不同填料土工织物散体桩桩体单轴压缩试验

选用碎石、圆砾和砂3种填料,以及5种不同强度的聚丙烯土工编织布套筒,制备成15组尺寸为?300 mm×600mm,填料压实度?=0.9的土工织物散体桩,对桩体进行单轴压缩试验,以研究不同填料土工织物散体桩在轴向荷载作用下的强度特性。研究结果表明:不同填料桩体在单轴压缩下具有不同的破坏模式,碎石填料局部刺破编织布套筒形成较大破口,圆砾填料致套筒横向筋丝断裂、纵向筋丝分离,而砂填料致套筒横向筋丝断裂较均匀且无明显破口。桩体强度与筋材和填料强度均呈正相关关系,3种填料桩体轴向应力–应变曲线在加载初期因填料受到初始压密而略有上凹,而后近似线性增长至桩体强度,峰值强度后呈现应变软化现象;综合本文试验数据及前期所做的单轴、三轴压缩试验数据,修正了桩体强度理论计算公式,得到的桩体强度修正值与试验值吻合较好。     

不同填料加筋碎石桩桩体模量研究

选用三种不同的碎石桩桩体填料和三种不同强度的编织聚丙烯土工套筒组成加筋碎石桩(GESC),对桩体进行大尺寸的单轴压缩试验,研究其在轴向荷载作用下的模量特性,并结合理论分析探究加筋碎石桩桩体模量的计算公式。研究表明,单轴压缩条件下桩体模量受填料种类影响;桩体模量和填料的被动土压力系数有良好的线性关系;建立了桩体承载力和模量的计算公式,经试验验证公式实用性良好。     

竖向土工加筋体对碎石桩承载变形影响的模型试验研究

在碎石桩桩顶一定深度内包裹竖向土工加筋体形成筋箍碎石桩,能有效提高碎石桩的承载能力,控制复合地基沉降量。采用分级加载方式,设计并完成了两组较大比例室内模型试验,对比分析了筋箍碎石桩和传统碎石桩的承载变形特性,进而探讨了筋箍碎石桩的加筋机理和鼓胀变形模式,重点分析了竖向土工加筋体的应力应变特征。分析结果表明：竖向土工加筋体能有效约束碎石桩的侧向鼓胀,在微小侧向变形内提供足够的径向约束应力;筋箍碎石桩的最大鼓胀变形多发生于加筋体以下区域,其破坏模式与筋体材料、桩体、桩周土体及其相互作用和协调变形密切相关;筋箍碎石桩的桩顶和桩底桩土应力比均明显大于传统碎石桩,上部土工加筋体在提高桩体刚度的同时,可有效地将上部荷载传递至桩底较好土层。     

路堤荷载下土工织物散体桩复合地基离心模型试验

进行了2组不同筋材刚度土工织物散体桩复合地基路堤离心模型试验,和1组碎石桩复合地基路堤的对比试验,以研究其在真实应力条件下的性状及稳定性。研究结果表明:随着筋材刚度的增大,地基中的超孔隙水压力略有减小,桩顶和桩间土沉降明显减小,而桩顶和桩间土之间的差异沉降明显增大;桩土应力比随筋材刚度的增大先增长明显,而后趋于缓慢;当筋材刚度较低或上覆荷载很大时,土工织物散体桩可发生显著的弯曲变形而引起较大的沉降,碎石桩则在软土中容易发生鼓胀变形而引起很大的沉降,但两者均未在复合地基中形成剪切滑移的趋势。     

土工带加筋碎石土大型三轴试验研究

为真实反映土工带加筋碎石土的受力特性,本文采用实际工程中使用的TG玻塑土工带进行了4组不同围压、不同 加筋层数的土工带加筋碎石土大型三轴试验。分析了加筋带对碎石土应力-应变关系及强度的影响,并引入应力比、强度 加筋系数、破坏变形加筋系数、轴向变形加筋系数和侧向变形加筋系数来评价加筋效果。试验结果表明:碎石土经土工带 加筋后其破坏强度和破坏应变均得到提高,在大变形下土工带加筋碎石土仍能继续承担荷载。加筋土和未加筋土的强度 曲线基本平行,土工带加筋碎石土的强度服从"准粘聚力"原理。加筋效果不仅与加筋参数有关,而且与围压有关,加筋带 的作用发挥随围压增大而减小。     

