密度及应力水平对珊瑚砂强度变形特性影响

为研究密度与应力水平对珊瑚砂强度和变形特性的影响,利用三轴仪,对珊瑚砂试样开展了一系列不同密度、不同应力水平条件下的三轴固结排水剪试验。根据试验结果分析了珊瑚砂密度和应力水平对其应力应变、体积变形特性及强度特性等的影响。结果表明,不同相对密度的试样均表现出剪胀特性,同一初始密度的试样,围压越大其剪胀现象越不显著。珊瑚砂初始切线模量随着围压和相对密度的增大而增大,可近似用直线表示,并建立了初始切线模量与相对密度和围压的关系式。相变点应变随围压的增大而增大,随相对密度的增大而减小。珊瑚砂强度指标φ₀和Δφ随着相对密度的增大而呈线性增大趋势。     

平面应变条件下黄土各向异性试验研究

为弄清原状黄土在不同剪切方向角下的强度变形规律,利用平面应变仪,并考虑原状黄土各向异性,对取自陕西泾阳的原状黄土进行了不同剪切方向角、固结围压、含水率条件下的平面应变试验。试验结果表明:平面应变条件下,土体应力应变曲线为硬化型;随着围压增大及含水率减小,原状黄土强度显著升高;随着主应力角增加,应力应变曲线更低缓,呈现弱硬化型,而且土体初始剪切模量也有所降低;土体凝聚力与内摩擦角随主应力角的增大而显著减小,不同主应力角下,含水率对凝聚力的影响比对内摩擦角的影响要大;破坏主应力差随主应力角、含水率的增大而减小。     

颗粒材料定向剪切特性的空心圆柱离散元模拟

基于PFC3D离散元模拟平台构建空心圆柱型数值模型,研究了固定主应力方向条件下颗粒材料数值试样的定向剪切宏细观力学响应,重点分析了大主应力方向角对试样单调剪切特性的影响。数值建模中,采用"分离式簇墙"技术近似模拟室内试验橡皮膜的柔性边界效应,开发了顶部扭矩层颗粒旋转速度的"动态更新法"并较好地实现了剪应力的施加。结果表明,离散元数值模型能够较好地还原室内空心圆柱砂样定向剪切试验的应力路径和应力—应变响应;大主应力方向角α的变化显著影响数值试样的剪切强度,α=60°试样的峰值内摩擦角最低,且数值模拟得到的规律与已有的实际砂土室内试验规律相一致;数值试样剪切带的宏观演化在细观上可由试样内部局部孔隙比和配位数的变化规律来表征。     

密实度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响

为研究试样相对密度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响,对4组不同相对密度的砂卵砾石料进行不同围压下的中型三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:在试验的相对密度范围内,随着围压增大,相对密度小的试样应力应变曲线硬化特征逐渐明显,而相对密度大的试样无论围压大小,应力应变曲线都呈应变软化型;试样在剪切过程中均表现出不同程度的剪胀性;试样抗剪强度指标φ和φ0随着试样相对密度Dr增大而增大,c和Δφ随Dr增大而减小,并建立了试样抗剪强度与相对密度的函数关系式;割线模量、切线体积模量都随Dr增大而增大,可近似用线性关系表示。     

砂的临界状态本构模型局部化分叉分析

基于砂的临界状态本构模型考虑了平均有效应力水平及孔隙比的影响,能合理地反映不同密度和应力水平下砂的变形特性。该模型对平面应变状态下变形局部化分叉的解析表明：在围压一定时,分叉出现在应力应变关系硬化阶段,分叉点对应的应力比及剪切带倾角均随孔隙比的增加而减小;密砂及松砂分叉点对应的应力比分别在临界状态线的上侧和下侧;而且峰值应力比与分叉应力比差值基本不变,但松砂较密砂差值大。在初始孔隙比一定时,密砂分叉点对应的应力比及剪切带倾角随着初始有效围压的增大而减小,而松砂分叉时的应力比及剪切带倾角基本不受围压影响。最后,为了验证解析解的正确性,采用回映应力更新算法,编写了有限元材料子程序,把该模型嵌入有限元软件ABAQUS。通过对多单元立方体试样数值模拟结果与解析解的对比,两者基本一致。     

