裂隙倾角和长度对低强度岩体力学特性及破坏模式影响的试验研究

根据不同倾角和长度单裂隙条件下的低强度岩体试件的常规单轴压缩试验结果,详细分析不同倾角和长度单裂隙低强度岩体试件的应力-应变曲线、强度、变形参数及破坏模式。结果表明:1)裂隙倾角和长度将使低强度岩体试件的应力-应变曲线在峰后破坏阶段变为多台阶式下跌,显示出明显的塑性破坏特征; 2)低强度岩体试件的峰值强度随裂隙倾角的减小和长度的增加均呈降低趋势,但受结构效应的影响,随裂隙长度的增加,其减小趋势将逐渐趋于平缓; 3)裂隙倾角和长度均可以影响裂隙变形在试件总变形中的所占比例,进而影响低强度裂隙试件整体弹性模量和轴向峰值应变的大小; 4)裂隙倾角能彻底改变低强度岩体试件的破坏模式,而裂隙长度只能改变试件局部的破坏模式,其对试件整体破坏模式的影响程度远小于裂隙倾角。     

注浆加固对岩体裂隙力学性质影响的试验研究EI北大核心CSCD

注浆技术对裂隙岩体的加固效果显著,对岩体裂隙面的力学特性产生极大影响。为研究注浆加固对岩体裂隙力学特性的影响规律,创新性地提出一种岩体裂隙试件制作方法,克服了原岩裂隙取样困难的难题。将该方法制取的裂隙试件在自主研发的裂隙岩体注浆系统平台上进行注浆加固试验,并对注浆加固后的岩体裂隙试件开展相关的法向及切向力学加载试验。试验结果表明:人工制取的裂隙试件与原岩裂隙几何相似性良好,符合室内物理试验要求;注浆加固会显著改变岩体裂隙面的法向切向力学特性,注浆加固后岩体裂隙的峰值抗剪强度及残余强度得到极大提高,裂隙面的抗变形能力增强;裂隙面法向加载会影响其切向力学行为,切向抗剪强度随法向应力增加而增加;注浆加固通过提高岩体裂隙面的力学性能来增加岩体的整体强度及稳定性。     

不同注浆材料填充双裂隙类岩石试样力学特性研究

注浆是裂隙岩体稳定性控制的主要技术之一,不同注浆材料对裂隙岩体的注浆加固效果存在较大差异。选取硫铝酸盐水泥(SAC)、普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树脂(EPR)3种注浆材料,对预制平行双裂隙类岩石试样进行充填,开展单轴压缩试验、声发射以及扫描电镜试验。结果表明：EPR填充对裂隙试样强度最大,OPC水泥次之,SAC水泥最小。试样破坏模式则受填充材料影响突出,EPR填充试样不受预制裂纹控制,而SAC和OPC填充试样则主要由于裂隙扩展贯通发生的拉剪混合破坏。扫描电镜结果表明上述差异主要受控于不同浆液类型的浆–岩胶结特征,SAC和OPC填充浆–岩界面为覆盖型,而EPR填充则为融合型。在上述试验结果基础上,采用颗粒流程序(PFC)建立表征不同胶结模式的数值模型,分析不同注浆填充材料加固机制。数值模拟结果表明,试样加载过程中拉剪微裂纹比例、微裂纹倾角分布以及颗粒位移方向均受填充材料影响。因此,对于不同注浆材料,其自身强度和胶结性能改变了浆–岩胶结模式,影响了裂隙充填试样的受力状态,进而造成加载过程中浆液和周围岩体颗粒运动和微破裂的差异,最终影响了宏观强度特性和破坏模式。     

预制裂隙花岗岩动静组合加载力学特性和破坏规律试验研究

为了研究动静组合加载下深部含裂隙岩体的力学特性和破坏规律,选用花岗岩加工制备50 mm×50 mm含裂隙的圆柱形试样,采用改进的霍普金森压杆装置,进行6个典型轴压水平和3个冲击气压水平的动静组合加载试验,并借助三维数字图像相关技术(3D-DIC)记录并分析试样的变形破裂过程。试验结果表明,裂隙的存在降低了花岗岩试样的抗压强度;随着轴压的增大,试样动态强度和动态弹性模量整体呈先上升后下降的趋势,组合强度基本呈上升趋势,动态应变则呈下降趋势;随着冲击气压的增大,试样动态强度和组合强度均增大,表现出显著的应变率效应。试样的能量吸收率随轴压增大呈先上升后下降的趋势,但在常规静载轴压比0.6～0.7时转而释放能量,并且轴压越大,释放能量所需的冲击气压越小,表现出硬岩岩爆特征;随着冲击气压增大,试样能量吸收率有所下降。对于完整试样,局部高应变先在试样端部集中并形成拉伸起裂裂纹,最终呈劈裂拉伸破坏;对含预制裂隙试样,局部高应变大多先在裂隙尖端或附近集中并形成翼裂纹,最终在轴压0～30 MPa动静组合加载下呈拉剪复合型破坏,但受端部效应影响,在轴压50～70 MPa动静组合加载下,裂隙尖端会形成2条近...     

