基坑土体侧向卸荷变形特性的试验研究

利用GDS三轴仪对某深基坑周边主动区粉质黏土进行了平面应变条件下的k0固结侧向卸荷试验和常规三轴压缩试验,试验结果表明:两种应力路径试验的应力–应变关系曲线均呈双曲线型,均表现为非线性,且全部呈应变硬化曲线;卸荷破坏主应力差均小于加载破坏主应力差;卸荷试验得到的土体平均侧向应变、平均轴向应变均小于加荷试验。     

小应变范围内土体力学特性的试验研究

处于小应变范围(0．01％～0．3％)的土体在工程中广泛存在，所以对这一范围内土体特性刻画的准确与否将对数值计算结果产生较大的影响，到目前为止，对土体小应变特性的研究还不是十分深入，针对这一现状，采用由英国GDS公司进口的标准应力路径三轴测试系统对小应变范围内土体力学特性研究．得出一些有益的结论。     

K_0应力路径试验在上海地区工程勘察中的应用

上海地区在进行软粘性土的变形特性试验时,勘察过程中极少进行对原状土在不同应力路径下的变形及强度试验研究,这使得报告中提供的参数不能很好地和基坑开挖卸荷过程中土体地层的实际相吻合。本文以上海市徐家汇某深大基坑项目为例,在勘察阶段进行K_0应力路径三轴试验,试验内容为对选取的代表性土样进行加荷、卸荷及再加荷,并记录各阶段的应力应变及变形模量。对试验结果的分析表明,应力路径对软粘性土的影响较明显,K_0应力路径可以较为真实地反映土体在天然状态下进行基坑开挖过程中的变形特性。建议以后在对变形敏感的深大基坑工程中加强推广应用。     

固结压力对土体性质的影响

对上海软粘土进行的大量固结不排水试验中发现,在不同的围压下土体表现出来的力学性质是有差别的。我们将常规三轴试验和平面应变试验中得到的应力—应变关系曲线和应力路径曲线进行了归一化处理,结果发现土体的固结压力对土体的力学性质有很大的影响。     

砂岩单轴三轴压缩试验研究

研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性。在单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线，单轴应力一纵向应变曲线在峰值前可分为3个阶段，三轴应力一纵向应变全过程曲线可分为4个阶段。根据三轴轴向应力和围压绘制丁莫尔圆，采用回归分析得到了强度准则和强度参数C、Φ值，并且分析了含水量对岩石强度的影响，其实验结果能为工程提供参考与借鉴。     

冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程

为研究冲击载荷下三轴煤体的动力学特征,建立了三轴分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了轴向静载、围压和冲击载荷随机组合的动态冲击试验,研究了三轴煤体在冲击载荷下的动力学特性。实验结果表明:冲击载荷下三轴煤体动态应力应变曲线无压密阶段,轴向预静载有助于使煤体原生裂隙闭合,初始加载就表现出完整弹性体的特征;当应力达到峰值强度的60%～85%阶段时,应力应变曲线呈现"跃进"现象,可能与碳在晶体微破裂中的作用有关;当应力超过煤体动态强度,试样破坏,应力降低。冲击载荷下三轴煤体动态强度和破坏应变与平均应变率高度线性相关,应变率效应明显,应变率效应使得不同轴向静载、围压和冲击载荷因素对煤体动态强度和破坏应变的影响具有可比性。基于岩石力学强度理论和统计损伤理论,建立了冲击载荷下三轴煤体动态损伤本构模型,该模型综合考虑了轴向静载、围压和冲击载荷等因素,明确地反映了3种因素对煤体动力学特征的影响,轴向静载会劣化煤体,造成动态强度降低,围压和冲击载荷有助于提高煤体的动态强度,理论模型反映的特征与试验结果相吻合,并通过建立的本构模型和试验应力应变数据拟合了理论应力应变曲线,其与试验应力应变曲线基本重合,且应变率越高,一致性越好。     

荷载作用下软土地基流变特性分析

对软土地基流变特性进行分析的同时并对其本构模型进行了归纳,通过三轴试验对土体的流变特性进行了研究,其结果对工程具有一定的借鉴作用.     

基坑开挖过程中的土体体积变化试验

为了深入研究基坑开挖过程中周围土体的体积变化情况，采用英国GDS公司生产的STDTTS＋UNSAT（7 kN/1700 kPa）型号三轴测试系统针对基坑开挖过程中土体卸荷的应力路径进行试验研究，分析了不同初始有效应力、不同应力路径条件下土体卸荷体积变化规律，得出主动区、被动区土体随轴向应变增加经历相同的过程，但体积变化量存在显著差别;并进一步从土体内部结构的角度探讨了产生这一现象的原因，得出重塑土在制样过程中也产生结构性，在垂直向上呈现的似“环形”结构以及水平向表现为均匀分布，且随各向同性固结压力增加或单向卸荷而逐渐丧失.     

