橡胶砂泊松比试验研究

应用三轴试验方法,研究10种不同配比橡胶砂在4种围压下的泊松比变化规律,结果表明:(1)较低橡胶含量的橡胶砂泊松比变化规律与纯砂类似,由于剪胀效应的存在,泊松比出现大于0.5的情况,中等橡胶含量橡胶砂的泊松比随轴向应变或应力水平的增加而呈单调增加趋势,较高橡胶含量橡胶砂的泊松比呈先减小后增加的趋势;(2)橡胶砂初始泊松比随橡胶含量呈V型变化,先减小后增加,临界橡胶含量在35%~40%范围;(3)在破坏阶段橡胶砂泊松比趋于0.5;(4)围压对橡胶砂泊松比变化规律影响甚小。橡胶砂泊松比上述变化规律的主要力学机制是由于不同组分特征的橡胶颗粒与砂颗粒在混合物中形成不同的受力骨架。最后,提出橡胶砂泊松比随应力水平变化的经验估计式,与试验结果的对比证明其能反映橡胶砂泊松比的主要变化规律。     

橡胶–砂颗粒混合物强度特性及微观机制试验研究

为揭示橡胶–砂颗粒混合物强度特性变化规律和微观结构特征,通过室内直剪试验、无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,研究橡胶掺量、竖向应力和养护龄期等对颗粒混合物抗剪强度、内摩擦角、应力–应变关系和抗压强度的影响,同时定性评价颗粒混合物微观结构的变化,探讨橡胶–砂颗粒混合物相互作用的微观机制。结果表明:橡胶–砂颗粒混合物密度随橡胶掺量增加而线性减小;橡胶颗粒的添加会降低颗粒混合物的抗剪强度和抗压强度,内摩擦角与橡胶掺量呈线性减小关系;橡胶–砂颗粒混合物的应力–应变特征随橡胶掺量增加表现出由"脆性"向"韧性"转变的趋势;低橡胶掺量的颗粒混合物受荷介质主要是砂颗粒组成的受力链,橡胶颗粒可有效阻止砂颗粒的滑移和倾覆,高橡胶掺量的颗粒混合物主要依靠橡胶颗粒的大变形承担荷载。     

考虑围压效应和塑性演化机制的中密砂力学模型

为了实现对中密砂工程受荷变形的准确预测,基于岩土材料宏观弹塑性理论框架和三轴试验结果,分析中密砂变形、强度的影响因素和特征,建立适应的屈服准则、硬化法则和流动法则。研究结果表明:(1)中密砂的三轴力学特征对围压较为敏感,随围压增大,应力–应变曲线形态逐渐变化,线性段斜率和峰值强度增大,软化段减弱并消失,体积应变–轴向应变曲线线性段斜率基本无变化,体积剪胀程度减小,高围压试验结束时体积应变相对初始加载时仍处于剪缩状态;(2)考虑中密砂的围压效应和剪切破坏,采用第三主应力和等效塑性剪应变增量表达塑性内变量,峰值点处塑性内变量大于0.5,相对岩石更为滞后;(3)弹性模量随围压呈指数型函数规律增大,泊松比近似为常数;(4)塑性变形过程中最大主应力和最小主应力近似符合线性规律,内摩擦角近似线性增大,黏聚力先增大后减小并符合指数类函数特征;(5)剪胀角在低围压下随塑性变形逐渐减小,高围压下先增大后减小,高围压下剪胀角低于低围压;(6)数值曲线与试验数据吻合度高,可表达中密砂围压效应和塑性演化机制,适用于对应力状态敏感的中密砂的精确计算。     

