原状海洋土动泊松比的试验研究

利用空心圆柱扭剪(HCA)仪,针对原状海洋粉质黏土,通过循环三轴及循环扭剪试验,得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比,探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明:土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大;有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响,动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少;且随着广义剪应变的增大,两者对动泊松比的影响减小,当广义剪应变增大到1.8×10-2左右,试验终止,此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象,说明土体未出现剪胀现象,试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性。

一种测试动三轴试样泊松比的方法

利用非接触式位移传感器研制了一套测量动三轴试样径向变形的装置。针对试样两端透水石对试样径向变形的约束,推导了对实测径向变形的修正关系。利用径向与轴向变形测量装置,就可以依据实测动三轴试样的轴向与径向变形确定其泊松比。通过橡胶、饱和细砂、饱和软粘土试样固结不排水动三轴试验与结果分析,说明利用这里提出的方法可以比较客观地确定动三轴试样的泊松比。这里的研究结果还表明,固结后的饱和三轴土样在不排水条件下受振动应力作用时,当其轴向动应变从10-5增大至10-3时,泊松比的变化基本为一常数,且与固结压力的大小无关,将其取为接近0.5是合理的。

冻融循环中低应力水平加卸载作用下砂岩动力特性研究

采用不会造成较大附加损伤的近似无损低应力水平加、卸载的方法,开展了考虑时间效应的冻融循环作用试验。在试验成本受限的情况下大幅度地降低了试验所需的岩样数。较常规试验方法,在试验岩样数不变的前提下,无需因岩样的离散性而进行主观地筛选数据,从而使得有效数据增多。随着冻融循环周期数增加,岩样表面孔隙及微裂隙不断扩大并出现软化层,裂纹加深,颗粒脱落程度加剧,发生片落、剥蚀,水分向岩石内部迁移,冻融损伤程度由内向外逐渐加深,并研发滴定技术定量标定了这种层进式损伤。进一步分析不同冻融循环周期数下岩样在不同上限应力循环作用下的动力响应变化规律。研究显示,阻尼比、阻尼系数及动泊松比均与冻融循环周期数呈线性递增的关系,动弹性模量与冻融循环周期数呈线性递减的关系;阻尼比、动泊松比均与幅值应力呈线性递减的关系,动弹性模量与幅值应力呈线性递增的关系。给出了阻尼比、动泊松比、阻尼系数、动弹性模量相互之间的定量关系,可通过一种参数的变化规律,预测另一种参数的变化趋势。在有限的试验条件、试验次数下,可有效地精简试验所需检测的参数。幅值应力越大,加、卸载转换时岩样弹性变形响应越迅速,不可逆变形越小,在同一幅值应力的情况下所吸收的能量减少。随着冻融循环周期数的增加,循环加、卸载前岩样的斜坡加载段逐渐变长,应力-应变曲线斜率逐渐变小;循环加、卸载后,不同加、卸载幅值应力下的每个周期中首次达到应力上限时岩样的轴向应变与冻融周期数呈线性关系,说明在冻融循环作用下,岩样孔隙率逐渐变大,密实程度降低,岩样有逐步软化的趋势。当幅值应力较大时,岩样的塑性累积量与冻融周期数呈指数型关系加速递增;当幅值应力较小时,岩样的塑性累积量与冻融周期数呈线性关系匀速递增;说明幅值应力会带来显著的加速劣化效果。

三轴循环荷载下岩石动态特性参数研究

利用MTS815 Flex Test 40岩石力学试验系统对粉砂质泥岩和泥质粉砂岩进行三轴循环荷载试验。研究两种岩石在三轴循环荷载作用下,动剪切模量和动泊松比参数的变化规律。结果表明:1)在相同轴向振动荷载和振动次数作用下,两种岩石的动剪切模量随着围压的增加呈现出先增加再减小的变化规律,动泊松比没有明显的变化规律。2)在相同围压和轴向振动荷载作用下,两种岩石的动剪切模量随着振动次数的增加呈现逐渐减小的变化规律,动泊松比呈现逐渐增加的变化规律。3)在相同围压和振动次数下,两种岩石的动剪切模量与动泊松比随着轴向振动荷载的增加都无明显规律。试验成果对研究岩土工程地基岩石的地震反应和边坡工程的安全稳定性评价可提供参考依据。

混凝土材料动力特性试验

用回归和数理统计的方法对混凝土的纵横波波速比、泊松比进行了分析 ,并从理论上探讨了两者的内在联系 ;此外 ,将混凝土的变形机理与各类砂土的变形机理进行了对比 ,对扩容现象进行了合理解释 ,并对应力、应力率、应变率之间关系进行了动力学分析 .结果表明 :在同一围压条件下 ,随着加载速率的增大 ,应力 应变曲线由硬化逐渐向软化过渡 ,且呈现剪胀性的趋势增强 ;