大豆散体力学特性三轴试验研究

通过不同围压下大豆散体的三轴压缩试验,得到大豆散体的内摩擦角、黏聚力、变形模量等力学参数,并对大豆散体的应力-应变关系曲线进行分析。结果表明:大豆散体的三轴压缩可分为弹性变形、颗粒错位滑动、应力强化和颗粒压缩破坏四个阶段;大豆散体压缩模量随着围压的增加而增大,在三向应力状态下的黏聚力为6. 7 kPa,内摩擦角为24. 87°,与粮食钢板筒仓设计规范给出的大豆物料特性参数基本一致。     

基于特种筋材蠕变试验预应变加筋法应用研究及计算模型

通过对目前广泛应用于加筋土工程的特种筋材——CE131土工网、SDL25土工格栅进行了不同应力水平作用下的长期荷载蠕变试验。为比较不同强度土工合成材料的蠕变特性,研究制作6个CE131土工网试样和4个SDL25土工格栅试样。通过大量的试验结果分析,得出特种筋材CE131土工网、SDL25土工格栅的长期强度为抗拉强度的30%～40%,并提出在长期强度条件下特种筋材的预应变值大小及其计算公式。这对施工中的预应变加筋法技术有重要的参考价值。     

不同温度养护后胶结充填体三轴卸围压力学特性试验研究EI北大核心CSCD

为研究胶结充填体在煤矿深部的高地温环境下发生卸荷的力学特性,采用RTX–4000型岩石动态三轴仪,对不同温度(20℃,35℃和50℃)养护后的胶结充填体进行不同初始卸荷围压下的常规三轴卸围压试验,得到胶结充填体三轴卸荷全过程的偏应力–应变曲线,分析其变形、破坏特征及强度准则。研究结果表明:50℃养护后的胶结充填体内部产生的有害热应力易使胶结充填体卸荷的应力–应变曲线在峰后阶段出现微破裂现象,进而使得变形模量在随围压卸载的过程中也出现突降和逆向增长。胶结充填体卸荷破坏形式主要为局部张拉裂纹、剪切裂纹以及由热损伤和力学损伤共同造成的错位裂纹。Mogi-Coulomb强度准则能更好地表征胶结充填体在增轴压卸围压条件下的卸荷破坏强度特征;随养护温度的升高,胶结充填体的黏聚力先减小后增大,内摩擦角先增大后减小,黏聚力的变化同卸荷峰值强度的变化规律一致,黏聚力越大,卸荷峰值强度越高,表明黏聚力为影响胶结充填体卸荷峰值强度的主要因素。     

基于特种筋材蠕变试验预应变加筋法 应用研究及计算模型

 通过对目前广泛应用于加筋土工程的特种筋材——CE131土工网、SDL25土工格栅进行了不同应力水平作用下的长期荷载蠕变试验。为比较不同强度土工合成材料的蠕变特性，研究制作6个CE131土工网试样和4个SDL25土工格栅试样。通过大量的试验结果分析，得出特种筋材CE131土工网、SDL25土工格栅的长期强度为抗拉强度的30%～40%，并提出在长期强度条件下特种筋材的预应变值大小及其计算公式。这对施工中的预应变加筋法技术有重要的参考价值。     

塑料土工格栅加筋土结构的振动台试验研究

对塑料土工格栅加筋土结构的缩尺比例模型进行了振动台试验研究。试验过程中，采用两组试验模型，一组测定筋材的动应力应变；一组测定土筋间的动似摩擦系数。试验结果表明：塑料土工格栅筋材在地震作用下最大动拉应力的分布与静拉应力的分布沿筋材的埋深大致相同，只是应力的值大小不同；地震作用下土筋间的动似摩擦系数是随地震加速度的增加而减小。据此，提出了加筋土结构在地震区的设计建议。     

单层立体加筋砂土性状的三轴试验研究

针对加筋土中传统的筋材布置特点,提出了立体加筋土的概念,并设计了采用轴对称布置的单层立体加筋砂土的试验方案,进行了48组镀锌铁皮和橡胶板两种筋材的单层立体加筋砂土的室内三轴试验,探讨了不同立体加筋方式、不同围压作用下应力–应变及强度变化规律。通过试验结果对比,分析了立体加筋砂土同传统水平加筋砂土之间应力–应变关系和强度指标的差异规律,竖向筋高度对立体加筋砂土的强度影响,单侧和双侧布置竖向筋材等两种布筋方式对立体加筋砂土强度的影响,以及不同变形模量的加筋材料对立体加筋土强度的影响。试验结果表明:立体加筋砂土的强度随竖向筋的高度增加而增大;立体加筋不仅能提高砂土的粘聚力,同时也能增加砂土的内摩擦角,尤其是双侧立体加筋砂土;在竖向筋总高度相同时,双侧立体加筋形式比单侧立体加筋能更有效提高砂土的强度。     