三轴压缩下云母片岩强度和变形特性试验研究

为了研究云母片岩在三向应力状态下的强度特征和变形特性,利用MTS815.03电液伺服试验机,进行了云母片岩的三轴压缩试验。通过试验所得的不同围压、不同含水状态下云母片岩的应力—应变全过程曲线,揭示了干燥与饱水云母片岩的峰值强度、弹性模量、泊松比及软化系数随围压的变化规律,最后分析了云母片岩的破坏形式。结果表明,随围压升高,云母片岩的峰值强度、弹性模量及泊松比均逐渐增加,其软化系数随围压增加呈先升后降的趋势;饱水后的云母片岩其峰值强度、弹性模量明显低于干燥状态,而泊松比则高于干燥状态;另外,三轴压缩条件下的云母片岩大都发生剪切滑移破坏。     

动荷载下沙漠砂混凝土破坏过程数值模拟北大核心

动荷载作用下沙漠砂混凝土力学特性非常复杂,编写了沙漠砂混凝土二维粗骨料随机分布程序,对沙漠砂混凝土力学特性和破坏形态进行模拟,分析粗骨料粒径大小和体积含量对沙漠砂混凝土动态力学性能影响。数值模拟表明:随着粗骨料颗粒最小粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小;粗骨料颗粒最大粒径小于20 mm时,随着粗骨料颗粒最大粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈逐渐增大趋势,粗骨料颗粒最大粒径大于20 mm时,随着粗骨料颗粒最大粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈逐渐减小趋势;随着沙漠砂混凝土粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势。     

动荷载下沙漠砂混凝土破坏过程数值模拟

动荷载作用下沙漠砂混凝土力学特性非常复杂,编写了沙漠砂混凝土二维粗骨料随机分布程序,对沙漠砂混凝土力学特性和破坏形态进行模拟,分析粗骨料粒径大小和体积含量对沙漠砂混凝土动态力学性能影响。数值模拟表明:随着粗骨料颗粒最小粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小;粗骨料颗粒最大粒径小于20 mm时,随着粗骨料颗粒最大粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈逐渐增大趋势,粗骨料颗粒最大粒径大于20 mm时,随着粗骨料颗粒最大粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈逐渐减小趋势;随着沙漠砂混凝土粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势。     

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。     

热–力作用下层状砂岩各向异性三轴压缩试验研究

利用MTS815型程控伺服刚性试验机对层状砂岩开展高温常规三轴压缩试验,基于试验结果分析试样的变形参数、强度特征和破坏模式随着温度(20℃～150℃)和层理角度(0°～90°)的变化规律,探讨层状砂岩各向异性的温度效应。结果表明:(1)随着角度的增大,岩样弹性模量呈现减小的趋势;泊松比、起裂应力、扩容应力和峰值应力呈现先减小后增大的趋势;(2)随着温度的升高,弹性模量呈现先增大后减小的趋势,泊松比呈现先减小后增大的趋势;温度20℃～120℃,起裂应力、扩容应力和峰值应力整体呈现弱增长的趋势,温度超过120℃后大幅度减小,温度120℃～150℃范围存在一个临界温度值,使得砂岩力学性质发生突变;(3)层状砂岩的各向异性程度属于低级各向异性,温度20℃～120℃,砂岩的各向异性度随温度变化不大,温度120℃～150℃,随着温度的升高,砂岩的各向异性度有所提高;(4)层状砂岩的破坏模式受到温度和角度的共同影响。岩样破坏随温度的升高由剪切破坏向张拉破坏过渡;角度30°时,岩样主要发生沿着层理面的剪切破坏,而且角度30°时岩样的强度最低,表明角度30°是该砂岩力学特性、强度特征和破裂模式最不利角度。     

