基于Hoek-Brown准则对板岩抗拉强度研究

板岩等层状岩体中常存在多种结构面,岩体的抗拉强度在不同的层面倾角下会有较大的差异。为了揭示板岩这种层状岩体抗拉强度的各向异性,基于Hoek-Brown强度准则,结合巴西圆盘平面应力的弹性力学解析解,推导了圆盘随层理角度变化的抗拉强度公式。通过对不同层理角度下的试件进行单轴和巴西劈裂试验,获得了抗拉强度公式中的参数,得到了板岩抗压强度各向异性度为3.94～4.87,抗拉强度各向异性度为2.86～3.15,且抗压（抗拉）强度呈现两端大中间小的趋势。此外,该抗拉强度公式能较好地反映板岩在含有层理面时强度随变化的规律。     

软岩巷道锚注结构承载特性的时变规律与初步应用

针对软岩巷道锚注结构承载特性的时变特征,尝试将锚注结构的承载力视为时变值,并将巷道周边弹性区、塑性区以及锚注区简化为厚壁圆筒的受力分析问题,通过引入弹黏塑性本构模型,得到了锚注结构承载力的计算公式,理论分析表明：流变停止所需的锚注结构承载力以及流变量随（原岩应力）与（拉伸屈服极限）比值的增大而升高,流变特性更为显著、支护难度增加;锚注支护强度及范围的减小,导致流变停止所需的承载力以及流变量升高,是造成锚注结构失效、流变加剧的主要原因,而流变停止所需的承载力又与锚注参数密切相关,合理确定锚注参数保证流变停止时锚注结构的稳定至关重要。理论计算结果较好的反映了锚注结构承载力随流变变形增加而逐渐增大的时变规律,且与现场实测结果较为吻合,对软岩巷道锚注支护设计可起到一定的指导作用。     

不同贯入倾角下TJ-1模拟月壤静力触探模型箱试验研究

为了研究月壤的工程力学特性，采用静力触探模型箱进行了0°，15°和30°三种不同贯入倾角下的TJ-1模拟月壤静力触探试验。试验结果表明：静力触探试验终止探头退出土体后，地表产生不同的变形模式，贯入倾角愈大地表变形范围愈大，垂直贯入表层模拟月壤形成以贯入点为对称中心的圆柱形孔洞，倾斜贯入情况下表层模拟月壤形成一个椭圆形的陷落坑；不同贯入倾角下贯入阻力都随贯入深度的增加而增大，同一垂直贯入深度处贯入阻力随贯入倾角的增大而线性增加，可用公式表示；垂直静力触探试验贯入阻力随深度的变化趋势可以采用公式估算；不同贯入倾角下探头周围的水平土压力均随贯入深度的增加先增大再减小，同一深度处贯入方向前侧土体水平土压力峰值随贯入倾角的增大而线性增加，后侧土体水平土压力随贯入倾角增大而线性减小，二者的变化规律均可用公式表示；600 mm深度处的垂直土压力终值随贯入倾角的增大而线性减小，可用公式表示。     

加载速率对高温后大理岩动态力学性能的影响研究

利用100 mm分离式Hopkinson压杆装置,对经历不同高温后的大理岩进行不同加载速率下的冲击压缩试验,研究了峰值应力、峰值应变、弹性模量等与加载速率的关系。试验结果表明,高温后大理岩的峰值应力、峰值应变均表现出显著的加载速率强化效应,随加载速率的提高而近似线性增加,但800℃之后,峰值应力的加载速率强化效应明显减弱,而峰值应变的加载速率强化效应明显加强;高温后大理岩弹性模量的加载速率相关性并不明显,随着温度的升高,弹性模量逐渐减小,到1000℃高温时,随着加载速率的增加,弹性模量基本保持不变。结合岩石材料的微观结构特征、能量吸收以及受力状态等对岩石动态力学性能的加载速率强化效应机理进行了探讨。     

冻结重塑黏土损伤特性及影响因素分析

1max一般介于0.6～0.8之间;②温度对冻结重塑黏土损伤特性影响较明显,降低温度可以明显强化冻土结构,减少冻土结构的损伤及延缓冻土损伤的发展,而含水率和围压对其影响不明显;③割线模量可以较好地表征冻土在加载过程中裂缝的发展特点和结构的损伤演化规律,损伤初始点轴向应变和割线模量与温度之间存在较好的线性增长关系,且冻结重塑黏土损伤应变门槛值]]>     

非规则岩石节理峰值剪切试验与强度经验公式研究

为研究常法向应力下岩石节理的剪切强度特性,采用劈裂法制取不规则砂岩、花岗岩节理试样,在借助三维形貌扫描仪获取岩石节理形貌参数后,采用RDS-200岩石节理剪切试验系统,开展不同法向应力下岩石节理直剪试验,基于峰值剪胀角与法向应力、节理形貌和节理抗变形能力的关系,提出不规则岩石节理剪切强度经验公式.研究结果表明:整体上峰...     

