水工沥青混凝土动态抗压尺寸效应试验研究

为研究动态荷载作用下水工沥青混凝土力学性能的尺寸效应规律，在5℃的环境温度及10^-5/s～10^-2/s的应变率条件下，对直径为100 mm、高径比分别为0.5、1.0、1.5和2.0的水工沥青混凝土试样开展了单轴动态抗压试验研究，分析了应变率效应与尺寸效应对沥青混凝土动态抗压强度、弹性模量及破坏模式的影响。结果表明：应变率越大或试样高径比越小，试样破坏越显著；随着高径比的增加，抗压强度减小，而弹性模量增大；随着应变率的增加，抗压强度与弹性模量的动态增强因子呈非线性增长趋势。基于试验研究，综合考虑应变率效应与尺寸效应的协同作用，引入应变率影响因子建立了水工沥青混凝土动态抗压尺寸效应计算模型，并验证了模型的合理性。     

岩石单轴抗压强度优势尺寸及尺寸效应

对中硬岩石和软岩/硬土进行不同尺寸试件的单轴抗压强度试验研究结果表明:中硬岩石破坏形式呈典型脆性劈裂破坏特征,软岩/硬土呈现剪切破坏和部分碎裂破坏形式;无论硬岩还是软岩/硬土,单轴抗压强度的离散性与岩性和试件尺寸密切相关.通过岩石微观机理与宏观特征对其抗压强度尺寸效应进行了分析,提出在工程设计中应考虑岩石的优势尺寸及尺寸效应所带来的强度差异问题,以为工程的经济合理性与安全提供有效支撑.     

塑性混凝土单轴受压性能尺寸效应的试验研究

塑性混凝土峰值应力与其试样尺寸、形状及配合比等密切相关,且与普通混凝土尺寸效应相似,受压时尺寸效应明显。考虑不同形状、尺寸、配合比和高径比等因素,开展了不同试验条件下塑性混凝土单轴无侧限抗压强度试验,重点研究峰值应力及应变的尺寸效应。结果表明：(1)塑性混凝土峰值应力及应变均具有较明显的尺寸效应,但随配合比即强度增大无明显变化规律;(2)峰值应力及应变尺寸效应系数随塑性混凝土底面尺寸增大呈非线性增长,且超过某一尺寸时趋于稳定;(3)圆柱体试样峰值应力尺寸效应系数大于棱柱体试样,且前者受配合比和高径比变化的影响较小;(4)圆柱体和棱柱体试样峰值应力尺寸效应系数随试样高径比增大而增大,但峰值应变尺寸效应系数无明显变化规律。     

滇中红层软岩工程地质特性研究

文章对滇中红层软岩的地质特征、物质组成、物理力学特征、水理特性及变形特征等进行了深入研究,得出红层软岩抗压强度低,随着黏土矿物及泥质含量的增加,物理力学性质逐渐降低,滇中红层软岩以弱膨胀—中等膨胀为主,局部具有强膨胀性的结论。通过在不同荷载下进行的流变试验,建立了红层软岩在非变加速、变加速时期压缩蠕变位移量与时间的关系式,试验表明红层软岩蠕变效应明显,各项物理力学指标明显降低。根据以上一系列的试验分析研究,从整体上把握了滇中红层软岩的工程地质特性,为开展深埋长隧洞等地下工程的设计、施工及运营提供理论依据。     

引洮工程红层软岩工程特性蠕变试验研究

引洮工程红层戍岩时间短，成岩作用差，易风化、易软化崩解，具有明显的蠕变特性。岩石的蠕变特性是岩石材料的重要力争性质，与岩石的长期强度和岩体工程的长期稳定有着密切关联。本次试验通过对红层软岩试样进行一系列的单轴压缩蠕变试验，在分析试验资料的基础上，建立了红层软岩的蠕变模型并确定其参数。试验的研究无论对于红层软岩岩体力学理论，还是实际的软岩工程应用都具有一定的参考意义。     

岩石初始损伤及其对单轴抗压强度的影响研究

为获取岩土初始受损程度对岩石力学性质的影响,采用CT扫描技术对软岩(黏土岩)和硬岩(大理岩)的初始受损程度及其对单轴抗压强度的影响进行了研究。软岩受损是通过不同的保护条件使岩石受到损伤,硬岩受损是通过取样方式的不同致使岩样受损。CT扫描试验研究表明混凝土保护条件下受损软岩岩样的CT平均数最高,天然敞露条件下的次之,干湿循环条件下的最低,CT平均数高的对应的岩石单轴抗压强度就越高,CT平均数低的对应岩石单轴抗压强度也越低,受损程度不同的软岩CT平均数呈现一定的规律性。采用无损取样的硬岩岩样初始损伤的程度明显比常规取样的硬岩岩样初始损伤程度低。硬岩岩石的初始受损程度影响其抗压强度,无损取样的大理岩CT数和单轴抗压强度值均高于常规取样的大理岩的CT数和单轴抗压强度值。     