玄武岩纤维筋的力学特性与破坏模式试验研究

玄武岩纤维筋预应力锚索的主体受力构件为BFRP筋,对BFRP筋的力学性质和破坏模式进行研究,可为BFRP筋预应力锚索在不同岩土工程对象中的应用提供参考和技术指导。研究表明：BFRP筋是一种典型的线弹性材料,极限荷载张拉破坏前筋材只存在线性应变,张拉过程中由于纵向拉伸下筋材环氧树脂基体传递剪力滞后使得BFRP筋具有自断口向两端发展的“灯笼状”破坏模式,极限荷载作用下BFRP筋聚集的弹性能瞬间释放,筋材发生脆性破坏,破坏前无明显征兆;相比于表面未粘砂的BFRP筋,表面粘砂的BFRP筋由于砂粒占据了筋材表面一定空间,导致其环氧树脂基体对玄武岩纤维的包裹程度降低,造成表面粘砂的BFRP筋强度稍低于表面未粘砂的BFRP筋。总的来看,尽管BFRP筋的抗拉强度较高,但其变形能力和抗剪切能力较弱,破坏前不存在屈服变形,单一手段的BFRP筋预应力锚索在动载或大变形能力的岩土锚固工程中适用性较差。     

含预制裂隙大理岩SHPB动态力学破坏特性试验研究

为了研究端部裂隙形态对岩石动态力学特性以及裂纹扩展的影响,利用50 mm×50 mm圆柱形大理岩加工含不同裂隙倾角的试样,在50 mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击加载试验,并使用高速摄影仪实时记录裂纹扩展以及动态破坏全过程。研究表明,大理岩的动态抗压强度、峰值应变、动态弹性模量等力学参数随预制裂隙倾角增大整体呈先减小后增大的趋势;裂纹大多是从裂隙尖端或附近起裂,起裂裂纹为II型剪切裂纹或I–II型复合裂纹(拉剪复合裂纹),起裂角和起裂应力随着预制裂隙角度的增大分别呈M和W型变化,完整和90°裂隙试样最终呈劈裂拉伸破坏,45°裂隙试样呈拉剪复合型破坏,30°和60°裂隙试样呈剪切破坏,存在一个临界角度,临界角两侧裂纹扩展特性表现出较好的对称性;随着预制裂隙角度的增大,岩石的能量吸收率先增大后减小,当端部裂隙与端面成适当角度,会使能量吸收率最大,可以有效提高破岩效率。     

含交叉裂隙节理岩体锚固效应及破坏模式

 用相似材料制作含交叉裂隙岩体无锚及加锚试件,以主次裂隙之间角度、锚固位置及锚杆与加载方向之间角度为变化参数制作32组试件,对试件进行单轴压缩试验,研究含交叉裂隙节理岩体的锚固效应及破坏模式。研究表明：在主、次裂隙位置不变的情况下,锚固位置在裂隙交叉点上方或下方时能得到锚固强度最大值,当锚固位置通过裂隙交叉点时,锚固强度不是最大值,但此时锚后试件峰值强度最稳定;大部分含交叉裂隙加锚岩体强度高于含单一裂隙加锚岩体;主、次裂隙夹角影响节理岩体加锚后力学性能,主、次裂隙夹角为30°左右时节理岩体锚固效果最好;锚杆增强了含交叉裂隙节理岩体抵抗裂隙扩展的能力,降低了含交叉裂隙节理岩体劈裂破坏出现的突然性。     

裂隙倾角及数目对岩体强度和破坏模式的影响

为研究不同裂隙倾角和数目下低强度岩体强度和变形破坏特征,对含不同预制裂隙的类岩石材料试件进行常规单轴压缩试验。结果表明:(1)低强度岩体峰值强度随裂隙数目增加而减小,随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角0°的三裂隙试件单轴压缩强度最低;(2)除90°裂隙试件外,随裂隙数量增加,试件弹性模量减小,而轴向峰值应变先增大后减小;(3)随裂隙倾角增大,试件弹性模量和轴向峰值应变总体呈“凹型”变化,最小值发生在30°裂隙试件,且大倾角裂隙试件(α>45°)的轴向峰值应变对裂隙倾角敏感程度大于小倾角裂隙试件(α<45°);(4)随裂隙数目增加,低强度岩体的破坏模式变化趋势:脆性破坏→塑性破坏→塑性流动变形破坏。     

