淤泥水泥土变角剪切力学特性试验研究

以珠海市洪湾片区海相淤泥为研究对象,开展了不同水泥掺入量、不同养护龄期和不同剪切角度条件下淤泥水泥土的变角剪切试验。试验结果表明:淤泥水泥土剪切强度与养护龄期呈指数相关性,随着剪切角度的增大,拟合优度逐步降低,当水泥掺入量为25%时剪切角度对拟合优度影响较小;剪切强度与水泥掺入量呈正线性相关性;当剪切角度小、水泥掺入量高、养护龄期长时,剪切强度高,反之则低;黏聚力与养护龄期呈指数相关性,黏聚力与水泥掺入量呈正线性相关性;内摩擦角与养护龄期、水泥掺入量并无相关性,内摩擦角分布在20.3°~26.6°之间,均值23.3°。水泥掺入量为15%~20%时,剪切强度与抗压强度的换算系数可取0.37,黏聚力与抗压强度的换算系数可取0.24。

变角剪切压模试验与Mohr强度理论的实验研究

本文对固体材料的破坏和强度理论进行了概述。为解决煤层气水力压裂生产施工中煤岩力学性质的测试问题,作者提出了应用简易、精确的变角剪切压模试验方法来绘制Mohr强度理论的极限包络线。本文还结合试验实例得到了采用最小二乘法拟合直线包络线的方法,能较为理想地反映煤岩水力压裂时材料破坏断裂的强度数值。这种结论也为科研组的大量试验结果所证实。

压实黏土变角剪切试验及其尺寸效应

滑带土的抗剪强度指标对于边坡稳定性分析具有重要作用,相比于直剪试验,变角剪切试验能更好的模拟滑带土的受力状态。利用岩土体变角剪切试验仪,对不同尺寸试样进行变角剪切试验,介绍了变角剪切试验研究压实黏土剪切参数的方法,结合Weibull统计尺寸效应理论研究压实黏土尺寸效应。结果表明:变角剪切试验结果符合幂函数型Mohr准则;与直剪试验测得的剪切参数相比,变角剪切试验得出的内摩擦角与直剪试验相近,黏聚力较直剪试验大;压实黏土的尺寸效应基本符合Weibull尺寸效应理论,经过修正的Weibull尺寸效应式能更好地描述压实黏土剪切强度的尺寸效应。

月球冻土模拟与剪切强度试验分析

为获得月球永久阴影区冻土的剪切强度特性,分析了月球冻土的矿物成分、粒径分布、干密度、含水率、赋存温度等物理特性,提出了月球冻土的模拟物制备与参数检测方法。基于变角剪切试验(Variable-Angle ShearTest,VAST)方法,开展了斜长质和玄武质原料混配、干密度1.71g/cm^(3)(相对密实度100%)、含水率3.7~9.5wt%、温度低于-180℃的模拟月球冻土剪切强度测试。试验结果表明:模拟月球冻土在低围压下的剪切破坏模式以剪断面上的脆性断裂为主,随围压升高,模拟月球冻土的脆性降低、延性增加,破坏模式转变为整体压剪破坏,表观剪切强度下降;按直线型莫尔-库伦准则对模拟月球冻土在低围压下的剪切强度参数计算,结果显示其内聚力随含水率增加而近似线性增加,内摩擦角基本不随含水率变化,取值在50°~53°。

混杂纤维掺量对纤维混凝土变角剪切的影响

为了研究陶粒、玄武岩纤维和植物纤维三种不同掺量对于混凝土抗剪性能的影响,分别设计了在3 mm/min的45°、55°和65°三种角度进行较为全面的变角剪切试验,并对所得到的试验数据进行分析。结果表明:其抗剪性能随陶粒和植物纤维的掺量升高而有所降低,却随玄武岩纤维掺量的增大呈现出先减小后增大的趋势。另外,纤维在孔洞中的互相交织连接,会形成空间立体状的网型结构,在一定程度上削弱了抗剪性能的下降趋势。

管幕冻结法钢管-冻土接触面剪切试验研究

为研究“管幕冻结法”这一新型工法中“钢管-冻土”复合结构接触面剪切强度的影响因素及规律,基于港珠澳大桥拱北隧道工程,通过变角剪切试验方法设计不同剪切角度的试验,对温度和粗糙度2个维度进行探究,试验结果拟合出-5、-10、-15、-20、-25℃5种温度条件以及R=0.0、0.3、0.5 mm 3种粗糙度条件下的剪切面剪切强度包络线。试验结果表明:温度对钢管-冻土接触面内摩擦角影响不大;对接触面黏聚力,在-15℃之前,黏聚力近似呈线性增长,在-15℃达到峰值,在-20℃达到波谷,继而随温度的降低而增加。钢管-冻土接触面粗糙度的增加对结构面剪切强度的提高具有正向促进作用,但粗糙度过大会对接触面处的冻土体结构(如冰颗粒和土颗粒间隙等)造成一定的内部损伤,导致剪切强度下降。试验给出最优剪切强度下的温度及粗糙度取值区间。

