基于三轴压缩试验的岩石统计损伤本构模型

基于三轴压缩试验,结合统计强度理论和连续损伤理论建立了一种岩石统计损伤本构模型,并对建立的本构模型的数学意义和物理意义进行了讨论分析。由此可知,统计损伤本构方程实质是用对应于某一屈服准则的等效应力表示的连续损伤演化方程,能较好地描述材料的非线性力学行为,也能逼近材料的弹性应力–应变关系。统计损伤本构模型的统计参数均可以通过单轴或三轴压缩试验得到,在利用三轴压缩试验的轴向实测应力、实测应变时应当对损伤本构模型进行修正。对于单轴压缩试验的压密阶段,还给出了初始损伤的估计方法。引入对数正态分布和Mohr-Coulomb准则,通过理论曲线与若干岩石单轴、三轴压缩试验曲线的对比,验证了所提出的统计损伤本构方程及其参数确定方法以及模型修正的合理性,同时也肯定了对数正态分布和Mohr-Coulomb准则在统计损伤本构研究中的适用性。

砂岩单轴三轴压缩试验研究

研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴抗压强度特性和三轴抗压强度特性。在单轴、三轴压缩试验中得到了应力与纵向应变、横向应变、体应变之间的关系曲线 ,单轴应力 -纵向应变曲线在峰值前可分为 3个阶段 ,三轴应力 -纵向应变全过程曲线可分为 4个阶段。根据三轴轴向应力和围压绘制了莫尔圆 ,采用回归分析得到了强度准则和强度参数C、 值 ,并且分析了含水量对岩石强度的影响 ,其实验结果能为工程提供参考与借鉴。

基于岩体三轴压缩试验的节理力学参数确定方法

岩体节理面的刚度系数、黏结力和内摩擦角是反映节理面力学特性的重要参数。基于含不同倾角节理岩样的三轴压缩试验,通过对标准岩样的应力-位移分析,由互等功原理,建立节理岩样应变与位移新的几何关系,推导出弹性状态下节理刚度系数解析解,根据摩尔-库仑强度理论得出节理面的黏结力和内摩擦角。为了检验方法的正确性,对含节理面的同类岩体进行直接剪切试验,测出节理面的法向刚度、切向刚度、黏结力和内摩擦角。结果表明,两种方法所得结果基本吻合,说明所提出的方法可以通过节理岩样三轴压缩试验及理论分析间接得到岩体节理面的刚度系数、黏结力和内摩擦角,实现了节理岩体力学参数的简捷、快速测定。

沥青混合料局部三轴压缩试验方法

为了优化常规三轴压缩试验与单轴贯入试验,介绍了局部三轴压缩试验原理、试验设计方法及过程等.基于与沥青路面实际受力情况相似的原则,通过ANASYS有限元论证了该方法的可行性.认为公称最大粒径及试件提供的围压是影响压头直径的主要影响因素,实际路面层厚与试件径高比是确定试件高度的主要因素,并设计了压头和试件的直径与高度.对AC13,SMA13和PA13三种级配沥青混合料进行局部三轴压缩试验,结果发现,该试验与常规三轴压缩试验的结果规律性一致.该试验具有应力状态明确,符合实际路面围压情况,所得参数的规律性、稳定性和准确性较好,且试验方法简单的优点.

三轴压缩试验中橡皮膜约束影响的校正

基于风化砂的三轴压缩试验,讨论了橡皮膜约束对土强度的影响。结果表明橡皮膜的约束力随试样的径向应变的增大而增大,橡皮膜的约束将使测得的无粘性土的排水强度偏大。在此基础上提出了一种校正橡皮膜约束的比较简易的方法。

高温高压作用下致密砂岩三轴压缩试验

为探究温度和围压对四川盆地新场气田须家河组二段致密石英砂岩力学性质和破坏方式的影响,利用MTS815电液伺服控制刚性试验机还原其地下深部高温高压的地质环境进行常规三轴压缩试验。结果表明,温度一定时,试样的三轴抗压强度和弹性模量平均值均随围压增大而增大;围压一定时,随试验温度升高,60℃之前,致密石英砂岩试样的粘聚力呈二次非线性减小,内摩擦角、三轴抗压强度及弹性模量呈非线性增加;60℃之后,各参数变化趋势则与之前相反。60℃是温度-围压共同作用条件下试样力学性质变化的温度节点。在0~100 MPa围压范围、15~150℃温度范围内,致密砂岩试样变形破坏类型取决于温度和围压,围压对岩石强度的影响程度大于温度。按试样破坏过程和破坏方式,可将应力-应变曲线大致分为5种类型,破坏方式包含拉张破坏、剪切破坏、剪胀破坏和拉张-剪切破坏。

