循环荷载作用下红砂岩风化土动强度特性试验研究

利用GDS动三轴试验系统,采用单轴加载的方式对红砂岩风化土进行多组固结不排水三轴试验,研究不同围压及固结应力比对红砂岩风化土动强度变化规律的影响。研究表明:循环荷载作用下红砂岩风化土的变形发展规律在不等向与等向固结条件下有很大差异;在等向固结条件下,围压的增加有助于动强度的提高;而由于红砂岩风化土的崩解破裂性和固结静偏力的剪切作用,使红砂岩风化土在不等向固结条件下的动强度小于等向固结条件下的动强度;不同围压对红砂岩风化土动应力比与振次的影响效果不显著,试样都在1 000个循环振次内发生破坏。最后,根据选定的破坏标准给出了相应的动强度曲线和动抗剪强度指标。     

红砂岩风化土在侧面刚性约束条件下满夯冲击作用效应

采用改装的击实仪对赣南地区红砂岩风化土进行室内满夯冲击试验,通过预埋带有编号的钢珠测试土体的水平和竖向位移,采用自制环刀取土测试不同位置土体的密度变化。试验结果表明,满夯在侧面刚性约束条件下:越靠近击实筒圆心处,竖向位移增大幅度的均匀性越好,且随着深度的增大而减小的幅度与深度的大小近似成反比关系;夯击后任意位置处的红砂岩风化土颗粒没有发生水平位移;测点离击实筒圆心距离越小,密度随总夯击能增大的幅度越大,反之增大的幅度越小。     

红砂岩风化土在侧面刚性约束条件下满夯冲击作用效应

采用改装的击实仪对赣南地区红砂岩风化土进行室内满夯冲击试验,通过预埋带有编号的钢珠测试土体的水平和竖向位移,采用自制环刀取土测试不同位置土体的密度变化.试验结果表明,满夯在侧面刚性约束条件下：越靠近击实筒圆心处,竖向位移增大幅度的均匀性越好,且随着深度的增大而减小的幅度与深度的大小近似成反比关系;夯击后任意位置处的红砂岩风化土颗粒没有发生水平位移;测点离击实筒圆心距离越小,密度随总夯击能增大的幅度越大,反之增大的幅度越小.     

干湿循环作用下赣南红砂岩风化土的摩擦强度研究

为了研究红砂岩土的摩擦强度,以赣南地区红砂岩风化土为研究对象,分别进行了5次干湿循环模拟,分析不同含水率、密实度和循环次数对红砂岩土内摩擦角的影响.试验结果表明:红砂岩风化土的内摩擦角随着循环次数的增加而减小,受前4次循环作用影响较大;当循环次数达到5次以后,内摩擦角几乎不再变化.     

干湿循环作用下红砂岩动态拉伸力学性能试验研究

为研究干湿循环对岩石动态拉伸力学性能的影响,利用φ50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对红砂岩试样进行动态巴西圆盘试验。结果表明:干湿循环对红砂岩动静态抗拉强度有明显的劣化作用,动静态抗拉强度随干湿循环次数的增加逐渐降低;在不同加载速率条件下,经历不同干湿循环次数后的红砂岩试样均存在一个临界加载速率bσ;当加载速率小于bσ时,红砂岩动态拉伸强度随加载速率的增加而提高,当加载速率超过bσ时,红砂岩动态拉伸强度基本保持不变;加载速率相同时,红砂岩动态拉伸强度随干湿循环次数的增加而逐渐下降,下降速度先快后慢。不同干湿循环次数后红砂岩破碎块度分形特征明显,分形维数为2.46~2.81,分形维数与加载速率呈对数增长关系。综合考虑干湿循环次数与加载速率的共同影响,给出了红砂岩动态拉伸强度的计算公式,可为岩土工程相关设计参数提供理论依据。     

冲击荷载作用下圆环的动态响应

本文用动光弹性方法研究冲击载荷下不同支承条件的圆环的动态响应；开口圆环模型内部应力波的传播、动应力分布；在圆环开口处镶嵌不同材料介质后，动应力分布状况的变化。文中还对内边界受冲击力作用的镶嵌圆环进行了实验研究。     

干湿循环作用下泥质红砂岩软化及崩解特性试验研究

在我国华南地区广泛分布的新近系地层中，岩体的工程性质较差，季节性降雨后易出现大变形破坏。为揭示该地层岩石特殊的水理特性，以典型的宿迁组红砂岩为研究对象，首先对其耐久性和软化性进行测定，然后开展了干湿循环试验和循环后试样的力学特性试验，最后通过核磁共振技术对干湿循环过程中试样的孔隙特征进行检测，分析其力学性能的劣化机理。试验结果表明：红砂岩吸水软化特征明显，但耐久性好，软化系数ω=0.75,二次崩解指数I_d2=0.96;干湿循环过程中试样的强度不断降低，干湿循环10次后的单轴抗压强度为饱和状态下的52.3%;干湿循环过程中红砂岩内部产生了大量的微裂隙，孔隙率增加也较为明显，胶结结构的破坏是导致干湿循环过程中红砂岩强度不断降低的主要原因。     

