软土变形时效特性的试验研究

软土变形的重要特征为具有时效性,这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要,采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验,包括软土的应力–应变特性、固结效应、次固结特性、蠕变特性等。通过试验成果系统分析可得:(1)初始固结度对应力–应变关系的影响;(2)次固结系数与固结压力的关系以及应力历史对次固结系数的影响;(3)次固结系数与压缩指数的关系;(4)排水蠕变和不排水蠕变的变形特征;(5)蠕变变形的影响因素和降低蠕变效应的技术路径等。研究结果表明:软土变形的时效性产生于固结特性和蠕变特性的耦合效应,土体的变形过程实际是固结和蠕变共同作用的过程,任一时刻两种变形在总变形中所占比例取决于多种因素,其中最重要的是应力水平和排水条件。

引线框架Cu-Cr-Zr-Mg合金二级变形时效工艺

探讨了引线框架Cu-Cr-Zr-Mg合金固溶后二级变形时效工艺对合金硬度和电导率等性能的影响规律。结果表明,采用二级变形时效所获带材具有高的硬度、强度、电导率和软化温度,分别可达190 HV、600 MPa、47.6 s/m和560℃。二级时效过程中析出的弥散质点对回复和再结晶的阻碍作用强烈,使合金具有很高的软化温度。析出相与冷变形过程中产生的位错交互作用,使析出相不仅阻碍位错的运动而且沿密集且分布均匀的位错快速析出,促进合金强度和导电性的提高。

基于黄土变形时效试验的高填方工后沉降研究

利用WDT-1500多功能材料试验机,对砂岩、砾岩和砂砾岩进行了分级循环荷载试验,研究了岩石的动弹性模量对应力幅值和应力水平的响应特性,得到了动弹性模量和耗散能随应力幅值、应力水平及含水率的变化规律。试验结果表明,分级循环荷载下岩石的能量耗散越多,动弹性模量越小;应力水平越高,动弹性模量和耗散能越大;含水率和应力幅值越大,动弹性模量越小,耗散能越大。讨论了邓肯-张模型能够描述分级循环荷载作用下岩石的应力-应变关系,构建了动弹性模量随应力水平、应力幅值及含水率变化的演化模型,探讨了模型参数的确定方法。根据能量耗散的经验法则,建立了耗散能演化模型,结果表明,该模型能够描述分级循环荷载过程中能量耗散行为。

预变形时效对8090Al-Li合金拉伸性能影响的研究

用透射电镜、扫描电镜和拉伸试验机研究了时效前的预变形度对８０９０ Ａｌ－Ｌｉ 合金拉伸性能的影响。结果发现，预变形为４ ％ ～５ ％ 时，Ａｌ－ Ｌｉ 合金不但具有较高的强度，也具有良好的塑性。试样的ＴＥＭ 和ＳＥＭ 分析表明，适当的预变形之所以能使Ａｌ－ Ｌｉ 合金获得最佳的强度和塑性的配合，除了由于预变形可促使δ′和Ｓ′相的复合析出，而使层内的强化和韧化作用加强外，也源于Ａｌ－ Ｌｉ 合金分层断裂后层间强化韧化和层内强化韧化的协调作用的结果。

基于蠕变模型的边坡抗滑桩体系变形时效规律数值研究

通过有限元数值软件ABAQUS建立了理想边坡-抗滑桩体系三维数值模型,采用摩尔库伦模型和Drucker-Prager与Singh-Mitchell弹塑蠕变耦合模型对其进行数值计算,具体包括边坡-抗滑桩体系的塑性区、位移、桩身应力应变、桩土接触关系、桩土相互作用的时效规律,并对加桩前后的变形时效规律做对比分析。结果表明:蠕变效应使边坡抗滑桩体系的变形有显著增加,塑性变形首先在坡脚出现,随着时间推移逐步向坡肩发展。坡体位移主要集中在斜面位置,坡面位移最大往土体深部位移逐渐减小。抗滑桩对于治理蠕变变形有良好的效果,不仅显著减少了桩后土体的水平变形值,也降低了桩后土体的变形影响深度。抗滑桩桩前土体仍然产生了向下的失稳滑动变形,该部分土体和桩是脱开的,桩后土体产生了绕桩滑动。蠕变变形导致抗滑桩上的土压力比常规分析中所假设的桩前被动土压力和桩后主动土压力要复杂。

