含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析

天然气水合物开采诱发水合物分解,削弱水合物地层强度,可能导致地层滑动和生产平台倒塌等工程地质灾害,对水合物开采安全性构成严重威胁.深入理解含水合物沉积物力学性质并建立合理的本构关系模型是水合物开采安全性评价的前提条件.在自主研发的含水合物沉积物力学性质测试实验装置上,采用饱和水海砂沉积物气体扩散法制备了含水合物沉积物样品,并开展了系列的排水三轴剪切试验,通过时域反射技术实现了样品中水合物饱和度的实时在线测量;基于复合材料的罗伊斯(Reuss)应力串联模型和沃伊特(Voigt)应变并联模型提出了含水合物沉积物等效弹性模量的细观力学混合律模型,结合损伤统计理论和摩尔-库伦破坏准则改进了含水合物沉积物的本构关系模型.结果表明:随着水合物饱和度的增加和有效围压的减小,应力-应变曲线由应变硬化型变为应变软化型,割线模量和峰值强度均随水合物饱和度与有效围压的增加而提高,黏聚力受水合物饱和度影响明显,而内摩擦角基本不变;提出的等效弹性模量细观力学混合律模型与改进的本构关系模型均具有良好的适用性,模型参数少且物理意义明确.

沥青混合料三轴剪切试验的离散元模拟研究

为了更好地评价和预估沥青混合料抗车辙能力,基于离散元方法,应用PFC2D软件对沥青混合料的三轴剪切试验进行离散元数值模拟,并将模拟结果与实验室试验结果进行了对比分析.结果表明,离散元模拟结果与实验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性;可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法.

大连大窑湾区吹填淤泥土三轴剪切试验

基于对大连市大窑湾地区吹填淤泥土的固结不排水三轴剪切试验,获得该地区吹填淤泥土三轴试验的抗剪强度指标、孔隙水压力变化规律以及应力路径的特点。重点研究分析了吹填淤泥土的应力-应变关系特性:试样的应力-应变关系曲线为典型的双曲线;在低围压下,土体表现出弱应变硬化型;在高围压下,土体呈现明显的应变硬化型。同时将土样基于典型的双曲线方程进行归一化研究,将主应力差的渐近值作为标准归一化因子,得出吹填淤泥土的应力-应变关系具有很好的归一性,以此建立了大连吹填淤泥土的应力-应变特性的归一化方程,可以对不同围压的吹填淤泥土的应力-应变变化趋势进行较好的预测。

基于离散元方法的沥青混合料虚拟三轴剪切试验三维模拟

基于离散元方法建立了沥青混合料的细观力学结构模型,并通过虚拟三轴剪切试验,模拟验证了该模型的合理性.首先,开发了基于方孔筛工作机制的粗集料生成算法,建立了不规则形状的颗粒,使得粗集料的形状控制多样化和精确化.然后,将具有实际纵向分布特征的空隙相引入到沥青混合料的细观结构模型中,取代了传统方法中空隙随机分布的处理模式.结合室内试验和虚拟试验,获取了中高温条件下的沥青砂浆接触本构模型参数.虚拟三轴剪切试验的模拟结果以及对沥青混合料抗剪强度的预测结果验证了建立的细观结构力学模型的合理性,离散元虚拟试件产生的剪切破坏和实际试件破坏形态一致,由虚拟试验得到的抗剪强度和实际结果基本吻合.

疏浚淤泥流动固化土的三轴剪切试验研究

为了分析高含水率疏浚淤泥流动固化土的强度特性,对疏浚淤泥流动固化土进行了三轴剪切试验研究.通过三轴试验仪,开展了不同配比和不同龄期的流动固化土的固结不排水(CU)三轴剪切试验.结果表明,疏浚淤泥流动固化土的抗剪强度包线由双折线组成,屈服前的强度包线与水平轴近似平行(平均夹角为4.8°),屈服后的强度包线与水平轴夹角增加了许多(平均为18.1°);屈服后的强度包线几乎是一条过原点的直线.基于三轴剪切试验结果和传统的土的抗剪强度理论,给出了流动固化土的抗剪强度表达式.通过三轴试验,揭示了主应力差和孔隙水压力随围压增长的规律,明确了疏浚淤泥流动固化土的抗剪强度性状.

