】为了准确预测不同胶结材料用量及围压下胶结砂砾石料的应力变形特征，【方法】采用理论推导与试验结果分析相结合的方法，在广义塑性位势理论框架下，依据胶结砂砾石料力学特性三轴试验结果，构建了新的剪切屈服函数和体积屈服函数。结合可反映硬化规律的塑性系数以及加卸载准则，建立了一个双屈服面本构模型，随后对比分析胶结材料用量20 kg/m³、60 kg/m³以及100 kg/m³的胶结砂砾石料三轴剪切试验数据及本构模型的计算值。【结果】研究结果表明，抛物线型剪切屈服函数与椭圆型体积屈服函数可很好地反映胶结砂砾石料的剪切变形与体积变形机制。【结论】新的本构模型充分考虑了胶结材料用量、围压对胶结砂砾石料塑性变形、峰值强度、剪胀性等特性的影响；模型参数共有12个确定简单且物理意义明确的参数；该双屈服面本构模型的应力应变预测值与相应的三轴试验数据基本吻合。     

大体积混凝土结构应力场的粘弹塑性分析方法

根据混凝土材料强度、变形、损伤拉压显著不同的力学特性，分别在拉应变空间考虑粘弹性与损伤耦合、在压应变空间考虑粘弹塑性与损伤耦合，应用应变能等价原理建立了混凝土的粘弹塑性损伤本构模型。在粘弹塑性损伤本构模型中，混凝土的刚度退化和应变软化由正交各向异性损伤理论描述，弹塑性特性由内时理论来描述，内时理论没有屈服面，使模型的参数和方程大大减少，从而简化了非线性计算过程。考虑温度、徐变、自生体积变形、干缩变形等因素的影响，用增量一迭代法建立了大体积混凝土结构应力场的粘弹塑性有限元表达式。     

基于统计损伤理论的德鲁克-普拉格岩石强度准则的修正

德鲁克-普拉格强度准则是目前岩石力学中广泛应用的岩石强度准则之一，其计算结果较为保守，与实际存在差距，为此本文深入探讨了其修正方法。研究方法是在前人岩石损伤软化统计本构模型研究的基础上，通过探讨不同围压条件下模型参数与围压的关系,对模型进行修正，然后，根据岩石屈服或破坏的概念，利用岩石变形软化全曲线的极值特性，采用多元函数求极值的方法建立岩石强度理论，从而对德鲁克-普拉格岩石强度准则进行修正。修正后的德鲁克-普拉格准则能反映体积应力、剪应力、中间主应力和最小主应力对岩石强度的影响，同时还可以反映岩石强度莫尔包络线的曲线特征，它与试验结果吻合良好。工程实例计算表明，该强度准则能更好地反映工程实际。     

含水率和温度对高含冰量冻土力学性质的影响

对青藏高原黏土在温度为-0.5～-6.0℃,含水率为30.0%～80.0%条件下,进行了一系列的三轴抗压强度试验,分析了不同加载条件下高含冰量冻土的强度随围压、温度和初始含水率的变化规律。研究发现,其力学性质与初始含水率和温度有密切关系,在温度低于-1℃时存在最不利含水率。同时发现相同温度下,强度随围压变化不大,故可以用Mises准则作为其强度准则。给出了随温度、含水率变化时,高含冰量冻土的Mises准则的表达式。采用塑性功作为硬化参数,得到了高含冰量冻土的弹塑性本构模型。与试验值对比表明,该模型能够比较准确地反映高含冰量冻土的应力应变规律。     

岩石卸荷力学特性及本构模型研究进展

近年来,国内外一些学者基于围压卸荷试验,对岩石的卸荷力学特性和本构模型进行了大量的研究,取得了丰硕的成果。卸荷条件下岩石的强度特征、变形规律和破坏模式与加载状态相比有着显著的区别,通过围压卸荷试验可以发现,卸荷条件下岩石张性裂缝发育,扩容显著,通常呈张剪性破坏,且卸荷速率、围压和应力路径等因素均对其变形破裂机制有着较大的影响。卸荷条件下岩石的本构模型通常分为唯象学本构模型和细观力学本构模型,唯象学模型忽视了岩石卸荷渐进破坏的演化机制,细观力学本构模型则未考虑微裂纹群及数学简化引起的误差等,这些问题使得未来的卸荷岩石力学研究工作充满了机遇与挑战。     