温度影响下油页岩动力学参数的实验研究

温度影响下的力学参数变化对油页岩原位开采具有显著影响。利用岩样超声波速测试系统,实验分析了油页岩在温度作用下动弹性模量、动泊松比的变化规律。结果表明:在温度作用下,油页岩动弹性模量变化符合Boltzmann函数关系,动泊松比的变化符合线性函数关系。油页岩力学性能的变化在垂直层理方向上主要由热破裂导致,在平行层理方向主要为热解导致。

基于泊松比的土石混填地基应力波测试研究

设计土石混填料大型振动压实仪,对砂土、粉土、低液限黏性土3种土石混合材料进行不同含水量、不同含石量下振动压实实验。采集相关土压力,计算混填料试件压实过程中的动泊松比,研究不同压实状态下混填料各向变形性能。研究土石混填料动泊松比变化规律,建立密实状态下混填料泊松比相关性分析模型。对工程中动泊松比参数变化引发的混填料剪切波速变化进行敏感性影响分析,结果表明,工程中测试土石混填地基剪切波速时,混填料动泊松比对剪切波速影响较小,可直接采用混填料在固定含水率、固定含石量下最密实状态泊松比对现场混填材料进行相关参数标定。在此基础上建立土石混填料面波-剪切波相关性模型,并开展现场试验对模型进行验证,取得了较好效果。

不同围压下砂岩循环加卸载动力特性研究

通过对取自长沙地铁深基坑的砂岩,在多功能岩石三轴测试系统上进行不同围压下的三轴循环加卸载试验,研究砂岩循环加卸载下的应力-应变关系,探讨围压、动应力幅值以及循环周次对砂岩的动弹性模量、动泊松比、阻尼比的影响。研究结果表明:循环加卸载增加了岩石损伤,应力-轴向应变曲线是一种内凹型且向应变增大方向迁移。应力-环向应变曲线更能体现疲劳损伤过程,不同动应力幅值下的剪缩临界点在同一条直线上。围压越大,相同动应力幅值下岩石应变量越大,动弹性模量越大,不同围压下的阻尼比的测试结果相差不大,而围压对动泊松比的影响不明显。随着动应力幅值的增加,弹性模量先减小后增大,动泊松比满足线性关系而动阻尼比满足幂函数关系。随着循环周次的增加,弹性模量满足线性关系且直线斜率很小,循环周次对动泊松比的影响很小。

粗颗粒质量分数对石英砂动力变形特性影响的试验

利用能同步测试动剪切模量和动弹性模量的共振柱试验系统,采用由粗颗粒(1.0~2.0 mm)和细颗粒(0.1~0.5 mm)组成的砂土粒组,研究了粗颗粒质量分数变化对石英砂动力变形特性的影响.同时,基于不同应变下的动剪切模量和动弹性模量试验结果,建立了不同应变下动泊松比的迭代计算公式,求取了小应变范围内的动泊松比.研究结果表明:随着粗颗粒质量分数的增加,在应变较小时,动剪切模量和动弹性模量均呈现出先增加后减小的变化趋势,且当粗颗粒质量分数约为50%时,由于两种粒径的砂粒接触状态达到最佳状态,动剪切模量和动弹性模量均达到最大值;在小应变由10^(-6)增大到10^(-4)过程中,动泊松比范围从0.1~0.2增大到0.2~0.3,增大效果显著.

风荷载下的黄家仑地区残积土动静力特性研究

由于风力发电机的持力层受力情况多样,对土体的动静力特性都有较高的要求.针对黄家仑拟建风电场的残积土层开展了一系列的土工试验,对黄家仑地区残积土进行了精准定性,通过GDS三轴试验仪对其进行了动静三轴试验,研究其应力-应变曲线,分析了不同围压情况下的黄家仑地区残积土的动静力抗剪强度特性和疲劳特性.试验结果表明:围压的提升能在一定程度上提升土体的抗剪强度,但提升存在边际效应;动荷载对浅层土体有明显的固结作用,能明显提升浅层土体的抗剪强度;围压的提升对动强度的提升十分明显,主要约束了加载后期试样的变形;在基底压力作用下的土体动弹模不随围压发生明显变化;动泊松比分布呈离散分布,分布范围为0.33~0.37;疲劳荷载对土体的应变影响有限,不会诱发土体的大幅形变.

