棱柱体、圆柱体混凝土的常规三轴试验研究

研制了一种适合在液压室中对棱柱体试样进行常规三轴加载的压头,提出了便捷的试样密封方法;利用该压头对棱柱体混凝土试样进行单轴压缩试验和6档围压下的常规三轴试验。此外,对高强和超高强圆柱体混凝土试样进行单轴压缩试验和5档围压下的常规三轴试验。分析了试样的破坏形态、破坏过程、主裂缝的形成过程与试验曲线之间的对应关系。试验结果表明:(1)该压头密封效果良好;(2)试样的破坏形态分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型3种,棱柱体的Ⅱ型破坏形态存在更多的细分种类;(3)当试样的破坏形态为Ⅱ型时,其应力-应变曲线有下降段,曲线εx-εz和εy-εz均存在分离点和直线段,直线段是破坏面两侧块体相对滑动的结果;(4)当试样的破坏形态为Ⅲ型时,其应力-应变曲线是否存在下降段都有可能;但是,当应力-应变曲线无下降段时,破坏形态一定是Ⅲ型的。

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性,开展了常规三轴、蠕变和松弛试验,研究过程与结论如下:(1)开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验,对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征,得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小,且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论;(2)开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验,分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率,得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变,其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论;(3)开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验,分析偏应力的变化规律,得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段,其偏应力下降速率很快,在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。

高温后粗砂岩常规三轴压缩条件下力学特性试验研究

通过在MTS815.03电液伺服岩石力学试验机上对焦作方庄煤矿煤层顶板粗砂岩进行高温后常规三轴压缩试验,基于试验结果研究不同温度作用后常规三向压缩条件下粗砂岩宏观力学特性,分析粗砂岩强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角和极限应变与温度的关系;同时对粗砂岩强度、平均模量与围压关系进行探讨。研究结果表明,围压一定,温度为25℃～300℃时,随着温度的升高,试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大,而变形模量有所降低。高温产生的热应力起到容纳变形和裂隙闭合作用,砂岩试件部分原生裂隙逐渐愈合,裂隙数量减少,密实程度提高,矿物颗粒间接触关系得到改善,摩擦特性得以增强;超过300℃以后,随着温度的升高,粗砂岩试样的强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均有所减小,而峰值变形逐渐增大,由高温引起的粗砂岩矿物颗粒的不同热膨胀率导致跨颗粒边界的热膨胀不协调,从而产生结构热应力使试样内部产生微裂隙,试样承载能力和抗变形能力减弱。而围压对粗砂岩的力学性质起到改善和强化作用,当温度一定时,随着围压的升高,粗砂岩试件强度、平均模量、黏聚力、内摩擦角均逐渐增大。

韧性岩石常规三轴压缩试验及变形与损伤演化规律研究

利用岩石全自动三轴伺服仪,对向家坝水电站坝基挤压带强风化砂岩进行不同围压下的常规三轴压缩试验,并对岩石变形和破坏机制进行研究。试验结果表明:该强风化砂岩表现出显著的非线性变形和延性破坏特征,属于韧性岩石。在偏压作用下,岩石轴向和侧向应变分别为5%和4%,体积膨胀量为4%以上。岩石变形力学参数随荷载的变化而变化,随偏应力的增大,岩石弹性模量减小,泊松比增大。围压可提高岩石抵抗变形和破坏的能力,围压越大,岩石发生扩容的起始偏应力越大。基于密度方法研究岩石损伤演化规律。加载初期,岩石被压密,处于无损阶段;当偏应力超过一定水平时,岩石出现损伤,且损伤量与等效应变呈线性关系,密度损伤阈值低于0.12。试验结果对向家坝水电站坝基稳定性分析有重要参考价值。