粗粒料工程力学性质的细观模拟

以三维离散元颗粒流理论为基础,PFC3D_EV为工具,改进内置程序代码,对比粗粒料室内三轴固结排水试验结果,生成颗粒接触点数均匀、各向同性应力相同的三轴试验数值模型。引入clump颗粒提高了数值试样内部颗粒形状的复杂度,对比了不同围压下数值试验应力-应变曲线、变形曲线与室内试验的差异,并探讨了剪切带发展规律及颗粒形状对粗粒料强度、变形特性的影响。结果表明:颗粒形状是影响粗粒料工程力学特性的主要因素,提高试样内部颗粒形状的复杂性可获得与物理试验拟合较好的应力-应变曲线;数值模型暂无法实现颗粒破碎状态,造成大应变时剪胀偏大;位移场发展变化过程显示应变软化加速了剪切带的形成;高围压下剪切带明显,且围压越高厚度越薄。     

玄武岩拉伸-双面剪切破坏特性的试验研究

通过分析玄武岩在不同拉应力水平下破裂面的形态特征和力学特性,研究岩石的破坏形态和强度、变形特征。结果表明,随着法向拉应力的增大,岩石由拉剪断裂变为拉伸断裂,断裂面倾角逐渐减小;岩石剪切方向的应力-应变曲线包含初始的非线性变形(抛物线)和后期的线性变形2个阶段;玄武岩的拉剪强度服从H-B强度准则;随着拉应力水平的增大,岩石剪切方向上的非线性变形模量和总变形模量先缓慢增大后平稳减小。     

胶结砂土力学特性的三维离散元简化分析

离散单元法(DEM)是一种基于非连续介质力学的数值模拟方法,能够有效地分析胶结颗粒材料的宏微观力学响应。本文通过三维离散元商业软件PFC3D,采用其自带微观胶结接触模型BPM,对不同胶结含量和不同围压下的胶结砂土进行常规三轴压缩试验模拟,以分析理想胶结砂土的宏微观力学特性。简化模拟结果表明:与同一初始孔隙比的无胶结试样相比,胶结试样具有更高的剪切强度,试验得到的应力应变曲线表现出明显的应变软化,体变曲线表现为剪胀性;随着胶结含量的增大,胶结砂土试样的峰值强度增大且软化、剪胀程度提高;而随着围压的增大,胶结砂土试样峰值强度增大、剪胀程度减小但软化程度不变。此外,试样的内摩擦角和黏聚力也受到胶结含量和围压的影响。     

砂的临界状态本构模型局部化分叉分析

摘要：局部化分叉的发生与材料本构模型及材料参数的选择密切相关，基于砂的临界状态本构模型考虑了平均有效应力水平及孔隙比的影响，能合理地反映不同密度和应力水平下砂的变形特性。通过对该模型在平面应变状态下变形局部化分叉解析表明：在围压一定时，分叉出现在应力应变关系硬化阶段，分叉点对应的应力比及剪切带倾角均随孔隙比的增加而减小；密砂及松砂分叉点对应的应力比分别在临界状态线的上侧和下侧；而且峰值应力比与分叉应力比差值基本不变，但松砂较密砂差值大。在初始孔隙比一定时，密砂分叉点对应的应力比及剪切带倾角随着初始有效围压的增大而减小，而松砂分叉时的应力比及剪切带倾角基本不受围压影响。最后，为了验证解析解的正确性，采用回映应力更新算法，编写了有限元材料子程序，把该模型嵌入有限元软件ABAQUS。通过对多单元立方体试样数值模拟结果与解析解的对比，解析解与数值模拟结果基本一致。     

