温度和掺砾量对冻结掺砾黏土单轴压缩特性影响的试验研究

为探究冻结掺砾黏土的单轴压缩特性,开展不同温度、不同掺砾量条件下冻结掺砾黏土的单轴压缩试验。试验结果表明:温度和掺砾量对冻结掺砾黏土应力–应变关系、单轴抗压强度、破坏应变和弹性模量影响显著,单轴加载条件下试样均表现为脆性破坏,且掺砾量越小,脆性破坏特征越显著。冻结掺砾黏土的单轴抗压强度随温度的降低而增大,随掺砾量的增加而减小,其变化幅度与试样内部黏土–砾石基质的空间结构分布紧密相关;破坏应变随掺砾量的增加而减小,随温度的变化其规律并非一致,而是显著依赖于掺砾量的大小;弹性模量呈现出随温度的降低而近似线性增大、随掺砾量的增加先增大后减小的变化趋势,且存在一个与温度相关的临界掺砾量。     

饱和冻结黏土在常应变率下的单轴抗压强度

冻土作为一种复杂的多相介质,其强度受多方面因素的影响。通过三种不同干密度饱和冻结黏土在常应变率下的单轴抗压强度试验,得出了饱和冻结黏土的单轴抗压强度受温度、应变率、破坏时间及干密度等因素的影响规律,并分别建立了以温度、应变率(或破坏时间)及干密度为变量的强度预报方程。     

不同加载速率下冻结黏土的强度及破坏特性

冻土在不同加载速率下的强度和变形特性,是改进冻土机械开挖方法和设备所需的重要参数。通过对冻结黏土进行单轴压缩试验,研究了不同温度和加载速率条件下冻结黏土的强度特性、模量特性和破坏特性。通过分析试验,得到以下结论:(1)冻结黏土的抗压强度和起始屈服应力均随温度的降低和加载速率的增大而增大,且起始屈服应力与抗压强度有很好的线性关系。(2)温度和加载速率对起始屈服模量和切线模量影响很大,不同温度条件下切线模量与加载速率存在对数函数关系。(3)在不同温度条件下,破坏应变和破坏时间均随加载速率的增大而减小。(4)在较大加载速率条件下,温度对冻结黏土的破坏应变和破坏时间影响不明显。     

列车荷载下青藏冻结粉质黏土变形特性试验研究

基于低温动三轴试验,对列车荷载下青藏冻结粉质黏土的动应变发展情况进行研究,得到冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随振动次数、动应力幅值、冻结温度和初始含水率而变化的规律。结果表明:①青藏冻结粉质黏土回弹应变在加载初期迅速减小,振动一定周次后随振动次数的增加不均趋于稳定;②累积塑性应变随着振动次数的增加呈增大趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型三种形态;③冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随着动应力幅值增加和冻结温度升高而增大;④初始含水率越高,冻结粉质黏土的回弹应变越小、累积塑性变形越大。研究成果对我国冻土地区铁路路基长期动力稳定型评价及路基设计具有重要参考价值。     

饱和冻结粉土在常应变率下的单轴抗压强度*

 在常应变率下对饱和冻结兰州粉土(黄土)进行了单轴抗压强度试验。通过对试验资料的分析，得出如下规律：(1) 抗压强度对温度十分敏感，它随着温度降低以幂函数的形式增加。(2) 在一定应变率范围内抗压强度对应变率变化反应也比较敏感，它以幂函数的形式随着应变率的增加而增加。(3) 在一定破坏时间范围内抗压强度随着破坏时间的增长同样以幂函数规律减小。(4) 在应变率及温度相同条件下，干容重大的粉土抗压强度高于干容重小的粉土抗压强度，二者的差异程度主要受应变率的影响。     

不同含水状态下煤矿砂岩SHPB试验与分析

为研究含水率对岩石动态力学性能的影响,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对4种含水状态下长径比为0.5的两处煤矿砂岩实施单轴冲击压缩试验,获得相应状态下砂岩试件的动态应力–应变曲线。试验结果表明,在高应变率加载条件下,由于砂岩含水裂纹中自由水的表面张力作用和Stefan效应,产生了抑制裂纹动态扩展的阻力;且砂岩试件含水率越大,裂纹动态扩展阻力越大,砂岩的动态单轴抗压强度越高。拟合发现,砂岩动态单轴抗压强度随试件含水率呈幂函数增长。由于自由水充填了砂岩试件中的孔隙和微裂纹,砂岩试件纵波波速随含水率也呈幂函数增长。     

