膨胀岩土侧限膨胀试验新方法与膨胀本构关系

基于膨胀变形与膨胀压力的发展对吸水量有明显依赖性的事实 ,提出了一种测试侧限膨胀特性的试验方法并研制了相应的仪器 ,利用该仪器可量测重塑膨胀岩土试样侧向膨胀压力的发展进程及试样的吸水全过程。测试结果初步验证了该方法和仪器的可靠性 ,并根据试验结果分析了重塑膨胀岩土试样膨胀应力、应变和吸水量等因素间的相互关系 ,对膨胀本构关系进行了讨论。     

免烧高掺量粉煤灰砖砌体变形性能的试验研究

依据免烧结高掺量粉煤灰砖砌体的抗压试验,对其砌体结构的变形性能进行了分析,对免烧结粉煤灰砖砌体的应力—应变曲线和弹性模量进行了研究,提出了适用于免烧结粉煤灰砖砌体的应力—应变曲线和弹性模量,可为我国墙体材料标准的编制和修订提供依据。     

补偿收缩钢渣混凝土应力-应变关系试验

以废弃钢渣为粗骨料制备补偿收缩钢渣混凝土试件,并对其进行抗压强度、弹性模量及泊松比试验,分析了水灰比对补偿收缩钢渣混凝土试件破坏形态、抗压强度、变形及应力-应变关系的影响.结果表明:补偿收缩钢渣混凝土试件破坏形态与普通混凝土相似,但前者出现裂缝时间较晚,裂缝发展速度较快,峰值应变较小;随着水灰比的减小,补偿收缩钢渣混凝土试件的抗压强度逐渐增大,弹性模量先增后减;补偿收缩钢渣混凝土试件的变形、应变和弹性模量均小于普通混凝土,泊松比是普通混凝土的2~3倍.由于补偿收缩钢渣混凝土内部含有的缺陷和空隙较少,其应力-应变关系曲线的线性阶段较长,曲线反弯点不明显.基于补偿收缩钢渣混凝土试验结果,提出了补偿收缩钢渣混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量和泊松比的计算方法,建立了补偿收缩钢渣混凝土应力-应变关系模型,此模型计算结果与试验结果吻合较好.     

土中结构表面压力测试技术的研究

土中结构表面压力测量是岩土工程中不可缺少的量测手段.本文在系统的解析理论研究有限元数值计算和实验研究的基础上,给出了结构表面压力传感器匹配系数计算公式;揭示了传感器安置误差对匹配系数的影响规律和传感器周围应力场的分布规律;提出了结构表面压力传感器的设计原则和安装埋置要求.     

FBG传感器在量测围岩内部位移中的应用

 光纤光栅(FBG)传感器利用波长调制传感信号,因而量测信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响,可以广泛应用于量测应变、温度、应力、位移等参数。结合新奥法隧道施工中位移监测的要求,介绍光纤光栅传感器的原理及其在隧道围岩内部位移量测中的应用。与其他量测方法比较,利用光纤光栅传感器量测围岩内部位移具有仪器构造简单、安装量测方便、量测数据精确等优点,是一种非常实用的量测方法。量测数据验证隧道围岩变形的基本规律：不同位置的围岩其松弛变形不同,离开挖面越近的围岩,其松弛变形越大,离开挖面越远的围岩,相应的松弛变形越小;围岩的完整程度对围岩内部位移的影响很大。     

混凝土结构应力的测量方法

混凝土应力的测量 ,是通过测量混凝土的应变 ,根据混凝土的应力 应变关系换算为应力值。由于混凝土为非均质材料 ,其弹性模量为一变数 ,称为“变形模量” ,通过“变形模量”来表示混凝土应力 应变关系。混凝土结构应变的测量 ,分表面应变和内部应变两种。一般的混凝土结构试验 ,主要测量混凝土的表面应变。对特殊结构或大体积混凝土结构 ,除了测量表面应变外 ,还要测量混凝土内部应变 ,得到混凝土内部的应力分布情况。本文主要介绍用电测法测量混凝土应变的方法 ,并分析其特点。1　混凝土结构的表面应力测量测量混凝土结构的表面应力 ,除了…     

