原料组份对土质相似材料力学特性影响的试验研究

研制适合的相似材料对地质力学模型试验的顺利开展具有重要意义。通过直剪试验、无侧限抗压强度试验和室内三轴试验获得了一种软质土类材料的基本物理力学性质,借助扫描电镜对其微观形貌特征进行了分析,研究了原料组份对该材料强度特性、受力过程及破坏特征的影响规律。结果表明:原料组份变化对相似材料的物理力学参数及力学特性影响显著,洗衣液在软质土类相似材料中的应用效果较好,能够对材料的力学特性进行稳定调节,石膏、重晶石粉和膨润土均为调节材料密度的重要控制变量;洗衣液和水对材料力学参数及应力-应变曲线特征的影响最大,膨润土在材料表观特征、受力过程、破坏特征方面影响较为明显。试验结果为进一步研究地质力学模型试验中土质相似材料的力学特性和制备工作提供了参考。     

地质力学物理模型试验研究及变温相似材料的应用

本文比较系统地阐述了地质力学物理模型试验的实际现状、现实意义和常用的试验方法,在分析了常用试验方法缺陷的基础上说明了变温相似材料的由来并对其作了较为详尽的介绍.最后针对目前地质力学物理模型试验的现状指出了该领域还应解决的一些问题和今后的一些发展方向.     

某加筋土边坡离心模型试验相似材料研究

离心模型试验的准确性与可靠性取决于模型与原型的相似程度,选择合理的相似材料是离心模型试验的关键环节。以广州某垃圾填埋场挡坝加筋边坡的工程设计为背景,为合理开展离心模型试验,选取6种编织布进行分析。考虑强度相似原则和界面摩擦因素,基于窄条拉伸试验、直剪摩擦试验合理比选相似替代材料。按该边坡设计方案,模型边坡在离心场中能够保持稳定。边坡设计中应进一步参照数值分析和工程类比进行方案确定。如按强度相似进行材料选择,通过调整模型土层厚度,所选择的6种材料可对抗拉强度在13~360 kN/m的土工布进行模拟。     

深卸荷成因机理物理模拟试验相似材料研究

某工程边坡深卸荷形成机理的物理模拟试验要求模型材料的重度与原型一致,强度是原型的0.002倍。该材料具有相对较高重度、低强度的特征。如何研制和试配出该特性的相似材料是物理模拟试验成败的关键环节。从材料选择、模具设计、试样制作、配合比试验等方面系统开展了模型相似材料的试验研究,最终获得满足试验要求的材料组成、配比及工艺。该材料由铁粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶液按规定配比均匀拌合击实而成。材料物理力学参数可调整的范围较大,对于类似研究可通过调整组成材料的含量而达到相应的目标参数。因此,研究不仅为该物理模拟试验提供了技术保证,而且可对类似研究提供借鉴和参考。     

基于正交设计的岩石相似材料配比试验研究

为研究岩石类材料的力学性质,以实验室物理模拟试验为背景,选用石英砂、重晶石粉、石膏等为原料,基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨料／胶结剂、水膏比、重晶石／骨料为3个控制因素,开展单轴压缩试验,获得不同配比相似材料力学指标。实验结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,能满足不同配比模拟试验对其的要求;材料抗压强度和弹性模量主要受水膏比影响;重晶石粉与骨料的比例对材料抗压强度影响较小,对弹性模量无明显控制作用。研究成果可为类似模型试验岩石类相似材料的配比选取提供参考。     

分区破裂相似材料分层观测试验研究

以沙土作为相似材料,观测了圆桶模型内部裂纹的分布规律及沿轴向的变化规律。研究表明:在若干沙土层间预制界面,然后将各层沙土依次从铁桶中压出的实验方法可以更深入地观测硐室围岩裂纹沿轴向的变化规律。巴西圆盘模型不能解释分区破裂现象,而用空间共轭剪切带解释则更加合理。支护对分区破裂有一定的影响。     

砂土内微生物诱导碳酸钙结晶的检测方法研究

为了寻找砂土中微生物诱导碳酸钙结晶(MICP)过程的无损检测方法,采用3种粒径的砂子和两种浓度的胶结溶液进行了砂土的胶结试验,检测了砂土流出液的流量、p H值、尿素浓度和Ca2+浓度等化学指标变化情况,并对碳酸钙晶体的生成数量和分布进行了分析。试验结果显示:砂土流出液的流量和Ca2+浓度能够预测MICP过程中碳酸钙晶体的生成数量,p H值和尿素浓度能够预测MICP过程中尿素的水解程度;砂土中碳酸钙晶体的生成数量与注入的Ca2+总量呈现线性增长的关系,其线性系数可以通过砂土的粒径和胶结溶液的浓度表示,胶结后砂柱的碳酸钙分布并不均匀,小粒径的砂柱上部碳酸钙含量较高,而大粒径的砂柱下部碳酸钙含量较高。     