胶凝粗粒料的弹塑性模型与应用研究

目前工程技术人员对胶凝粗粒料能否应用于高堆石坝等重要、永久性建筑物还存在疑虑,这主要是由于目前对胶凝粗粒料力学性质研究尚不充分。尚没有广为认可的胶凝粗粒料标准本构模型,使得胶凝粗粒料数值模拟结果可信度较低。进行了胶凝砂砾料大围压范围(7级围压,范围100～3000 kPa)的室内三轴剪切试验,试验结果表明,胶凝砂砾料力学性质具有压硬性、强度非线性、强剪胀性和应变软化性等显著特征。研究发现,三轴应力路径的胶凝砂砾料应力应变关系可用驼峰曲线较好描述,其体积剪胀性可采用Rowe剪胀方程描述,以此建立了三轴应力平面内胶凝砂砾料应力应变关系,并根据广义塑性理论中切线模量与塑性模量之间的关系,将模型拓展至三维应力空间,得到了胶凝砂砾料弹塑性本构模型。试验结果和前人多组试验结果对该模型进行了验证,均表明模型具有良好的适用性,模型简明、实用,易于数值实现。将该模型成功应用于一个高面板坝的"胶凝增模区"弹塑性分析,并从坝体、防渗体应力变形安全性方面评估了胶凝料用于高堆石坝"增模"的可行性。     

层状砂岩各向异性力学特性试验研究

岩体的各向异性力学特性对工程安全稳定具有至关重要的影响。针对工程中常见的层状砂岩,设计进行0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7种层理角度的单轴和三轴压缩试验,详细分析层理角度对岩体力学特性和破坏模式的影响。研究结果表明:(1)不同层理角度岩样的应力–应变曲线形态基本一致,均包括压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,随着层理角度的增加,应力–应变曲线的压密阶段逐渐变短;(2)在单轴和三轴压缩状态下,层状砂岩各向异性特性明显,层理角度从0°增大到90°,弹性模量逐渐增大,而变形模量、抗压强度、黏聚力和摩擦角先减小后增大,呈U型分布,在0°或90°时达到最大值,60°左右时达到最小值;(3)随着围压的增大,其对层理弱面开裂滑动的限制作用逐渐增强,层理弱面对岩样的破坏模式影响效应逐渐减弱,不同层理角度岩样的力学参数差别逐渐减小,岩样的各向异性特性逐渐减弱;(4)层状砂岩的破坏模式与层理角度和围压的关系密切,可以归纳为3种类型:劈裂张拉破坏、顺层理弱面的剪切滑移破坏、局部顺层理弱面和局部穿越基质、层理弱面的复合剪切破坏。研究结论可为层状砂岩相关的工程变形稳定分析提供参考。     

不同围压下煤岩强度及变形特征研究

利用MTS815对煤岩展开单轴和8、16、25 MPa三轴压缩试验,探讨不同围压下煤岩的强度及变形特征。研究结果表明:煤岩应力-应变曲线经历线弹性、屈服、破坏3个阶段,延性特征随围压升高愈发明显;随着围压的升高,煤岩峰值应变增大,弹性模量呈二次函数增长趋势;煤岩在单轴压缩下多发生脆性破坏,随着围压升高,煤岩出现明显的主导破坏面,并且破碎体中大体积煤块所占比重增大;平均块度、分形维数与围压存在一定的相关性;不同围压下,煤岩强度变形特征满足Coulomb强度准则,残余强度及达到峰值应力的时间与围压呈线性关系,峰值强度对围压的敏感性高于残余强度,残余内摩擦角及粘聚力均小于峰值强度对应的值,在引入强度衰减系数后,发现其变化特征与煤岩变形破坏过程表现的性质吻合,煤岩对围压的敏感性较强。     

膨胀性泥岩的非线性强度变形特性试验研究

膨胀性泥岩在不同围压下的固结不排水三轴试验的结果表明泥岩的应力应变关系呈应变软化特性,峰值强度、残余强度及残余强度比均随围压的增大而增大.根据应力应变关系的试验结果,分析了膨胀性泥岩的割线模量和发挥内摩擦角,结果表明割线模量和发挥内摩擦角均随围压的变化而变化,且拟合了割线模量和发挥内摩擦角与应变的关系.     