加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

三维静载与循环冲击组合作用下砂岩动态力学特性研究

 利用动静组合加载试验装置,对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验,研究砂岩抵抗循环冲击载荷能力的变化特性,并重点讨论围压和轴压对砂岩动态疲劳力学特性的影响。围压分别设置为4,8,10和12 MPa四个系列,轴向静载荷分别设置为49,84,105和125 MPa四个系列,入射杆上的入射波大小相等,入射能大小为230 J。结果表明,相同围压下,总循环冲击次数随轴压的增大而减小;相同轴压下,随围压的增加,岩石承受的总循环冲击次数增加。随循环冲击次数的增加,岩石动态峰值应力、加载段的变形模量和弹性应变逐渐减小,动态峰值应变和残余应变逐渐增加。动态峰值应力和平均应变率具有良好的负线性关系;相同围压情况下,随轴压的递增,动态峰值应力和平均应变率拟合直线斜率的绝对值越来越大;相同轴压情况下,随着围压的增加,拟合直线斜率的绝对值越来越小。三维静应力情况下,减小轴压或增加围压有利于提高岩石抵抗外部循环冲击的能力。     

冲击荷载作用下岩石动态响应预测研究

利用已有大理岩对冲击波的动态响应图,验证在0.1Hz不同加载方式下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式的适用性和合理性,提出加载速率波形曲线函数的适用条件。经研究表观弹性模量的拟合系数,提出了冲击压实系数a和冲击初始弹性模量b,以及岩样内部裂隙孔洞的压密效应系数a1和滑移错动效应系数a2,且有a=a1+a2,a10,a20。指出当岩样受到荷载作用时,岩样的压密作用与滑移错动作用是同时存在的,在加载段,|a1||a2|,在卸载段,|a1||a2|,致使加载段a0,卸载段a0。定义了加卸载速率响应比β,表征卸载段平均切线模量与加载段平均切线模量的比值,β值越大岩石的破坏程度越大,不同频率下,砂岩在三角波和正弦波加载方式下均有β≈2。各应变片的应变、变形速率、能量值的实测值与计算值均吻合较好,证明了在低速荷载下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式在高速冲击波随时间的毫秒级变化规律情况下具有较好的适用性和合理性,拓宽了该预测公式和模型的应用范围,对位移控制严格的工程设计和施工有现实意义。     

循环应力作用下大理岩砂岩的动态响应

 基于岩石的滞弹性性质导致地震波的衰减, 而采用正弦波对大理岩、砂岩施加单轴压缩应力, 求取应力与应变的相位差, 表明饱油岩石的衰减大于饱水岩石的衰减, 干燥岩石的衰减很小, 频率对衰减的影响很大, 砂岩具有明显的各向异性, 衰减、模量、泊松比随正弦波应力振幅的增加, 其变化趋势也存在较明显的各向异性。     

爆炸冲击作用下混凝土T梁的动态响应

基于爆炸基本理论,设计制作了混凝土简支T梁模型,并对其进行了不同爆炸高度和炸药药量组合下的爆炸试验研究,分析了简支T梁模型在不同爆炸高度和不同炸药量下的动态响应。同时应用ANSYSLS-DYNA软件仿真分析了简支T梁模型的动态响应,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明,爆炸冲击作用下,混凝土T梁结构的动态响应对爆炸高度更敏感,翼缘板比梁肋等其他部位的动态响应要大,更容易损毁。所以,对于梁式桥,顶板和翼缘板部位的加强有助于桥梁的防爆抗爆。     

循环冲击载荷作用下岩石的力学特性分析

随着工程规模的不断扩大,深部岩体工程项目越来越多,深部岩体的开挖以爆破法为主。在岩体爆破开挖过程中,多数围岩在一定静载条件下承受循环冲击荷载作用。相关学者以SHPB系统为平台,以砂岩等作为分析研究对象,利用动静加载组合加载装置,开展常规冲击试验和循环冲击试验,分析总结砂岩在循环冲击载荷作用下的动态力学特性与破坏特征,分析岩石在循环冲击载荷下的损伤演化规律。     

冲击荷载作用下红砂岩块体滑移特征试验研究

岩爆是深埋工程开挖过程中常遇到的动力灾害。为了进一步理解滑移型岩爆的触发机理,本文利用块系岩体动态特性试验系统,进行冲击扰动诱发岩块滑移的物理模拟试验,获得了冲击扰动诱发岩块不可逆位移、滑移失稳的规律、影响因素及临界能量阈值。试验结果表明:冲击扰动诱发岩块间不可逆位移只需冲击能量达到一定阈值,而冲击扰动诱发岩块间滑移失稳(滑移型岩爆)则必须同时满足接触面(断裂面)处于高切向地应力水平的准稳定状态和岩体运动的冲击能量达到一定阈值。重复冲击荷载试验进一步说明:水平静力及冲击力幅值越大,诱发岩块滑移失稳所需要的扰动次数越少。     