膨胀土一维湿化变形时效特性的半经验法研究

为探索膨胀土渗透作用下湿化变形时间效应的预测方法,设计一系列具有一定初始含水率和干密度的标准环刀试样的一维吸水膨胀试验,对试样的膨胀变形随时间变化规律进行分析。采用室内试验、数据统计分析与有限单元法相结合,理论计算出膨胀土的吸水膨胀率随时间的变化关系。室内无荷载膨胀试验获取了隆起量随时间的变化规律;将滤纸法获得的膨胀土的土-水特征曲线,应用于有限元分析软件中,获得了试样渗透吸水过程中体积含水率随时间的变化规律;最后将试验获得的膨胀率-过程含水率的理论与体积含水率随时间变化的数值模拟结果相结合,获得了土体隆起变形随时间变化的理论预测曲线。研究结果表明:半经验公式获得的隆起量-时间关系与试验数据基本一致;结合已有研究验证该半经验方法的准确度,结果得到的膨胀量随时间变化的计算结果与实测相同,说明本文提出的半经验计算方法具有良好的应用前景,可用于膨胀土的一维隆起预测。

变形时效对6061铝合金时效硬化特性的影响

试验研究了变形时效对6061铝合金显微组织和时效硬化特性的影响。结果表明,对6061铝合金进行5%~80%轧制变形,时效温度的升高会缩短峰值硬度出现的时间,且变形量越大出现峰值硬度的时间越短;变形量在20%及以上时,6061铝合金的峰值硬度高于T6态的;变形量20%以下时,6061铝合金的峰值硬度低于T6态的。在不同时效温度下,6061铝合金的抗拉强度和屈服强度都会随着变形量增加而增大。当时效温度为180℃时,较小变形量(20%)的6061铝合金的强度和塑性相当于T6态的;40%及以上变形量下6061铝合金的强度和塑性都明显高于T6态的。对6061铝合金进行变形时效处理,在位错强化、析出强化以及晶体缺陷作用下可以获得强度和塑性兼备的6061铝合金材料。

排土场高边坡时效变形分析及工程地质意义探讨

本文通过对露天矿排土场高边坡变形及时效的调查研究,分析了高边坡时效变形的特点及原因,并对其工程地质意义进行了探讨。研究结果表明,排土场高边坡的时效变形是一个渐进过程,其时效变形主要表现为土体的压缩、蠕变和滑动等现象,这些变形会导致边坡的稳定性下降,甚至引发边坡滑坡等灾害。同时,时效变形还会对周边环境和工程设施造成影响,因此需要对其进行深入研究和分析。最后提出了通过合理划分地形分区、调整排土场的布置、加强边坡变形监测等措施,可以有效地防止排土场高边坡变形的发生。

基于风化红层泥岩蠕变特性的滑坡时效变形分析——以天水雒堡村滑坡为例

风化红层泥岩蠕变是我国黄土高原区边坡变形失稳的重要原因之一。选取天水市雒堡村巨型多级旋转滑坡,利用KTL全自动三轴仪和基于连续介质力学的离散单元方法(CDEM)数值模拟手段,开展了风化红层泥岩蠕变本构模型和滑坡时效变形研究。通过0.1~0.7 MPa不同围压下的分级加载蠕变试验,揭示了风化红层泥岩试样瞬时弹性变形、衰减蠕变和稳态蠕变三阶段的蠕变行为;同一围压下,轴向变形量随应力水平的增大而增大,且增长速率也逐渐增大;同一应力水平下,轴向变形量随围压的增大而增大,且增长速率也缓慢增大。拟合建立了试样Burgers蠕变本构模型方程。在此基础上,通过数值模拟揭示了自重应力下1 a尺度的滑体时效变形特征:约98.6%的变形发生在60 d内,随后进入稳态蠕变阶段;滑体水平位移量由浅及深逐渐减小,变形主要集中在后缘Ⅰ级滑体,最大位移约54.1 cm,滑坡变形模式表现为推移式;剪应变主要位于每一级滑体后缘滑带陡-缓转折处,最大剪应变约0.23%,但未整体贯通,总体处于较稳定状态。

