基于温度变化的路基盐渍土动强度参数试验研究

基于英国GDS动三轴试验系统,对青海西部地区的路基盐渍土进行动三轴试验,在温度变化条件下探讨其破坏动应力、动黏聚力及动内摩擦角等相关参数随围压、频率的变化规律,建立了不同动载频率下破坏动应力-围压-温度关系曲面,得到了与温度相关的曲面拟合方程。试验结果表明：土-冰-盐的胶结作用对温度变化极其敏感,随着温度降低,盐渍土的破坏动应力明显增大;动黏聚力和动内摩擦角随温度的降低而增大。     

储层条件下致密砂岩动静态弹性力学参数实验研究

岩石动、静态弹性参数之间存在差异,开展储层条件下岩石动、静态弹性参数实验,确定动、静态弹性参数转换关系,对储层压裂改造有重要的实际意义。利用NER公司的Auto Lab 1500对苏里格气田致密砂岩进行模拟储层条件(包括地层温度、压力)下的岩石力学性质测试。结果表明:(1)同一批岩样,相同测量条件下测量得到的动态杨氏模量大于静态杨氏模量,且动态杨氏模量与静态杨氏模量有较好的线性关系,动态泊松比大于静态泊松比,但无明显相关性。(2)同一块岩芯,纵、横波速度随围压增大而增大,随温度升高而减小;动、静态杨氏模量随压力的增大而增大,动态杨氏模量随温度增大而减小,静态杨氏模量随温度升高而增大;动态泊松比随围压增大而减小,随温度升高略微减小,静态泊松比随围压增大而增大,随温度升高减小明显。对产生这种现象的机制进行分析,并确定在不同温度、压力条件下动、静态弹性参数之间的转换关系,为苏里格地区致密砂岩储层地层条件下岩石力学性质的研究提供了基本参数,对制定油气层的压裂施工方案提供参考依据。     

砂卵石土动本构关系的试验研究

通过砂卵石土室内动三轴试验,对饱和砂卵石土的动本构关系动力特性进行了较为深入的研究,主要分析了围压、固结比和动荷载振动频率对砂卵石土的动本构关系影响的变化规律.试验结果表明,饱和砂卵石土的动本构关系可用双曲线表示,围压、固结比参数对其影响较大,随着围压或固结比的增大,动本构关系曲线逐渐偏向应力轴,而动荷载振动频率对砂卵石土的动弹模量影响很小.     

天水籍河流域泥岩动力学特性的试验研究

通过天水籍河流域泥岩动三轴试验,研究循环荷载下该泥岩的动力学本构与围压、频率和含水率之间的关系,分析动剪切模量和阻尼比的变化趋势,探究其动力学本构模型参数,并验证模量衰减函数模型和阻尼增长函数模型的相关性,给出模型参数。研究结果表明:该区域泥岩的动本构函数关系是符合双曲线模型的,相关性系数均在0.9以上;围压与参数a呈较好的负相关;频率对参数a、b值的影响不尽相同。本次试验数据统计分析表明参数a值先减小再增加,b值先增加再减小;含水率对参数b的影响强于对参数a的影响;动剪切模量变化趋势与指数衰减模型相符,阻尼比变化趋势符合幂律增加函数模型,其与影响因素之间的相关性系数均0.9,相关性程度较好。     

冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。     

冻土动力学参数测试研究

冻土的动力学参数既是工程设计的依据之一,也是数值模拟时不可缺少的参数.本文分析了取自青藏铁路的两种路基土,即粉质粘土和细砂的动弹性模量和动阻尼比变化特征.试验发现,冻结粉质粘土和冻结细砂的动力学参数随频率、温度和含水量的变化规律相同.冻土的动弹性模量随频率的增加或温度的降低而增加.含水量增加时,冻土的动弹性模量先增加后降低,在饱和含水量附近达到最大.冻土的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小.含水量增加时冻土的动阻尼比略有增加.     

