多级循环加卸载作用下砂岩变形规律试验研究

以RMT-150C岩石力学试验机为试验平台,对砂岩岩样开展低频多级循环加卸载试验,研究得到了不同频率下当加载力峰值大于破坏荷载的28%时,表观弹性模量E(t)与即时载荷f(t)呈线性关系;同时对该关系中压密系数a、变形系数b进行拟合,得出随加载力峰值增大,a值递减、b值递增的变化规律。基于该规律,提出了一种通过有限加卸载循环下的试验数据预测任意屈服前加卸载峰值下的应力―应变曲线的方法;并给出了变频变峰下岩样位移变形速率的预测公式,同时根据该公式对岩样位移速率峰值点时刻进行了预测。由该预测值与加载力峰值和实测位移变形速率峰值时刻值的对比,指出岩样循环加卸载中存在的“错峰”现象也是力―位移存在不同步性的体现。     

循环荷载作用下岩石疲劳破坏和不可逆变形问题的探讨

<正>一、前言 在周期性载荷作用下的岩石的力学性能与岩体工程的长期稳定性密切相关。Muller和葛修润曾指出在循环载荷作用下,岩石不可逆变形的发展存在三个阶段,并提出以变形来度量岩体的破坏和强度。葛修润提出了岩石是否发生疲劳破坏和应力门槛值有关,并认为岩石疲劳门槛值接近常规屈服值。Akai认为岩石单轴疲劳破坏似乎受静态全过程轴向变形控制。在循环幅值荷载、加载波形等对岩石疲劳寿命影响的研究方面,莫海鸿、吴玉山和林卓英做了一定的工作。     

循环荷载作用下粗粒土与结构接触面变形特性的试验研究

使用新研制的大型土与结构接触面循环加载剪切仪,对粗粒土与结构接触面在循环荷载作用下的力学特性进行了系统的试验研究,从宏观和细观两个层次进行了分析测量,讨论了循环荷载作用下接触面受力变形的规律和机理。试验表明,在循环荷载作用下,粗粒土与结构接触面的相对法向位移总体上表现为单调增长,但在一个剪切循环内表现出有规律的增减变化,因此接触面的剪胀体变可以划分为可逆性和不可逆性两个分量。接触面表现出由于初次剪切造成的细观结构异向性导致的宏观结构异向性。剪切过程中接触面存在着土颗粒破碎和剪切压密两种物态变化机制,共同支配着接触面力学性质的变化。     

循环荷载作用下煤变形及渗透特性的试验研究

 利用自主研发的含瓦斯煤岩热流固耦合三轴伺服渗流装置,以型煤试件为研究对象,进行不同温度条件下循环荷载试验,研究循环荷载作用下煤变形及渗透特性。研究结果表明：(1) 随温度的升高,煤循环形成的滞回曲线所围成的面积逐渐减小。在单个循环曲线中,加、卸载阶段的主应力差、渗透率与轴向应变曲线呈现“X”状;在同一循环周期下,轴向应变与渗透率随温度的升高逐渐减小;在同一温度下,轴向变形随循环次数的增加逐渐增大。(2) 随温度的升高,加载阶段曲线斜率逐渐增加,累计变形总量降低,即提高了不可逆过程的发展速率。(3) 在各温度条件下,加载阶段应变及渗透率在整个循环过程中的变化均不明显。卸载阶段应变及渗透率在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,应变随循环次数的增加趋于平缓。在相同循环次数下,体积应变随温度的升高逐渐增大,渗透率逐渐减小。     