基于三轴压缩试验的红砂岩本构模型

利用RMT150B型岩石力学多功能试验机对红砂岩试样在不同围压条件下的三轴压缩应力应变全过程曲线进行了系统试验研究。研究表明:围压增大,岩石的峰值强度也随着增高;红砂岩的体积应变在峰值后区表现出很大的剪胀性。基于试验结果,分析了岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压之间的关系,根据试验得到了典型三轴压缩应力应变全过程曲线,建立了一个由线弹性段Ⅰ、线弹性段Ⅱ、线性软化段、线性残余塑性流动段组成的线性本构模型,给出了红砂岩4个阶段的本构方程,并确定了相关参数。

西部弱胶结泥岩的三轴压缩试验分析

为解决西部弱胶结软岩巷道支护难题,在内蒙古鲁新煤矿对典型弱胶结泥岩取样,并对其进行不同状态(天然状态、饱和状态和烘干状态)和不同围压水平的室内三轴压缩试验,分析其强度特征和基本力学指标与围压的变化关系。试验数据表明:1自然状态下弱胶结泥岩峰值强度和残余强度非常低,随着围压的增加,泥岩的峰值强度和残余强度均有较大提高,且峰值强度与围压呈对数变化关系;2泥岩对水非常敏感,随着含水率的增加峰值强度和残余强度均降低,峰值强度降低幅度更明显;3通过引入三轴软化系数进行分析,结果表明泥岩的软化系数随围压增加而下降,泥岩3种状态下的弹性模量与围压增加呈线性增大变化。最后通过泥岩三轴压缩四阶段应力-应变曲线的拟合分析,建立了泥岩三轴压缩全应力-应变关系。

岩石流变扰动效应三轴压缩试验研究

为了研究三向应力状态下扰动荷载引起的围岩流变变形规律,在岩石流变扰动效应单轴压缩试验研究的基础上,利用自主研发的岩石流变扰动效应三轴试验系统,选取红砂岩进行流变扰动效应三轴压缩试验,分析不同应力状态下流变扰动变形规律。试验结果表明:随着围压增大,各级流变变形量有所下降,长期强度增大,流变变形破坏滞后,破坏变形量有所增加;在进入扰动敏感区后,流变变形速率增大,变形不可恢复。最后,根据试验结果得出不同应力状态下岩石累计扰动变形量与累计扰动能量之间的本构方程。

含结构面岩体三轴压缩试验数值模拟研究

基于现行岩体力学试验方法,建立三轴压缩试验数值模型并辨识模型的可行性。以风滩水电站为背景,对含结构面的岩体进行三轴压缩试验数值模拟,研究了岩体等效弹性模量各向异性的尺寸效应以及岩体结构面倾角、间距等因素对岩体等效弹性模量的影响。采用此法模拟岩体三轴压缩试验求解岩体等效弹性模量,克服了承压板变形试验求解岩体等效弹性模量的理论缺陷,避免了现场岩体三轴试验周期长、代价昂贵等不足,为求解含结构面岩体的宏观力学参数开辟了一条新的途径。

巴东组紫红色泥岩三轴压缩试验及本构模型研究

采用MTS压力试验系统对巴东组紫红色泥岩进行了4个不同级别围压的三轴压缩试验和单轴试验。得到了巴东组紫红色泥岩在这5个围压下的全应力-应变曲线。根据试验结果,把全应力-应变曲线分为4个主要阶段,并分析了屈服强度、峰值强度、残余强度随围压的变化规律,结果表明,它们与围压成线性增大关系,满足库伦-莫尔强度准则。同时,根据试验曲线,利用双线性-线性软化-残余理想塑性模型来模拟巴东组紫红色泥岩,并给出了每一段的本构方程,确定了相关参数,可供类似的工程参考。

不同温度下花岗岩三轴压缩试验的声发射特性

为研究热-力作用下花岗岩的破裂规律,采用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-Ⅱ声发射仪开展了黑云母花岗岩在不同围压和不同温度作用下的三轴压缩试验。研究结果表明:在20℃,40℃和60℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大AE能率随着温度的升高而增加,宏观破裂角逐渐减小,岩石的脆性破坏特征逐渐增强;在60℃,90℃和130℃的温度作用下,声发射事件的密集程度和声发射累计振铃计数以及最大AE能率随着温度升高而减小,宏观破裂角逐渐增大,岩石的剪切破坏特征逐渐增强;同时,随着温度升高,剪切破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区表现为由小部分能量率很大的声发射和数量较多、低能量释放率的声发射组成。

粉砂质泥岩常规三轴压缩试验与本构方程研究

针对杭兰高速公路巫山至奉节段巴东组二段（T2b2）粉砂质泥岩地层中挖方高边坡易产生变形破坏的问题,采用TAWA-2000微机控制岩石三轴压力试验机对T2b2粉砂质泥岩进行了常规三轴压缩试验,获取了0~4 MPa围压下岩石的应力-应变全过程曲线。分析了岩石屈服强度、峰值强度以及残余强度与围压之间的关系,得出了岩石峰值抗剪强度参数以及残余抗剪强度参数。依据塑性力学理论,建立了考虑岩石应变软化的双线性弹性-线性软化-残余理想塑性四线性模型,并分段建立了本构方程,确定了各阶段方程的参数,研究成果可为高速公路挖方高边坡的变形破坏分析提供必要的资料。