基于平行螺纹电极的溶液电容影响因素的室内实验研究

为了探讨采用平行螺纹电极测得的溶液电容的可靠性,本文利用唯一变量法着重探讨了温度、电极间距、测定频率和溶液浓度对所测电容的影响。结果发现,溶液电容随温度升高而增大,随温度降低而减小;电容与平行螺纹电极间距的1/2次方左右成反比;电容在一定的测定频率下随溶液浓度的增加而线性增加;电容与频率的双对数呈近似线性递减的关系。这些研究成果为电容成像方法的建立以及电容参数与高密度电阻率勘探方法的耦合应用提供了科学依据,具有十分重要的意义。     

冻融循环对重塑青藏粉质黏土阻尼比影响的试验研究

阻尼比是土的重要动力学参数之一。为研究动荷载作用下重塑青藏粉质黏土的阻尼比特性,在室内冻融循环试验的基础上开展动三轴试验,考虑冻融循环次数、含水率及动荷载频率等影响因素,得到重塑青藏粉质黏土的阻尼比–动剪应变(λ-γ_d)关系曲线及模型参数。结果表明:动荷载作用下重塑青藏粉质黏土的阻尼比受含水率的影响最为显著,受冻融循环作用的影响次之,受动荷载频率的影响较小。随冻融循环次数的增加,λ-γ_d关系曲线向上偏移,同一动剪应变对应的阻尼比增大,经历1次冻融循环后的λ-γ_d关系曲线变化最为显著,3次冻融循环后趋于稳定;随含水率的增加,λ-γ_d关系曲线不断向上抬升,曲线形态也由缓变陡,同一动剪应变对应的阻尼比普遍增大;随频率的增加,λ-γ_d关系曲线缓慢下移,同一动剪应变对应的阻尼比略有减小。研究成果可为寒区场地地震反应分析、路基动力响应分析中阻尼比参数的选取提供参考。     

黏土动、静弹性模量相关性试验研究

从实地黏性土的工程特性和动力特性试验入手,通过标准击实试验、抗压试验和波速测定等,并对7个样品的动、静态弹性参数进行测试、分析,研究不同含水率黏土样品的动、静态弹性参数试验和两者之间的转换关系,提出将含水率与密度的比值作为研究动、静态弹性参数的关系变量,建立该黏土的动、静态弹性模量和动、静态泊松比之间的转换关系。试验结果表明：（1）动、静态弹性模量和动、静态泊松比与含水率之间存在较好的三次曲线关系,动、静态弹性模量随含水率的升高而减小,动、静态泊松比随含水率的增加先增大后减小再增大,而动、静态弹性模量之比随含水率的升高而增大,动、静态泊松比之比随含水率的升高先减小后增大再减小（;2）动、静态弹性模量之比、动、静态泊松比之比与含水率密度之比之间也存在较好的三次曲线关系,动、静态弹性模量之比随含水率与密度的比值的增大而增大,动、静态泊松比之比随含水率与密度的比值的增大呈减小趋势;（3）动态弹性模量大于静态弹性模量,动态泊松比小于静态泊松比;（4）含水率与密度的比值作为研究动、静态弹性参数的关系变量,具有高的拟合精度;（5）动、静态泊松比随含水率的变化较弹性模量随含水率的变化小,动静泊松比之比随含水率与密度的比值的变化也较动、静态弹性模量随含水率与密度比值的变化小。该项研究为黏土动弹性模量在工程实际中的应用提供了试验依据,且为黏土的动、静弹性模量关系研究提供新的研究方法。     

