水泥土应变软化特性三轴试验研究

目前,水泥土在工程当中已得到广泛运用.为了深入了解其力学性质,在大量三轴试验的基础上,对水泥土的破坏模式、应变软化相关特性进行了研究.试验结果表明:水泥土的破坏模式随水泥掺量的不同而发生变化;峰值强度、残余强度随水泥掺量及围压的增大而增大;临界应变(峰值强度对应的应变)则随围压增大而增大,随水泥掺量的增大而减小.     

预制构件复合水泥土搅拌桩墙的研发与工程应用

针对钻孔灌注桩和SMW工法桩围护存在的不足,开发了预制构件复合水泥土搅拌桩墙围护结构并介绍了其施工方法。工程试验和工程应用表明,预制构件复合水泥土搅拌桩墙具有材料消耗少、综合造价低、施工效率高和环境影响小等显著优点,社会效益和经济效益良好,拥有良好的推广应用前景。     

基于静三轴试验的水泥改善粉质黏土工程特征的试验研究

为了合理利用资源,选取内蒙古河套灌区粉质黏土作为基层材料,利用静三轴压缩试验对水泥土力学特征进行研究。在100、200、400、800、1 200kPa的围压下,对水泥掺入20%、30%、40%进行三轴压缩试验,得出水泥土的应力-应变在低围压下,呈现软化型,并且以脆性破坏为主,随着围压的增大,软化逐渐减弱,强度有所提高;水泥土刚度-应变曲线可以分成上升阶段、衰减阶段、残余阶段3个阶段;水泥土的破坏特性与水泥掺量和围压有关系,并且通过微观结构得出水泥具有完善固化土颗粒填充效应的作用。     

复掺非等长玄武岩纤维的水泥土抗拉特性分析

为研究非等长玄武岩纤维复掺对水泥土抗拉强度的影响规律,选取长度为6,9,12 mm的玄武岩纤维混合复掺,开展不同长度玄武岩纤维复掺的水泥土拉伸试验和电镜扫描测试,分析纤维复掺对水泥土抗拉峰值强度、残余强度及韧性的影响规律及其微观作用机制。结果表明:玄武岩纤维复掺水泥土的应力-应变曲线均可划分为弹性变形阶段、损伤破坏阶段、残余强度阶段和最终破坏阶段4个阶段,纤维减缓了试件在损伤破坏阶段的应力损失速度; 复掺不同长度的纤维可有效提高纤维水泥土的抗拉峰值强度、残余强度和韧性; 纤维长度9 mm+12 mm按3:1混合复掺的抗拉强度、残余强度最优; 纤维在水泥土中相互搭接交错形成空间网状结构,纤维与水泥土间的锚固是其提升水泥土抗拉强度的主要机理; 纤维短时易被拔出,纤维过长会出现集束现象,影响纤维对水泥土抗拉强度的增强效果。     

复合水泥土强度特性研究综述

对几种常见的复合水泥土进行了分析,论述了强度影响因素对其强度的影响和强度增加机理,通过对复合水泥土进行对比分析,提出了新的见解,对于研究新型复合水泥土具有一定的参考作用。     

水泥土小应变动参量的时间效应研究

通过GDS共振柱试验,研究不同水泥掺量、养护龄期和围压对水泥土小应变动参量的时间效应。试验结果表明:水泥掺量越大,养护龄期越长,水泥土小应变动剪切模量越高。相同围压下,水泥土小应变动剪切模量越小,水泥土主固结时间越长,固结后小应变归一化剪切模量增长率越大。围压越大,水泥土时间效应越明显,高围压下水泥土小应变动剪切模量显著增大。水泥土在时间效应阶段,其小应变动剪切模量随时间呈近乎线性增长,对于短期内水泥土小应变动剪切模量可以在室内利用共振柱试验测得水泥土归一化剪切模量增长率后进行修正。     