冰体力学本构模型的构建

为建立不同条件(温度、加载速率、围压)下冰的力学本构模型,采用理论分析和试验研究相结合的方法,通过比较冰的单轴压缩试验和比例加载条件下三轴压缩试验的应力-应变曲线特征,确定选用幂强化力学本构模型来描述冰体受力时的应力-应变关系;根据三轴压缩试验数据,采用最小二乘法曲线拟合,建立了两种试验条件下冰的力学本构模型;误差分析结果表明,所建立的冰体力学本构模型是比较准确的。     

含水率和温度对高含冰量冻土力学性质的影响

对青藏高原粘土在温度为-0.5～-6.0℃，含水率为30.0%～80.0%条件下，进行了一系列的三轴抗压强度试验，分析了不同加载条件下高含冰量冻土的强度随围压、温度和初始含水率的变化规律，发现其力学性质与初始含水率和温度有密切的关系，在温度低于－1℃时存在最不利含水率。同时发现相同温度下，强度随围压变化不大，故可以用Mises准则作为其强度准则。给出了随温度、含水率变化时，高含冰量冻土的Mises准则的表达式。采用塑性功作为硬化参数，得到了高含冰量冻土的弹塑性本构模型。与试验值对比表明，该模型能够比较准确地反映高含冰量冻土的应力应变规律。     

紫红色泥岩三轴蠕变力学特性试验研究

为揭示泥岩在不同应力环境下的蠕变力学特性,对取自某在建工程的紫红色泥岩分别进行围压为0.5,1.0,2.0,5.0 MPa的分级加载蠕变试验。试验研究表明围压越大,泥岩的强度越大,塑性变形能力越强,流变特性越显著;相同围压下,稳态蠕变速率随偏应力呈幂指数函数型增长;相同偏应力下,稳态蠕变速率随围压升高而降低;利用等时应力-应变曲线法,得到泥岩的长期强度分别为11,16,22.5,29 MPa,均较各自围压下短期强度值降低40%~45%;通过摩尔强度准则得到的长期内聚力和内摩擦角分别为3.09 MPa和34.8°,分别较短期参数降低20.6%和25.9%。根据研究成果给出了一种带应变触发的分数阶蠕变本构模型,理论曲线与试验曲线拟合度良好,能较好地模拟泥岩的蠕变全过程。     

基于全过程曲线循环加卸载的岩石塑性硬化软化模型研究

基于不同围压下的岩石三轴全过程循环加卸载试验成?撸掷氤隹占渌苄灾饔Ρ洌谇显黾铀苄岳砺壑械哪持炙苄杂不蛉砘睿芯柯鉓ohr-Coulomb屈服准则的强度参数在初始屈服、峰前硬化及峰后软化全过程中随塑性参量的动态演化规律。通过试验数据整理分析,发现岩石破坏过程中在塑性硬化阶段内摩擦角、剪胀角有一个先增加后跌落的过程,而黏聚力在塑性硬化和软化阶段均减小这一规律;并采用非线性函数对该规律进行拟合回归,得到了内摩擦角、剪胀角和黏聚力等强度参数以塑性参量为函数变量的演化模型;将该规律应用于拉格朗日数值分析中,模拟了室内大理岩试件破坏过程中的应力-应变关系曲线特征。研究表明,基于岩石全过程循环加卸载试验的力学模型能较好地描述大理岩的塑性硬化塑性软化的力学行为,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

密砂单剪试验的非共轴本构数值分析

在土体主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在非共轴现象,传统的共轴本构理论无法合理描述非共轴现象及其对应力-应变关系的影响。通过有限元二次开发,在应变软化共轴模型的基础上引入了角点结构非共轴理论,对密砂的单剪试验进行数值模拟及分析,系统地研究了非共轴现象及其影响。数值分析结果与试验结果的对比表明:非共轴模型能够合理地反映非共轴现象及其影响,且非共轴现象受到静止侧压力系数、竖向应力和流动法则等因素的显著影响。     