干湿循环作用对泥质板岩冲击动力性质的影响

设计了考虑干湿循环作用影响的泥质板岩分离式霍普金森压杆试验,通过试验研究得到冲击荷载作用下泥质板岩的动强度、动弹性模量、动泊松比和峰值应力对应的应变等参数随干湿循环次数的变化规律。研究结果表明:随着干湿循环次数从0增大到15,动强度、动弹性模量以及峰值应力对应的应变均不断降低,降低幅度分别为20.7%、16.1%和16.7%,而动泊松比的变化规律不显著;干湿循环作用使得泥质板岩的动强度和动弹性模量显著降低,脆性显著增强。研究成果可为考虑干湿循环影响的泥质板岩爆破参数设计和爆破动力性质研究等提供参考。

循环荷载下岩石变形参数和阻尼参数探讨

对取自一拟建核电站地基的细砂岩,在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行低周循环荷载试验,研究循环荷载下细砂岩的纵横向变形特征,探讨循环荷载周次及动应力幅值对细砂岩动弹性模量、动泊松比、阻尼比和阻尼系数的影响,及与其相互关系。结果表明,相同应力下纵向应变高于横向应变;低幅值应力下,随循环荷载周次增加,纵向应变增量高于横向应变增量,但高幅值应力下则相反;横向应变滞回环的卸载阶段应力–应变曲线与纵向应变滞回环的加载段和卸载段均表现出向下突出的变化特征,但横向应变滞回环的加载段则相反;随动应力幅值增加,细砂岩动弹性模量和动泊松比分别呈抛物线递增和线性递增,阻尼比和阻尼系数均按幂函数律递减,由第16周次动应力滞回环得到的阻尼参数可表征测试岩石的阻尼特征;阻尼比和阻尼系数均随循环荷载周次增加线性递增,对应低幅值动应力下的增量大于高幅值动应力下的增量。

不同应力水平下砂岩力学特性的试验研究

为了探讨循环加载下应力水平对岩石力学特性的影响,利用WDT-1500材料试验机,对砂岩进行不同应力上限、不同应力下限、相同应力幅值和不同荷载频率条件下循环加载试验,对比分析不同加载条件下砂岩的力学特性,揭示了砂岩的动弹性模量和动泊松比随循环次数的演化规律,及随应力水平和应力幅值的变化规律。试验结果表明:砂岩的屈服应力是其在循环加载过程中力学特性出现变化的一个分界点,在分界点之上或之下动弹性模量和动泊松比的变化规律是不相同的;对于同一砂岩试样,动弹性模量和动泊松比随加载频率的增大而增大,随着应力幅值的增大而减小,并且应力幅值相同时,动弹性模量与应力水平具有一定的线性关系。

闪长岩力学性能实验

针对燕山期的蚀变闪长岩静动态基础力学参数缺乏的问题.采用现场取样、现场试验及实验室实验的方法,分别对闪长岩岩石样本进行了密度测试、点载荷仪的点载荷试验、压力机的单轴抗压强度试验和声波测试仪的纵横波测试试验.得到了该燕山期蚀变闪长岩的密度为2 848 kg/m3、点载荷强度为7.12 MPa,单轴抗压强度为140.68 MPa,纵波平均波速为4 797 m/s,横波平均波速为2 705 m/s,并在此试验数据基础上运用弹性波理论计算公式得出了该闪长岩试件的动弹性模量52.8GPa和动泊松比0.267.该试验结果为制定井筒爆破方案设计及确定脆性岩石材料本构模型参数提供参考数据.

剪切-体积应变耦合的孔压增量模型试验

以南京细砂为对象,通过共振柱试验及应变控制的排水/不排水分级和单级加载循环三轴试验的系统性研究,建立了能够描述饱和砂土孔压增长规律的新模型。该模型遵循Martin和Byrne提出的基本理论框架,孔压的增长是由循环剪切作用下体积改变所引起的。提出的孔压模型属于应变控制的孔压增量模型。基于排水循环单级加载试验,通过引入体积门槛剪应变γ_(tv)的概念,以具有代表性的15周体应变(ξ_(vd))15为基准点,归准化体应变发展与循环剪应变之间的关系,建立了三参数的体应变增量模型及其参数标定方法。基于排水和不排水循环单级加载试验结果,揭示了体应变与孔压比之间的内在联系,进而导出回弹模量表达式。通过耦合新的体应变增量模型及回弹模量公式,建立了新的剪应变-体应变耦合的孔压增量模型。验证性试验表明,新的孔压增量模型的预测值与试验结果的吻合度较高。

面波法与折射波法在研究基岩弹性力学性质中的应用

面波法与折射波法地震勘探能够获得岩体的横波速度和纵波速度,而且可采用同一地震仪器完成。本文主要阐述面波法频散曲线的分层拟合对整个地层进行速度分层,确定覆盖层、风化层的厚度以及基岩层界面,并与折射波法相结合计算出基岩层的弹性力学指标。此外,对单一采用面波法计算弹性力学指标进行了探讨。

三轴循环试验下节理板岩的力学特性研究

对取自某高铁工程段的地基岩层中的两种节理角度板岩,在MTS815 Flex Test岩石力学试验系统上进行1 500周次循环荷载试验,研究循环荷载下的板岩变形特征,探讨在动荷载下,水与力的耦合状态对节理板岩的影响。实验结果表明:(1)随循环荷载周次增加,板岩的阻尼参数逐渐减小。同时随着围压的增加,循环次数对阻尼参数的影响减小。(2)随着循环次数的增加,板岩的动泊松比逐渐减小且循环周次在300内时减下幅度比较大。