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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

非饱和红黏土三轴试验研究

红黏土强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取,是地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。以贵阳红黏土为例,对非饱和红黏土的强度特性进行了常规三轴试验研究。根据试验结果,分析了原状红黏土和压实红黏土的应力-应变关系及破坏类型,提出了压实红黏土的应力-应变关系曲线的数学模型,得出了压实红黏土抗剪强度参数与物理指标指标之间的关系。

深部单裂隙岩体结构面效应的三轴试验研究与力学分析

通过在类岩石材料中人工预制单裂隙,以常规三轴压缩试验为手段,研究深部单裂隙岩体的强度特征及破坏特性;用断裂力学原理分析单裂隙岩体沿结构面剪切破坏的影响因素,探讨裂隙岩体沿结构面滑动破坏的条件。研究结果表明:(1)单裂隙试样强度不仅具有明显围压效应,而且与裂隙倾角和尺寸关系密切;(2)裂隙是试件损伤的外在集中表现,裂隙试样的弹性模量和变形模量与围压、倾角及尺寸相关,裂隙尺寸对模量的影响最大,随着尺寸增加模量显著下降,而围压和倾角对模量的影响较轻微;(3)预制单裂隙试样的破坏形式既有沿结构面的滑动剪切破坏,也有试样自身的剪切破坏,而当裂隙尺寸较小时,还将产生裂隙重置后沿新结构面的剪切破坏;(4)单裂隙试样在理想II型剪切破坏时,断裂力学理论与莫尔库仑强度准则达到较好统一;(5)单裂隙试样沿结构面滑动破坏不仅取决于结构面倾角,而且与裂隙尺寸及围压大小关系密切,裂隙倾角适当,尺寸较小,围压较高时,试样才能产生沿结构面的滑动破坏,尺寸较大时,沿结构面滑动破坏对围压不敏感;(6)单裂隙三轴压缩试验中,既有I和II型裂纹产生,也有III型裂纹的扩展。研究成果能为含裂隙或断层的地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供理论参考。

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。

基于MTS系统的单块试件三轴试验方法研究

随着岩石力学测试设备的伺服控制性能、变形测试技术及试件破坏过程监测手段等改进,国际岩石力学会测试委员会(ISRM)建议的单块试件三轴试验方法有必要进行更进一步的研究。MTS815试验系统以其优良的加载系统、控制系统、测量系统等成为当今岩石力学测试研究领域的主要设备之一。基于该系统对锦屏粗晶大理岩岩样开展大量的常规三轴试验和单块多级加载三轴试验,研究结果表明:单样三轴试验得到的强度参数与常规三轴试验结果相比,内摩擦角和黏聚力都有一定比例的减小,随着应力水平增加两者越接近;高应力水平下,大理岩单块多级加载三轴试验方法对低、中等硬脆性岩石是基本适用的、可行且可靠的。研究成果对特殊条件下的工程岩石力学参数取值方法和新试验方法的推广具有重要的工程应用价值。

基于三轴试验红层泥岩的邓肯-张模型参数研究

兰州地区红层泥岩形成于干旱、半干旱环境,其物理力学特性与其他地区的红层泥岩不同。以G6京藏高速兰海养护维修工程的红层泥岩路基填料为研究对象,通过大量的常规三轴试验,研究含水率对其力学特性及邓肯-张模型参数的影响。结果表明:在不同含水率下兰州地区红层泥岩的应力-应变曲线关系符合双曲线模型。含水率小于最优含水率时,破坏形式为剪切破坏;含水率大于最优含水率,破坏形式为鼓状破坏;随着含水率的增加,黏聚力和内摩擦角逐渐减小,内摩擦角减小的幅度更大,究其原因是含水率对黏聚力和内摩擦角的影响机理不同而导致。采用数学模型进行拟合发现:黏聚力、内摩擦角与含水率分别呈二次抛物线与对数曲线关系。不同含水率下邓肯-张模型参数破坏比R_f在区间(0.869,0.984)内波动,K值随含水率增大而减小呈负线性关系,n值随含水率的增大而增大呈线性关系。

向家坝水电站坝基挤压带岩石三轴蠕变试验及非线性黏弹塑性蠕变模型研究

基于岩石常规三轴蠕变试验成果,研究向家坝水电站坝基挤压破碎带砂岩蠕变力学特性,分析岩石轴向和侧向蠕变规律。在低应力水平下,岩石仅发生衰减蠕变和稳态蠕变,而且稳态蠕变阶段的应变速率为非零常数,蠕变量不可忽视,岩石变形满足Burgers蠕变模型。当应力达到一定水平时,岩石经过衰减蠕变和稳态蠕变之后发生加速蠕变破坏。不同围压下蠕变破坏特征不同,尤其是加速蠕变启动时间的差别较大,据此提出加速蠕变启动元件。通过将加速蠕变启动元件与Burgers模型串联,建立一个新的岩石六元件非线性黏弹塑性蠕变模型,并从理论上对其蠕变力学特性进行讨论。推导三维应力状态下的岩石蠕变本构模型公式,研究蠕变参数辨识方法。通过与试验曲线的比较,显示所建非线性蠕变模型的正确性与合理性。

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。