考虑残余应力的砂岩损伤理论模型

采用自行研制的重力恒载蠕变渗流实验系统开展了砂岩恒定围压下的循环加载试验,得到不同围压下砂岩的应力应变过程。考虑岩样加载过程中的非线性变形特性,假定了轴向应力是轴向应变和球形应力函数;利用热力学基本原理,分析岩样损伤演化过程中能量耗散及转化关系;将受载岩样应力分为有效弹性部分和损伤部分,弹性部分受载损伤演化,损伤部分最终演化为残余应力;基于损伤力学基本原理,理论推导建立了三轴压缩情况下考虑残余应力的砂岩损伤本构关系,并对理论模型进行实验验证。研究结果表明所建立的损伤本构模型能很好地反映岩石受载损伤全应力应变过程,也能反映出围压对岩石损伤能量耗散的影响规律,随着围压的增大,砂岩需要损伤演化消耗的机械能也越大。     

基于GDS的原状黄土试验研究

利用GDS三轴试验系统测定非饱和原状黄土初始基质吸力，并进行了k0固结试验。采用轴平移技术量测到土样基质吸力，记录了量测的全过程。k0固结试验中，加载采用恒荷重速率法(简称CRL法)，分析得到轴向应力随侧向应力的变化规律，和侧向应力稳定后应变随时间的增长规律，以及静止侧压力系数的变化过程。     

不同加载路径条件下软弱夹层泥岩力学响应及变形规律

原生岩体的整体强度由力学性质最弱的岩层决定。为了研究构造区域软弱夹层泥岩的力学特性及变形规律,设计了4种应力路径下的三轴压缩试验,分析了应力路径和围压对软弱夹层泥岩力学特性及变形规律的影响,提出了应力路径和围压作用下软弱夹层泥岩力学特性及变形规律表征参量。研究结果表明:(1)软弱夹层泥岩随着围压的增加呈塑性流动、应变强化的特性;(2)卸压极限承载强度可以表征不同应力路径下卸载过程中的岩石承载能力;(3)当卸载过程中轴向应力和径向应力均减小时,软弱夹层泥岩的径向应变最大、承载能力最弱;(4)卸载过程中,软弱夹层泥岩的变形特征符合恶化规律,且弹性模量和泊松比的恶化程度可以分别用一次、二次方程表征。     

不同加载路径条件下软弱夹层泥岩力学响应及变形规律

原生岩体的整体强度由力学性质最弱的岩层决定.为了研究构造区域软弱夹层泥岩的力学特性及变形规律,设计了4种应力路径下的三轴压缩试验,分析了应力路径和围压对软弱夹层泥岩力学特性及变形规律的影响,提出了应力路径和围压作用下软弱夹层泥岩力学特性及变形规律表征参量.研究结果表明:① 软弱夹层泥岩随着围压的增加呈塑性流动、应变强化的特性;② 卸压极限承载强度可以表征不同应力路径下卸载过程中的岩石承载能力;③ 当卸载过程中轴向应力和径向应力均减小时,软弱夹层泥岩的径向应变最大、承载能力最弱;④ 卸载过程中,软弱夹层泥岩的变形特征符合恶化规律,且弹性模量和泊松比的恶化程度可以分别用一次、二次方程表征.     

卸轴压起始载荷水平对含瓦斯煤样力学特性的影响

以肥煤制作的型煤试件为研究对象,对其在一定围压和瓦斯压力下的三轴压缩力学特性、不同起始应力点卸轴压时的力学特性进行了试验研究。结果表明：三轴压缩试验型煤试件的变形特点、变形阶段分布与原煤非常相似,而尤以压密阶段和线弹性阶段为最;卸轴压过程中,煤样的变形特性呈非线性特点;随着起始应力点的升高,煤样变形的非线性呈增加趋势,卸轴压过程中的平均弹性模量呈下降趋势,瓦斯压力对煤样变形的影响呈增加趋势;在一定围压和瓦斯压力作用下,煤样卸轴压过程中轴向应力-轴向应变关系可用指数关系表示。     

饱和软土K_0固结下三轴固结不排水剪试验分析

为了分析K_0固结与有效自重压力等压预固结饱和软土三轴固结不排水剪强度指标的不同,选用南京长江漫滩饱和软土,采用应力—应变式三轴仪进行了K_0固结和有效自重压力等压预固结下三轴固结不排水剪试验。试验表明K_0固结(cu)试验应力—应变关系没有峰值出现,主应力差(σ_1-σ_3)随着侧向固结应力(σc)的增加而缓慢增加;与有效自重压力等压预固结不排水总应力强度指标相比,K_0固结下粘聚力(c)值小而内摩擦角(φ)值大;现场原位十字板试验结果与K_0固结下三轴固结不排水剪指标相符。     