岩石破坏前后曲线分类及脆-延转换围压研究——蚀变岩常规三轴压缩试验Ⅰ

蚀变岩是工程中少见的软弱岩类,在西南某重大水电工程中,蚀变岩处于工程的重要部位,为保证工程的长期稳定性,对蚀变岩力学特性进行了深入全面的试验研究。通过对孔隙度不同的饱水蚀变岩进行系统的常规三轴压缩试验和总结分析,提出了蚀变岩三轴压缩下破坏前应力-应变曲线可分为3大类,破坏后应力-应变曲线亦可分为3大类的形态模式。并得出结论:蚀变岩的破坏类型受围压与孔隙度的共同影响,在给定的12MPa围压下蚀变岩以脆性破坏为主,只有孔隙度大于16%且围压大于4MPa时才有可能进入脆-延转换状态,且脆-延转换围压随孔隙度增加而降低,临界状态应力比随孔隙度增大而增加。

活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究

通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度特征和变形规律。结果表明:围压≤60 MPa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破坏,围压为65MPa时,破坏表现出挤压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力—应变曲线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为压缩。

高强再生混凝土常规三轴受压本构曲线试验

为了研究高强再生混凝土单轴及常规三轴应力状态下的受压应力-应变全曲线特征,通过RMT-201完成43个Φ50 mm×100 mm圆柱体试验,分析了不同围压、不同再生粗骨料取代率对高强再生混凝土强度、峰值应变以及全曲线的影响,提出了高强再生混凝土应力-应变曲线本构方程.试验结果表明:高强再生混凝土试件破坏形态与普通混凝土类似,但再生骨料与普通骨料最后破坏形态差异较大;随着侧压力增大,再生混凝土峰值应力、峰值应变呈线性增长;单轴及常规三轴应力状态下,高强再生混凝土受压应力-应变全曲线形状与普通高强混凝土相似,但峰值应变具有较大增长.随着侧压力的增长,高强再生混凝土上升段变陡,下降段变得越来越平缓.

渗透压—应力耦合作用下煤体常规三轴试验的颗粒流模拟

为了研究在渗透压-应力耦合作用下围压和瓦斯压力对煤体变形破坏规律的影响,借助PFC2D软件进行了340组抗压及抗拉试验模拟,建立了煤体宏观力学参数与细观参数之间的关系。利用平行黏结模型和推导得出的细观参数,对煤体进行了不同围压和瓦斯压力条件下常规三轴试验的颗粒流模拟,并将模拟结果与物理试验结果进行对比及误差分析,对煤体宏观力学参数的变化规律进行了总结。分析结果表明,经过推导得到的宏细观参数关系,可以控制模拟结果的误差在10%之内,能较好地模拟煤体的力学特征;围压增大时,煤体的抗压强度、残余强度及弹性模量呈增大趋势,泊松比以及煤体的破裂角度变小,与物理试验所得围压对煤体的刚度和强度起增强作用的结论一致;瓦斯压力的升高会导致煤体抗压强度,残余强度及弹性模量减小,泊松比以及煤体破裂角度变大,验证了物理试验中瓦斯压力对煤体强度具有劣化作用的结论。

类砂质泥岩常规三轴浆压致裂起裂压力试验研究

为深入探究两淮矿区典型砂质泥岩劈裂注浆起裂机制,研制了常规三轴劈裂注浆试验装置,开展了类砂质泥岩浆压致裂起裂压力模型试验,基于试验结果分析了岩石强度与应力状态对注浆起裂压力、裂缝扩展形态影响规律,揭示了砂质泥岩劈裂注浆起裂机制。研究表明:起裂压力与岩石抗压强度呈正相关,且岩石抗压强度越高,劈裂路径越复杂;起裂压力对围压的敏感程度远高于轴压,且应力差Δσ=σ_(V)-σ_(H)越大,裂缝形态越规整;孔压三轴条件下,封闭裸孔段浆压致裂法确定的岩石抗拉强度值约为单轴抗拉强度的2.5倍。该研究结果可为今后类似岩层劈裂注浆参数设计与施工提供参考。