基于离散元方法的沥青混合料三轴剪切试验模拟研究

为了从沥青混合不连续特征的角度更好地评价和预估其抗车辙能力,采用离散元方法建立沥青混合料细观结构模型,并进行沥青混合料三维离散元虚拟三轴剪切试验。将模拟结果与宏观试验结果进行比较,分析模型参数与试验参数之间的关系。最后将二维虚拟试验结果和三维虚拟试验结果进行对比。结果表明:三维离散元模拟结果与试验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性,可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法;三维离散元模型由于更多地考虑了材料的嵌挤作用,比二维离散元模型精度更高。

冻结盐渍土三轴剪切试验过程中的损伤及压融分析

三轴剪切过程中损伤及压融等力学性质对冻结盐渍土的强度及变形影响显著。通过对-15℃德令哈含盐砂土进行一系列的三轴剪切循环试验及CT扫描试验,分析冻结盐渍土在三轴试验过程中的损伤演化以及压融量变化规律。研究发现,在三轴剪切中损伤变量随静水压力的变化而改变,在本文条件下当静水压力在1~12 MPa之间时,损伤变量随围压的增加而增加,当静水压力超过12 MPa时,损伤变量反而呈现减小趋势。同时,定义压融阈值ps以及压融量达到最大值时对应的静水压力值pm,研究表明：当静水压力小于ps时,试样内部几乎不存在压融现象;当静水压力大于ps且小于pm时试验内部的压融量可用二次函数描述;当静水压力超过pm时,试样中的压融量达到最大值λm,且压融极值点与损伤变量极值点对应的静水压力值基本一致。

根土复合体三轴剪切试验研究

利用三轴试验仪对夹竹桃根土复合体进行固结不排水试验。对根土复合体的应力-应变关系及抗剪强度指标进行研究,分析了根土复合体的破坏荷载及根土复合体在剪切过程中的阻抗机理。试验结果表明:1根土复合体强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强;2根土复合体的黏聚力和内摩擦角都有所提高,其中黏聚力增长十分明显;3根系布置方式对根土复合体强度增长有影响,复合体强度增长顺序为混合放置>相交放置>竖直放置>水平放置>倾斜放置。研究结果对于深入研究植被护坡机理和指导植被护坡工程设计具有十分重要现实意义。

淤泥土在三轴剪切试验中的性状和应力路径

通过对原状淤泥土的三轴固结不排水剪切试验 ,研究淤泥土在三轴剪切试验中的性状和应力路径 ,得出了一些有益的结论。

巨粒土原位直剪试验和室内三轴剪切试验比较

对巨粒土进行了原位剪切试验和室内三轴剪切试验,并对试验结果进行比较,得出了室内三轴试验和原位试验的优缺点,认为原位剪切试验测得的c、φ值离散度明显大于室内三轴剪切试验,且在三轴剪切试验中巨粒土试样的固结程度要高于工程中的实际固结程度,在以后的试验中应尽量采用较小的围压进行固结。

天津市上部地基土三轴剪切试验强度的研究

本文通过对土的不固结不排水三轴剪切试验的影响因素的分析及对比试验,总结了土的不固结不排水三轴剪切试验强度的变化规律,阐明了在工程勘察设计中土的不固结不排水三轴剪切试验强度指标的应用.

土工直接剪切试验和三轴剪切试验优缺点及适用范围

土工试验是解决土工问题的一个工作环节,通过对直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点对比分析,调整不同级别的建筑物对试验方法的选择,以使试验结果更加符合岩土工程运行工况。

不同应力路径对红土三轴剪切试验成果的影响

红土作为一种特殊土类，其物理力学性质不同于一般粘性土．本文从红土的基本物理力学性质出发，对红土在不同应力路径不同试验方法下的三轴剪切试验成果进行分析研究，指出红土的应力－应变－体变曲线出现特殊现象，同时还分析了两种应力路径对试验成果的影响．

砾石料尾矿坝力学性质大型三轴剪切试验研究

某尾矿坝采用砾石料一次建坝方式建设,分两期实施。在开展二期工程前,对已填筑坝体砾石料的物理力学性能指标进行了系统测试,为坝体加高工程稳定性评价分析提供理论依据。现场取样进行颗粒分析表明,该筑坝料为级配良好砾,同时基于现场检测干密度指标,在室内开展了不同固结排水状态下砾石料的大型三轴剪切试验,以了解其在不同状态下的力学性能。试验结果表明:筑坝砾石料CD试验抗剪强度指标内聚力c为20 k Pa,摩擦角φ为31.8°;CU试验抗剪强度指标内聚力c为8 k Pa,摩擦角φ为29.2°;UU试验抗剪强度指标内聚力c为107 k Pa,摩擦角φ为4.0°。