岩土应变硬化指数理论及其分数阶微积分理论基础

应变硬化型岩土的三轴试验应力应变曲线能够表现出不同的弯曲程度,而应力应变曲线的弯曲程度是岩土应变硬化能力的体现,但已有的研究中还没有相应的参数来描述岩土的硬化能力。为了获得反映岩土应变硬化能力的参数,从而有助于了解岩土的塑性性能和指导土体的合理承载,根据Hollomon提出的描绘金属塑性拉伸变形的指数方程(经验公式),提出了岩土应变硬化指数理论。通过许多三轴试验,发现岩土应变硬化指数理论提出的岩土应力应变关系符合乘幂函数关系的假设能够被验证,岩土的应变硬化指数能够反映岩土的硬化能力。岩土的力学性质介于理想固体和理想流体之间,其应力应变关系既不遵守胡克定律,也不遵守牛顿黏性定律,而是遵守介于它们之间的某种关系。利用分数阶微积分理论给出了恒应变率加载情况下的土应力应变关系。关系式显示应力应变之间也呈乘幂函数关系,说明岩土分数阶应力应变关系能够为岩土应变硬化指数理论提供理论基础。     

贵广高铁某区域大桥桥墩下覆岩土体膨胀特性研究

贵广高铁某区域大桥桥墩经过现场监测数据显示在雨季出现抬升,旱季下沉,研究发现这种现象是由于桥墩下覆膨胀岩土造成的。文章在此研究背景下,通过自主设计研制的PZY-1型膨胀仪研究桥墩下覆岩土体的膨胀特性。模拟岩样在一定的干密度、初始含水率、轴向荷载和内压下的膨胀变形特征以及产生的膨胀应力值,获得岩土体在膨胀变形过程中吸水量与岩土体体积变化关系;干密度、含水率与膨胀应力应变的变化关系。主要关系如下:岩体发生膨胀变形过程中吸水量大于土体膨胀量;相同干密度下,初始含水率越大对应的膨胀应力应变越小;相同含水率下,干密度越大对应的膨胀应力应变越大。通过得到的桥基覆盖层下膨胀岩土的变形特征和膨胀力学性质,为今后该地区的勘察设计提供帮助。     

岩土材料弹塑性损伤模型及变形局部化分析

常规的弹塑性模型由于没有考虑到损伤和塑性的耦合作用，难以模拟破坏时由于内部损伤的累积导致的变形局部化剪切带的形成过程，因而，不能很好地反映实际结构的细观破坏机理。作者采用一种宏细观结合的思路，基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料弹塑性损伤模型，研究均质材料在外部环境作用下由于损伤和塑性的耦合导致的局部化剪切带的形成过程。对基体材料服从Drucke-Prager准则的球形孔洞体胞单元提出了一个塑性损伤屈服面，为了反映岩土材料在拉应力和压应力作用下不同的孔洞形成机理，分别采用了球形拉应力和塑性应变的成核机制来建立孔隙率的演化方程，根据塑性损伤屈服面和孔隙率的演化方程，导出了关联流动法则下的岩土材料塑性损伤本构方程。将笔者提出的岩土材料弹塑性损伤模型，通过用户子程序嵌入到大型商业有限元软件MRAC中。为了研究塑性和损伤的耦合作用，分别采用Gurson弹塑性损伤模型和Mises弹塑性模型，对Tvergaard关于自由表面有周期性分布微小形状缺陷的半无限大板在平面应变拉伸作用下剪切带的形成进行了数值模拟，计算结果表明弹塑性损伤本构模型在模拟变形局部化方面具有明显的优势。采用作者提出的岩土材料弹塑性损伤模型，对平面应力条件下有一个缺陷单元的均质岩土材料单轴受压试件的局部化剪切破坏进行了数值模拟。     