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。

平面应变与常规三轴实验下黄土的力学特性分析

黄土工程中存在着大量平面应变问题,但目前仍采用常规三轴实验的处理方法,通过对西安理工大学真三轴仪进行改装,实现平面应变实验,对比分析不同含水率、不同固结围压下平面应变实验与常规三轴实验的差异。研究表明:含水率对两种条件下土体的强度影响较大,围压次之;在相同条件下,平面应变条件下土体的强度要明显大于常规三轴下的土体强度,说明以往对平面应变问题的处理偏保守。研究对设计和施工起到了一定的指导作用。

叶蜡石常规三轴压缩下力学性能的实验研究

对天然叶蜡石及经不同温度焙烧的粉压叶蜡石进行了常规三轴压缩实验,分析了峰值应力、弹性模量等力学参数。研究结果表明,岩样的峰值应力都随着围压的增大而增大。相比于粉压叶蜡石峰后从应变软化转化为理想塑性,天然叶蜡石表现出相对的脆性。而经不同温度焙烧的粉压叶蜡石之间,以及焙烧过与未焙烧的粉压叶蜡石之间都存在着明显的力学性能的差异。

平面应变试验与常规三轴试验条件下含细粒土砂力学特性比较研究

为获得某堤坝地基下含细粒土砂的力学特性,进行了平面应变试验,并与常规三轴得到的结果进行了对比,结果显示:对于同样围压平面应变试验的偏差应力及广义剪应力大于常规三轴压缩试验,说明平面应变状态下含细粒土砂的强度较高;在相同的大主应变下,平面应变试验的广义剪应变最大值远大于常规三轴试验;同时,也可以看出平面应变试验下,小主应变反映的侧向膨胀更大,而体积应变远小于常规三轴试验。由此说明,应力状态对含细粒土砂的力学特性有重要的影响,应依据工程中实际的受力状态选择相应的试验方法来确定其力学特性。

钢纤维再生混凝土常规三轴压缩试验研究

使用DYS-2500高温高压岩石三轴试验机对钢纤维再生混凝土圆柱体进行了单轴压缩和常规三轴压缩试验研究。结果表明,钢纤维再生混凝土在单轴压缩和三轴压缩下的破坏形态有所差别;同一围压下,钢纤维再生混凝土随着钢纤维掺量的增加,试件能承受的主压应力及轴向应变也相应增加,且围压下的应力-应变曲线走势大体一致;相同掺量钢纤维再生混凝土,随着围压值的提高,其承受的主压应力、轴向应变也相应提高;围压15MPa时,钢纤维再生混凝土的峰值应力约是单轴压缩下峰值应力的3.08~4.13倍;同一围压下的纤维再生混凝土,钢纤维掺量2%的峰值应力约是普通再生混凝土峰值应力的1.15~1.54倍;围压15MPa时钢纤维再生混凝土的峰值应变比0MPa时的峰值应变增加了5.98~6.76倍;同一围压下的再生混凝土,钢纤维掺量2%的峰值应变约是普通再生混凝土峰值应变的1.22~1.52倍。

含面层再生混凝土常规三轴试验研究

使用DYS-2500高温高压岩石三轴试验机对含面层再生混凝土圆柱体进行了单轴压、常规三轴压缩试验研究。试验结果表明,含面层再生混凝土在单轴压和三轴压缩下试验破坏形态有所差别;在围压作用下含面层再生混凝土应力-应变关系曲线发展趋势平缓丰满,没有明显的峰值点;围压有助于提高含面层再生混凝土的峰值应变和峰值应力;15MPa围压时的峰值应力约为单轴压下峰值应力4.4~4.7倍,取代率对峰值应力的影响甚微;围压15MPa时的峰值应变比围压0时的峰值应变增加了7%~13%;取代率对再生混凝土的峰值应变有一定影响,大体呈递减趋势,但不明显。

