卸荷速率和孔隙水压力对砂岩卸荷特性影响研究

为了研究卸荷速率和孔隙水压力对砂岩卸荷力学特性的影响,设计进行了不同卸荷速率(0.005,0.02,0.05,0.1 MPa/s)和不同孔隙水压力(0,0.3,0.6,0.9,1.2 MPa)下的三轴卸荷试验。研究结果表明:(1)在加载阶段,随着孔隙水压力的增大,岩样的应力–应变曲线斜率逐渐降低;(2)在围压卸载阶段,卸荷速率越大,卸载阶段的应变围压柔量越小,岩样破坏时的围压越小,岩样强度相对较高,但破碎程度更严重,而且,在相同的卸荷速率情况下,孔隙水压力越大,岩样侧向扩容现象越明显,岩样越容易破坏;(3)在围压卸载阶段,岩样的变形模量出现了先缓后陡的劣化趋势,而且,卸荷速率越小、孔隙水压力越大,变形模量劣化幅度越大;(4)卸载过程中,卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越明显;孔隙水压力越大,岩样破坏时的近轴向的张性裂纹越多和追踪次生裂纹越多,孔隙水压力在岩样内部裂纹、裂隙尖端的应力集中是导致岩石变形破坏的主要原因。     

软土卸荷孔压特性的试验研究

本文在试验的基础上,对饱和软粘土的卸荷孔压特性进行了研究。试验表明:在卸荷应力路径下,孔压表现出先增加后降低的特性,而且随着固结压力的增大,这种特性表现的更突出。如果忽略初期的孔压增加,归一化的孔压与主应变表现了较好的直线关系。通过普通三轴试验和真三轴试验的对比分析可以发现:对于相同的应力路径,平面应变情况下主应变随孔压变化的速度远小于轴对称试验的变化速度。     

论孔隙水压力涉及超孔隙水压力的类型划分与变化

目前,孔隙水压力涉及超孔隙水压力的分类有三个方案。该文对这些分类方案存在的问题进行了分析,提出新的分类方案,并论述了孔隙水压力涉及超孔隙水压力的类型的变化。     

静孔隙水压力与超静孔隙水压力——兼与陈愈炯先生讨论

土中的孔隙水压力是土力学的基本概念,也是饱和土体有效应力原理和渗流固结理论的基础。本文认为静止的地下水中和稳定渗流场中土中孔隙水压力均属于静孔隙水压力,而超静孔隙水压力是由于外部作用或者边界条件变化在土体中引起的,不同于静孔隙水压力的那部分孔隙水压力,在有排水条件下,它将逐渐消散,并在消散过程中伴随土体的体积变化。文中也针对一些例子进行了讨论。     

软土地区基坑开挖超静孔隙水压力分布的有限元分析

依托某基坑工程案例,利用ABAQUS有限元软件对软土基坑开挖时的超静孔隙水压力进行有限元分析,研究超静孔隙水压力的分布规律及其对围护结构土压力的影响,结果表明：基坑开挖卸荷会在坑底及周围土体中产生负的超静孔隙水压力,坑底以下区域负的超静孔隙水压力分布较为集中且数值较大,坑外区域数值较小;负超静孔隙水压力的消散会引起挡墙前后有效土压力的减少,墙前减少更快,这对基坑工程是不利的,实际工程中应尽量缩短施工工期;邻近超载作用下会引起基坑负超静孔隙水压力绝对值的减少,这对基坑工程也是不利的。     

粘性土覆盖层下土中超孔隙水压力的动力试验研究

以土-结构动力相互作用体系的模拟地震振动台模型试验为基础，考察了粘性土覆盖层下的粉土及砂土在模拟地震中的超孔隙水压力增长规律，及其震后的短期固结行为特征，分析了覆盖层下土体在地震中的超孔隙水压力发展特征机理，并探讨了影响超孔隙水压力发展的主要因素。     

软土地基孔隙水压力降低引起的压缩分析

根据土力学基本原理,分析孔隙水压力降低引起的土体压缩方式,并对真空预压地基的分层沉降现场实测值和理论计算值进行分析;同时,定量分析真空预压地基在不同深处单位压缩量。研究结果表明:(1)若按有效应力原理水土压力分开计算、地基土体中孔隙水压力降低时,土体竖向总应力维持不变而侧向总应力减小;(2)土体中孔隙水压力在相对压强小于0的范围内降低时,将引起土体等向压缩,在相对压强大于0的范围内降低时,将引起土体单向压缩;(3)南沙港区的真空预压地基若其沉降按欠固结计算时,计算值与实测值接近,自重应力欠固结引起的沉降是抽真空期间地基总沉降主要部分;(4)真空预压的加固深度随排水体深度增加而增大,土层压密效果随地层深度增加而减弱,故降低孔隙水压力法在加固软土地基中,设计排水体深度时应考虑最佳加固深度。     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K_0固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明:初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