鄂西巴东组红层泥岩的水理性质研究

针对红层软岩遇水易软化、崩解的特点,以巴东组红层软岩为例,选取泥岩、粉砂岩进行浸水崩解试验、单轴抗压强度试验,分析红层软岩在不同含水率的情况下的崩解性、软化性。试验结果表明,泥岩水理性质与所含的黏土矿物有关,也与含水率的交替变化程度有关。在天然含水率状态下浸水的岩样,其水理性显现程度较小,而发生干湿交替循环的岩样再浸水后,其水理性就变得极其强烈。     

滇中红层张河组软岩水理性质研究

以滇中红层张河组为例,基于室内试验,从崩解、膨胀、软化3个方面研究了滇中红层软岩的水理性质。首先通过显微镜观察和X衍射分析,分析了其物质组成、黏土矿物成分及其相对含量。通过浸水崩解试验,观察崩解的发展过程并分析了其产生这种现象的的原因;通过膨胀试验,发现岩样在浸水初期膨胀力增加很快,之后逐渐降低并趋于稳定;将试样分别饱水2、3、4、5、6 d后,分别测定其单轴抗压强度,并测定相应岩样的含水率,发现平均含水率随饱水天数逐渐增加,软化系数随平均含水率的增加而降低。从黏土矿物的膨胀、溶解作用两方面分析了红层软岩水理性质的微观机理。     

尺寸效应对面板混凝土动态力学性能影响的试验研究

为研究尺寸效应对面板混凝土材料动态力学性能的影响,通过设计一系列试验,采用混凝土动静三轴仪试验仪对不同面板混凝土试件(Ф150 mm×150 mm、Ф150 mm×300 mm、Ф150 mm×450 mm)进行动态力学性能试验,得到面板混凝土极限抗压强度与应变速率的拟合关系式。结果表明,当面板混凝土试件尺寸相同时,试件的轴向抗压强度随着应变速率提高而增大,轴向峰值应变随之减小;当加载的应变速率相同时,试件的轴向抗压强度随着试件尺寸增大而减小,其轴向峰值应变也随之减小;当混凝土试件尺寸不同时,应变速率的提高对尺寸较小的试件的轴向抗压强度的增幅影响较大。最终通过数据回归分析,得出考虑尺寸效应影响的面板混凝土轴向抗压强度与应变速率关系的拟合曲线。     

混凝土棱柱体试件抗压强度尺寸效应探讨

现行《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)并未对高应力比条件下混凝土徐变试验棱柱体试件的抗压强度尺寸效应作出明确规定,因此从定性和定量的角度探讨棱柱体试件的尺寸效应问题。通过对15个同截面、不同高度的混凝土棱柱体试件进行抗压强度试验,较系统研究了试件纵向高度与横向长度比值和抗压强度的关系,得到棱柱体试件抗压强度尺寸效应的临界尺寸。收集大量临界尺寸范围内混凝土棱柱体试件抗压强度试验资料,建立了混凝土尺寸效应广义回归隐式神经网络模型,计算分析结果表明:规范中抗压强度折算系数无法满足高应力比下徐变试验荷载加载要求,可利用本文建立的隐式神经网络模型预测不同尺寸的混凝土试件的抗压强度比值进行高应力比下的徐变试验。     

骨料及水灰比对透水混凝土性能的影响

为了研究骨料粒径及水灰比对透水混凝土力学特性及透水性影响,分别选取了骨料粒径2.5～6 mm、6～10 mm、10～16 mm以及16～20 mm四种范围单一级配碎石,制作了水灰比在0.25～0.34范围内的透水混凝土试样。通过单轴压缩试验及透水系数测试试验,得到了不同水灰比及不同粒径范围的透水混凝土试样应力应变曲线、抗压强度、峰值应变、吸收功及透水系数等力学及物理性能,分析了骨料粒径、水灰比对材料抗压强度、吸收功及透水系数等影响,并在试验结果基础上,建立了材料抗压强度同透水系数之间关系。结果表明:骨料粒径为2.5～6 mm、6～10 mm、10～16 mm透水混凝土抗压强度、应变峰值、吸收功在水灰比0.25～0.31范围内,随水灰比的增加而增加,当水灰比超过0.31时,随着水灰比增加而减小;材料的透水系数随着水灰比的增加而减小;材料的抗压强度同透水系数之间近似服从线性关系。研究成果可为透水混凝土配合比设计提供借鉴作用。     