论南水北调穿黄工程低液限粘土三轴剪切试验

借助室内三轴压缩仪对南水北调穿黄工程南岸低液限粘土进行了不固结不排水和固结排水三轴剪切试验,通过计算得到了抗剪强度指标,为南水北调穿黄工程提供了更为合理有用的参数。

土石混合填料大型三轴剪切试验研究

为研究土石混合填料在不同土石混合比情况下的力学响应,以国道316旬阳至安康二级公路改建工程中的填石高路堤工程为依托,利用大型三轴剪切试验仪,在4种不同围压条件下,分别对土石混合质量比为3∶7和3∶2的试样进行固结不排水剪切试验。发现当土石混合比为3∶7时,在低围压(200 kPa)条件下,试样应力-应变曲线为应变硬化型,在高围压(400,600和800kPa)条件下,试样应力-应变曲线在达到峰值应力后有所下降,表现为弱应变软化。在4种围压条件下,试样体应变均表现为随轴向应变先增大后减小,即试样先剪缩后剪胀,且表现为随着围压的增大,剪缩量不断增大,然后达到峰值,随后体应变减小,表现出剪胀趋势,且随着围压的增大,剪胀趋势减弱。当土石混合比为3∶2时,在4种围压条件下,试样应力-应变曲线均表现为应变硬化,无明显的峰值强度。试样体应变均随轴向应变增大而增大,即试样一直表现为剪缩,且围压越大,剪缩趋势越明显,剪缩量越大。体变速率(dεv/dε1)能较好地反映试样变形特性和应力-应变特性。结果表明:土石混合比的变化对土石混合料剪胀性影响很大,对应力-应变特性的影响主要体现在加载后期。

应力路径下深部人工冻结黏土三轴剪切试验研究

采用先固结、低温下冻结后轴向加载的试验方法,模拟多圈冻结管的冻结井筒开挖时深部冻黏土在径向卸载过程中的力学过程。通过大量的三轴剪切试验,获得了不同冻结温度、固结围压和应力路径下的冻黏土剪切试验结果:偏应力较小时人工冻土的三轴剪切应力—应变曲线呈直线型,可以选用Mohr-Coulomb屈服函数来描述,若偏应力很大时人工冻土的三轴剪切应力—应变曲线为抛物线型分布,可以选用改进的Zienkiewicz-Pande抛物线型屈服准则来表达;随着固结围压的增大和冻结温度的降低冻土剪切强度也成比例增加,约0.2MPa/℃。

土石混合体三轴剪切试验及三维多重剪切边界面模型

土石混合体是介于离散和连续介质之间的特殊地质材料,其颗粒分布特征和力学特性是控制土石混合体高填方工程稳定性的重要因素。以白鹤滩水电站库区象鼻岭移民安置点防护堤工程为依托,利用大型三轴试验仪,对两种土石混合体填筑料在3种不同围压条件下进行固结排水剪切试验,分析了土石混合体的偏差应力和体积应变随轴向应变的变化规律以及剪缩和剪胀特性。在此基础上,根据粒状土的临界状态和边界面弹塑性理论,引入了适合于土石混合体的临界黏聚力和状态参数,并基于空间随机分布微观剪切结构,建立了土石混合体状态相关三维多重剪切边界面模型。通过模型模拟结果与三轴剪切试验结果的比较,验证了该模型能够合理地描述土石混合体在低围压下的应变软化和剪胀特性,以及在高围压下的应变硬化和剪缩特性。

沥青混合料三轴剪切试验研究

在国外三轴试验研究的基础上,引进开发了沥青混合料的三轴试验方法,采用简单剪切仪(SST试验机)对几种不同类型的沥青混合料进行了三轴剪切试验研究,分析了试验温度、围压以及沥青胶结料等级、级配类型对沥青混合料抗剪切能力的影响,得到了沥青混合料在三轴应力状态下的力学特性。

三轴剪切试验中几个基本问题的研究

对小浪底击实粘上固结后B值的变化及其对强度特性影响的试验研究表明,已抽气饱和的试样,固结后再测定B值,B<1将引起土体抗剪强度增加,但不符合有效应力原理。试验中还发现,目前使用的三轴仪,底座及试样帽为平直侧面型,不利于止水;按常规试验步骤测出的B值及固结排水量不能正确反映试样的饱和情况和排水量。文中提出在底座和试样帽上各开两道弧形浅槽,涂上硅脂以解决漏水问题;并建议用10～20kPa的周围压力排水,以排水后测得的B_0反映试样的饱和度为宜。