含孔洞裂隙岩石变形规律和力学特性综述

文中分析了含孔洞、裂隙等缺陷岩石研究现状,总结了缺陷岩石在不同条件下的力学性能及破坏特征,介绍了含孔洞岩石破坏规律、裂纹扩展规律方面的研究成果以及研究学者针对不同尺寸、不同倾角等方面含裂隙类岩石研究成果.结合现有研究成果,分析了缺陷岩石力学特性及破坏特征未来的研究方向.     

含裂隙岩体点触探破坏机制研究

岩石点触探试验是间接评估岩体力学特性的重要方法,在其原位应用过程中,岩体的触探特性会受到原位裂隙的重要影响。为了明确岩体裂隙对点触探试验的影响范围,揭示含裂隙岩体点触探的破坏机制,量化不同裂隙对点触探指标的影响,进行一系列含裂隙岩体的室内点触探试验,并通过数值模拟对其破裂机制进行了研究。试验结果表明：点触探加载点下方的影响区域内存在裂隙时会改变点触探破坏模式和强度特性。当裂隙延伸至加载压头附近时,点触探加载下岩体会发生从加载点向该裂隙端部的剪切破坏,裂隙内端的位置决定了点触探的强度及裂纹扩展路径,基于剪切破坏的极限平衡原理可建立点触探强度与剪切路径的对应关系。为了进一步阐明含裂隙点触探破裂规律,通过数值模拟分析了裂隙内端延伸至压头附近不同区域条件时点触探特性,根据破坏模式界定了触探加载点下方的裂隙影响范围,通过定义弱化系数量化了影响区域内不同裂隙对点触探强度的影响程度。同时基于岩体裂隙扩展路径耗能规律,对多裂隙条件下的点触探破裂特性进行了探讨。     

龙马溪组页岩的力学特性及破坏模式研究

井壁稳定性是页岩气勘探开发关键技术的核心问题之一。针对页岩井壁稳定问题,以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,结合实际钻井情况,开展了不同围压、加卸载模式、取芯角度、流体浸泡等一系列岩石力学实验,为页岩气的勘探和开发提供基础数据。研究表明:四川盆地龙马溪组页岩单轴抗压强度较高,脆性较强;卸载作用造成岩样破坏更加剧烈,破坏模式更加复杂;取芯方向与层理面夹角为15°时,岩样的抗压强度和内聚力最低,夹角为45°时,岩样的破坏最剧烈;流体浸泡使岩样的强度和内聚力大幅下降,岩样以剪切破坏为主,浸泡过油基钻井液的岩样的强度和内聚力损失最小;随浸泡时间的增长,岩样的内聚力和内摩擦角先快速降低后趋于平缓。     

岩石峰后注浆加固前后力学特性单轴试验研究

在岩石试件单轴压缩破裂的基础上,进一步开展了峰后注浆加固试件的力学特性试验研究.分别采用水泥浆和玛丽散N加固破裂试件,试验发现分别采用玛丽散N、425#水泥进行破裂岩石注浆加固时,岩石强度比其残余强度都有显著提高,加固后岩石的变形趋于协调.同一浆液加固不同的岩石,被加固体本身的强度越高注浆加固体的强度提高越高;同样的岩石注入不同浆液,浆液的粘结强度越高注浆后的强度就越高.试验结果验证了岩石注浆加固是加固围岩非常有效的方法.     

不同含水率砂卵石围岩宏细观力学特性研究

含水率对具有颗粒物质性质的隧道砂卵石围岩稳定性有较大影响,通过室内大型三轴试验与颗粒离散元数值三轴试验相结合的方法,对中密状态下不同含水率砂卵石围岩在100、200、300 kPa三种围压下的宏细观力学特性展开研究,分析了含水率对隧道砂卵石围岩宏细观力学参数影响规律。研究结果表明:随着含水率的增加,砂卵石围岩的应力峰值、内摩擦角和粘聚力均随之减小;砂卵石围岩变形破坏时轴向应变约为4%,其应力峰值后仍可承受较大的应力特性;确定了中密状态时不同含水率砂卵石围岩的接触模量、摩擦系数、颗粒刚度比、法向接触强度等离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层隧道围岩稳定性离散元精细化模拟提供理论依据。     

