分级细尾砂胶结充填体早期水化放热及强度演化特性

对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究,对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试,并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析,最后在单轴压缩力学试验结果的基础上,分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响.研究表明,灰砂比越大,水化放热速率及放热量越大,生成水化产物越多,体积电阻率越大.同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢,生成的Ca(OH)2减小了料浆体积电阻率,加快充填体自身强度的增长;随后生成的钙矾石(Aft)导致颗粒间孔隙更加致密,抑制了离子的溶解,减缓放出热量速率,从而阻碍了充填体强度的增长;当水化反应进行14 d基本结束后,充填材料凝结固化成为一个整体,强度基本稳定.充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势,为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导.

黏土抗剪强度演化与酸雨引发滑坡的关系--以三峡库区滑坡为例

研究由酸雨诱发的土体抗剪强度变化对滑坡形成可能产生的影响。样品取自三峡库区滑坡新出露的滑面及其邻近面。测试结果显示,滑面上蒙脱石含量明显高于邻近面,相反,邻近面上伊利石含量明显高于滑面。在实验室内用弱酸溶液浸泡蒙脱石、伊利石、高岭石3种重塑土试件,测试不同浸泡时间后试件矿物成分和抗剪强度的变化,以此模拟现场酸雨作用下滑面的形成过程。试验揭示,经酸液浸泡后试件内摩擦角的变化最明显,降低幅度超过1/3,同时黏土矿物成分从含部分伊利石和伊/蒙混层矿物演化成以蒙脱石为主。然后,内摩擦角回升,并消耗蒙脱石生成新的高岭石,此阶段黏聚力的变化微弱。伊利石和高岭石重塑土试件则相对稳定。最后讨论黏土的化学–力学模型。

XRD和FTIR的掺硅酸钠富水材料强度演化机制

硅酸盐水泥和铝酸盐水泥是广泛应用的无机注浆材料,混合使用这两种材料可制备凝结时间短及强度高的胶凝材料。然而,在富水条件下(水灰比大于1),添加适量二水石膏所制备的硅酸盐-铝酸盐水泥基材料水化后期发生强度衰减。为了改善硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料的强度性能,将一定量的硅酸钠掺入硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-二水石膏三元体系中。采用RMT-150力学试验系统测试含不同硅酸钠掺入量的硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料的强度,分析其强度演化特性及掺入硅酸钠对其强度的影响;采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)对不同硅酸钠掺量的富水材料微观结构进行表征,分析其微观形貌、物相的变化规律,进而揭示该富水材料的强度演化机制。强度试验结果显示,不掺硅酸钠的富水材料早期强度低,并且后期强度发生衰减;而硅酸钠的掺入有助于提高硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料的早期强度,并且在一定程度上减少材料固化后的后期强度衰减量,当硅酸钠掺入量高于3%以上时,可以有效控制该富水材料后期强度的衰减。SEM,XRD及FTIR研究结果表明:不掺硅酸钠的硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料水化14d时,检测到所属六方晶系的物相CAH10及C2AH8转变为具有立方晶系结构的C3AH6,这种晶型转变是导致该富水材料强度衰减的原因。相比不掺硅酸钠的富水材料,当硅酸钠掺入1%时,富水材料水化3d生成更多的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,这有利于提高富水材料的早期强度;水化14d后,XRD结果显示,在d=11.75,6.24出现C2ASH8的衍射峰,而直至28d才检测到C3AH6(d=5.16,3.18)衍射峰,并且C3AH6衍射强度较不掺硅酸钠的材料低,FTIR谱3643cm^-1处出现的振动带证实了这一发现。这说明掺入1%硅酸钠促使六方晶系(CAH10及C2AH8)转变为C2ASH8,进而抑制了CAH10及C2AH8向C3AH6的转变。但是,添加1%的硅酸钠却不足以完全抑制富水材料水化后期的晶型转变,因此富水材料水化后期仍会发生强度衰减。当硅酸钠掺入量升至4%时,硅酸盐-铝酸盐水泥基富水材料中的C2ASH8生成量显著增大,并且水化28d后未检测到C3AH6,表明富水材料内的晶型转变完全得以抑制,材料水化后期强度衰减得到有效控制。

盐冻作用下水工混凝土强度演化模型

寒区盐湖、盐渍土地区水工混凝土结构强度劣化问题突出。基于各向同性连续损伤力学理论,建立了混凝土相对动弹性模量与相对抗压强度的定量关系,提出了硫酸盐侵蚀和冻融协同作用下水工混凝土强度演化模型,并进行模型验证,最后将模型应用于引大入秦庄浪河渡槽结构性能评估。结果表明:该模型能较好地反映受盐冻侵蚀作用下混凝土强度的变化规律;渡槽数值计算结果与运行状况相符,随盐冻侵蚀劣化时间增长,槽身最大压应力和最大位移增加,最大拉应力减小;盐冻协同作用会加快渡槽劣化速率,渡槽运行59.1 a后会发生破坏。研究结果可为寒旱地区受盐冻侵蚀水工混凝土性能评估和运行维护提供理论依据。