河北某地区地区黏土人工冻土单轴试验研究

通过对河北某一地区黏土进行重塑后冻结单轴抗压强度试验,研究冻结温度及试样含水率对冻土单轴抗压强度的具体影响。     

加载速率和围压对煤能量演化影响试验研究

借助TAW-2000型电液伺服岩石力学试验系统进行了不同加载速率和不同围压下煤样的单轴压缩和三轴压缩试验,研究了加载速率和围压对煤样能量耗散特征的影响规律,探讨了煤样耗散应变能转化速率随加载速率和围压的变化规律。研究表明:单轴压缩试验第Ⅰ阶段试件的弹性应变能随加载速率的增加呈现先增大后减小的特点,耗散应变能转化速率均处于较低水平,且与加载速率呈负相关,第Ⅱ阶段耗散应变能随加载速率的增加也呈先增大后减小的趋势,各煤样耗散应变能转化速率的最大值均出现在峰值点或峰后轴向应力陡然跌落点。耗散应变能转化速率对围压十分敏感,围压越大,耗散应变能的转化速率也越大,煤样变形损伤越快。     

低频机械振动含瓦斯煤体积应变变化规律研究

为研究低频机械振动对含瓦斯煤体积应变的影响,建立煤体孔隙瓦斯压力、吸附膨胀力、振动衰减应力作用下煤体体积应变变化方程。以10,20,30 Hz振动1,2,3,4,5 h后的煤体试件单轴抗压强度变化试验检验方程所反映的规律性,发现振动频率相同,振动时间越长,试件单轴抗压强度越低,计算应变越大;振动时间相同,振动频率越小,试件单轴抗压强度越高,计算应变越小。分析认为振动使煤体孔隙率变大,应变变大,从而单轴抗压强度降低。振动时间相同,振动频率越大,单轴抗压强度越低,试件孔隙率就越大,试件应变就越大;振动频率相同,振动时间越短,单轴抗压强度越高,试件孔隙率就越小,试件应变就越小。且无论频率为何值,单轴抗压强度均随时间的增加而降低,表明试件孔隙率均随时间的增加而变大,试件应变均随时间的增加而增大,抗压强度所反映出的应变变化与计算得出的应变规律相一致。方程计算值能较好地反应低频机械振动作用下不同振动频率、振动时间影响煤体应变变化规律。     

冻结黏土动态力学特性的SHPB试验研究

通过使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）动力学试验,系统研究了不同应变率、不同温度和不同含水率条件下冻结黏土的动态力学特性,获得了冻结黏土的动态应力-应变关系以及相关冻土动力学参数的变化规律。试验结果表明：冻土具有明显温度效应和应变率效应,随着应变率的增加和温度的降低,冻土破坏过程从塑性破坏逐渐转变为脆性破坏。在冲击荷载作用下,冻土的动态应力-应变关系曲线随加载应变率的不同呈现3种典型曲线,冻土的最大应变与且仅与应变率呈线性递增规律;单一因素影响下,冻土的动强度、动弹性模量均随应变率的增大、温度的降低和未超过饱和状态的含水率的增大而增加。     

循环荷载后原状与重塑饱和粉质黏土不排水强度性状研究

为研究循环荷载作用后原状土与重塑土不排水强度发展规律,针对天津典型粉质黏土做了一系列动、静力三轴试验。结果表明,振后原状土样不排水抗剪强度会发生衰减,当振后轴向应变大于 3% 时,衰减度 β 随动轴向应变增加呈现先增大后稳定的趋势;最大孔压比处于 0.5 ～ 0.7 之间时,不排水强度衰减较小,最大孔压比高于 0.7 时,振后强度开始迅速衰减;振后饱和粉质黏土不排水剪应力路径表现出超固结性质,随着 β 的增加,应力路径由正常固结向轻似超固结,再向重似超固结发展。对于重塑土,循环荷载作用后其不排水抗剪强度变化较小。     