围压作用下类岩材料动态力学特性研究北大核心

为了研究动荷载作用下不同围压水平对类岩材料混凝土力学特性的影响。从混凝土细观结构出发,建立混凝土随机骨料塑性损伤模型,根据混凝土破坏强度的数值试验确定方法,施加冲击荷载,计算了不同围压水平下混凝土的破坏强度和破坏位移,分析了不同围压水平下的破坏形态。结果表明:混凝土属于围压敏感性材料,加载速率不变,随着围压的不断增大,混凝土的动强度、破坏位移以及残余强度也在不断提高,两者成线性增长关系;围压不变,随着加载速率的提高,混凝土的动强度和破坏位移非线性提高,残余强度基本不变。围压大小不同,混凝土材料内部应力分布不同,导致混凝土的破坏类型发生变化,反映出破坏面形状和大小不同。该模型可以比较好的模拟围压作用下混凝土的动力特性。     

围压作用下类岩材料动态力学特性研究

为了研究动荷载作用下不同围压水平对类岩材料混凝土力学特性的影响。从混凝土细观结构出发,建立混凝土随机骨料塑性损伤模型,根据混凝土破坏强度的数值试验确定方法,施加冲击荷载,计算了不同围压水平下混凝土的破坏强度和破坏位移,分析了不同围压水平下的破坏形态。结果表明:混凝土属于围压敏感性材料,加载速率不变,随着围压的不断增大,混凝土的动强度、破坏位移以及残余强度也在不断提高,两者成线性增长关系;围压不变,随着加载速率的提高,混凝土的动强度和破坏位移非线性提高,残余强度基本不变。围压大小不同,混凝土材料内部应力分布不同,导致混凝土的破坏类型发生变化,反映出破坏面形状和大小不同。该模型可以比较好的模拟围压作用下混凝土的动力特性。     

考虑端部摩擦效应的岩石卸载强度准则

为分析端部摩擦对岩石力学参数的影响,采用RMT–150B岩石力学试验系统对砂岩试样进行不同端部摩擦因子和围压卸载速率下的三轴卸围压试验。结果表明:在相同端部摩擦因子和初始围压下,围压卸载速率越大,试样破坏围压越低,试样破坏差应力越大;在相同围压卸载速率和初始围压下,端部摩擦因子越大,试样破坏围压越低,试样破坏差应力也越大;在相同围压卸载速率下,试样内摩擦角φ和黏聚力c值整体上随端部摩擦因子增加近似直线增加;在相同端部摩擦因子下,试样内摩擦角φ和黏聚力c值整体上随围压卸载速率增大而增大,但增加速率逐渐降低。提出包含端部摩擦因子和围压卸载速率的end-friction(E-F)卸载强度准则,通过采用该准则对试样峰值强度和破坏围压的关系进行拟合分析,认为该准则能够较好地描述三轴卸围压破坏试样强度。若已知端部摩擦因子K值,可得到不同围压卸载速率v下岩石E-F卸载破坏强度包络线,进而获得不同围压卸载速率下岩石材料强度参数。     

不同应力路径大理岩声发射破坏前兆的试验研究

应力路径不同,岩石变形和破坏过程中伴随的声发射特征也不同,通过不同路径大理岩加、卸荷试验,结合分形维数原理,探讨声发射破坏前兆随应力路径的变化规律。试验结果表明:1岩样破坏处的声发射计数率和破坏前的累计计数率增长率由大变小的应力路径为加轴压卸围压、恒轴压卸围压、单轴、常规三轴路径。2常规三轴路径下岩样临近破坏时,声发射事件计数率存在明显的"低声发射期",围压越大,声发射前兆"低声发射期"越明显;同时累计振铃计数率增长速率降低的拐点出现后很短时间,岩样也会发生破坏。3低围压下恒轴压、卸围压路径岩样破坏时累计振铃计数率的增长速率近似为切线。加轴压、卸围压岩样破坏前一段相近计数率后存在声发射计数率的"平静期",围压增加,"平静期"持续时间增加,岩样破坏产生的计数率越高。4在低围压应力环境下应力比0.8、高围压应力环境下时间比0.4时声发射分维数降低的特征可以作为岩样的破坏前兆分析。     

