侧向卸荷条件下结构性软黏土典型力学特性

为研究海积结构性软黏土在侧向卸荷路径下的结构损伤特性,通过温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的应力路径试验,研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土应力-应变关系、强度、初始卸荷模量等典型力学特性的影响;分析应力路径和土样深度对初始结构性及损伤特性的影响.试验结果表明:温州软黏土应力-应变关系呈明显应变软化型,具有较强的结构性;侧向卸荷条件下,初始切线模量与平均固结压力呈线性关系,斜率为加荷条件的1.4倍;侧向卸荷条件下达到峰值强度时对应的应变较常规加荷条件小.拓展了应力比结构性参数的应用范围,计算结果表明侧向卸荷条件下初始应力比结构性参数明显大于常规加荷条件.结构损伤曲线可分为平稳损伤、加速损伤和减速损伤三段,常规加荷条件下加速损伤段的损伤速率明显大于卸荷条件,这种差异与其各向异性有关,施工时需予以重点关注.     

软土侧向卸荷变形试验研究

在工程建设过程中,经常会遇到土体卸荷的情况,在卸荷的情况下土体的应力-应变关系与加荷的情况有所不同.本文对珠海软粘土进行了等向固结-侧向排水卸荷试验研究,根据实验结果得出土体侧向卸荷时轴向应力-应变之间关系.根据试验结果及应力-应变关系曲线特性,在修正剑桥模型的基础上,运用弹塑性理论,推导出土体在等向固结侧向卸荷条件下的轴向应力-应变关系模型,模型的理论计算值与试验结果吻合较好.     

不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷力学特性试验研究

开挖卸荷岩体在实际工程中随处可见,卸荷时的应力水平对其力学特性有较大影响。基于此,以三峡库区典型砂岩为研究对象,开展了不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷试验,研究了不同卸荷起点应力水平砂岩卸荷力学特性。结果表明:岩样卸荷起点应力水平越高,岩样的初始损伤越大;岩样的峰值强度、峰值应变与卸荷起点应力水平呈线性关系;岩样围压卸荷量与垂直变形量之间的关系曲线与卸荷起点应力水平有较大关系。该研究成果一方面验证了卸荷起点应力水平与岩样内部损伤之间的关系,另一方面也可为岩体开挖施工提供参考。     

三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律

基于2种卸荷应力路径和常规三轴压缩试验,研究了加卸载条件下花岗岩的变形破坏及应力脆性跌落特征。卸荷条件下岩石变形主要是向卸荷（主）方向回弹或拉伸变形为主,而非或次卸荷方向的塑性变形很小,峰后应力应变曲线呈现明显的脆性特征。而加载条件下岩石以轴向压缩变形为主,且压缩塑性变形随围压增大而增大;卸荷条件下破坏岩石各种级别的张拉裂缝较多,张裂面一般垂直于卸荷主方向,高初始围压时双向卸荷甚至在次卸荷方向也可产生环形张拉裂缝。破坏围压较高时破裂面剪性特征相对明显,但剪性裂面一般追踪张性破裂面发展而成,并在剪切面两侧发育较多微张裂缝。而相对较高围压下常规三轴压缩岩石一般为剪切破坏,张性裂缝很少;常规三轴压缩岩石的应力脆性跌落系数随围压的增大而增大,而在卸荷条件下却随初始围压的增大而减小。相同初始围压时,卸荷条件下比加载时的应力脆性跌落系数小得多,方案Ⅱ在初始围压达到30 MPa时甚至出现负值,应力脆性跌落系数R依次为：RⅢ〉RⅠ〉RⅡ。     