废轮胎颗粒-砂混合物双轴压缩力学特性细观机理研究

轮胎颗粒-砂混合物(简称橡胶砂)是一种典型的二元散体混合材料,关于其细观变形机制的研究还很少。基于颗粒流理论和PFC^2D程序,建立橡胶砂的双轴压缩试验数值模型。通过与室内橡胶砂三轴CD剪切试验的对照,标定橡胶颗粒和砂颗粒细观参数。以砂的体积百分比为配比参数,分析不同配比橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线,基于对混合物试样颗粒旋转、力链结构和能量耗散规律的讨论,研究橡胶砂的细观变形机理。结果表明:1)橡胶砂的细观变形机制可归结为具有良好变形能力的橡胶颗粒对砂颗粒的粒间相对错动、翻滚等位移的延缓和抑制作用;2)当橡胶颗粒体积含量在30%~40%之间时,橡胶砂的强力链随着应变的增大而持续增大,其受荷-变形能力关系最为稳定,是橡胶砂的最佳配比。同时,本文对橡胶砂力学特性的参数敏感性研究表明,砂细观泊松比、细观剪切模量、颗粒摩擦系数对橡胶砂应力-应变特性的影响程度大小依次增大,但随着橡胶颗粒含量的增加,三个参数的影响程度均降低。     

饱和橡胶颗粒砂混合料的动力学特性

将废旧轮胎加工粉碎后与砂混合制成橡胶颗粒-砂混合料,并对其进行了循环三轴试验研究.结果 表明:随着橡胶掺量(wR)的增大,橡胶颗粒-砂混合料破坏振次(Nf)呈先减小后增大的趋势,在循环应力比不同的条件下,Nf达到最小值所需的橡胶掺量有所差异;随着橡胶掺量的增大,橡胶颗粒-砂混合料双幅剪应变幅值与循环振次比的关系曲线由突变增长型慢慢过渡到线性增长型;当wR=O％～20％时,橡胶颗粒-砂混合料的动力学特性与纯砂相似;当wR=30％～50％时,随着橡胶掺量的增大,橡胶颗粒-砂混合料的动力学特性由砂土向橡胶颗粒逐步转变;当橡胶掺量超过70％时,橡胶颗粒-砂混合料的动力学特性与纯橡胶颗粒一致.     

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。     

大应变下干燥橡胶砂动力特性试验研究

橡胶颗粒–砂混合物(橡胶砂)作为一种廉价耗能材料应用广泛,但关于其在大应变幅值范围内的模量和阻尼比特性的研究较少。本文应用循环单剪试验,对7种配比的干燥橡胶砂在4种固结压力下的动剪模量和阻尼比特性进行研究,得到其在10-3~10-1应变幅值范围的变化规律。结果表明,橡胶砂在大应变下:(1)动剪模量相对于纯砂动剪模量衰减,衰减系数随着橡胶含量的增大而降低,随着动应变幅值的增大而减小。(2)阻尼比相对于纯砂阻尼比呈增大趋势,增大系数随着橡胶含量的增大而增大,随着应变幅值的增大而减小。(3)固结压力对橡胶砂相对于纯砂动剪模量衰减系数影响较小,但对阻尼比增大系数影响较明显,表现为固结压力越高,阻尼比增大越多,随着动剪应变幅值增大,固结压力对阻尼比影响减小。(4)循环次数对橡胶砂动剪模量和阻尼比影响明显,随着橡胶含量的增加,此影响减小。     

地下洞室连续围岩岩爆定量预测模型

根据能量平衡理论,推导了岩爆能量公式,定量分析了地下洞室连续围岩岩爆区位置、面积及碎块弹射速度的影响因素。研究结果表明,围岩水平应力与竖向应力比值小于1,岩爆区面积和碎块平均弹射速度随侧压力系数增大而减小,否则反之。岩爆区面积随岩体峰值荷载前后模量比率系数、岩石颗粒直径、裂隙密度和岩石断裂韧度增大而减小,随泊松比增大而增大。碎块平均弹射速度随颗粒直径、泊松比和岩体峰值荷载前后模量比率系数的增大而减小,随岩石断裂韧度的增大而增大,随裂纹密度的增加先增加后减小最终趋于稳定值。     