基于尺寸效应的类岩石材料点荷载指标与单轴抗压强度对应关系研究

点荷载强度指标间接确定岩石的单轴抗压强度,具有独特的优势,被认为是一种现场测定、估算单轴抗压强度的最佳方法。通过总结大量国内外相关文献发现,目前的研究成果受岩石材料各向异性、数据模糊对应、仪器笨重、缺乏试验验证4个方面的影响,仍存在局限性。利用自行研制的便携式点荷载仪,针对各向同性的类岩石材料进行不同强度、不同尺寸、一一对应的点荷载指标和单轴抗压强度对应关系试验研究。试验结果表明:试验数据均服从正态分布规律,集中趋势明显;不同尺寸的测试结果证实,类岩石材料的点荷载指标具有明显的尺寸效应;结合实测数据,通过绘制P-D²_e关系曲线的修正方法得到相关系数最高为0.97,说明不规则样品的点荷载指标能够很好地统一到标准等效尺寸。采用统计分析方法建立点荷载指标和单轴抗压强度的线性方程,对应关系的相关系数为0.994,说明修正后的点荷载指标能够更好地建立相关性、提高精确度。通过不规则试件的点荷载测试验证上述关系式误差在15%以内。     

砂岩巴西劈裂抗拉强度的尺寸效应研究

尺寸效应是岩石力学试验研究中不可回避的问题,直接关系到岩石力学参数取值是否合理。在以往岩石劈裂抗拉强度的尺寸效应研究中,主要考虑了岩样厚径比的影响,较少考虑岩样直径的影响。基于此,在前期研究的基础上,设计进行了25,30,50,100,150 mm 5种直径岩样的巴西劈裂试验。研究结果表明:①在厚径比一定的情况下,岩样直径从25 mm增大到150 mm,对应抗拉强度呈现先陡后缓的降低趋势,在岩样直径>50 mm后,抗拉强度趋于稳定,变化趋势总体可以用指数函数较好地表达;②岩石的劈裂抗拉强度尺寸效应,不仅与岩样的厚径比有关,而且与岩样的直径有关,综合以往研究经验,建议控制岩样的厚径比为0.3左右、直径在50 mm以上,这样可以较好地消除尺寸效应对劈裂抗拉强度的影响。相关研究结果可为岩石劈裂抗拉强度的尺寸效应分析提供较好的依据。     

金沙江中游某坝基软岩的崩解特性试验研究

针对软岩遇水易崩解、软化等特点,以金沙江中游某坝基软岩为例,选取右岸坝基具有代表性的8块泥质粉砂岩岩样,将每块岩样切割成3部分,分别进行干燥单轴抗压强度试验、室内干湿循环崩解和室外自然条件崩解试验。通过拍照和跟踪观察,记录岩样的初崩时间,并进行试验全过程崩解现象的描述,据此,定性地将崩解性由强到弱划分为完全崩解、中等程度崩解、不崩解3个等级。试验结束时,可直观地观察到室内和室外2种条件下岩样的最终崩解对比情况。之后,对室内浸水崩解试验结束后的岩样进行黏粒含量的测定。试验结果表明：干湿循环条件下岩样的崩解要比自然条件下彻底;所取岩样的初崩时间顺序、最终崩解情况与干燥单轴抗压强度、黏粒含量存在较好的相关性。由于软岩的不良物理现象,特别是其崩解性,将不同程度地增加工程施工的难度,对软岩崩解特性的研究,具有实际的工程意义。     

岩石单轴抗压强度的尺寸效应研究

影响岩石抗压强度试验值的因素很多,这些因素大致可分为两个方面:一方面是岩石自身的因素,如矿物成分、结晶程度、风化程度等;另一方面是试验方法上的因素,如试件形状、尺寸大小等。研究结合西南某水电工程勘测设计工作需要,进行了4种不同尺寸的岩石单轴抗压强度比较试验,以探索岩石单轴抗压强度的尺寸效应。试验研究结果表明:岩石单轴抗压强度的尺寸效应明显,随试件尺寸的增大,其抗压强度值逐渐减小。     