土的σ1/3空间滑动面强度准则及其与传统准则的比较研究

土的抗剪强度与其剪切破坏面上的正应力一般呈线性关系,反映了土的剪切强度本质特性。常用的强度准则有Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager屈服准则、Matsuoka-Nakai准则,分别对应于与大主应力呈45°+φ/2的剪切破坏面、八面体面和空间滑动面（SMP）上的剪应力比为常数的关系。本文提出了一种由κσ₁^1/3,κσ₂^1/3,κσ₃^1/3确定土单元大、中、小主应力轴交点的空间滑动面,称为σ^1/3空间滑动面;建立了σ^1/3空间滑动面剪应力比为常数的准则,称为σ^1/3空间滑动面强度准则,该准则在应力空间描述的强度破坏面为平面上呈曲边三角形形态的光滑锥面。进行了Mohr-Coulomb强度准则、Drucker-Prager强度准则、Matsuoka-Nakai强度准则与Lade-Duncan强度准则、σ^1/3空间滑动面强度准则在应力空间描述强度破坏面的比较分析,以及不同平面上Lade-Duncan准则和σ^1/3空间滑动面强度准则随b值的变化规律。结果表明Lade-Duncan强度准则与σ^1/3空间滑动面强度准则近似一致,从而揭示了Lade-Duncan强度准则的物理本质基础：Lade-Duncan强度准则实质上近似服从土破坏时σ^1/3空间滑动面上剪应力与正应力呈线性变化的规律。即Lade-Duncan强度准则描述土单元剪切破坏时的空间滑动面近似为σ^1/3空间滑动面。根据4种原状黄土固结排水条件下的真三轴压缩试验结果,验证了σ^1/3空间滑动面强度准则的合理性与可靠性。     

人工模拟节理峰值剪胀模型及峰值抗剪强度分析

在5级法向应力作用下对具有相同形貌的人工模拟材料偶合节理进行直剪试验,探讨剪胀角、峰值剪切强度与法向应力、节理表面形貌的关系。采用常用的Barton剪胀模型、Schneider剪胀模型、Jing剪胀模型分析直剪试验实测的峰值剪胀角,结果表明模型计算值与试验实测值存在一定的偏差:Schneider剪胀模型与Jing剪胀模型在低法向应力下预测值过小、在高法向应力下预测值偏大,Barton剪胀模型与试验值相差较远。分析剪胀角存在的边界条件,以t n(/)为参量提出双曲线形式的峰值剪胀模型,进而提出新的峰值强度公式。将新的峰值强度公式,上述3种剪胀模型对应的强度公式及GG强度公式所得的峰值强度与试验数据进行对比分析,结果表明新强度公式预测值更接近试验值。     

考虑渗透吸力影响膨润土的修正有效应力及其验证

普遍认为膨润土是高放废物地质处置库缓冲/回填层的理想材料,膨润土在地下水溶液中的膨胀变形和剪切强度关乎高放废物地质处置库的安危。地下水溶液中膨润土膨胀变形和剪切强度受到渗透吸力影响,根据膨润土表面分形模型,建立考虑渗透吸力应力影响的修正有效应力公式,用竖向应力p和渗透吸力π表示为■,并采用膨润土在NaCl溶液中的膨胀变形和剪切强度进行验证。NaCl溶液中膨润土的膨胀变形与修正有效应力p~e表示为同一曲线■,峰值剪切强度与修正有效应力p~e表示为同一直线■,符合Mohr–Coulomb准则。     

非饱和土耦合本构模型的三维化

非饱和土本构关系模型通常是建立在修正剑桥模型的基础上,并采用了广义的von Mises准则,以描述非饱和土在一般应力状态下的本构行为。该准则假设在π平面上屈服面是个圆形,高估了土体除三轴压缩以外的强度,在平面应变中也会错误估计中主应力比。空间滑动面破坏准则（SMP）考虑了第三应力不变量的影响,屈服面在π平面上为曲边三角形,可以较好地描述一般应力状态下土体的剪切屈服和破坏特性。采用变换应力方法,将SMP准则应用到最近建立的非饱和土耦合本构模型中使其合理的三维化,能够有效地将模型从轴对称应力状态扩展至一般应力状态。根据与试验结果对比表明,改进后的模型在不增加任何参数的情况下,能够较好地模拟非饱和土在三轴伸长等一般应力状态下的行为特性。     