高温后方钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为研究高温后方钢管高强混凝土的黏结性能,以混凝土强度、温度、锚固长度为变化参数,完成了17个方钢管高强混凝土试件的高温后静力推出试验。通过试验获取了各试件的荷载-滑移曲线及特征点参数,分析了各变化参数对黏结强度的影响;并基于试验分析,提出了高温后方钢管高强混凝土黏结滑移的本构关系。结果表明：加载端和自由端的荷载-滑移曲线形状相似;方钢管高强混凝土黏结强度与锚固长度成反比,并随恒定温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势;试件黏结损伤的发展随历经恒定温度的升高而发展较迟且缓慢;界面黏结耗能能力总体上随混凝土强度的提高而增强、随历经温度的升高而下降的变化趋势;方钢管的应变与应力沿其长度方向均呈指数分布,由自由端向加载端减小。     

中应变率下动静组合加载岩石的本构模型

阐述动静组合加载岩石的本构模型研究意义，并对国内外关于岩石动态本构模犁的研究方法进行分类。采用组合模型研究方法，将统计损伤模型和黏弹性模型相结合，分别建立中应变率下二维和三维受静载荷作用岩行在动载荷作用下的本构模型（动静组合加载本构模型）。对一维动静组合加载本构模掣用不同静应力的相关试验进行验证，其结果表明，利用该模型计算得到的本构曲线与试验结果具有较好的一致性。对于三维动静组合加载本构模型，采用动力三轴试验机加围压时对应的岩石动载本构关系进行验证。     

岩石的高温动态统计损伤本构模型研究

结合连续强度理论和随机统计分布假设,在常温统计损伤演化方程的基础之上引入温度影响因素,推导了大理岩的高温统计损伤演化方程;采用组合建模的方法,以损伤力学为基础,将统计损伤体引入到粘弹性本构模型中,构建了能够反映温度影响效应的大理岩高温动态统计损伤本构模型。利用带高温装置的分离式霍普金森压杆试验系统进行了大理岩在不同高温与不同加载速率共同作用下的动态力学试验,基于试验结果,确定大理岩高温动态统计损伤本构模型的参数,并对理论模型进行验证,拟合程度较好,可为岩石类脆性材料动态本构关系的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

甘南地区黄土的动模量与阻尼比特性研究

通过室内动三轴试验,研究了甘南地区次生黄土的动本构关系,得到了模型参数,分析了甘南黄土的动剪模量比和阻尼比发展特征,提出了动剪切模量衰减模型和阻尼增长模型;并通过归一化处理和模型参数比较,对次生黄土与风成黄土动剪模量比和阻尼比的差异性进行了讨论。结果表明:次生黄土的动本构关系服从双曲线模型,模型参数a值较风成黄土无明显差异,但b值为相同条件下风成黄土b值的1.5~3倍,且模型参数与天然含水率、干密度等物性参数和固结围压不存在明显的相关性。次生黄土的初始动弹性模量E_(dmax)受固结条件、密度影响较大,相同条件下残坡积黄土的E_(dmax)较冲洪积黄土小。次生黄土的动剪模量比随动剪应变增大而减小,变化趋势满足负指数衰减模型;阻尼比随动剪应变的增大而增大,变化趋势服从对数关系;相比于风成黄土,其动剪模量比随动剪应变的增加衰减更快,阻尼比增长范围较窄,表明沉积环境对黄土动力特性的差异性影响显著。     

施工期混凝土重复荷载作用下的受压应力-应变关系

通过对不同龄期的施工期混凝土试件进行重复荷载作用下的受压试验,分析了龄期对混凝土受压应力应变全曲线特征参数的影响规律,提出了重复荷载作用下施工期混凝土的动力本构关系的计算模型,探讨了龄期、混凝土强度等级与本构关系计算模型各参数之间的关系.结果表明：随着龄期的延长,混凝土的弹性变形阶段延长,同一应力水平下混凝土的轴向变形减小,混凝土的峰值应力、初始割线模量和峰值点割线模量增加,峰值应变减小,外包络线上升段及下降段更陡峭.     