深埋大理岩卸荷力学特性的试验研究

为探讨深埋大理岩在不同应力路径下力学性质的差异,揭示卸荷应力路径对岩石力学性质的影响,对取自锦屏二级深埋引水隧洞的浅灰色大理岩进行了常规三轴和两种应力路径的卸荷三轴试验研究,得到了卸荷应力状态下,大理岩破坏时的纵横应变小于常规三轴压缩应力状态得到的结果,且其变形具有由延性变形有向脆性变形转化的特征。不同应力路径下大理岩的变形模量和泊松比与围压均有良好的线性关系,但卸荷应力状态下的变形模量较常规三轴压缩应力状态下的小,泊松比则相反。卸荷状态下大理岩的破坏面更为粗糙,其内聚力较三轴压缩状态下的内聚力下降了36.4%,而内摩擦角增加了35.4%;在45MPa正应力范围内,卸荷应力状态下的抗剪强度低于常规三轴压缩状态下的抗剪强度,卸荷应力状态下更易导致岩石发生破坏。     

黏土中考虑土体卸荷效应的后注浆压密模型

为研究黏土中考虑土体卸荷条件下后注浆的压密效应,基于球孔扩张理论并通过土体弹性模量折减值来考虑不同卸荷程度的影响,建立考虑土体卸荷效应影响的压密注浆模型,计算不同卸荷程度下压密注浆极限注浆压力、浆体扩张率、塑性区扩张率、径向和环向应力以及径向位移沿径向的分布关系.结果表明:压密注浆极限注浆压力以及塑性区半径随浆体扩散半径增长的速率均随土体卸荷比的增大而非线性减小;同一注浆压力下,当卸荷比小于0.8时,土体卸荷程度不同对土体内部径向应力、环向应力以及径向位移沿径向分布不产生显著影响,当卸荷比大于0.8时,注浆体周围同一位置处的土体径向应力、环向应力以及径向位移显著高于卸荷比小于0.8时的情况;同一注浆量下,相同位置处的土体径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力和稳定径向应力对应的径向距离均随卸荷程度的增大而减小,但是土体径向位移分布不受卸荷程度改变的影响;同一卸荷比下,相同位置处的径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力、稳定径向应力以及稳定径向位移对应的径向距离均随注浆量的增大而增大;最小环向应力值不受卸荷程度和注浆量改变的影响.     

巴东组岩石加卸荷力学性质及卸荷本构模型

为揭示巴东组岩石在加卸荷条件下力学参数的劣化效应以及卸荷条件下的本构模型,开展巴东组第2段(b2)和第4段(b4)红层岩石的加卸荷试验,系统研究不同应力路径下不同岩石的力学性质.试验结果表明,轴向加载是岩石压缩条件下破坏的主要原因,而岩石在卸荷条件下破坏的主要原因是横向扩容.与b4岩石相比,同围压下b2岩石的强度更高,b2岩石随围压增大的延性特征以及低围压下岩石峰后多级破坏现象更明显.卸荷条件下,b2峰值强度对应的内聚力和内摩擦角分别是压缩条件下的96.8%和92.9%,b4分别为96.6%和60.7%.卸荷量可用来表征岩石在卸荷条件下变形参数的劣化性质,并适用于卸荷屈服段的本构关系研究;提出的能量降比参数能反映峰后应力跌落阶段特征,从而建立各个阶段的岩石卸荷损伤本构模型,通过试验验证其合理性.此外,基于能量降比参数提出了残余强度的计算公式.研究表明,建立的卸荷损伤本构模型曲线与试验曲线较为吻合,能反映卸荷条件下的岩石变形特征.     

软土地区基坑回弹变形预测方法研究

基坑开挖卸荷过程伴随着坑底土层的回弹,可能对基坑稳定性和既有工程桩造成显著影响。现有的基坑回弹量预测方法有残余应力法和自重应力抵消法等,在此基础上提出了一种预测基坑回弹变形的新方法。该方法考虑开挖卸荷过程中超固结比与静止侧压力系数的联动变化关系,推出卸荷后各土层的初始残余应力以修正偏大的卸荷应力,并将土层的有效自重应力作为残余应力,再结合残余应力法计算回弹模量。通过5个工程实例与现有计算方法进行对比分析,表明该方法的计算结果与实测结果较匹配,用超固结比能够反映卸荷应力的变化。     