双掺氯乙烯-乙烯-乙烯醚乳液与橡胶颗粒改性水泥砂浆的性能研究

采用双掺氯乙烯-乙烯-乙烯醚乳液（PTB乳液）与橡胶颗粒对水泥砂浆进行改性，通过正交试验研究了不同聚灰比、水灰比及减水剂、橡胶颗粒掺量对水泥砂浆抗折强度、抗压强度、折压比、黏结强度和抗渗性的影响。结果表明：抗折强度与抗压强度随聚灰比、水灰比及减水剂、橡胶颗粒掺量变化而变化的规律较为一致，而折压比随着橡胶颗粒的增加而增加，但随着聚灰比、水灰比及减水剂掺量的增加而先增加后减小；黏结强度随聚灰比及水灰比的增加而降低，随减水剂的增加而增加，而随橡胶颗粒含量的变化无明显变化规律；橡胶颗粒的掺入，使砂浆抗渗性明显降低，而少量的PTB乳液即可明显改善其抗渗性。     

复杂动载作用下钢纤维混凝土材料参数特征分析

采用常三轴动力试验仪对不同钢纤维含量、不同围压、应变速率为10-3/s作用下混凝土的主要参数进行试验与分析,结果表明:①随着围压的增大,各种不同钢纤维含量的混凝土峰值应力显著提高;②同一种围压条件下,基体强度等级愈高峰值应力的增加幅度也愈高,峰值应力随钢纤维含量的变化不大;③围压对峰值应变的影响较大,随围压的增大,峰值应变明显增大;在有围压的条件下峰值应变随钢纤维含量的增加而提高得不多;④钢纤维含量对割线模量有一定的影响,对基体强度较低的混凝土的影响要比强度等级高的混凝土显著;围压对钢纤维混凝土割线模量也有一定影响,随围压的增加,钢纤维混凝土的割线模量表现为先增加后减小,但增加和减小的程度都不大;围压的变化对基体强度较高的混凝土割线模量影响不大,对基体强度较低的混凝土基本呈下降趋势;⑤混凝土的泊松比离散性较大,钢纤维含量和围压对泊松比的影响不是很大,主要集中在0.11～0.20之间;⑥在三轴动荷载的情况下,钢纤维的掺入对混凝土的压缩韧度指数ηc5基本上没有影响;但韧度指数ηc10随钢纤维含量的增加有显著提高,变形不大时作用不明显,当变形较大时,钢纤维提高韧性的作用得以充分体现;钢纤维的增韧效果在基体强度较低的...     

高应力剪切条件下粗砂与混凝土结构接触面颗粒破碎试验研究

通过在RMT-150B岩石力学系统基础上自行改进的高应力直剪仪,对不同含水率的粗砂与不同硬度和粗糙度的混凝土结构接触面进行粗砂与混凝土结构接触面颗粒破碎试验研究。结果表明,高法向应力粗砂与混凝土结构接触面直剪试验后颗粒级配曲线相较于试验前的曲线所对应出的颗粒粒径含量,随粒径的减小呈现出先减小后增加趋势,在颗粒粒径为0.25~0.074mm段,试验前后两级配曲线相互靠拢,对应粒径的含量变化较小;干粗砂破碎相较于含水的粗砂总体上破碎率较大,大粒径颗粒砂随含水率增大破碎量增大,小粒径颗粒砂随含水率增大呈现破碎减小状态,而含水率的大小对颗粒破碎影响相差不大;结构接触面的混凝土强度为C20、C30,粗糙度为3mm时,颗粒相对破碎率最小,结构接触面的混凝土强度为C40、C50表现与之相反;随着混凝土强度的增加,粗糙类型-破碎率曲线随粗糙度波动的敏感度变小,在混凝土结构接触面强度为C40时粗糙类型-破碎率曲线随粗糙度波动敏感度最小。     