粗糙度对硅质板岩–泥岩界面强度与变形特性影响试验研究

为探讨粗糙度对硅质板岩–泥岩界面强度与变形特性影响,利用界面剪切仪开展软–硬岩界面剪切力学特性试验研究,分析界面试样剪切破坏模式、变形特征、强度演化规律,并探讨粗糙度对软–硬岩界面强度影响机制。结果表明：(1)硅质板岩–泥岩界面剪切破坏模式分为界面间剪断、泥岩内剪断以及界面与泥岩混合剪断三类。界面粗糙度越大,试样剪切破坏模式越趋于泥岩内剪断;(2)粗糙度对硅质板岩–泥岩界面剪切变形影响显著,随界面粗糙度增大,其剪切刚度降低、峰值强度点位移增大,表明界面试样剪切破坏前更易变形、剪切破坏时产生的塑性变形量越大;(3)粗糙界面存在显著提升了硅质板岩–泥岩界面抗剪强度,且界面粗糙度越大,其峰值强度与残余强度提高幅度越高;粗糙度大幅提升了界面试样的黏聚强度,但对其摩擦强度提升幅度有限;(4)剪切过程中泥岩不断被硅质板岩粗糙界面铲刮挤密形成“硬化剪切带”,且界面糙度越大,“硬化剪切带”越厚,试样剪断面越趋于泥岩内部。而泥岩抗剪强度大于界面强度,因此界面强度随粗糙度增大而不断提高,且提高幅度受控于剪断泥岩的黏聚强度。     

循环加卸载下塑性混凝土强度及变形特性

通过塑性混凝土在单调和循环加卸载下的试验,对不同加卸载作用下塑性混凝土的强度和变形性能进行研究。结果表明,经过循环加载后塑性混凝土的强度与单调直接加载相比有所降低,变化幅度均在10%以内;当循环加卸载最大荷载为单轴强度的60%时,塑性混凝土峰值应力大于其余循环水平下的峰值应力。塑性混凝土在循环荷载作用下的加载曲线与卸载曲线不重合,卸载曲线总是滞后于加载曲线,加载曲线和卸载曲线形成了封闭的塑性滞回环。滞回环面积的大小与循环加载最大荷载密切相关,与循环加卸载的次数无关,随着循环加卸载最大荷载的增大,滞回环面积相应增大,但滞回环的斜率保持不变,即变形模量保持不变。循环加卸载影响了塑性混凝土峰值应变,单调直接加载峰值应变大于循环加卸载作用后峰值应变。     

循环荷载作用下煤变形及渗透特性的试验研究

利用自主研发的含瓦斯煤岩热流固耦合三轴伺服渗流装置,以型煤试件为研究对象,进行不同温度条件下循环荷载试验,研究循环荷载作用下煤变形及渗透特性。研究结果表明:(1)随温度的升高,煤循环形成的滞回曲线所围成的面积逐渐减小。在单个循环曲线中,加、卸载阶段的主应力差、渗透率与轴向应变曲线呈现"X"状;在同一循环周期下,轴向应变与渗透率随温度的升高逐渐减小;在同一温度下,轴向变形随循环次数的增加逐渐增大。(2)随温度的升高,加载阶段曲线斜率逐渐增加,累计变形总量降低,即提高了不可逆过程的发展速率。(3)在各温度条件下,加载阶段应变及渗透率在整个循环过程中的变化均不明显。卸载阶段应变及渗透率在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,应变随循环次数的增加趋于平缓。在相同循环次数下,体积应变随温度的升高逐渐增大,渗透率逐渐减小。     

循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的实验研究

从不同位移速率、不同载荷水平和不同岩石孔隙性(如坚硬致密的细粒砂岩和软弱多孔的混凝土加气砖等)3个角度对岩石类材料在循环加、卸载条件下所形成的封闭塑性滞回环的演化规律进行探讨。通过对其实验结果的分析发现:(1)岩石类材料在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不重合,确实将形成一封闭的塑性滞回环;(2)循环加、卸载条件下,加载曲线段的位移变化量在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,其位移变化量的变化并不明显,而卸载曲线段的位移变化量在整个循环加、卸载过程中的变化似乎都不明显;(3)一般而言,位移速率越大纵向载荷–纵向位移曲线的斜率就越大,载荷水平越高第1次循环中载荷卸载至零时所残余的位移量也越大;(4)从第2次循环开始,在每次循环加、卸载完成之后,加载曲线段的起点与卸载曲线段的终点几乎是重合的,即从第2次循环实验开始几乎不再产生新的残余位移量;(5)针对具有不同孔隙性的岩石,在不同位移速率和不同载荷水平时其循环加、卸载条件下的变形响应程度将有所不同。     