卸荷板式挡土墙卸荷板底部的土压应力分析

卸荷板式挡土墙有自身的许多优越性,常用于工程设计中。本文采用极限平衡法和数值模拟对卸荷板底部的土压应力进行了分析,从理论上得出卸荷板底部的土压应力系数,对实际工程设计具有一定的参考价值。     

不同密度粉质粘土K0固结侧向卸荷三轴试验研究

针对侧向卸荷等特殊应力路径下应力应变关系对土体本构模型的影响，利用应力控制式三轴仪，对南京某工程粉质粘土的重塑样进行了K₀固结条件下侧向卸荷三轴固结排水剪试验，研究了侧向卸荷路径下干密度对粉质粘土应力应变及强度特性的影响规律，建立了一个土体因干密度变化引起内摩擦角变化的经验公式，提出了一个侧向卸荷条件下土体破坏时的侧向应变经验公式，并提出了据此公式估计基坑支挡结构的极限位移的方法。     

考虑应变强化的高压缩性黏土修正双曲线模型

研究了武汉地区高压缩性黏土弹塑性本构模型。基于Duncan E～v双曲线模型,对等压固结条件下CTC应力路径三轴实验数据进行了数据拟合,得到了该条件下的非线性应力应变关系,并将卸载-再加载试验曲线的平均斜率作为卸载模量,引入了加卸载函数作为判定加卸载的准则。将该模型嵌入有限元程序对三轴压缩试验进行数值模拟,并与Duncan模型数值解及试验曲线作对比。结果表明,该模型较Duncan模型能更好的体现正常固结黏土在CTC路径下的应力应变关系,特别是加载后期的应变强化效应,与试验曲线的最大相对误差不超过5％。     

加卸载响应比理论在隧道结构抗震稳定性评价中的应用

根据加卸载响应比可以定量刻划非线性系统偏离稳态程度这一特征,探讨了加卸载响应比理论在隧道结构抗震稳定性评价中的应用,确定了隧道地震响应比参数及响应区段;以隧道地震LURR值的发展形态和趋势为依据,将隧道周边位移的地震响应分为稳定变形、等速变形及加速变形3种稳定形态.     

土石坝有限元分析中土体卸载时计算方法分析

对糯扎渡心墙堆石坝进行了三维有限元计算,对比分析两种常用于邓肯E-B模型的加卸载准则以及回弹模量取值对土石坝应力变形的影响。结果表明:大坝施工过程中,基于加载函数的加卸载准则(简称准则1)判断的卸载回弹区域一直较大;准则1下数值计算所得的坝体位移较小,仅为采用基于应力水平s与偏应力(σ_1-σ_3)的加卸载准则(简称准则2)时计算位移的一半左右,加卸载准则的选取对坝体应力影响较小;监测数据表明糯扎渡大坝采用准则2时计算位移更为准确,在准则2下回弹模量取值对大坝应力变形的影响主要表现为满蓄期坝体水流向位移随回弹模量的增大而减小。     

损伤石灰岩单轴再加载力学特性及破坏机理

为研究卸荷损伤破坏围岩力学特性及破坏机理,选用RMT-150岩石力学试验系统进行三轴岩石加载-卸载过程,制备损伤岩石。结合AEwin声发射系统开展损伤石灰岩单轴再加载试验,测试应力-时间-能量累计值关系曲线,分析阐述岩石宏观破坏特征。结果表明:随着卸荷点的增加,损伤石灰岩破坏程度与破坏形式均发生较明显的变化。石灰岩破坏形式从脆性破坏向延性破坏转化,扩容现象越来越不明显;低于70%峰值强度卸荷点的损伤岩石单轴加载过程中声发射能量累计值增长规律趋于一致,可分为平稳阶段、稳定增长阶段、二次平稳3个阶段;岩石内部微裂纹分布方式对宏观破坏特征影响明显,岩石细观力学响应决定其宏观力学破坏特征。     

吉化炼油厂爬车系统技术改造设计

结合现有新型槽车进出油品装卸区的空间需求,对现有老旧爬车系统改造:对原有爬车车体、车轮结构、推臂结构进行了结构改进,解决了新型槽车空间受限的问题;对原有爬车运行控制,运用现代控制技术,重新进行了控制设计,保证了爬车运行的安全可靠性.     