冻土抗剪强度特性及试验研究

通过研制冻土变角剪切试验仪来测定冻土抗剪强度指标,即冻土内摩擦角和粘聚力;冻土变角剪切试验仪由WDT-100冻土试验机和变角试验装置两部分组成。试验加载和数据由计算机自动控制和采集,试验系统精度高、结果可靠。每组试样按照四种固定剪切面进行剪切试验;通过大量的试验结果表明:冻土抗剪强度可用摩尔-库仑强度理论来描述,变角剪切试验仪是测定冻土抗剪强度行之有效的方法之一。

骨料-砂浆界面过渡区力学特性试验

骨料-砂浆形成的界面过渡区对混凝土力学性能有显著影响,界面过渡区力学参数是开展混凝土细观数值模拟的基本力学参数。以大理石板的光滑面和粗糙面分别代表卵石和人工碎石骨料表面,应用岩体节理粗糙度系数测试原理和方法对其表面的粗糙度进行表征。分别对3种强度等级混凝土、2种最大骨料粒径的6种混凝土骨料-砂浆界面过渡区开展劈裂抗拉、变角剪切和三点弯曲断裂试验。试验结果表明,界面过渡区的劈裂抗拉强度、抗剪强度、断裂韧度较原配合比的混凝土低,约为原混凝土强度的50%。随着混凝土强度等级提高,界面抗拉强度、黏聚强度和断裂韧度增大,摩擦角有减小的趋势。增大骨料表面粗糙度、减小最大骨料粒径可以提高界面抗拉强度和断裂韧度。在相同强度等级和界面粗糙度情况,界面黏聚强度则随骨料粒径增大而增大,其规律与抗拉强度和断裂韧度相反。

泥岩压剪破坏裂隙演化规律及其分形特征

运用非线性分形理论,通过对自然含水状态泥试样品的变角剪切压模试验,研究泥岩压剪破坏裂隙演化规律和破裂块体分布的分形特征。研究结果表明:(1)使用变角剪切压模试验数据绘制莫尔强度包络线可获得满意的岩石材料黏聚力和内摩擦角参数;(2)压剪破坏的载荷–加载点位移曲线形状类似于岩石的全程应力–应变曲线,分为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段等4个阶段,可真实反映压剪耦合作用下岩块的变形破裂过程;(3)压剪破坏是能量耗散的非线性动力学过程,破裂块体分布具有明显的自相似性,可用分形维数值表征破裂块体的块度分布特征;(4)受破裂类型由张性破裂为主转变为剪切破裂为主的影响,随剪切角的增大,破裂块体分布的分形维数值呈对数关系递减。

高温对不同粒径花岗岩剪切特性影响研究

在干热岩水力压裂过程中,高温会弱化热储岩体裂隙壁面强度从而表现出裂隙错动的行为特征,而这种弱化现象与黏聚力和内摩擦角的热变特性相关,因此,了解花岗岩在高温下的力学特性对于干热岩开发过程中热储岩体的稳定性评价具有重要意义。在不同高温条件下进行了粗、细颗粒花岗岩变角剪切试验(45°、55°、65°),分析了高温对不同粒径花岗岩黏聚力和内摩擦角的影响,结合扫描电镜与低场核磁共振试验,进一步研究了热力耦合作用对花岗岩微裂纹与孔隙结构演化规律的影响。研究结果表明:花岗岩的黏聚力随温度升高呈现先增加后降低的趋势,内摩擦角变化规律受温度影响较小,300℃为花岗岩黏聚力发生转化的阈值温度。在温度阈值前,粗颗粒花岗岩黏聚力增幅约为细颗粒花岗岩的5.73倍,温度强化效应对粗颗粒花岗岩影响更为显著。随着温度的升高,花岗岩微裂纹形式由晶内裂纹向沿晶裂纹发展。核磁共振T2谱曲线存在多个间断性峰值,温度升高使粗颗粒花岗岩大孔隙受到压实作用,导致弛豫效应减弱,而热力耦合作用对细颗粒花岗岩大孔隙发展影响有限。该研究结果有望为干热岩热储岩体稳定性评价提供参考。

不同受力维度下红砂岩失稳评判指标研究

为了研究不同受力维度下岩石峰值应力、峰值应变与失稳的关系,分别对红砂岩进行一维、二维、三维受力条件下的单轴抗压试验、变角板剪切试验和直接剪切试验以及三轴压缩试验。试验结果显示:单轴压缩试验中,峰值应力和峰值应变变异系数分别为6.61%和9.36%;变角板剪切试验中,峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为5.69%和19.81%;直接剪切试验中,峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为4.32%和14.74%;三轴压缩试验中,峰值应力和峰值应变平均变异系数分别为6.03%和7.44%。上述研究表明:当红砂岩处于一维和三维受力状态时,峰值应力和峰值应变均可以作为评判红砂岩是否失稳的指标,但峰值应力比峰值应变作为评判指标的可靠性更高;当红砂岩处于二维受力状态时,只有峰值应力能作为评判红砂岩是否失稳的指标。上述研究规律不仅对评判室内试验中岩石是否失稳具有重要意义,而且对评判岩土工程中岩石是否处于安全状态提供理论依据。