河谷下切物理模拟试验相似材料配比研究

为研究西藏某水电站右岸边坡异常卸荷机理,采用物理模拟试验模拟河谷下切岸坡的形成过程。物理模拟试验要求相似材料抗压强度为原型的0. 002 5倍,而容重与原型一致,使该相似材料具有低强度、高容重的特点,正确配制出符合该要求的相似材料对物理模拟试验至关重要。通过正交试验,获得了基本满足试验物理力学参数的配比,分析得到不同因素对相似材料物理力学性能的影响规律,基于MATLAB,对正交试验数据进行多元回归分析,并建立回归方程,对相似材料配比做出合理优化。     

内置单裂隙相似材料岩样破坏特性及电阻率变化特性试验研究

文章利用四极法进行了含不同倾角内置三维裂隙岩样单轴加载破坏过程中的电阻率变化测试,试验表明:预制内部三维裂隙对峰值强度和弹性模量均有劣化作用,α=0°和90°试件表现为拉伸破坏,0°α90°时,试件整体上属于拉剪破坏;此外,内置裂隙岩样的单轴峰值强度和弹性模量对裂隙倾角非常敏感,0°倾角岩样峰值强度最低,90°倾角岩样峰值强度仅次于完整试件峰值强度。轴向峰值应变受裂隙倾角的影响较大,完整岩样峰值应变较小,α=45°时轴向峰值应变最大。结合电阻率-应力-应变关系,可以看出电阻率变化与裂隙岩石破坏过程密切相关,由此对单轴压缩下裂隙岩石破坏的基本特征有了新的认识,为今后的研究提供了新的思路。     

遗传算法在相似材料配比试验设计中的应用研究

为探究相似材料配比优化问题,选取水膏比(水与石膏质量之比)为变量因素,基于Matlab环境进行遗传算法的相似材料配比优化研究。设计以1/15拉压比为主要参照目标,通过力学性质试验获取不同水膏比的相似材料单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和内聚力6项力学特性参数,对其进行回归拟合,并构建遗传算法的相似材料配比优化模型。经对输出结果的二次试验检验可得到较好的配比优化效果,研究结果可为相似材料配比优化方法提供一定的理论依据。     

类砂岩相似材料配合比方案试验研究

以白垩系中粒砂岩为模拟对象,采用细砂、高强水泥、细石膏、铁粉、蒸馏水为基础原料配制类砂岩相似材料。根据正交设计试验方法,确定以水灰比、骨料与水泥质量比、铁粉掺入量为控制因素的3因素3水平正交设计方案,利用极差敏感分析法分析以上因素对饱和密度、声波波速、导热系数、单轴抗压强度的影响。试验结果表明:骨料与水泥质量比对饱和密度、声波波速和单轴抗压强度起主导作用,且随着骨料与水泥质量比的增大,饱和密度及声波波速均显著降低;铁粉掺入量对导热系数起主导作用,掺入量增大,导热系数增加明显。通过多元线性回归分析,推算得到类砂岩材料的最优质量配合比方案,即水灰比0.53,骨料与水泥质量比0.45,掺入物质量分数4.2%,根据该配合比制作的类砂岩材料与白垩系砂岩各项参数值非常接近。     

地质力学模型试验中变温相似材料的应用与温度影响行为分析

模型材料的研究是地质力学模型试验中的关键问题。结合溪洛渡水电站高拱坝坝肩稳定三维地质力学模型,运用强度储备与超载相结合的综合法试验,研究了变温相似材料在地质力学模型试验中的应用。考虑到试验降强过程中产生的温度附加效应,运用有限元数值分析方法进行了温度影响行为分析。结果显示:一定温度范围内,在地质力学模型试验中采用变温相似材料,实现了材料的强度降低,伴随降强过程产生的温度附加效应属于正常试验误差范围,试验结果可靠;试验获得了溪洛渡水电站坝肩综合稳定安全度及坝肩破坏形态,并提出了工程处理措施建议。     

基于正交试验的固液耦合相似材料研究

为了研究矿井突水演化规律,通过正交试验研制出一种能同时满足固体力学与水理性的固液耦合相似材料,该相似材料以河沙为骨料、水泥和大白粉为胶结剂、液体石蜡和淀粉为调节剂。采用极差分析法和方差分析法,研究了河沙粒径、水泥含量、大白粉含量、液体石蜡含量及淀粉含量5个因素对相似材料性质的影响规律。结果表明:两种方法得到的结果基本一致;河沙粒径对相似材料密度及渗透系数起主要控制作用,对吸水率和软化系数影响较小;水泥含量对相似材料强度起主要控制作用,对软化系数也有较大影响;液体石蜡对相似材料吸水率的影响大于其他因素,对强度影响极不显著。并通过相似模拟试验对该相似材料的可靠性进行了验证,模拟效果良好,揭示了采动过程中导水裂隙发育规律。     