特高拱坝多测点时效变形的协整监控模型及其应用

实测变形资料作为特高拱坝服役性态最直观的表征,蕴藏着丰富的时空信息和演变规律。为研究特高拱坝时效变形的协整性,利用小波分解获得大坝位移的时效分量,考虑到特高拱坝的空间整体一致性差异,采用FCM聚类算法实现了时效变形的区域化,借助区域线性化思想,将整个特高拱坝时效变形的空间非线性协整关系转化为区域内近似线性的协整关系,建立了描述大坝不同部位时变协整发展规律的分区协整模型,通过协整残差实现了多测点时效变形的协整发展监控和预警。

某引水隧洞大变形缓冲层支护方案设计参数优化研究

高地应力软岩隧道围岩变形具有显著的时效特性,容易引起运营期隧道衬砌结构开裂和破坏。以新疆某引水隧洞泥岩大变形段为背景,提出在初期支护与二次衬砌之间设置高压缩缓冲层的支护方案,以保证隧洞在运营期安全。首先针对现有缓冲层支护方案,开展了支护结构受力的现场监测与分析,然后采用数值仿真方法对缓冲层支护方案进行了参数优化,最后将优化后方案与原方案的支护效果进行了对比分析。(1)现有支护方案的监测结果表明:当现场安装密度为90~100 kg/m~3的5 cm聚乙烯缓冲层后,缓冲层易进入压密阶段,围岩形变压力达到0.36 MPa,衬砌受力仍具有非均匀性,缓冲层材料和厚度还有可优化的空间。(2)缓冲层支护参数优化表明:缓冲层平台应力偏大会导致其难以被压缩而降低吸能效果,偏小将难以有效限制围岩变形,两者都会造成缓冲层对围岩形变能的吸收不足,衬砌的安全性较低。随着缓冲层厚度的增加,衬砌破坏程度逐渐减小,但减小幅度逐渐减弱。对于本工程而言,当平台应力为0.5 MPa,压缩率≥0.6,厚度为10 cm时,缓冲层支护效果最佳。(3)对比分析表明:相比于原缓冲层支护方案,优化后的缓冲层支护将使得衬砌最大主应力减小了20%~30%,缓解衬砌的应力集中程度,可保障隧道支护结构的长期稳定。

高速公路软土地基时效变形机理及治理方案

依托广东江罗高速公路,基于高速公路常见病害,引入了弹黏性地基长期变形预测模型,设计了一套DCG地基加固技术,并就加固效果进行分析。结果显示在陡峭山区,软土地基的高速公路在长期车辆动荷载和自然环境的劣化下,如不采取提前防治,将使沉降在5~10年内不断累积,造成路边沉降、开裂等病害,严重影响行车安全;而DCG注浆技术可以提高将化学浆液灌入地层内部后快速的胶凝固化。钻孔取芯结果和理论分析显示:路基采用DCG技术加固后,提高了土体的力学性能、密实度和均质性,使2年内土体沉降速率降低91%,预计沉降量降低87%,5年期沉降可控制在20mm左右,有效提高了路基填筑土层的整体稳定性。

岩石长时效变形损伤过程的分数阶模型研究

在深部环境中岩石长时间处于三维应力作用下会发生损伤与蠕变变形。为合理表征岩石蠕变变形过程,采用分数阶导数建模方式,将牛顿黏壶改进为分数阶黏壶,同时考虑到长时效过程中岩石的损伤演化状态,在物理参数中引入指数形式的损伤变量,建立了分数阶蠕变本构模型,并扩展为三维形式,最终利用砂岩实验数据进行了有效性验证。结果表明:砂岩蠕变实验具有明显的三阶段蠕变变形特征,建立的考虑损伤过程的分数阶蠕变模型具有较少的物理参数,能很好地描述处于深部三维应力环境中的岩石蠕变变形过程,验证了模型的有效性。