带裂缝RC双向现浇板力学性能试验研究

钢筋混凝土双向现浇板由于变形、收缩和超载而常常出现各种裂缝。为了解既有裂缝对RC双向现浇板受力性能的不利影响,本文进行了6块带裂缝RC双向现浇板受力性能的对比试验研究,重点研究了既有裂缝对RC双向现浇板受力性能的不利影响。研究结果表明,带裂缝RC双向现浇板的极限承载力有所降低,降低幅度为2.5%～12.7%;破坏时的跨中挠度明显增大,增大幅度达17.4%～51.7%;相同荷载作用下板底跨中钢筋的受拉应变明显增大。而既有裂缝对RC双向现浇板的破坏模式没有明显影响。     

泥岩力学参数遇水软化特性试验研究

为研究泥岩力学参数遇水软化特性,以重庆几江长江大桥隧道锚碇所在遂宁组(Jsn3)紫红色泥岩持力层为研究对象,系统地开展了室内及原位力学试验。结论如下:(1)泥岩天然极限抗压强度5.8 MPa,饱和极限抗压强度4.1 MPa,软化系数0.71,水对泥岩单轴抗压强度弱化作用明显。(2)泡水8 d后,泥岩的变形模量和弹性模量较天然状态下平均降低了31.0%、23.77%,抗变形能力降低;遇水后,孔隙中粘土矿物与水反应,细小岩粒吸附的水膜厚度增加,体积膨胀,导致变形模量及弹性模量下降。(3)相较天然状态,泡水8 d的抗剪断峰值与粘聚力值分别降低了15.12%与2.08%。泡水后,泥岩中微裂隙膨胀软化不均一,内摩擦角与粘聚力不均匀降低,导致力学强度值降低;渗水沿着裂隙浸润,裂隙逐渐延伸并继续向软弱结构纵深发展,时间越长,不规则多边形裂隙面趋向浑圆,起伏不均的结构面变得平整圆润。     

高温下钢材力学性能的试验研究

高温下钢材力学性能的确定是进行钢结构抗火反应分析的重要组成部分,为此进行了一系列钢材高温材性试验.基于对试验结果的分析,提出了便于应用的钢材三折线高温材性模型,为较精确地进行结构火灾反应分析奠定了基础.     

循环荷载下裂隙对加固体强度及破坏模式影响

盾构端部加固体中的裂隙对加固体的强度及破坏模式具有不同的影响。基于沈阳市地下综合管廊实际工程,用三组不同配比的水泥砂浆模拟端部加固体,用预制PVC片模拟试件中0°、30°、60°、90°的单裂隙和30°、60°的平行双裂隙。对预制裂隙试件进行循环加载试验,研究存在裂隙的端部加固体力学特性和破坏模式。研究结果表明:胶结能力较好的1∶1配比的端部加固体预制裂隙试件具有最大的疲劳峰值强度和疲劳寿命,其疲劳峰值强度和疲劳寿命均会随着胶结能力的减弱而减小;裂隙的存在会使试件的疲劳峰值强度和疲劳寿命降低,尤其当试件出现竖向劈裂破坏时,竖向裂隙对其疲劳强度和疲劳寿命的影响尤为明显;单裂隙试件多为拉―压破坏和剪切破坏,双裂隙试件多为共轭剪切破坏,并伴随有明显的共轭剪节理出现。     

PC连续梁桥孔道压浆调查及钢绞线力学性能研究

在两座后张法PC连续梁桥拆除过程中,现场调查得到了该两座桥的预应力孔道压浆情况和预应力钢绞线试样。经过一系列试验,得到了钢绞线的腐蚀情况,以及弹性模量和极限强度等力学指标。分析这些经过约10年使用的钢绞线的力学性能变化情况,为研究和评估类似预应力混凝土结构的耐久性和承载能力提供了可靠依据。     

高温下水泥基注材料性能试验研究

针对近年来不断出现的高地温条件下注浆堵水加固问题,在室内模拟高温环境,测试减水剂比例一定时,不同水灰比和膨润土掺量的浆液在不同温度下的凝结时间、黏度、析水率和抗压强度。结果表明:温度升高和膨润土掺量增加都使浆液凝结时间缩短、析水率降低,并使水灰比0.8的浆液黏度呈升高趋势,但对1.0和1.2的较高水灰比浆液影响不大;在20 ℃和40 ℃下,浆液随温度升高和龄期增长,结石体抗压强度不断增大,而在60 ℃和80 ℃的较高温度下,后期结石体强度会降低,且掺加膨润土会进一步降低强度。综合考虑浆液各方面性能,认为水灰比0.8时,在低于40 ℃环境下,膨润土掺量为6%较好,温度升高,则掺量为3%比较适宜;对于水灰比1.0和1.2的浆液,膨润土掺量为9%较为合适。