岩质相似材料配比的正交试验研究

为研究模型试验中岩质相似材料的选择和配比问题,基于正交试验设计方法,选取重晶石粉、石英砂、细砂为骨料,石膏和水泥为黏结剂,设置(重晶石粉+细砂)/骨料、细砂/(重晶石粉+细砂)、(石膏+水泥)/固体、水泥/(石膏+水泥)质量比4个控制因素,每个因素4个水平,共计16组试验方案。通过室内试验,得到不同相似配比下相似材料的密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等力学参数指标。试验结果表明:相似材料和岩质材料的全应力-应变曲线以及单轴压缩试验的典型破坏形态基本吻合;相似材料密度分布较均匀,抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角分布广泛,达到了模型试验中对岩质相似材料的要求。采用极差分析法和方差分析法对影响材料性质的不同因素进行分析得出,影响密度、抗压强度、弹性模量、黏聚力的主控因素均为黏结剂中水泥的含量,内摩擦角主要受重晶石粉和细砂在骨料中所占比例的控制。研究结果可为后续地质力学模型中岩质相似材料的选取提供一定的理论依据和实践操作经验。     

底缝对高拱坝地震反应影响的研究

作为减少坝踵部位拉应力的一个工程措施，在拱坝上游底部设置人工底缝已有４０年的历史，然而，强震时底缝对高拱坝抗震性能的地震反应影响的机理和程度，为人们所关注。本文首先通过大型地震模拟振动台的大比尺动力模型试验，比较验证基于显式有限元结合人工透射边界的波动模拟方法与动接触力理论相结合开发的大坝非线性波动分析方法和程序；继而采用经试验验证程序，研究小湾高拱模拟底缝的地震反应。结果表明：底缝影响是局部的，     

利用多种相似材料模拟分区破裂现象的试验研究

为了解分区破裂现象发生时内部裂纹的分布和沿巷道轴向的变化规律,以及这一现象容易在什么样的(岩石)材料中发生,利用4种不同的材料制作了模型,观测了钢桶模型内部裂纹的分布规律及沿轴向的变化规律。研究发现三个试验中出现了螺旋线,一个出现了"梯田"形的变形破坏特征。     

巫峡岩溶岸坡结构面相似材料试验研究——以箭穿洞危岩体为例

我国西南岩溶山区是世界上最大的连片裸露岩溶地区,地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,巫峡地区的岩溶岸坡发育尤为突出。由于三峡库区蓄水及库水位波动,部分岩溶岸坡(如箭穿洞)发生了不同程度的变形与失稳,极大地影响了水库的安全运行。为了确定巫峡岩溶岸坡箭穿洞地质力学模型试验结构面相似材料的最佳配比,以重晶石粉、石英砂、石膏和水为原料配置结构面相似材料,基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨胶比(骨料/胶结剂)、水膏比(水/石膏)、重骨比(重晶石/骨料)为三个控制因素,开展三轴压缩试验,获得不同配比相似材料的力学指标。通过采用模糊综合评判法获得最佳相似材料配比并开展岩体结构面黏结材料相似性模拟试验,同时,在不同正交设计水平条件下各控制因素对不同物理力学参数进行敏感性分析。研究结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,劣化效应明显,能够满足地质力学模型试验结构面相似材料的基本特征要求;相似材料的密度和内摩擦角主要受骨胶比控制,黏聚力主要受水膏比控制。此研究成果可为后续地质力学模型试验的顺利进行提供一定的理论依据和实践经验,为三峡库区防灾减灾与预警评估提供基础理论支撑,从而提升我国岩溶山区地质灾害防灾减灾的能力。     

复合激发下石膏对碱渣-粉煤灰浆液性能的影响

为有效治理碱渣和粉煤灰,利用两者制备新型注浆材料。通过室内试验,分析研究了由硅酸钠和石膏组成的复合激发剂当中,石膏掺量对注浆材料凝结时间、流动度、无侧限抗压强度和结石体抗冻融性的影响,并辅以SEM和XRD手段,对影响规律做出解释。结果表明:随着石膏所占比例增大,注浆材料性能整体趋势为凝结时间缩短、流动度降低、抗压强度上升,但石膏所占比例在10%之前,凝结时间和抗压强度呈相反变化趋势;石膏掺量越大,结石体冻融循环强度损失值也越大,且前5次冻融使强度下降最显著,之后下降趋势趋于平稳;掺入石膏后体系中有钙矾石生成。研究成果可为碱渣-粉煤灰注浆材料的改良与应用提供参考。