土工格室加筋对橡胶砂动力特性影响的试验研究

橡胶砂作为轻质耗能填料在土木工程中应用越来越广泛,土工格室加筋可提高橡胶砂的抗剪强度和整体稳定性。针对关于橡胶砂或加筋橡胶砂动力特性的认知缺乏的现状,通过大尺寸循环单剪试验研究了橡胶砂分别在有无土工格室加筋情况下在水平循环荷载作用下的滞回特性。获得了加筋和非加筋橡胶砂的滞回曲线、动剪模量曲线和阻尼比曲线,并应用Stokeo–Darendeli模型对橡胶砂动力特性进行拟合,得到了加筋和非加筋橡胶砂的动力特性参数。基于对比分析,揭示了土工格室对橡胶砂动力特性影响的规律与机理。试验结果表明:(1)土工格室加筋能限制橡胶砂中剪切带的发展,使得橡胶砂在大应变下的滞回曲线反S形特征减弱、阻尼比增大;(2)由于网兜效应引起颗粒接触法向应力增大,土工格室加筋使橡胶砂动剪模量增大,且随着橡胶含量的增高而增大愈明显;(3)土工格室的加入降低了循环加载次数对橡胶砂动力特性的影响,并使得橡胶砂最大动剪模量随橡胶含量和竖向压力变化的速率减小。给出的土工格室加筋对橡胶砂动力特性影响的定量分析结果,可为后续研究和工程应用提供参考。     

考虑温度影响的高庙子膨润土强度与变形特性试验研究

为了探讨温度对高庙子膨润土的强度和变形特性的影响,使用高温高压土工三轴仪,共做81个高压高温高庙子(GMZ)膨润土的三轴不排水剪切试验,系统分析干密度、围压、温度和含水率对高庙子膨润土强度与变形特性的影响。结果表明:(1)围压和干密度对高庙子膨润土的破坏形态的影响很大;无围压及较高干密度时试样均呈现脆性破坏,较高围压和较低干密度时,试样主要呈塑性破坏;(2)高庙子膨润土的强度随含水率增大而减小;较低干密度时,偏应力–轴向应变曲线的位置随温度升高而上移;但较高干密度时的情况则完全相反;(3)初始杨氏模量在干密度较低时随温度升高呈现增加的趋势,而在干密度较高时则相反;随着含水率的升高,初始杨氏模量总体上不断减少;(4)随着温度升高,泊松比增加;干密度和含水率对泊松比的影响不大;(5)建立高庙子膨润土的黏聚力和内摩擦角随干密度、含水率和温度变化公式。研究成果可为分析缓冲材料的热–水–力耦合性状提供科学依据。     

沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土动态特性影响数值模拟

沙漠砂混凝土动态特性非常复杂。将沙漠砂混凝土看作水泥砂浆和粗骨料组成二相复合材料,利用ANSYS/LS-DYNA对试件尺寸、沙漠砂替代率和粗骨料体积含量不同沙漠砂混凝土动态破坏过程进行模拟,分析试件尺寸、沙漠砂替代率和粗骨料体积含量对沙漠砂混凝土动态特性影响规律,并对沙漠砂替代率不同沙漠砂混凝土动态破坏模式进行探讨。研究表明:随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势,沙漠砂替代率20%时,沙漠砂混凝土峰值应力达到最大;随着试件尺寸增大,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小;保持沙漠砂替代率和试件尺寸不变,随着粗骨料体积含量增加,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势。     

加载速率效应对生土材料单轴抗压特性的影响研究

通过对生土块材在不同加载速率下进行单轴抗压试验,研究了生土材料抗压强度,弹性模量以及峰值应变随加载速率的变化规律,结果表明:当加载速率处于1～3mm/min时,生土材料表现出相对稳定的抗压特性,其抗压强度与弹性模量均随加载速率的增加先增大后减小,峰值应变随加载速率的增加逐渐减小。以切线模量的变化来量度试块的损伤,分析了生土试块损伤的演化规律和临界损伤应力随加载速率的变化规律。研究表明:随加载速率的增加,试块临界损伤应力呈先增大后减小的趋势,在相同的应力比条件下,试块的损伤随加载速率的变化规律不明显。