循环载荷作用下盐岩力学特性响应研究

 通过模拟储气库运行围岩受载情况,对层状盐岩储气库围岩中常见盐岩及含夹层盐岩进行应力水平不断提高的反复加卸载试验研究。试验结果表明：与单调加载相比,循环载荷下芒硝试样强度明显降低;含钙质泥岩夹层芒硝的强度高于纯芒硝,但由于受夹层的影响,峰值点对应应变低于纯芒硝。与其他岩石明显不同,在初期阶段,盐岩试样循环加卸载曲线基本呈线性并重叠,随应力水平及循环次数的提高,滞回环现象有轻微表现,但面积很小。后期卸载过程中盐岩的杨氏模量略高于加载过程,除卸载过程弹性变形恢复滞后外,还受加载过程中耦合的塑性变形因素影响。由于钙质泥岩夹层的变形能力相对较弱,含夹层芒硝的杨氏模量稍高于芒硝,同时,在反复循环卸载过程中的变形恢复也大于纯盐岩。总体上看,盐岩在加卸载过程中杨氏模量基本不随应力水平及加卸载次数的变化而变化。同时,即使进入屈服破坏阶段,也没有出现一般岩土材料加卸载杨氏模量随屈服应力降低而降低的现象。根据能量观点分析,循环载荷作用下强度降低幅度与循环次数及累积滞回环面积相关。本次试验中,5个试样循环加卸载作用过程中,加卸载曲线几乎重合,滞回环很小,因而强度降幅也很小。据此推断,在储气库反复加卸载运行过程中,围岩强度基本不会受循环次数的影响;但大幅度的压力波动有可能产生能量累积,从而影响其强度与寿命。     

红砂岩风化机理的有机酸研究

随着工业迅猛发展,环境污染日益严重,红砂岩文物由于缺乏保护已经严重风化,在很大程度上影响了美观和研究价值。为探明有机酸在风化过程的作用,揭露红砂岩的风化机理,在广东省各地对风化红砂岩进行实地考察,用高效液相色谱仪分析风化物中有机酸,结果表明在有机酸H＋离子的攻击下,金属离子从矿物中释放出来,与酸中的-COOH基反应生成难溶性酸盐,这种有机络合物在矿物表面的化学吸附导致矿物中的电子群向边缘迁移,使之更易于发生水解,加速了岩体风化,而且岩体受污染程度与风化物中有机酸的含量、种类相关。本研究探明了有机酸在风化过程中的作用,为未风化的红砂岩文物提供一种重要的预防风化依据,为已风化的红砂岩文物修复提供理论参考,从而为石质文物的保护提供更加全面的保护策略。     

周期性渗透压作用下红砂岩渗透特性试验研究

水库运行期水位的周期性变化使软岩岸坡防洪限制水位以下的岩体长期处在周期性变化渗透压作用的环境中,这种周期性变化的渗透作用对软岩的渗透特性将产生很大的影响。以三峡库区红砂岩为研究对象,利用自主研发的"具有模拟库水位周期性变化环境下水压变化条件的渗透仪"对红砂岩进行周期性渗透试验,探讨防洪限制水位以下的红砂岩在周期性渗透压作用下的渗透特性变化规律。试验结果表明,随着周期性渗透压的变化,红砂岩的渗水量在第一个渗透周期增长最快,而后逐渐减小;随着周期性渗透压的变化,红砂岩的渗透速度和渗透系数也呈周期性变化;不同岩样的累计渗水量、渗透速度和渗透系数的变化存在一定的差异,但经过4个渗透周期之后,红砂岩的累积渗水量、渗透速度和渗透系数随压力的变化范围稳定,且变化趋势一致。研究结果说明,三峡水库岸坡防洪限制水位以下的红砂岩在水库运行期经历4次周期性水位变化之后,渗透特性逐渐趋于稳定。     

武昌中风化红砂岩特性和嵌岩桩承载力确定

通过对中风化红砂岩室内抗压强度试验、现场载荷试验、抽芯试验,结合场地工程勘察资料,确定岩基承载力特征值。人工挖孔扩底桩以该层作为桩端持力层,并进行了桩的静载荷试验。本文对这些试验中的大量数据进行了总结和归纳,特别是对中风化红砂岩的一些变形特性进行了分析,确定了在实际工程中有重要参考价值的数据,同时也指出了规范中相应条款中过于保守的问题,并提出了修改意见。     

循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究

对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)的混凝土和中低应变速率(10-4、10-3/s)下不同孔隙水循环次数(0、10、50、100、200次)的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为ф300mm×600mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明:随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于Weibull统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。