基于时效变形的脆性围岩最优支护时机研究

现代地下工程支护结构设计的基本指导思想是按照"新奥法"原理,强调通过适时加固围岩,使得围岩成为承载结构的主体。但是对于支护时机的掌握,目前仍然缺乏可靠的理论和公式的指导,只能根据现场监测信息和经验判断来确定。提出脆性围岩的"适时支护",是指在围岩达到弹性极限应变而破坏之前进行支护,即在时效变形作用下,围岩应力处于本构关系弹性段后段,但是还没有进入软化的非稳定段。基于这一思想以及地下工程时效变形特征,提出了最优支护时机的近似计算公式。研究表明:最优支护时机与围岩收敛时间、围岩强度应力比、开挖后应力以及支护围压相关。由于围岩应力处处不同,可以由公式计算得到顶拱、边墙等不同部位的最优支护时机,从而指导支护设计。研究对长期困扰地下工程界的脆性围岩最优支护时机问题提出了一种理论方法。

混凝土坝时效变形特性研究

分析了目前混凝土坝变形监测模型中时效因子的特点,提出了采用"预建模"方式优化时效预置因子集的方法,通过对某混凝土坝水平位移实际建模结果的对比分析,得出了混凝土坝时效变形的一些特性。研究表明:当时效因子预置不当时,可能导致模型分离出的时效变形背离其基本物理意义;当变形建模结果中回归常数绝对值很大时,时效变形将会出现畸形;通过对混凝土坝时效变形特性进行分类,可以建立大坝结构实测性态评价的定性准则,制定大坝安全监控的定性监控指标。

考虑黄土时效变形特性的高填方工后沉降预测

对压实黄土进行一维固结蠕变试验,分析压实度、含水率及固结应力对黄土次固结特性的影响,提出了一种考虑黄土时效变形特性的模型。试验结果表明:压实黄土次固结系数随着固结压力的增大呈增大趋势,次固结系数在低应力水平下对含水率和压实度不敏感,在高应力水平下,随含水率提高而增大,随压实度的提高而减小。通过验证发现本文提出的模型能较好地描述黄土高填方工后沉降规律。研究结果对类似工程有一定的借鉴意义。

基于岩石长期强度特征的岩质边坡时效变形过程分析

基于对岩体流变特性的认识,从岩石材料内在物理力学性质受环境影响随时间劣化与岩石内部细观损伤积累的角度出发,通过引入岩体细观表征单元体的强度退化模型,开展岩质边坡的时效变形与破坏特征的研究。首先模拟了含顺坡软弱结构面边坡的时效破坏模式,分析了软弱结构面分布和强度劣化特性对边坡长期稳定性的影响;其次对一含有明显的软弱结构面的软硬互层岩质边坡,进行了时效变形破坏的实例分析。由于岩体的流变特性,岩体强度参数随时间的推移而逐渐衰减,致使边坡稳定程度降低。特别是对于含有明显的软弱结构面及软岩层的边坡,软弱结构面及软岩层的长期强度特性不容忽视。对含有明显的软弱结构面的软弱互层边坡蠕滑破坏的控制和治理,应在顾及时间效应的基础上,着重考虑长期强度、渗控和开挖卸荷等主要因素。研究成果可望对类似边坡的安全评价和设计提供一定的参考。

黄河上游某倾倒体的时效变形研究

黄河上游某巨型倾倒体主要由反倾层状砂岩和板岩相间分布构成,砂岩层以倾倒拉裂为主,板岩层以弯曲变形为主,两种不同的时效变形组合导致整个倾倒体的演化具有长期性、累进性和阶段性的特征。基于岩体组合模式和变形破坏表现形式,研究两种岩层的时效变形空间分布特征,总结整个坡体的时空演化规律,并探究其成因机理,论述岩体组合模式、岩体结构、卸荷裂隙以及地形地貌等因素对倾倒体演化的影响。