纳米SiO_2复合水泥土钉注浆体的研究

采用亲水型纳米二氧化硅粉体、P·I 42.5水泥制备了纳米Si O2颗粒分散均匀的纳米复合水泥土钉注浆体,对纳米Si O2掺量不同的纳米复合水泥浆体进行了X射线衍射分析(XRD)和抗压强度测定,结果表明掺入纳米Si O2可以提高水泥浆体的抗压强度,尤其是后期抗压强度,纳米Si O2的最佳掺量范围为1.0%~2.0%。与纯水泥浆体相比,纳米复合水泥浆体的组成不变,但Ca(OH)2含量相对较少。室外模拟注浆土钉试验则显示掺有2.0%纳米Si O2的纳米复合水泥土钉28龄期的抗拔力明显高于纯水泥土钉。     

锦屏二级水电站大理岩不同应力路径下加卸载试验研究

 针对锦屏二级水电站引水隧洞赋存于高地应力环境的特点,对隧洞内的大理岩开展常规三轴压缩试验及峰前、峰后卸围压试验,通过试验数据对比分析,研究大理岩的强度变形特征及破裂机制。主要研究成果：(1) 大理岩峰值强度与实时围压关系密切,应力路径不同、实时围压相同时,峰值强度相同。(2) 围压效应明显,峰值强度随初始围压增加而增加;相比三轴加载试验,峰前卸围压试验峰值强度降低约19.5%,峰后卸围压试验规律不明显,而峰后卸围压试验达到峰值强度时的围压值约占初始围压值的 97.2%,峰前卸围压试验结果较离散。(3) 相比三轴加载试验,峰前卸围压试验c值降低约27.5%, 值提高约22.6%,而与此相反,峰后卸围压试验c值增加约13.7%, 值降低约6.5%,表明大理岩抗破裂的主控因素峰前卸围压试验由摩擦力控制,峰后卸围压试验由黏聚力控制。(4) 峰后卸围压试验自卸荷点开始出现明显的应变平台,表现为理想塑性变形。(5) 峰前卸围压试验的体积应变自卸荷点开始出现明显的转折点。(6) 三轴压缩试验和峰后卸围压试验,大理岩的破坏模式主要为单一剪切破坏,随着围压增加,剪切破裂面端口的粗糙程度降低;峰前卸围压试验的破坏模式为：低围压时的劈裂破坏～中等围压时的“X”型共轭剪切破坏～高围压时的单一剪切破坏。这些研究结论揭示了锦屏大理岩加、卸载应力路径下的力学特性差异,可为西部深埋引水隧洞的开挖、支护设计及稳定性分析提供理论参考。     

不同加载路径下砂岩破坏模式试验研究

 鉴于以往对岩石不同加载路径下破坏模式综合研究的成果较少,采用MTS815刚性伺服试验机,对砂岩岩样分别进行单轴压缩、常规三轴压缩和三轴峰前、峰后卸围压4种不同加载路径下的试验,研究砂岩岩样在不同加载路径下的破坏模式,并对砂岩岩样破坏前、后各能量指标进行计算,采用能量耗散分析的方法探讨不同加载路径下砂岩岩样存在多种破坏模式的原因。研究结果表明,在单轴压缩试验中,砂岩岩样的破坏模式以劈裂破坏为主,单剪破坏为辅。常规三轴压缩和峰后卸围压试验,围压较低时砂岩岩样多发生单一剪切或劈裂破坏;围压较高时,砂岩岩样多发生二者组合破坏。三轴峰前卸围压,围压相对较低时,砂岩岩样多发生剪切与横向剪切组合破坏;围压相对较高时,砂岩岩样多发生劈裂与剪切组合破坏。随着围压的增加,常规三轴压缩试验中,砂岩岩样更易发生剪切破坏;而对于三轴峰前、峰后卸围压试验,砂岩岩样发生剪切破坏呈先增加后降低的趋势。不同加载路径下岩样破坏模式与岩样破坏前、后能量指标数值存在一定的对应关系,各能量指标数值较小时,岩样多发生单一破坏模式,且破坏后形成的块体相对较完整;各能量指标数值较大时,岩样多发生组合破坏模式,且破坏后形成的块体相对较破碎。     