五种常规三轴强度准则的比较

基于6种岩石的试验数据对5种常规三轴强度准则进行拟合。以拟合偏差绝对值之和最小为目标确定强度准则中待定参数,进而比较拟合偏差以及单轴抗压强度σC和抗拉强度T的预测值与试验值差异。研究发现:含有3个参数的广义Hoek-Brown准则、指数强度准则和ROCKER准则预测的单轴抗压强度与试验值基本一致;ROCKER准则预测的单轴抗拉强度与试验值较接近;广义Hoek-Brown准则具有较小的拟合偏差,抗拉强度对强度准则的拟合结果没有明显影响。

基于常规三轴试验的陇东黄土力学特性与分析

利用TSZ-6A型应变控制式三轴仪进行了甘肃陇东(庆阳)某黄土滑坡体土样的室内试验、原状土样的无侧限剪切试验、重塑黄土的加载和卸载试验,分别考虑了不同含水量、不同围压以及初始应力场对于黄土强度的影响,比较了黄土在加载状态和卸载状态下的力学性能,绘制了相应的应力-应变曲线。由试验可知,黄土强度具有极大的结构性,黄土结构的破坏对于其强度影响很大;同时,黄土强度与其含水量、应力状态和应力路径具有重要的联系。

掺PVA纤维混凝土常规三轴压缩试验研究

使用DYS-2500高温高压岩石三轴试验机对掺PVA纤维混凝土和普通混凝土试件进行了单轴压缩和常规三轴压缩试验。研究了普通混凝土和掺PVA纤维混凝土的强度、破坏过程、变形等特性。结果表明,PVA纤维掺量从0增加到3.5 kg/m^3时,掺PVA纤维混凝土抗压强度有明显的增加趋势;当PVA纤维掺入量大于3.5 kg/m^3时,掺PVA纤维混凝土抗压强度有明显下降趋势;当PVA纤维掺入量达到7.5 kg/m^3时,掺PVA纤维混凝土抗压强度低于基准混凝土。

基于常规三轴试验PBFC防渗浆材破坏形态机理分析

以水泥和膨润土为主要材料制备一种用于垃圾填埋场防渗的聚乙烯醇改性膨润土-粉煤灰-水泥防渗浆材(PBFC防渗浆材),并采用常规三轴试验仪对硬化的PBFC防渗浆材进行试验。试验结果表明,硬化PBFC防渗浆材试块的剪切破坏主要分为典型剪切破坏、楔形剪切破坏和劈裂剪切破坏三种形态。PBFC防渗浆材的极限应变值在0.5%~1.5%范围内,且随着水泥和膨润土掺量的增加,防渗浆材试块的抗剪强度增强,但当水泥和膨润土掺量过多时,防渗浆材试块的抗剪强度有所降低。

高填方粗粒土干湿循环及蠕变特性三轴试验研究

白鹤滩水电站库区蓄水后,其高填方场地将长期经历水位升降,对于场地的变形和稳定来说十分不利。依托于白鹤滩水电站库区移民安置区消落带高填方场地稳定性研究项目,通过大型常规三轴剪切试验和蠕变试验分析了粗粒土在干湿循环作用和饱水条件下的应力应变关系、剪切形态特征、长期强度、变形规律等,得到主要结论如下:①粗粒土的强度随着干湿循环次数的增加逐渐降低;②干湿循环次数n≤3时,粗粒土试样先剪缩后剪胀,n>3时,粗粒土只有剪缩变形;③粗粒土的峰值偏应力随着干湿循环次数的增加逐渐降低,围压越高干湿循环作用对粗粒土抗剪强度损伤劣化的影响越大;④粗粒土的长期强度较剪切破坏强度有所降低,在低围压下降幅较小,一般情况下可达到剪切破坏强度的80%甚至更高,在高围压下由于颗粒破碎严重粗粒土的长期强度损伤较大。