砂土与结构接触面粗糙度试验研究

利用大型多功能界面剪切仪进行了砂土与结构物的接触面剪切试验,研究了粗糙度对接触面力学性质的影响。试验结果表明:在法向应力不变条件下,随着粗糙度在增加,接触面的初始剪切模量和剪切应力的峰值都相应增大。不同粗糙度条件下,接触面的切向位移和剪切应力都表现出相近的非线性关系,并且随着法向应力的增加,切向位移和剪切应力关系曲线直接的距离越来越小。相同粗糙度条件下,接触面上的法向应力和剪切应力表现出明显的线性关系。     

循环加卸载下节理砂岩宏细观损伤破坏机制研究

为研究节理岩体疲劳荷载条件下累积损伤宏细观力学特征及破坏机制,开展节理砂岩不同上限应力比循环加卸载试验。试验结果表明：(1)随上限应力比增加,节理砂岩滞回圈间距由“疏–密”两阶段转化为“疏–密–疏”三阶段的变化规律。(2)当上限应力比小于0.90时,循环加卸载后节理砂岩单轴抗压强度均有不同程度增高,且随上限应力比增加而呈现先增大后减小趋势,当上限应力比为0.80时,单轴抗压强度最大;当上限应力比≥0.90时,节理砂岩在循环过程中发生破坏,且随上限应力比增加疲劳次数减小。(3)不同倾角砂岩破坏时经历的疲劳次数呈90°>60°>0°>45°规律;通过对比分析循环加卸载后节理砂岩破坏模式,发现不同上限应力比主要影响试样破坏程度,上限应力比越高,破碎程度越大;节理倾角主要影响试样破坏模式,60°和45°节理砂岩试样以剪切破坏为主,90°和0°节理砂岩试样以张拉破坏为主。(4)采用核磁共振(NMR)以及扫描电镜(SEM)测试循环加卸载疲劳损伤后节理砂岩孔隙变化情况以及细观结构特征,发现试样疲劳破坏可分为以“间隙压密填充–黏土矿物破碎–骨架矿物破碎”为主要特征的“减速疲劳–稳定疲...     

循环荷载作用下高速公路路基结构沉降变形控制技术

为了确保高速公路路基结构沉降变形控制效果,提高公路行车安全,在考虑车辆循环荷载作用的情况下,研究高速公路路基结构沉降变形控制技术.从基床、填料、过渡段以及防护支挡等方面,构建高速公路路基结构模型.在该结构模型下,考虑循环荷载作用,分析路基沉降变形机理,并计算路基结构变形量.结合变形量计算结果,判断是否需要采取控制措施....     

三轴循环加卸载条件下砂性土变形特性研究

利用基于局部变形数字图像测量的三轴试验系统和可提供循环加卸载的试验机,设计了砂性材料的三轴循环加卸载试验,研究了砂性散体材料在不同状态下的轴向、径向和体积变形特性以及泊松比的变化。加载体胀和卸载体缩是砂性材料颗粒结构性的具体表现,在多次加卸载循环后,颗粒的滑移、滚动和破碎等结构性变形最终完全消除,结构变形达到稳定状态。泊松比的变化与试样的体积变形密切相关,从体积变化趋势中可以分析出泊松比的变化范围。     

不同加、卸载条件下片岩的变形特性试验研究

对丹巴电站调压井围岩的片岩试样进行了加载试验和卸荷试验研究,分别分析了常规三轴试验及加轴压卸围压、以相同速率同时卸轴压与围压的3种加、卸载方式下的应力-应变关系及整个加、卸载过程中变形参数的变化规律,分析表明:片岩在卸荷条件下表现出明显的脆性破坏特征,而且有强烈的扩容现象,卸荷条件下岩石的破坏也是由于扩容所引起的;卸荷会造成岩体变形模量迅速减小、泊松比迅速增大;试验采取的两种卸荷方式与常规三轴相比较,岩石试样从受力至破坏的整个过程中其变形模量和泊松比的变化趋势有明显的不同,尤其是在相同速率同时卸轴压与围压的卸荷方式对岩石的变形参数影响很大。     