适用于小型岩石试件的三轴压缩试验技术与设备的开发及其应用

为了用有限的岩石试样在室内进行大量的岩石力学试验测试,对直径10 mm、长度20 mm的小型岩石试件进行开发、制作。同时对S.Okubo等(2002)开发的透明围压容器进行改进,其围压可达10 MPa左右。用此改进的试验设备对小型岩石试件进行三轴压缩试验。通过对田下凝灰岩的试验,由小型试件得到的力学参数——黏聚力和内摩擦角,与用常规试件获得的试验结果相一致。而且在载荷速率交替变换的试验中,用一个小型试件就可获得应力–应变曲线的载荷速率相关性。通过对三峡库区周边滑坡地带采集的岩石试样的测试,成功获得不同岩石的强度特性曲线及表示载荷速率相关性的参数。

土三轴压缩试验试验方法的对比探讨

土的抗剪强度在岩土工程设计中是一个很重要的指标。三轴压缩试验是测定抗剪强度的方法之一。本文就三轴压缩试验的常规方法和一个试样多级加荷方法进行的固结不排水剪 ( CU )的试验结果 ,分析它们之间的差异 ,探讨了形成差异的原因。

湿态混凝土常规三轴压缩试验研究

为了研究水饱和情况下混凝土性能(相比于自然湿度混凝土)的变化情况,对不同应变速率时的自然湿度和水饱和混凝土做了常规三轴应力作用下的抗压试验,得到了不同湿度混凝土的应力应变全曲线,分析了不同湿度混凝土的峰值应力与应变、割线弹性模量,并基于损伤力学研究了混凝土的力学损伤特性。研究结果表明,常规三轴压缩状态下水饱和混凝土相同应变所对应的应力值较自然湿度混凝土小,即相同应变作用下水饱和混凝土较自然湿度混凝土破坏严重,这种状态将一直持续到混凝土破坏为止。

粉砂质泥岩不同加载控制方式下三轴压缩试验研究

对秭归县马家沟滑坡中粉砂质泥岩开展三轴压缩试验,分析在应力和应变两种加载控制方式下岩石的变形破坏特征,以获取相对安全合适的试验加载方式。结果表明:在加载初期,各围压下两种加载控制方式的轴向应变和环向应变曲线具有较好的线性特征,峰值强度后变形特征差异显著;轴向应力加载控制方式下得到的岩石内摩擦角相对更大,摩擦力抵抗岩石变形破裂的能力相对较高,而环向位移加载控制方式下黏聚力抵抗岩石变形破裂的能力相对较高;试件破坏模式主要为低围压下的剪切-张拉破坏和较高围压下的剪切破坏,在轴向应力加载控制方式下试件的破坏程度相对剧烈,而环向位移加载控制方式下试件完整性相对较好,表明试件在环向变形量等速增加的制约下,岩石内部材料缓慢地达到承载极限,降低了灾变的可能性。

新双室三轴仪用于非饱和土体积变化的连续测量和三轴压缩试验

介绍一台新双室三轴仪用于非饱和土体积变化的连续测量和三轴压缩试验。该双室三轴仪是对现有的内置开顶圆筒三轴仪和双墙三轴试验仪的重大改进 ,克服了存在的缺点。试验结果表明 ,体积测量相对误差不超 1.93 % ,该双室三轴仪能可靠和相当准确地自动测量土样三轴试验中的体积变化。

相似方法在冻土低温三轴压缩试验研究中的应用

主要介绍相似方法在冻土抗剪强度低温三轴压缩试验研究中的应用及若干关键科学问题。基于目前广泛应用的Bockinghamπ定理，采用量纲分析方法，并考虑冻土的本构方程、含水量与重度之间的关系，研究试件几何尺寸、试验控制条件、土性指标及冻土变形应力、应变之间的相似关系，求解冻土抗剪强度指标的相似解析式。据此，可由某一条件下冻土抗剪强度指标的试验测定结果，推求其他条件下冻土抗剪强度指标的相似计算值。试验结果表明，所得的冻土抗剪强度指标的相似解析式具有很高的推求计算精度，能够很好地应用于冻土工程及相关科学研究。

混凝土试件单轴及常规三轴压缩试验研究

利用SAW-2000型电液伺服微机控制岩石力学试验系统,进行了混凝土试件单轴压缩试验、常规三轴压缩试验,研究了围压在0 MPa和1 MPa时的应力应变曲线,得到了该混凝土试件的峰值强度、弹性模量和泊松比等参数,随围压的增加,混凝土试件的抗压强度将提高21.6%,验证了低围压下混凝土应力应变曲线的五阶段特征。