初始剪应力与加荷速率耦合作用下饱和软黏土 强度特性试验研究

 对杭州饱和软黏土的不排水三轴压缩试验的静力特性进行研究。重点分析加荷速率与初始剪应力的耦合作用对杭州软黏土静力特性的影响。研究结果表明：随着初始剪应力的增加,土样的总强度增加,但抗剪强度减少;初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达60%;土样的孔隙水压力表现为降低的趋势,初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达50%。随着加荷速率的增加,土样的强度有所提高;孔隙水压力随之降低。当不存在初始剪应力时,应力–应变关系表现为硬化型曲线;当存在初始剪应力时,随着初始剪应力的增加,应力–应变关系曲线向软化型曲线发展。通过引入量纲一的峰值剪应力参数s与峰值孔隙水压力参数 对加荷速率与初始剪应力耦合作用下土体的峰值强度与孔隙水压力变化规律进行描述。该参数综合反映了初始剪应力与有效围压的影响。归一化后的结果表明：随着量纲一的应变率增加,s增加, 减少。在半对数坐标下,s, 分别与量纲一的应变率呈直线关系,并且随着初始剪应力的增加,s与 变化并不显著。     

Investigation of unsaturated frozen soil behavior: Phase transformation state,post-peak strength,and dilatancy

In this study, a database of triaxial compressive tests on unsaturated frozen soils is compiled to investigate the mechanical behavior that has not been considered in previous studies. The results for the stress-strain volume changes are presented first. Then, the physical mechanisms that might control the deformation of unsaturated frozen soils, namely, volumetric compression and frictional sliding, are used to interpret the changes in volume and deviator stress during the tests. The relationship between the compression rate due to the mean stress and the dilation rate due to shearing determines the changes in sample volume and shear stress with an increasing axial strain. The test results indicate that confining pressure and temperature significantly affect the phase transformation state, the post-peak strength, and the maximum dilation ratio. A higher post-peak strength ratio is observed in tests performed at higher confining pressure or under a higher temperature. As the confining pressure is increased, the shear stress at the phase transformation state initially increases and then decreases or stabilizes. However, the maximum dilation ratio decreases considerably and tends to reach zero after a certain confining pressure is reached. Both the deviator stress at the phase transformation state and the maximum dilation ratio are higher under a lower temperature given constant confining pressure. Ice cementation and pressure melting are attributed to the specific features of frozen soils compared to those of unfrozen soils. This paper provides new insights into the mechanical behavior of frozen soils.     

冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

一维动静组合加载下砂岩动力学特性的试验研究

 基于对深部岩石承受高地应力并在动力开挖扰动下发生破坏这一问题的科学认识,利用改造的劈裂霍普金森压杆动静组合加载试验装置,开展一维动静组合加载下砂岩的动力学特性试验研究。选取无轴压和3个典型轴压水平4种情形,开展不同应变率下的冲击试验。研究结果表明,相同应变率下岩石对外界冲击的响应受轴压比影响很大,冲击强度会随着轴压比的增加出现先增加后减小的趋势,在轴压比为0.6～0.7时达到最大值。相同轴压下,冲击强度会随着应变率的增加而增加,呈现指数函数关系。在一定的轴压比范围内,随着入射能的递增,岩石在加载破坏试验中先后会经历“吸收能量–释放能量–吸收能量”3个阶段。这3个阶段可以较好的解释高应力下岩石的动态强度递增、岩爆发生和诱导致裂三者之间的互相转化机制,对深部岩石工程的实践可以提供理论上的指导。     

原状与重塑人工冻结粘土抗压强度特征 对比试验研究*

 在相同试验条件下分别对原状和重塑人工冻结粘土进行了单轴无侧限抗压试验。试验结果表明：原状与重塑冻结粘土的破坏特征不同，原状冻结粘土表现为脆性破坏特征，而重塑冻结粘土表现为塑性破坏特征。原状冻结粘土的抗压强度略低于重塑冻结粘土的抗压强度，而前者的弹性模量略高于后者。原状冻结粘土的破坏应变则明显小于重塑冻结粘土的破坏应变。