考虑剪胀性和应变软化的粉细砂双屈服面本构模型

针对上海粉细砂不存在唯一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述粉细砂剪胀性和应变软化特性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了反映塑性体积应变由正转为负时对应的特征状态应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

循环加卸载下黄砂岩力学特性和能量演化规律

基于三轴压缩循环加卸载试验结果,对黄砂岩峰值强度、变形特征、弹性模量、能量转化和阻尼比变化规律开展了试验研究.结果 表明:随着围压的增大,黄砂岩峰值强度满足线性增长的关系;而循环荷载对黄砂岩峰值强度影响较小.通过弹塑性应变分离,发现弹塑性应变量和弹塑性应变占比在岩石破坏的循环次数里存在陡变情况;在0～ 20 MPa围压...     

围压和渗透压作用下塔木素深部黏土岩渗透及强度特性试验研究

深部岩体多处于复杂应力场和渗流场中,研究围压和渗透压作用下黏土岩特性对高放射性废物深地质处置库的设计开挖具有重要的意义.通过塔木素黏土岩围压加卸载渗透率演化试验及不同围压和渗透压下全应力-应变渗透率试验,分析了其渗透和强度特性.综合考虑围压和渗透压对黏土岩强度的影响,引入围压强化系数和渗透压弱化系数,并结合不同强度准则...     

基于分叉理论的轴对称条件下岩石变形带分析

引入变形带描述轴对称状态下岩石应变局部化现象.采用通用形式的本构模型,基于分叉理论探讨了剪切带、压缩带和膨胀带3种变形带的出现条件,详细分析了轴对称状态下临界硬化模量和变形带方向角随本构参数的变化特性,发现现有的分叉理论分析不能预测压缩带和膨胀带是受所选用的本构模型的限制;同时在轴对称条件下,不管是采用关联还是非关联流动法则,预测到压缩带或膨胀带只能在软化阶段才能产生;而当采用非关联流动法则时,在特定范围内,预测到剪切带可以在硬化阶段产生.最后采用高孔隙岩石本构模型,分析了高孔隙岩石变形带角度随围压的变化规律,结果表明:岩石变形带的角度随围压的增大而减小;高孔隙岩石脆延转化是以压缩带的形成作为过渡,低围压下表现为脆性剪切带破坏,当围压达到临界围压后,随着围压继续增加,压缩带将会变得难以形成,宏观上表现为延性破坏.最后与已知试验结果进行对比,结果表明本文理论能合理描述岩石的应变局部化现象,预测结果与试验观察结果相符.     

考虑物理状态变化的砂土本构模型

本文基于临界状态理论，在已有模型的基础上，通过将状态参数引入剪胀方程和塑性硬化模量表达式，建立了一个新的砂土本构模型。该模型可以描述加载过程中相对密度和有效围压变化引起的物理状态变化对材料强度和变形特性的影响，模型形式较简单，仅有8个材料参数，适用于排水及不排水的情况。数值模拟的结果与三轴试验结果吻合较好。     

西部弱胶结泥岩的三轴压缩试验分析

为解决西部弱胶结软岩巷道支护难题,在内蒙古鲁新煤矿对典型弱胶结泥岩取样,并对其进行不同状态(天然状态、饱和状态和烘干状态)和不同围压水平的室内三轴压缩试验,分析其强度特征和基本力学指标与围压的变化关系。试验数据表明①自然状态下弱胶结泥岩峰值强度和残余强度非常低,随着围压的增加,泥岩的峰值强度和残余强度均有较大提高,且峰值强度与围压呈对数变化关系;②泥岩对水非常敏感,随着含水率的增加峰值强度和残余强度均降低,峰值强度降低幅度更明显;③通过引入三轴软化系数进行分析,结果表明泥岩的软化系数随围压增加而下降,泥岩3种状态下的弹性模量与围压增加呈线性增大变化。最后通过泥岩三轴压缩四阶段应力-应变曲线的拟合分析,建立了泥岩三轴压缩全应力-应变关系。