Ｑ2重塑黄土强度与变形特性的试验研究

为了研究Ｑ2重塑黄土的强度特性及变形特性,采用改进的非饱和土三轴仪进行三轴固结排水剪切试验,试验过程中控制吸力、净围压均为常数。试验结果表明:相同吸力下,随着净围压增大,试样的偏应力越来越大,相同净围压下,随着吸力的增大,试样的偏应力也逐渐增大;不同应力状态下,剪切初期试样的偏应力随轴向应变的增加变化较大,而后应力随应变的变化逐渐减小;试样刚开始剪切时,如果吸力较大会出现轻微的剪胀现象,但并不明显,吸力较小的试样在剪切过程中基本都处于剪缩状态;吸力越大,土体的表观黏聚力ｃ及参数ｋ也就越大,但吸力的变化对有效内摩擦角φ′及参数ｎ影响不大。     

砂质原状黄土强度各向异性试验研究

为研究各向异性条件下原状黄土的变形及强度特性,针对取自北京市郊某施工现场原状黄土试样,在保持土样天然含水率条件下,分别对水平方向和竖直方向原状土样开展了固结不排水和固结排水三轴剪切试验.试验结果表明:试验用原状黄土黏粒含量相对较低,砂粒含量则偏高;其抗剪强度在水平方向和竖直方向表现出明显的各向异性.对于固结不排水试验,...     

倾斜荷载作用下吸力桶承载性能分析

以砂土地基中吸力桶为分析对象,建立能够考虑主应力方向旋转的本构模型,通过数值分析方法进行积分,在不同荷载倾斜角度条件下研究等效塑性应变分布及土体主应力方向的旋转变化,分析倾斜荷载对吸力桶承载性能的影响。研究结果表明:等效塑性应变主要在桶壁外围和桶端下部等区域集中分布,桶体内部土体处于弹性变形状态;荷载倾斜角度对竖向荷载-位移关系的影响比较微弱,对水平荷载-位移关系的影响则比较显著;土体主应力方向在变形初期的旋转非常显著,随着倾斜角度的增加,主应力方向的旋转逐渐显著;当竖向位移在(0.05～0.10)D范围时,主应力方向达到稳定状态,不再旋转。     

主应力方向角对重塑黄土各向异性的影响研究

为探究主应力轴循环后不同主应力方向角对青海重塑黄土各向异性的影响,对取自青海西宁地区的黄土进行了主应力循环后的定向剪切试验.试验结果表明:主应力方向角对重塑黄土各向异性具有显著影响,不同主应力方向角下重塑黄土的八面体剪应力-应变曲线和偏应力-主应变曲线均表现出很大差异,且不同主应力方向角下土体归一化强度不同;当主应力方...     

固结应力状态对超深厚覆盖层深埋砂土动强度参数的影响

在室内固结不排水动三轴试验基础上,对较低有效固结应力到较高有效固结应力范围内超深厚覆盖层深埋紧密砂土的动强度特性进行了研究,重点研究了固结应力状态对动强度参数的影响。结果表明:(1)有效固结围压力对抗液化动剪应力比有明显影响,其影响随土类和相对密度的不同而不同,有效固结围压力越增大,抗液化动剪应力比越减小,相对密度越大,这种效果越明显;(2)有效固结应力比的影响规律比较复杂,在有效固结围压力较低时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而越大,相对密度越大,这种效果越明显;在固结应力较高时,随有效固结应力比的增大,抗液化动剪应力比可能增大,也可能减小,主要取决于相对密度和有效固结应力比的大小;当紧密砂土在较高的有效固结应力下呈现剪胀时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而增大;当紧密砂土在较高的有效固结应力下呈现剪缩时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而减小;(3)对于中密和紧密砂土,在由剪胀到剪缩状态转变的过程中,存在一个剪胀与剪缩分界的临界固结应力状态,其对应的临界有效固结围压力随相对密度的增大而增大。     