基于FLAC2D的岩质单面边坡爆破响应规律研究

基于FLAC2D程序,建立了二维岩质单面边坡在爆破荷载作用下的数值模型,并对模型建模中发现的一些问题进行讨论,揭示了边坡的自振频率随着坡高的变大而减小的趋势。在此基础上,通过改变边坡的坡高和坡角,以系统的速度峰值为边坡动力响应评判标准,验证了在动荷载作用下,边坡不但会出现边坡放大效应,而且随着坡高的增大,速度值有先增大,后减小的趋势。当边坡坡角为同一角度时,随着坡高的逐渐增大,质点的最大速度极值存在逐渐变大的趋势。     

不同频率载荷作用下的岩石节理本构模型

用Instron1342材料试验机对表面含二、三、四锯齿状人工节理试样进行4种不同频率载荷下的动态压缩试验。通过对试验结果的分析,获得加载频率和表面形态对节理闭合变形性质的影响规律。通过5种常用函数方程对节理动态压缩试验数据的拟合,发现用幂函数模型来描述人工节理动态压缩闭合变形性质较好。根据试验数据,得出模型参数与载荷频率之间的关系,从而建立考虑率效应的节理本构模型,并进行试验验证。     

考虑温度影响的饱和软黏土累积变形特性研究

通过开展饱和软黏土温控动三轴试验,研究了不同温度作用下土的不排水累积变形、孔压、阻尼比及动弹性模量变化规律,建立了考虑温度、初始静偏应力、围压、超固结比等影响的应变模型,并获得了模型参数与温度的关系。结果表明:温度对土的累积塑性变形、孔压、阻尼比及动弹性模量有较大影响,土体的累积塑性应变、孔压、阻尼比均随着温度升高而减小,动弹性模量则随着温度升高而增大,土体表现出热硬化特征;在不同温度作用下,考虑温度影响的应变模型计算结果与试验结果较为吻合,验证了模型的合理性,可用于预测同一试验工况下任意温度时土的累积塑性应变结果。     

沥青混合料动态弹性模量场模型的建立与应用

为获得能表征不同工况下沥青混合料力学性能的本构方程,采用沥青混合料标准马歇尔试件的单轴压缩试验数据,获得以加载速率和应力状态为自变量的动态弹性模量场模型.基于ABAQUS/VUMAT编写了材料本构的用户子程序,依据试验数据分析了模型的可靠性.分别采用沥青混合料劈裂试验中压头的竖向位移数据和沥青混合料小梁弯拉试验中的弯拉强度数据验证动态弹性模量场模型在不同工况下的通用性.结果表明:采用动态弹性模量场模型的计算结果与不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、劈裂和小梁弯曲等工况下的试验数据吻合较好.动态弹性模量场模型能描述沥青混合料材料参数与受力状态和加载历史的依赖性,可为复杂受力状态下沥青混合料结构的力学分析提供一种方法.     

高温后砂岩静、动态力学特性研究与比较

 通过在SHT4206电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统上对高温作用后砂岩分别进行静、动载荷加载试验,系统地分析比较了热作用后砂岩在静、动载荷加载下的破坏模式、峰值强度和峰值应变的差异,并从微观角度探讨温度对岩石力学性质的影响。研究结果表明：(1) 高温后砂岩的动态力学特性与静态力学特性相比变化显著,随着温度的升高,静载荷时岩石破坏模式表现为劈裂破坏并伴随着脆性断裂,而动载荷作用时岩石破坏模式表现拉伸破坏;(2) 静、动载荷作用下的峰值强度随着温度的升高而明显降低,且基本呈线性关系,静载荷作用下,平均峰值强度从126.37 MPa降到64.76 MPa,降低幅度为48.8%,动载荷作用时,平均峰值强度从176.3 MPa降到83.1 MPa,降低幅度达到了52.9%;(3) 静、动载荷作用下的峰值应变都随温度的升高而增大。温度引起的热应力和微结构的变化导致砂岩力学性质发生改变,以及不同加载方式引起试样内部孔隙扩展和微裂纹的生成方式不同,导致其抵抗外力变形的能力存在差异。