三轴应力下致密砂岩的裂纹发育特征与能量机制

 开展致密砂岩三轴压缩试验及CT扫描试验,获得不同围压作用下岩石破坏裂纹的几何形态CT图像;利用图像处理、统计学等方法构建破坏裂纹形态的三维空间模型,分析不同围压对破坏裂纹几何形态和分布特征的影响规律,基于能量理论揭示不同三轴应力下岩石破坏时裂纹扩展的能量机制。研究表明：围压对岩石破坏裂纹的形态、数量和空间分布特征有很大的影响。当围压较低时,破坏裂纹数量众多、形态复杂,最终形成主裂纹和次生裂纹交叉分布的裂纹网络结构;围压较高时,最终形成的破坏主裂纹数量减少,次生裂纹消失,形态复杂的裂纹网络被近似直线的破坏裂纹所取代;围压对岩石破坏裂纹扩展的能量耗散和能量释放特征有显著的影响。随着围压的增加,单位体积内的可释放弹性应变能线性增加,而耗散能则呈线性递减趋势。低围压时破坏裂纹的耗散能较大,从而产生几何形态复杂、数量众多的微裂纹。而高围压时的耗散能较少,产生的破坏裂纹数量减少,几何形态趋于简单化、规则化。     

不同纳米材料改性水泥土力学性能的对比研究

水泥土因其廉价和性能优异等特点在建筑工程中应用广泛,但水泥土仍存在强度低和变形大等问题。纳米材料是目前建筑材料领域研究的重点之一,加入适量的纳米材料能够改变水泥土在强度或刚度等方面的力学性能。主要对纳米SiO_2、纳米MgO和纳米Al_2O_3等纳米材料改性水泥土的力学性能进行分析和总结。研究表明:(1)适量掺入纳米材料能有效改善普通水泥土的物理力学性能,其最佳材料掺入量与水泥含量、含水率和水泥土的力学相关性、物理力学性质等诸多因素密切相关;(2)对于纳米SiO_2改性复合水泥土,3%～4%掺量均能提高水泥土的强度;(3)对于纳米MgO改性复合水泥土,纳米MgO最优掺入比为1%;(4)对于纳米Al_2O_3改性复合水泥土,最优掺入比在2.5%～4%之间。     

花岗岩高应力状态脆延破坏细观力学强度特性

通过花岗岩的单轴试验、颗粒流程序和编制的fish语言程序获得了细观力学参数,并进行了不同围压下的花岗岩脆性破坏和延性破坏强度试验,分析了4种强度准则对脆延破坏强度的拟合与预测效果,得到如下结论:随着围压增加,屈服阶段增长,峰值强度提高,峰后软化效应减小,花岗岩由脆性破坏逐渐转变为延性破坏,脆延破坏分界围压为100 MPa;对花岗岩脆延破坏强度的整体拟合和预测精度,Mohr-Coulomb准则对脆性破坏强度的拟合误差最大且高估了延性破坏强度,指数强度准则拟合误差居中而低估了延性破坏强度,Hoek-Brown准则拟合精度也居中而预测结果与延性破坏强度相接近,Bieniawski准则拟合误差最小且对延性破坏强度的预测最优;花岗岩的围压影响系数随围压增加呈负指数关系减小,围压影响系数趋于定值的转折围压与花岗岩脆延破坏转化分界点对应围压基本一致,表明花岗岩脆性破坏阶段强度提高受围压影响显著,延性破坏阶段强度的单位围压提高率为定值。     