三向应力状态下工程岩体结构面的力学特性研究

根据岩体(石)的室内外试验资料,从工程岩体应用问题出发,着重地分析研究了工程岩体的地质结构面在三向应力状态下的力学特性,即其岩体强度特性和变形特性;深入探讨了在围压效应下岩体的破坏机制和相应的破坏准则。     

循环荷载作用下煤岩强度及变形特征试验研究

采用MTS815.03电液伺服岩石试验系统,对鲍店矿3煤在循环荷载作用下的强度、变形及疲劳损伤过程进行研究。研究结果表明,煤岩比其他坚硬岩石更容易发生疲劳破坏,单轴循环荷载作用下鲍店矿3煤的疲劳破坏“门槛值”不超过其单轴抗压强度的81%,且在疲劳破坏“门槛值”以下进行循环加、卸载时,也会产生一定程度的疲劳损伤;煤岩轴向变形可划分为初始变形、等速变形和加速变形3个阶段,横向变形可划分为稳定变形和加速变形2个阶段,当横向变形明显加大,且卸载时变形恢复很小时,则预示着煤岩将发生破坏。循环荷载作用下,煤岩随循环次数的疲劳破坏过程可反映从压密、应变硬化到软化的发展过程,也可反映其损伤演化过程。     

钢界面粗糙度对界面强度循环弱化的影响研究

钢界面粗糙度的大小是界面强度循环弱化的重要影响因素之一.文中通过界面环剪仪,研究了打入钢管桩在循环剪切过程中,钢界面粗糙度的大小对界面强度循环弱化的影响,并通过粒子图像测速(PIV)技术从颗粒尺度对界面剪切过程中砂颗粒的运动进行了分析.试验结果表明,钢界面粗糙度越大,钢界面的移动对上部砂颗粒影响范围越大,砂样剪胀剪缩幅...     

循环加卸载作用下不同高度煤样渗透性试验研究

为获取循环荷载作用下不同高度煤样渗透率的变化规律,应用煤岩三轴加载渗流试验装置,对直径相同高度不同的煤样进行循环加卸载轴压渗透性试验。研究结果表明:加载阶段,渗透率随轴压增加而降低;卸载阶段,渗透率随轴压降低而增加;渗透率与轴压呈负指数函数关系,渗透率应力敏感性随循环次数增加而降低;加载阶段与卸载阶段渗透率产生明显差值,其差值随循环次数增加而降低,渗透率损失量主要发生在初期加卸载阶段。不同高度煤样应力敏感性存在显著差异,应力敏感性随煤样高径比增加而降低;在加载与卸载阶段,无因次渗透率损失量随高径比增加而增大;经历循环加卸载作用后,渗透率损失率随高径比增加而增大,渗透率恢复率随高径比增加而降低。     

绿片岩软弱结构面的剪切蠕变特性研究

 针对锦屏II级水电站引水隧洞超埋深、高地应力的特点,选取边坡和地下洞室围岩中含有绿片岩软弱结构面的灰白色大理岩为研究对象,对含有软弱结构面的大理岩试样进行分级加载剪切流变试验,并对试验结果进行分析,探讨软弱结构面的蠕变特性。通过对不同法向应力条件下岩体结构面的蠕变力学特性及其规律的研究,以及对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行分析,结果显示结构面的剪切蠕变试验曲线表现出明显的3个阶段。在此基础上选用改进的Burger模型对结构面蠕变试验结果进行拟和分析,并讨论改进的Burger模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

循环荷载作用下软黏土变形特性研究

通过对饱和软黏土进行一系列应力控制的循环三轴试验 ,结合各向同性弹塑性边界面模型数值模拟 ,得出了软黏土在不排水条件下受循环荷载作用时的累积残余变形规律。