透明岩体相似物理模拟试验新方法研究

在传统岩土工程模型试验中,物理模型通常由不透明材料制备而成,变形的直接观测仅限于模型表面,而模型内部变形只能通过局部的、间接的方法进行有限观测,致使全面细致的岩体变形破裂过程及其复杂力学行为研究受到很大局限。借鉴已有一定研究基础的透明土试验的思路与方法,以软岩相似物理模拟为突破口,针对透明相似材料的透明度、强度、相似性和变形量测等几个关键难题,系统研发了透明岩体模型的制作方法、试验加载系统、数字散斑照相量测等关键技术。通过透明岩体基本物理力学实验和相似物理模型试验研究,1提出了透明岩体试样的制备方法,获得了试样透明度较为理想的硅粉、液体石蜡以及正十三烷的配比参数,研制了一种适合模拟软岩物理力学性质与变形破裂特征的透明相似物理试验材料。2通过透明岩体试样内置人工测点和散斑面,分别采用激光切面和白光照射,提出了两种较为有效的透明岩体内部变形的数字照相观测方法。3建立了透明岩体相似物理模拟试验新方法,包括透明岩体组成材料的选择、试样制作的材料配比、制作过程要素控制、模型内测点和散斑面设置、数字照相量测以及配套加载物理试验系统等。     

岩石结构面力学原型试验相似材料研究

基于岩体结构面抗剪强度机制及相似材料的选择原则和要求,研制以高强水泥、硅粉、高效减水剂、标准砂、水等原料混合而成的模拟材料,并利用其制得的试样及结构面模型进行大量物理力学试验的对比分析,研究结果表明:相似材料的抗压强度与原岩结构面相近,调整不同混合材料的配合比,相似材料可以覆盖中低强度的岩石类型;利用相似材料及多尺度试样模具可制作与原岩结构面表面形态及起伏度近似一致的模拟结构面;利用模拟结构面代替原岩结构面进行直剪试验,模拟结构面表面的磨损程度、粗糙度系数衰减规律及破坏形式均与原岩结构面相似,且模拟结构面抗剪强度直剪试验结果与理论计算值相差不大;模拟材料具有物理力学性能稳定、制作方便、成本低廉的优点,可代替原岩结构面进行不同尺寸、可重复性的破坏性试验。     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题,利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析,并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响;对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明,弹性模量对地表下沉影响较大,而其他参数影响较小。结果表明,弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

Latest progress of soft rock mechanics and engineering in China

The progress of soft rock mechanics and associated technology in China is basically accompanied by the development of mining engineering and the increasing disasters of large rock deformation during construction of underground engineering.In this regard,Chinese scholars proposed various concepts and classification methods for soft rocks in terms of engineering practices.The large deformation mechanism of engineering soft rocks is to be understood through numerous experiments;and thus a coupled support theory for soft rock roadways is established,followed by the development of a new support material,i.e.the constant resistance and large deformation bolt/anchor with negative Poisson’s ratio effect,and associated control technology.Field results show that large deformation problems related to numbers of engineering cases can be well addressed with this new technology,an effective way for similar soft rock deformation control.     

岩体软弱夹层的弹性模量动力测试方法

 针对岩体软弱夹层的力学参数具有渐变性,假设软弱夹层的损伤度按照二次曲线规律变化,建立应力波在软弱夹层的传播模型,研究应力波的波形变化规律,提出软弱夹层弹性模量的动力测试方法。现场试验研究表明：当采用波形变化系数量化入射侧的计算波形和实测波形差异时,随着软弱夹层峰值损伤度增加,波形变化系数先减小后再增加,波形变化系数为最小值时,入射侧的计算波形和实测波形非常接近;随着子波主频增加,软弱夹层的动态弹性模量近似成线性增加,通过线性拟合求得了软弱夹层的静态峰值弹性模量为0.74 GPa;基于变形相等原则计算得本次试验的软弱夹层的等效动态弹性模量为4.24 GPa,采用波速法测试得夹层动态弹性模量为4.70 GPa,波速法测试结果与等效动态弹性模量相近,表明该方法测试结果合理。     