腐蚀和养护耦合作用下充填膏体强度演化规律研究

为分析腐蚀和养护耦合作用下充填膏体强度的演化规律,将充填膏体置于两种浓度的Na Cl溶液和Na2SO4溶液进行腐蚀和养护,并在各个龄期采用WDW-300型万能试验机进行单轴压缩试验,测试不同龄期充填膏体的单轴抗压强度,在试验基础上分析了强度演化机理,建立了强度演化数学模型。研究表明:在腐蚀和养护耦合作用下,充填膏体的早期强度高于标准养护条件下的强度,随着腐蚀时间的推进,腐蚀溶液中的充填膏体强度逐渐开始低于标准养护,并在达到峰值后进入强度衰减期;Na Cl溶液对充填膏体的腐蚀作用较快,而Na2SO4溶液对充填膏体的腐蚀作用较大,建立的充填膏体在腐蚀和养护耦合作用下的强度演化数学模型与试验吻合较好,能够反映充填膏体在腐蚀和养护耦合作用下的强度演化规律。

沥青混合料饱水过程的强度演化规律及机理分析

为研究SBS改性沥青混合料在饱水过程中的力学强度演化过程,提出了一种基于圆孔孔边应力集中效应的力学模型,分别计算了非饱水和饱水孔隙的孔边应力.对不同沥青含量的SBS改性沥青混合料试件进行水敏感性试验(MIST)和恒温浸水试验,采用间接拉伸强度(ITS)和拉伸强度比(TSR)来表征沥青混合料的强度演化过程,分析孔隙水压循环次数、水浴时间、孔隙水压力和温度对沥青混合料强度的影响.结果表明:在劈裂荷载作用下,孔隙水压抗力消散了薄弱孔隙的应力集中;随着孔隙水压循环次数或恒温水浴时间的增加,试件的ITS先减小后增大,TSR持续增大;沥青混合料在饱水过程中的强度增加,实际上采集到的是沥青混合料自身强度与孔隙水压力的加和;温度对沥青混合料强度的影响比孔隙水压力的影响更加显著.

考虑岩体强度演化的全强风化岩质边坡主动加固设计方法

全强风化岩质边坡由于岩体破碎,易受工程扰动和降雨影响而导致强度发生弱化,因此在公路路基开挖过程中极易失稳。以某公路全强风化岩质边坡为例,通过对处于不同阶段的边坡稳定性进行反分析,分别得到岩体初始强度和弱化后强度,获取了岩体强度的演化过程。通过主动加固和被动加固工程措施的对比分析,表明主动加固设计能够有效利用岩体原始强度,大大降低加固工程量。对于受工程扰动和降雨影响较大的全强风化岩质边坡,采用主动加固设计十分必要且有效,可为全强风化岩质边坡设计提供参考。

清水及硫酸溶液浸泡下花岗岩残积土强度演化特征研究

为了揭示不同浸泡环境下花岗岩残积土的强度演化特征,考虑到花岗岩残积土的结构损伤与介质溶解,以不同硫酸溶液浓度和浸泡时间作为试验变量,开展清水及硫酸溶液浸泡下试样的波速测试、快剪试验以及质量测试。研究表明:试样浸泡在清水中时,其黏聚力、内摩擦角和纵波波速均随浸泡时间增加呈指数衰减,28 d^40 d后稳定,硫酸溶液中则随硫酸浓度增加呈指数衰减,浓度增加到5%后趋于稳定;分别以黏聚力、内摩擦角和纵波波速的定义损伤变量,在清水浸泡下随浸泡时间增长而增大,浸泡28 d^40 d后稳定,在硫酸溶液浸泡下随硫酸浓度增加而增大,浓度增加到5%后趋于稳定;黏聚力和纵波波速演化特征相似,可通过纵波波速推算黏聚力。

热力耦合作用下碳质千枚岩强度演化规律分析

温度场与应力场是影响碳质千枚岩地层引水隧洞围岩强度的重要因素。设定2因素4水平16组试验,依据单轴与三轴试验结果,探讨热力耦合作用下碳质千枚岩应力-应变曲线性态与破坏模式,得到了峰值强度变化规律;基于Mohr–Coulomb强度准则(M–C)与Heok–Brown强度准则(H–B),分别建立了热力耦合作用下Mohr–Coulomb–Thermal法(M–C–T)和Heok–Brown–Thermal法(H–B–T)两种破坏强度计算方法。试验结果与理论分析表明,随围压增大与温度升高,碳质千枚岩从脆性破坏逐渐转为延性破坏,黏聚力、单轴抗压强度和参数n随温度升高呈线性增大,内摩擦角受温度影响不显著。通过试验值与计算对比分析,M–C–T法和H–B–T法均能较好地量化热力耦合作用下碳质千枚岩强度演化规律;误差分析表明,前者计算误差为-28.5%-7.7%,后者为-8.9%-5.6%,H–B–T法计算结果离散程度较小,稳定性更高,且更偏向于安全。