含瓦斯煤的力学特性及渗流规律试验研究

采动裂隙场瓦斯流动是实现深部煤与瓦斯共采的基础。采用WYS-800微机控制电液伺服三轴瓦斯渗流试验装置,对平朔井工一矿14106工作面煤层进行了含瓦斯煤的力学特性和瓦斯渗流试验。结果表明:常规三轴不同瓦斯压力条件下,全应力-应变曲线分为4个阶段:初始压密阶段、线性弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段。煤样的渗透率随轴向应变先减小后增大,最后趋于稳定;煤样的偏应力-应变和渗透率-应变曲线呈现相反的趋势,而且常规三轴压缩煤样破坏后渗透率增加量比较少。常规三轴不同围压条件下应力-应变曲线也主要表现为4个阶段。随围压值增大,三轴抗压强度呈线性增加趋势;在相同轴向载荷作用下,煤样所受围压越大,渗透率就越小。从不同围压条件下轴向应力-轴向应变和渗透率-轴向应变曲线可以看出,渗透率随着轴向应变的增大先降低后升高,煤样的峰值强度随着围压升高而增大。     

综放采动应力路径下单裂隙砂岩力学特性试验研究

综放开采会形成有别于常规三轴压缩的应力路径,为研究综放采动状态下顶板岩体的力学特性,针对特定长度和角度的单裂隙砂岩,进行恒定卸围压同时变速率加轴压的加卸载三轴试验,以模拟综放开采过程中的应力路径,分析单裂隙砂岩的破坏形式,并用超声波实时测试,探究超声波特性和应力应变的关系以及裂纹演化规律.试验结果表明:①常规三轴应力路...     

不同应力路径下脆性岩石的加卸载响应比研究

加卸载响应比（LURR）理论是研究非线性力学系统稳定性的一种代表性方法。通过3种应力路径研究了冬瓜山典型脆性岩石包括砂岩、大理岩和蛇纹岩的LURR特征。以轴向应力为系统输入参数,单轴压缩轴向加卸载条件下,随着荷载增加,轴向应变的LURR值开始保持稳定,接近峰值时出现突增-回落现象,环向应变的LURR值在荷载中期出现反常突增情况。三轴压缩条件下保持围压恒定,轴向加卸载的轴向应变和环向应变的LURR值存在与单轴压缩类似的特征。研究了轴压不变围压加卸载的简单加卸载定义,轴向应变和环向应变的LURR值在逐级加卸载围压过程中保持稳定,然后在接近破坏时呈现较大幅度的增长。最后分析了不同应力路径下岩石的破坏特征。     

钢纤维混凝土动态特性三轴试验研究

针对目前钢纤维混凝土试验研究大多局限于静态或动态单轴应力状态的情况,开展了钢纤维混凝土三轴动态特性试验研究,根据得到的试验数据,分析了三轴状态下纤维混凝土的应力-应变关系曲线特点,讨论了纤维体积率、侧向围压等对钢纤维混凝土动态极限抗压强度、变形特性的影响,得出了钢纤维体积率1%~2%时增强效果最好等重要结论。     

含瓦斯煤岩卸围压力学特性及能量耗散分析

利用自主研制的含瓦斯煤岩热流固耦合三轴伺服渗流装置对含瓦斯煤岩进行了三轴卸围压试验,基于实验结果,研究了含瓦斯煤岩卸围压失稳破坏过程中的力学特性及其能量耗散规律。结果表明：在初始瓦斯压力和围压相同的情况下,卸围压速率增大加快了含瓦斯煤岩失稳破坏的进程,定义的卸围压效应系数反映了三轴卸围压实验中卸围压速率对含瓦斯煤岩失稳破坏难易程度,且卸围压效应系数与卸围压速率之间存在幂函数的关系;在瓦斯压力和应力差相同的情况下,不同卸围压速率下含瓦斯煤岩的轴向应变、侧向应变和体积应变的变化规律具有较好的一致性,卸围压速率越大,含瓦斯煤岩的轴向应变、侧向应变和体积应变越小;卸围压过程中能量耗散与卸围压速率有关,且含瓦斯煤岩的能量耗散随着卸围压速率的增大而减小。     

反复干湿循环对尾矿的力学特性影响研究

为研究尾矿的物理力学性质对尾矿坝的稳定性影响,以湖南省某铅锌矿作为研究对象,通过非饱和室内三轴剪切试验测试试样,经过多次吸湿—脱湿路径后的物理力学特性,研究干湿循环作用对尾矿的强度特性影响。试验结果表明:偏应力峰值随干湿循环次数的增加而减小,并于三次后基本趋于稳定;随干湿循环次数的增加,试样刚度软化现象加剧,应力-应变曲线由强化型转为平稳型;在经历多次干湿循环后试样土体会发生不可逆转的变化。