非贯通裂隙软岩单轴压缩强度特征及贯通机制研究

为了解非贯通裂隙软岩单轴压缩强度特征及其贯通机制,以非贯通裂隙软岩试样为研究对象,进行单轴压缩破坏试验,得到不同裂隙排数、倾角及贯通深度条件下非贯通裂隙软岩试样的强度特征,对破坏试样的裂纹和破坏面进行分析,得到非贯通裂隙软岩试样的裂纹类型和贯通机制。不同裂隙特征参数条件下的对比研究成果表明:不同裂隙排数及贯通深度的非贯通裂隙试样均以30°倾角试样强度为最低,这与贯通裂隙试样存在差异。分析不同裂隙排数及贯通深度的非贯通裂隙试样的强度参数,发现30°倾角试样的黏聚力最低,只有完整岩样黏聚力的43.53%;而倾角相同时,不同裂隙排数的试样强度均随裂隙贯通深度的增加而降低。受荷条件下裂隙间的多次贯通使得非贯通裂隙试样呈现出局部渐进破坏特征,扩展裂纹以次生裂纹为主,翼裂纹初期发育后逐渐停止扩展。裂隙排数对试样贯通机制起主导作用,单排裂隙基本以Ⅰ型张拉破坏为主(60°倾角试样除外),而双排裂隙则以Ⅱ型剪切破坏为主。研究成果对解决实际工程中遇到的破裂岩体强度计算问题和破坏机制问题具有参考价值。     

葛洲坝基础灌浆和排水设计关键问题及评价

葛洲坝工程大坝及电站厂房等主要水工建筑物基础为下白垩系红层岩体，基岩强度低， 层理发育，水理性差，工程地质条件复杂。对基岩固结灌浆加固必要性和可行性、防渗灌浆可灌性和开灌标准，软弱夹层渗透稳定和保护等几个关键性技术问题进行了探讨，结论坝基渗流观测资料，对该红层基础加固和渗流控制措施，软弱夹层的渗透稳定及其保护效果进行了分析评价。     

软弱岩体蠕变模型辨识与参数反演

压缩蠕变试验是了解岩体蠕变力学特性的重要手段。通过对大岗山水电站坝区软弱岩体现场压缩蠕变试验资料的分析,揭示坝区软弱岩体具有瞬时弹性变形、减速蠕变和弹性后效特性。通过对各种流变组合模型的辨识,确定采用广义开尔文模型来反映坝区软弱岩体的压缩蠕变特性。根据辨识的蠕变模型推导出了刚性承压板边缘岩体表面的压缩蠕变变形计算公式,据此采用优化反演法获得了坝区软弱岩体的瞬时弹性模量、黏弹性模量和黏滞系数等蠕变参数,从而为坝区边坡加固设计和稳定性分析提供了重要的岩体流变参数资料。     

裂隙对岩石力学性质影响的研究

本文根据对白云岩、正长岩、玄武岩等多种岩石的试验研究,介绍了裂隙对岩石力学性质的影响,定量描述裂隙大小的方法和指标:提出了裂隙大小对岩石单轴抗压强度和抗拉强度影响的定量关系式,并引用损伤力学的观点和岩石强度理论对该关系式进行了理论分析。     

荷载-水化耦合下红层泥岩的变形特性

红层泥岩是一种常见的软岩,广泛分布于我国的西南、西北、华中及华南地区。水对红层泥岩的力学特性影响显著,由于降雨因素的影响,红层泥岩地区的边坡频频爆发崩塌、滑坡等工程事故。为模拟红层泥岩地区经历极端干燥天气后突降暴雨,即红层泥岩在不同荷载水平作用下从干燥状态到饱和状态水化作用的全过程,研究红层泥岩在不同荷载水平作用下遇水水化后的变形和强度特征,设计了一个简单试验装置和试验方案,实现了对红层泥岩在荷载-水化耦合作用下的变形特性研究。试验结果表明:①红层泥岩的水化作用明显,红层泥岩的饱和单轴抗压强度远低于干燥岩样的单轴抗压强度,考虑荷载作用下的干燥红层泥岩水化破坏应力水平又远低于泥岩的饱和强度;②破坏是一个渐变的过程,在某一应力水平作用下岩石的变形经历了一个从缓慢增长到急剧增长的过程,但岩样的破坏具有突然性,泥岩破坏后呈泥状。成果可为红层泥岩地区的工程稳定性研究提供一定的参考。