CFG桩复合地基孔隙水压力实验研究

选择了西部原油成品油管道工程中的一个浮顶油罐CFG桩复合地基作为对象,采用智能弦数码式孔隙水压力计,埋设于断面中轴线附近两桩之间的地基土中,对其孔隙水压力进行了专门研究。     

软黏土在卸荷作用下孔隙水回流规律的试验研究

通过改装后的三轴仪进行室内试验,研究武汉地区软黏土在卸荷作用下孔隙水回流的规律。试验结果表明:①软黏土在卸荷作用下存在临界卸荷比R,临界卸荷比R约为0.28和0.91;②当0﹤R﹤0.28和R0.91时,软黏土不发生回弹变形,固结过程中排出的孔隙水不能回流到孔隙中;当R在0.28和0.91之间时,软黏土发生回弹变形,并且在回弹过程中吸水;③孔隙水回流量不大,约占固结作用下孔隙水排出量的10%。     

路堤饱和软土地基初始孔压分布及沉降分析

变形和稳定性问题是岩土工程中需要解决的两个主要问题，尤其是在软土地基上修建公路，这两个问题就更加突出。从工程实用角度出发，将饱和软土地基视为Biot介质，假定路堤荷载瞬时施加，求得了地基中初始超静孔隙水压力的分布，以及有效应力的分布，进一步求得瞬时沉降和固结沉降。分析了压缩层厚度和土骨架泊松比对瞬时沉降和固结沉降的影响，为施工前填土方量计算、填筑结束后地基超静孔隙水压力分布和沉降计算提供了依据，其计算表达式简洁，便于工程应用。最后对一个工程实例进行了分析。     

孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究

利用MTS815岩石力学测试系统进行两类三轴压缩对比试验:一类是非充水条件下不同围压时的三轴压缩试验;一类是充水条件且围压保持恒定时不同孔隙水压力作用下的三轴压缩试验。基于莫尔-库仑准则,分析非充水条件下,不同围压σ3作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、剪切强度τ和正应力σ等参数的影响;充水条件下,围压σ3恒定时不同孔隙水压力P作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、有效峰值破坏强度σ1′max、有效围压3σ′、有效剪切强度τ′和有效正应力σ′等参数的影响。研究结果表明:(1)充水条件下,随着有效围压σ3′的增加,有效峰值破坏强度σ1′max呈增大的趋势,但在相同围压条件下随孔隙水压力P的增加有效峰值破坏强度σ1′max呈逐渐减小的趋势;(2)非充水条件下的τ-σ曲线和充水条件下的τ′-σ′曲线既可采用一元二次方程拟合,也可采用线性方程拟合,其相应强度曲线均能较好地符合莫尔-库仑准则;(3)有效剪切强度折减系数K可以较好地表征孔隙水压力P对有效剪切强度τ′的影响。     

循环加、卸载孔隙水压力对砂岩变形特性影响实验研究

 利用MTS815岩石力学实验系统对饱和砂岩进行三轴等围压情况下的循环加、卸载孔隙水压力实验。结果表明：压密阶段的加、卸载曲线中出现了很多“Z”状的波动,这些小波的出现没有规律性,初始残余变形比较大,还没有形成明显的滞回曲线。在弹性耦合阶段稳定滞回曲线加载时,应变呈上凹“Z”状波动,在到达上限值前出现拐点,应变达最大值;卸载时,应变呈下凸“Z”状波动,在到达下限值前出现拐点,应变达最小值,该阶段形成稳定的滞回曲线,表现形式由疏变密,稳定滞回曲线包含弹性变形向塑性变形演化。在孔隙水压力的不同上限值和不同幅值区间的耗散能构成不对称“X”形。在加载段,随着孔隙水压力增大,耗散能逐渐减小;卸载段,随着孔隙水压力减小,耗散能逐渐减小。“X”形的交点出现的位置和夹角与不同上限值和不同幅值区间有关。在循环加、卸载孔隙水压力作用下,残余应变与循环次数的关系符合乘幂负指数关系。     

高围压、高水压条件下岩石卸荷力学性质试验研究

 为探悉某深埋长引水隧洞围岩在高地应力、高水压力条件下的稳定性,对隧洞的主要岩体大理岩、砂岩和板岩进行常规三轴压缩试验、峰前峰后卸围压试验以及高水压力下的卸荷试验,对此过程中的强度和变形特征进行较为系统的对比分析研究。研究结果表明：卸围压对岩石的强度影响很大。卸荷后,岩石的黏聚力和内摩擦角均有较大幅度的降低,特别是有水压时,降低更是明显;卸荷对黏聚力的影响比对内摩擦角的影响大。卸荷后,黏聚力的降低幅度比内摩擦角要大;峰前卸荷对岩石强度的影响比峰后卸荷要大。峰前卸荷,岩石破坏时围压比峰后卸荷高;有水压卸荷对岩石强度的影响比无水压卸荷要大。有水压时卸荷,由于水压的存在,削弱围压对岩石的影响,使岩石在比无水压卸荷时更高的围压下即发生破坏。     