鄂西渝东盖层碳质泥页岩的卸荷力学特性试验研究

隆升剥蚀过程可能导致鄂西渝东地区油气盖层破裂,油气散失。选取区域盖层碳质泥页岩,开展10,20,30,40,50 MPa五种不同初始围压下的三轴卸荷力学试验,研究隆升剥蚀对不同埋深岩石的影响。结果表明:岩石卸荷破坏时的轴向、径向变形随卸荷初始围压增大而增大;卸围压过程中卸载初始围压较小时,径向应变大于轴向应变,随初始围压增大,径向应变略小于轴向应变;卸荷试验获得到的泥页岩抗压强度与抗剪切参数均比常规三轴压缩试验高;岩石的破裂形式由低卸荷围压下的张性破裂向高卸荷围压下的剪切破坏过渡,在40 MPa时产生纵横切割试样的网状裂纹;提出侧压破裂系数初步评价区域盖层,结合鄂西渝东的抬升剥蚀量数据,推断石柱复向斜北部和方斗山复背斜以西是油气勘探容易取得突破地区,为区域油气勘探提供岩石力学依据。     

不同应力路径下砂岩能耗特征的研究

利用WDT–1500多功能材料试验机对砂岩试样进行定围升轴、卸围升轴及定轴卸围3种应力路径下的三轴试验,对比分析砂岩在这3种应力路径下的能量耗散规律,以及能量与围压、岩样变形之间的关系,从而提出不同应力路径下砂岩破坏点的确定方法。试验结果表明:在不同应力路径下岩石的变形破坏过程中都存在能量耗散与释放,能量的释放使得岩石发生破坏;卸围升轴和定轴卸围下砂岩的耗散能相对于定围升轴较小;耗散能和可释放弹性应变能主要受初始轴压和初始围压的影响,并且在不同变形阶段都有明显的围压效应。     

不同温度梯度冻结粘土破坏形态及抗压强度分析

采用先冻结后固结（GFC）的冻土试验方法进行3种温度梯度冻结黏土的三轴压缩试验,研究不同温度梯度冻土破坏形态以及温度梯度、围压对冻土强度的弱化效应。结果表明：①温度梯度对冻土破坏形态有明显影响,而围压的影响与温度梯度相比则可以忽略。不同温度梯度冻土破坏形态呈下端“胀开”型,均匀温度冻土破坏形态呈“腰鼓”型;不同温度梯度冻土破坏后的径向膨胀量和垂向压缩量沿不同试样高度的非均匀分布是温度梯度诱导的“非均质”效应的重要体现,且这种“非均质”程度随温度梯度增加而加强;②温度梯度对冻土破坏体积变形具有和温度相同的影响效应,即随温度梯度增加（或温度的增加）,不同围压冻土破坏后的体积变形由体缩逐渐过渡到体胀。③相同围压冻土强度随温度梯度增加而衰减,不同温度梯度冻土强度随围压增加而变化的规律与均匀温度场相同,均可理解为受微裂隙发育和孔隙冰压融影响而先增加后降低,但围压的弱化程度与温度梯度密切相关。④不同温度梯度冻土的三轴压缩强度可通过建立在主应力空间中分段线性屈服准则修正后予以描述。     

基于能量耗散原理的盐岩动力特性及破坏特征分析

 为研究盐岩的动力特性和破坏特征,利用带围压的分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对盐岩进行不同围压(5,15和25 MPa)下的冲击试验,并基于能量耗散原理来研究盐岩动态力学性能以及破坏特征,分析整个试验过程中的能量传递与转化,探究围压和输入能量对试件吸能及破坏的影响。研究结果表明：在同一围压下,随着入射能的增加,盐岩硬化效应越明显,表现为能量反射率增高而透射能和吸收能降低;在相同或相近的入射能下,随着围压的升高盐岩的流塑性变得越明显,但在动力荷载下盐岩由流塑性向脆性转变,最后发生脆性破坏;随着吸收能的增加,盐岩的峰值应力因围压不同而表现出不同的变化趋势,低围压时,吸收能越大,峰值应力越高,而高围压时,吸收能越大,峰值应力却越小;在有围压状态下,盐岩的冲击破坏形态与其他的脆性岩石相似,但在破坏机制上存在很大差异。