围压对岩石裂纹扩展影响的颗粒流模拟研究

采用颗粒流数值软件PFC模拟预设单裂隙岩石在双向压缩状态下裂纹的扩展过程和特征。首先利用黏聚颗粒模型建立岩石试样,并在岩石试样中预置非贯通单裂隙;为研究围压对岩石裂纹扩展的影响,分别在5种围压作用下对预设裂隙岩石进行双轴压缩试验。结果表明在围压为0(单轴压缩)时,翼裂纹扩展方向与预设裂隙基本垂直,随着加载进行沿着主压力方向扩展,而当围压增加时,翼裂纹扩展方向与预设裂隙的交角增大,且长度变短直至围压到达一定值后不再发育;次生裂纹的扩展方向不仅与材料的性质有关,同时受到围压值的影响;围压增大对张性裂纹扩展产生限制,并促进剪性裂纹的扩展和合并,且最终剪切破坏面的宽度随着围压的增大而增大;次生裂纹可以由拉应力产生,但其进一步发育和扩展受到剪应力的控制。     

密实砂土剪切过程中的颗粒运动与微观力学特征

密实砂土在剪切过程中发生剪胀,土宏观上的剪胀行为与土内部的颗粒运动及颗粒间接触力的变化特征密切相关.针对密砂剪切过程中的颗粒运动与颗粒间接触力之间的相互联系,及其对剪胀的贡献这一问题,采用离散元数值方法,模拟密实砂土分别在50 kPa和100 kPa竖向压力下直剪试验,通过对颗粒运动以及颗粒间接触力的分析,探究密实砂土...     

基于分叉理论的轴对称条件下岩石变形带分析

引入变形带描述轴对称状态下岩石应变局部化现象.采用通用形式的本构模型,基于分叉理论探讨了剪切带、压缩带和膨胀带3种变形带的出现条件,详细分析了轴对称状态下临界硬化模量和变形带方向角随本构参数的变化特性,发现现有的分叉理论分析不能预测压缩带和膨胀带是受所选用的本构模型的限制;同时在轴对称条件下,不管是采用关联还是非关联流动法则,预测到压缩带或膨胀带只能在软化阶段才能产生;而当采用非关联流动法则时,在特定范围内,预测到剪切带可以在硬化阶段产生.最后采用高孔隙岩石本构模型,分析了高孔隙岩石变形带角度随围压的变化规律,结果表明:岩石变形带的角度随围压的增大而减小;高孔隙岩石脆延转化是以压缩带的形成作为过渡,低围压下表现为脆性剪切带破坏,当围压达到临界围压后,随着围压继续增加,压缩带将会变得难以形成,宏观上表现为延性破坏.最后与已知试验结果进行对比,结果表明本文理论能合理描述岩石的应变局部化现象,预测结果与试验观察结果相符.     

湿干冻融耦合循环及干密度对膨胀土力学特性影响的试验研究

为探讨北疆高寒地区恶劣气候对不同干密度下渠基膨胀土力学特性的影响,利用自行设计的单向环境边界加载装置,设计了满足现场渠基膨胀土压实程度、符合北疆地区实际气候条件的三轴压缩试验,研究了湿干冻融耦合循环次数及干密度对膨胀土应力-应变关系、孔隙水压力、有效抗剪强度指标等力学特性的影响。试验结果表明:低围压(σ3=100 kPa)下试样应力-应变曲线的应变硬化程度随干密度的增加逐渐降低;湿干冻融耦合循环作用下干密度较高试样的体积整体呈增大趋势,而干密度较低试样则呈逐渐降低;耦合循环次数的增加促进了试样在不排水条件下偏应力向孔隙水压力的转化,且不同干密度试样的内部土骨架结构强度随循环次数增加存在相互转化现象;耦合循环作用下高干密度试样弹性模量的衰减速率明显低于干密度较低情况;干密度的增加抑制了试样有效黏聚力的衰减,但对有效内摩擦角的衰减却起到加剧效果。     

层状岩体在三轴加载下的扩容及塑性应变特性

为研究层状岩体在三轴加载下的扩容及塑性应变特性,选取具有典型层理构造的千枚岩为研究对象,制作倾角为0°、30°、45°、90°标准岩样,采用MTS815试验系统进行三轴加载试验,定义了塑性应变比以研究轴向与环向裂隙的发展速度.结果表明:千枚岩应力-应变曲线5个典型区段及特征应力与围压和层理倾角存在明显的相关性;千枚岩扩...