Experimental research on unloading properties of clay under high stress

Mechanical properties of clay under high stress are quite different from those under low stress. It is necessary to investi-gate unloading properties of clay under high stress for the design and construction of deep underground engineering projects. A series of experiments were conducted to investigate the unloading properties of clay under high confining pressures by using a SKA-1 high pressure consolidation instrument designed by us. The stress versus strain relationship and the way that K0 values of clay change during the loading-unloading process were discovered. The results show that there are clear differences in the state of stress and deformation behavior of the clay along different unloading paths.     

砂土介质中土压力盒的力学响应特性

砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应。但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确的测试,基于细观分析方法研究了荷载作用下的砂土颗粒接触形成的力链网络,模拟了力传递过程,并分析了加卸载时的力-应变曲线和土压力盒力学响应与理想曲线的关系,验证了文章提出的砂土介质土压力盒力学响应数值模型。同时,基于建立的颗粒流数值模型研究加载模式、颗粒排列、颗粒间摩擦系数以及压力盒刚度等对压力盒测试的影响,其结果显示压力盒力学响应曲线具有明显的迟滞性和应变不可逆性,其监测值对上述因素很敏感。因此,研究力链结构及其演变规律为认识砂土介质的细观结构提供了科学的理论依据和新的研究手段,各因素对压力盒力学特性的影响研究对压力盒标定和获得更准确的土压力值具有重要的实践价值。     

Research on the energy evolution characteristics and the failure intensity of rocks

It is pretty challenging and difficult to quantitatively evaluate the intensity of dynamic disasters in deep mining engineering. Based on the uniaxial loading-unloading experiments for five types of rocks, this paper investigated the energy evolution characteristics, and identified the damage and crack propagation thresholds. Also, the fragment size distributions of the rocks after failure were analyzed. The energy release rate(G_e) and energy dissipation rate(G_d) were then proposed to describe the change of energies per unit volume and per unit strain. Results demonstrated that the more brittle rocks had the shorter stage of unstable crack growth and the lower induced damage at crack damage thresholds. The evolution characteristics of the strain energy rates can be easily identified by the crack propagation thresholds. The failure intensity index(FI_d), which equals to the values of G_e/G_d at the failure point, was further put forth.It can account for the brittleness of the rocks, the intensity of rock failure as well as the degree of rock fragmentation. It was revealed that a higher FI_d corresponded to a lower fractal dimension and stronger dynamic failure.     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。     

A new criterion of coal burst proneness based on the residual elastic energy index

To evaluate the coal burst proneness more precisely, a new energy criterion namely the residual elastic energy index was proposed. This study begins by performing the single-cyclic loading-unloading uniaxial compression tests with five pre-peak unloading stress levels to explore the energy storage characteristics of coal. Five types of coals from different mines were tested, and the instantaneous destruction process of the coal specimens under compression loading was recorded using a high speed camera. The results showed a linear relationship between the elastic strain energy density and input energy density, which confirms the linear energy storage law of coal. Based on this linear energy storage law, the peak elastic strain energy density of each coal specimen was obtained precisely. Subsequently, a new energy criterion of coal burst proneness was established, which was called the residual elastic energy index(defined as the difference between the peak elastic strain energy density and post peak failure energy density).Considering the destruction process and actual failure characteristics of coal specimens, the accuracy of evaluating coal burst proneness based on the residual elastic energy index was examined. The results indicated that the residual elastic energy index enables reliable and precise evaluations of the coal burst proneness.