顺坡渗流条件下土质边坡浅层稳定分析

从斜坡土体应力状态出发,结合Mohr–Coulomb破坏理论,开展了降雨入渗形成顺坡渗流条件下的无限长土质斜坡浅层稳定分析,提出了边坡浅层失稳呈现上缘张拉区、中段主滑区和下缘挤压区三段滑动区域组成的"顺坡曲线"破坏模式;基于定积分元素法,论证了上下缘滑动区域土体的破裂面具有对数螺旋线形态特征,建立了考虑渗透力作用、采用有效应力表达、能较好反映入渗深度wz和主滑区长度L2等因素影响的"顺坡曲线"组合滑面浅层稳定分析方法。研究表明:边坡浅层土体稳定性随L2增大逐渐降低,最终趋近于无限长斜坡稳定分析结果;随wz增加直到最大入渗深度fz,处于极限平衡状态下的滑体L2逐渐减小至零,浅层局部失稳的"顺坡曲线"破坏模式将退化为深层整体失稳的对数螺旋线型曲面破坏模式;wzfz时,对边坡浅层稳定性若采用整体曲面滑动法进行分析将得到偏于危险的结果。     

斜入射地震波在土体中产生的动应力路径及试验模拟

针对地震波传播时并非垂直的情况,基于半无限弹性空间地震波的传播理论,对地震波进行简化,考虑斜入射时地震波在自由界面处的反射,推导了地震波斜入射时地震应力的计算公式,并通过计算实例分析了不同入射角度下,P波、SV波单独斜入射时在土单元体中所产生的地震应力以及所形成的应力路径。结果表明：当P波、SV波单独斜入射时,土单元体在平面应力差-剪应力平面上形成的应力路径均为一个倾斜椭圆,斜椭圆的倾角和长短轴之比随地震波入射角度、频率、波速等影响因素在一定范围内变化。文中还针对如何实现倾斜椭圆形应力路径的室内试验模拟进行了初步探讨分析。     

结构性对原状黄土强度影响规律的真三轴试验研究

岩土材料的强度问题一直是岩土力学研究的热点。在对多种不同结构性原状黄土的真三轴试验基础上,分析了不同结构性原状黄土的强度变化规律。结果表明,当含水率较低时,干密度变化对结构性原状黄土的强度影响较大于含水率的变化,反之,含水率变化对结构性原状黄土的影响大于干密度的变化;当结构性黄土的强度越大时,其在#x003c0;平面上的破坏线越接近于抹圆曲边三角形;反之,当结构性黄土的强度越小时,其在#x003c0;平面上的破坏线越接近于抹圆角三角形;结构性黄土随着结构性的增大,在#x003c0;平面上的强度破坏线从抹圆角三角形逐渐向抹圆曲边三角形发展,最终趋近于Mises圆。各种原状黄土的摩擦角#x003c6;₁₃随中主应力比b值的增大而微弱减小,而内凝聚力c随着中主应力比b值的增大呈现先增大后减小的变化。     

炎热多雨气候影响下残积土小应变刚度特性试验研究

根据炎热多雨地区轨道交通周边土体的实际工程状态,开展经历不同干湿循环过程的花岗岩残积土的共振柱试验,研究炎热多雨气候影响下残积土小应变下的刚度特性。结果表明,受反复干湿循环效应影响,在10~(-6)~10~(-4)小应变范围内,残积土G_(max)随干湿循环次数n的衰变规律与常应变下黏性土强度特性衰减规律有较大差异,最大衰减出现在干湿循环中期;经历多次循环后,小围压下残积土的G–γ关系曲线出现直线下降和骤降阶段;利用Martin–Davidenkov模型和经验关系能较好地反映G/G_(max)和D随γ的变化规律,发现不同干湿循环次数后,G/G_(max)–γ关系随围压增大逐渐出现"两极分化"现象。研究还从微观角度对残积土小应变刚度特性的干湿循环效应给与解释,说明炎热多雨气候下残积土刚度的力学行为是由于结构强度减损、微观结构重塑引起。研究可为轨道交通工程动力参数的选取,类似工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。