不同强度等级及养护条件下的混凝土结构强度演化试验研究

传统混凝土结构强度评估一般属于事后评估,难以满足现代混凝土结构施工需要。运用实时且无损的成熟度方法来预测混凝土结构强度演化状态,建立了3种不同养护条件下混凝土结构强度演化曲线拟合对数函数关系方程及其相互之间的三角函数映射关系,同时还建立了3种不同强度等级混凝土结构强度演化曲线拟合方程并分析其差异化规律,为现代混凝土结构工程建造提供理论指导与技术支撑。

3D打印再生砂浆早期流变性能及结构经时演化研究

为深入探究再生砂浆在3D打印技术中的适用性,对不同取代率的再生砂浆开展研究,分析了再生砂浆的流/触变性在早期阶段的发展过程,采用数字图像技术对静载作用下3D打印试件的变形进行收集分析。结果表明:随着水化反应的进行,再生砂浆呈现较快的静态屈服应力和触变环面积的增长趋势,其20 min静态屈服应力为天然砂浆的1.47倍,表现出更好的可建造性。在荷载作用下再生砂浆打印试件的竖向突变高度损失和徐变位移明显较小,约为天然砂浆打印试件的1/2。根据再生砂表观特点揭示了水化过程中再生砂浆流/触变性的演化机理,从材料性能和3D打印试件结构空隙方面对3D打印试件在静载作用下的变形进行分析,为再生砂浆在3D打印中的使用提供理论支撑。

透水型级配碎石基层填料强度演化特征的离散元模拟

骨架空隙型级配碎石填料因其较好的渗透性能而广泛应用于透水型基床结构层,但其在不同级配下的抗剪强度特征及演化规律仍不明确。首先针对6种不同级配类型的碎石填料试样开展了不同围压下的室内单调加载三轴压缩试验,进而采用考虑颗粒真实不规则形状的三维离散单元方法对室内试验结果进行了数值模拟研究,从颗粒间接触、微观组构和颗粒运动等角度揭示了透水型级配碎石基层(UPAB)填料抗剪强度机理及其随级配变化的演化特征,验证了室内试验得出的级配影响规律及级配优化设计方法。研究结果表明:细颗粒通过改变颗粒体系的内部排列结构(即各向异性程度)而直接影响级配碎石填料宏观抗剪强度,细颗粒含量对试样的剪切破坏形态有直接影响,随着细颗粒含量的减少,试样整体发生较大变形时表现为内部颗粒发生转动的比例下降但发生颗粒间滑动的比例增加;试样失稳的主要原因是由于颗粒拓扑结构的改变,最终发展成不可逆的塑性变形;级配控制参数G/S=1.8时试样表现出最低的各向异性特征,相同应变条件下的颗粒旋转角均值最小,表明此时试样内部的颗粒堆积排列最优且抗剪强度最高,G/S=1.8可取作“填充密实”型与“残余空隙”型结构的分界;不同级配的试样内部颗粒的欧拉角变化在4.75~9.50mm粒径范围内明显减小,表明该粒径范围是颗粒发生滚动和滑动的分界粒径,而颗粒滚动和滑动与其抗剪强度直接相关,故从颗粒运动角度验证了级配控制参数G/S的合理性。

基于强度参数演化行为的岩石峰后应力-应变关系研究

基于岩石材料峰后强度参数的演化行为,结合强度准则,提出了建立峰后应力-应变关系的一般方法。在此基础上,基于摩尔-库仑强度准则,以最大主应变1作为应变软化参数,假设黏聚力c,内摩擦角为主应变1的分段线性函数条件下,给出了岩石材料的峰后应力-应变关系式的求法。在数值算例中,利用提出的方法,给出了大理岩在不同围压下的应力-应变曲线,算例显示,利用这一方法求得的峰后应力-应变关系曲线变化趋势与试验数据基本一致,表明该方法在研究峰后应力-应变关系上具有一定的合理性。

岩土材料峰值后区强度参数演化与应力-应变曲线关系研究

首先介绍一种模拟岩土介质应变软化行为的方法,然后针对Mohr-Coulomb准则,采用数值实验,对不同强度参数演化过程对应的岩土介质的应力-应变曲线进行分析。数值结果表明,不同强度参数演化过程得到不同的峰值后区应力-应变曲线,围压对峰后曲线形态有很大的影响。由此说明室内外实验得到的应力-应变全过程曲线峰值后区段包含了强度参数演化的信息。研究工作可为峰值后区强度参数演化规律的确定提供一些启示。