磁性岩土相似材料物理力学性能试验研究

地质力学磁力模型试验能够模拟实际工程中的复杂情况,从而确定现场中难以确定的问题。而磁性岩土相似材料与原型材料的力学性能参数是否相似,是地质力学磁力模型试验是否可靠的重要因素,为了保证模型试验结果的可靠性,需要对磁性岩土相似材料进行试验研究。由于岩土中岩体与结构面力学性能相差很大,将岩土相似材料分为岩体相似材料与结构面相似材料分别研究,选取铁粉、石英砂、粘土为岩体磁性相似材料,选取铁粉、重晶石粉、石膏为结构面相似材料。测量相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比等力学性能参数,研究材料含量与物理力学性能变化之间的规律,为地质力学磁力模型试验提供指导。     

大直径嵌岩桩承载特性的现场试验分析

嵌岩桩是一种钢筋混凝土现场灌注桩,桩身弹性模量与岩石地基弹性模量相接近,当桩身嵌入岩层后,能牢固地结合成为共同受力的整体结构.通过现场试验(静载荷试验和动测试验)分析,得出嵌岩桩的承载特性:嵌岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比、覆盖土层性质、嵌岩段的岩性和成桩工艺有关;大部分嵌岩灌注桩属于摩擦型桩;嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力;嵌岩桩的侧阻力与桩土摩阻力都是桩的侧阻力,但二者破坏机制、分布规律完全不同,桩土摩阻力沿桩的深度方向是均匀分布,而嵌岩桩侧阻力则是典型的非线性分布.     

Earth pressure balance tunnelling in rock masses: Laboratory feasibility study of the conditioning process

Earth pressure balance (EPB) shield tunnelling is considered to be an effective tunnelling method when surface settlements must be avoided by controlling face stability and underground water inflow. EPB technology is applied increasingly to the conditioning of rock masses in which the presence of polluting material is foreseen and must be controlled, or when explosive gases from the rock mass must be prevented from entering in the machine. The use of an EPB machine in ‘closed mode’ can prevent the dispersion of dangerous materials in the underground environment. This study was performed to evaluate the feasibility of using EPB technology in rock masses and the effectiveness of this tunnelling process in terms of soil conditioning, conditioned soil permeability, pressure transmission on the tunnel face, and the ability to extract the material with a screw conveyor. The research was developed with a set of laboratory tests carried out on three different types of rock masses where tunnelling with EPB machines are planned to be constructed in Italy but the results can be easily applied to similar rock mass types. The tests have been carried out both with slump tests and with a specially constructed screw conveyor extraction device. In the paper the most important results are presented and discussed.     

灰岩地区复杂地质的岩土工程勘察措施

通过对灰岩地区特殊地层的特征分析,研究了软塑状态灰岩残积土和溶蚀灰岩两种地层对实际岩土工程勘察的影响、鉴别时应注意的问题及相应措施,研究结果对于灰岩地区的岩土工程勘察具有一定的指导作用和现实意义。     

单向加锚双向增强岩质材料力学参数试验研究

岩土锚固技术在边坡工程和地下洞室支护过程中有着广泛的应用,能将较不稳定的岩土体锁固在稳定的地层中,但因岩体结构的复杂性导致岩体存在着沿其结构面破坏的趋势,使锚杆不但承受沿其轴向的抗拉作用,还应发挥沿结构面方向的抗剪作用.为验证单向加筋对岩石力学参数的双向增强作用,基于相似理论,以西南地区常见的灰岩为参照对象,进行了不同...