动力排水固结法处理软土地基孔压和变形问题研究

通过动力排水固结法处理饱和软粘土地基现场试验测试数据。寻求动荷载作用下饱和软粘土的孔压和变形的发展规律。发现同一深度土体超静孔隙水压力的消散与变形具有一致性关系。对动力排水固结法加固淤泥类软土地基的作用机理研究和工程实践具有指导意义。     

软土变形时效特性的试验研究

软土变形的重要特征为具有时效性,这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要,采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验,包括软土的应力–应变特性、固结效应、次固结特性、蠕变特性等。通过试验成果系统分析可得:(1)初始固结度对应力–应变关系的影响;(2)次固结系数与固结压力的关系以及应力历史对次固结系数的影响;(3)次固结系数与压缩指数的关系;(4)排水蠕变和不排水蠕变的变形特征;(5)蠕变变形的影响因素和降低蠕变效应的技术路径等。研究结果表明:软土变形的时效性产生于固结特性和蠕变特性的耦合效应,土体的变形过程实际是固结和蠕变共同作用的过程,任一时刻两种变形在总变形中所占比例取决于多种因素,其中最重要的是应力水平和排水条件。     

土拱效应和渗流作用刚性挡墙主动水土压力研究

 假定小主应力迹线为抛物线,分析刚性挡墙后土拱效应,推导土拱效应作用下刚性挡墙主动水土压力系数和水平微分单元层间系数。建立二维Laplace方程分析墙后持续暴雨作用形成的稳定渗流场。在土拱效应和渗流作用分析基础上,提出土拱效应和渗流作用下主动水土压力计算模型,推导主动水土合力、合力作用点计算公式,给出实用主动水土压力系数。研究分析表明：理论计算结果与实测结果吻合较好;土拱效应和稳定渗流作用下水土压力成非线性分布,合力增大,合力作用点位置上移。工程实践中,应当重视持续暴雨期间的土拱效应和渗流作用对刚性挡墙的稳定不利影响。实用主动水土压力系数方法为持续暴雨作用下挡墙主动水土压力计算提供简化实用方法。     

泥巴山隧道流纹岩加卸围压力学特性研究

 为了给泥巴山隧道开挖稳定性分析提供依据,选取钻孔深部的流纹岩,以隧道围岩实际应力环境为基础,结合单轴压缩破坏试验成果,进行常规三轴压缩破坏试验以及卸围压破坏试验。对流纹岩在不同试验条件下的应力–应变全过程曲线进行分析和比较,结果表明：在隧道部分深埋段,岩体的微裂隙也较发育;随着埋深的增加,岩石峰值强度有逐渐增大的趋势;完整的流纹岩抗压强度高且脆性特征明显;在三轴压缩试验时,流纹岩具有明显屈服特征,但经过很大的塑性变形后才发生宏观破坏,随着围压的增大,岩石从张性破坏向剪切破坏变化,破裂面倾角变缓;卸围压更容易造成岩石破坏,并且在卸围压破坏时其抗剪断参数c值比加围压破坏时下降48%,而 值增加11%。     

高孔隙水压力对岩石蠕变特性的影响

设计3种加载方式,其中一种施加高孔隙水压力,分别进行分级加载蠕变试验,用于研究分析高孔隙水压对岩石蠕变特性的影响。首先,利用大理石加工的标准圆柱试件,按3种加载方式分别进行蠕变试验,得到轴向、横向的蠕变变形过程曲线,以及岩石破坏时的破坏形态;然后,对3种加载方式下的岩石轴向应变、横向应变、剪应变、体积应变以及破坏形态等进行比较分析;最后,在比较分析的基础上,总结高孔隙水压力对于岩石蠕变及破坏的影响。研究表明:孔隙水压力作用明显,但不是完全作用,即孔隙水压力作用系数接近于1;在高孔隙水压力作用下,岩石的强度大大降低,承载时间大大缩短,破坏时的应变也降低;虽然3种加载情况都是以剪切破坏为主,但在有高孔隙水压力作用下,岩石的破坏更具有突然性;可能不存在一个统一的等效应变阈值,使在不同的加载情况下,应变超过该阈值后即产生加速蠕变破坏;在加速破坏前,除瞬时加载产生的体积应变外,在蠕变过程中,岩石体积应变几乎不变。该成果对于进一步研究考虑孔隙水压力影响的非线性蠕变模型具有指导意义,也可对高孔隙水压力作用下的岩石结构工程处理措施提供指导。