冻结砂不同应力路径三轴试验强度和变形分析

为研究冻土在复杂应力路径下的力学特性,利用自主研发的冻土三轴仪,进行了广义三轴压缩应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态下的压缩试验,分析了冻结砂在不同应力状态下的强度演化规律和变形特性。试验结果表明:当小主应力相同时,冻结砂在广义三轴压缩应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态下的强度和应力-应变曲线的斜率依次增大,小主应力对冻土的强度起到提高作用;小主应力方向始终产生膨胀变形;体应变随着大主应变的增加呈现先剪缩后剪胀的趋势,且在同一试验类型下,小主应力对体应变影响程度较小;同一试验加载条件下,小主应力越小,偏应力与球应力之比的位置越高;从广义三轴压缩应力状态至平面应变应力状态再到真三轴应力状态,试样的破坏强度依次提升。

应力养护条件下充填体强度演化试验研究

针对常规室内充填试验无法模拟充填采场原位环境和多因素对充填体强度发展的影响,无法获得与工程环境相匹配的充填体强度及材料配比参数的问题,利用充填体多场耦合养护试验仪,模拟试验深部应力条件下充填体强度的演化规律。研究发现:充填体的强度随着养护应力的增加而增加,养护应力对充填体后期强度的影响明显大于对其早期强度的影响;带压养护和常规养护方式下的相同配比的充填体其强度相差较大,养护14 d时,带压养护比常规养护充填体强度高15.4%;带压养护条件下影响充填体强度发展的主要因素是孔隙水和养护应力。

基于Pareto强度值演化的FPRs知识表示参数优化

提出一种新的参数优化模型和求解算法,引入模糊熵来指导模糊产生式规则(FPRs)的参数优化,给出基于极大模糊熵定理的参数优化模型,提出求解该模型的Pareto强度值的演化算法。实验结果表明,该方法能够有效优化参数,一定程度上避免过度拟合,提高了FPRs的知识表示能力。

基于强度参数演化的胶凝砂砾石材料本构关系研究

胶凝砂砾石材料应力-应变关系具有明显的弹塑性和应变软化特性,当前其本构关系推导较为复杂。针对这一问题,本文借鉴岩石材料峰后强度参数演化行为,基于摩尔-库伦强度准则,采用最大主应变ε1作为应变软化参数,将凝聚力c、内摩擦角φ看作ε1的分段线性函数,较为简便的推导胶凝砂砾石材料的本构关系。由本构关系式拟合得到不同围压时胶凝砂砾石材料应力-应变关系曲线变化趋势与三轴试验数据吻合良好,说明该方法得到的本构关系可以反映胶凝砂砾石材料的应力-应变特征。

基于GIS的强震区泥石流流域崩滑物源演化强度评价

为探究震后泥石流流域内崩滑物源演化强度,基于高清遥感影像和GIS平台,计算物源面积、长轴及其演化速度,将演化速度(分为3级并赋值)作为物源演化强度评价指标,并构建物源演化强度评价模型。物源演化强度评价结论如下:1)物源数量和总面积随物源面积、长轴演化速度等级提高而逐渐减少;2)物源演化弱强度、中等强度、高强度物源数量分别为1166处、255处、121处,分别占总数的75161%、16154%、7185%;3)高演化强度物源主要为大型崩滑物源,多呈长条状分布在沟道两侧坡度较大地方,弱演化强度物源为小型崩滑物源,多分布在远离沟道两岸坡度较缓地区;4)细粒物质运移、植被恢复、物源量差异是导致演化强度差异的重要原因。

基于能量转化机制的岩石强度的演化机理研究

针对岩石强度的演化机理是提高强度准则计算精度与适用性的前提,基于能量转化是物质物理过程的本质属性,弹性应变能是材料破坏的内在机理,通过试验与理论研究,探究了围压、中间主应力及泊松比对岩石强度演化规律的影响.结果表明:岩石破坏与应力状态及岩石变形特性有关,忽略泊松比的影响是中间主应力效应提出的理论依据,并指出围压效应与中间主应力效应忽略变形影响,既与试验结果不一致,又是据此建立的强度理论精度较差的内在原因.岩石强度的演化是围压、中间主应力及泊松比共同作用的结果,并据此研究了静水应力状态下材料破坏特性、围压区间性及三轴拉伸强度恒大于三轴压缩强度条件.理论及试验表明,体现了围压、中间主应力及泊松比影响的强度理论具有较高计算精度与适用性.研究成果对于精准地描述岩石破坏特性,建立普遍适用的强度理论具有重要意义.