大岗山花岗岩动态力学特性的试验研究

以大岗山花岗岩为例,分别进行静力三轴和动力三轴试验,分析花岗岩的抗压强度、弹性模量、泊松比以及相应的极限应变等重要参数与应变速率的关系。试验结果表明:不同围压下,随应变速率的增加,花岗岩的侧向破坏应变随应变速率的增加几乎保持不变,并且绝大部分统计结果值在0.002～0.004范围内;轴向破坏应变的增加幅度不明显;抗压强度增加,试验现象明显;弹性模量的提高幅度随围压的增加有减小的趋势;不同围压下花岗岩的泊松比与应变速率没有明确的关系。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力–应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,通过回归拟合分析,建立大岗山花岗岩静力三轴压缩条件下的损伤演化方程。进一步根据损伤理论建立岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性建立经验型的岩石动力损伤本构模型,可以作为研究地震荷载作用下岩体结构中应力波传播和衰减规律的基础。     

深部单裂隙岩体结构面效应的三轴试验研究与力学分析

 通过在类岩石材料中人工预制单裂隙,以常规三轴压缩试验为手段,研究深部单裂隙岩体的强度特征及破坏特性;用断裂力学原理分析单裂隙岩体沿结构面剪切破坏的影响因素,探讨裂隙岩体沿结构面滑动破坏的条件。研究结果表明：(1) 单裂隙试样强度不仅具有明显围压效应,而且与裂隙倾角和尺寸关系密切;(2) 裂隙是试件损伤的外在集中表现,裂隙试样的弹性模量和变形模量与围压、倾角及尺寸相关,裂隙尺寸对模量的影响最大,随着尺寸增加模量显著下降,而围压和倾角对模量的影响较轻微;(3) 预制单裂隙试样的破坏形式既有沿结构面的滑动剪切破坏,也有试样自身的剪切破坏,而当裂隙尺寸较小时,还将产生裂隙重置后沿新结构面的剪切破坏;(4) 单裂隙试样在理想II型剪切破坏时,断裂力学理论与莫尔–库仑强度准则达到较好统一;(5) 单裂隙试样沿结构面滑动破坏不仅取决于结构面倾角,而且与裂隙尺寸及围压大小关系密切,裂隙倾角适当,尺寸较小,围压较高时,试样才能产生沿结构面的滑动破坏,尺寸较大时,沿结构面滑动破坏对围压不敏感;(6) 单裂隙三轴压缩试验中,既有I和II型裂纹产生,也有III型裂纹的扩展。研究成果能为含裂隙或断层的地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供理论参考。     

三峡花岗岩峰后力学特性及应变软化模型研究 张 帆，盛 谦，朱泽奇，张勇慧

 通过对三峡花岗岩进行常规三轴压缩试验,得到不同围压下的应力–应变全过程曲线。基于弹塑性理论,通过试验数据拟合屈服面,分析研究花岗岩强度参数与峰后应变软化参量的关系,得出在花岗岩的应变软化过程中,黏聚力c随应变软化参量的增大而快速减小,而内摩擦角j在应变软化的过程中几乎保持不变的结论。在此基础上建立花岗岩峰后应变软化模型,利用FLAC3D程序对花岗岩三轴压缩试验进行了数值模拟,其结果与试验数据比较吻合。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性 试验研究

 通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25 ℃～300 ℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300 ℃ 以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。     

砂岩力学特性及其改进Duncan-Chang模型

 为了研究砂岩的力学特性,对砂岩试件开展了不同围压下的常规三轴压缩试验。试验结果显示,随围压增加,砂岩峰值应力、峰值点应变及残余强度均逐渐增大;当围压低于15 MPa时,砂岩弹性模量随围压增加也逐渐增大,但增大幅度逐渐降低;当围压在15 MPa以上时,其弹性模量则与围压无关。为了描述砂岩破坏过程的应力–应变响应,提出一种改进的Duncan-Chang模型,并根据岩石应力–应变曲线峰值点处斜率为0的特点给出模型参数的确定方法。利用砂岩三轴压缩试验结果对模型合理性进行验证。预测曲线和试验结果对比显示,该模型能够准确描述砂岩应变软化特性和不同围压下砂岩破坏过程中除初始压密阶段以外的其余4个阶段,特别是能够反映砂岩破坏后的残余强度。对模型特性的进一步分析表明,除应变软化特性外,该模型还可模拟岩石在高围压下的应变硬化行为,具有较强的适应性。