不同循环应力路径下饱和珊瑚砂体应变的发展特征

地震、波浪引起排水或部分排水状态的饱和砂类土体应变的累积,会导致地表、海床和附近结构物的显著破坏,且饱和砂土排水循环加载的体应变增长与不排水循环加载的孔压增长存在定量的对应关系。通过对饱和珊瑚砂开展系列均等固结条件下排水循环剪切试验,探讨了初始相对密度Dr、循环应力路径及应力水平(CSR)对饱和珊瑚砂体应变发展特征的影响。试验结果表明,同一Dr和CSR下,残余体应变εvd,ir随短长轴比和在0°~90°时的椭圆倾角存在单调增长关系。不同Dr、循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂εvd,ir随循环次数N的发展曲线具有统一性,提出了两者的显式关系式。饱和珊瑚砂残余体应变极值(εvd,ir)u与εvd,ir-N关系曲线的收敛速度与Dr、循环应力路径和应力水平密切相关。引入单元体循环应力比USR来表征不同循环应力路径和CSR下饱和珊瑚砂的εvd,ir,发现同一Dr下,(εvd,ir)u与USR存在正相关线性关系,εvd,ir-N曲线的收敛参数CN1与USR存在正相关线性关系,CN2与USR存在负幂函数关系,即USR越大,εvd,ir-N曲线收敛越慢。相同USR下,(εvd,ir)u随Dr的增加而减小,εvd,ir-N曲线收敛速度随Dr的增加而变快。该研究提出的体应变模型为排水循环加载条件下残余体应变的发展机理提供了新的认识。

复杂循环应力路径下冻结粉质黏土的变形特性与安定性行为研究

复杂循环应力路径下冻土的变形特性与安定性行为研究对寒区工程的长期稳定性具有重要作用。为分析不同复杂循环应力路径对冻土变形特性与安定性行为的影响,设计不同温度同一水平下的5种循环应力路径,即三轴循环应力路径(TCSP)、定向循环应力路径(DCSP)、圆形循环应力路径(CCSP)、椭圆循环应力路径(ECSP)和心形循环应力路径(HCSP),分析了粉质黏土的轴向累积塑性应变,同时利用3种安定性评价准则对结果进行评估。研究结果表明:不同温度5种循环应力路径下的轴向累积塑性应变满足DCSP>ECSP>HCSP>CCSP>TCSP。安定性评价结果表明,定向循环应力路径对土体的安定性行为影响最大,在3种准则下都属于增量破坏。在-15℃时,心形循环应力路径与椭圆循环应力路径试验结果在Chen-准则评估下也属于增量破坏。

不同应力路径下饱和黏土耦合循环剪切特性

地基土单元体在波浪荷载的作用下将发生主应力轴连续旋转,这对土的强度和变形特性会产生显著的影响。针对饱和黏土,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能扭剪仪进行了均等固结下的耦合循环剪切试验,着重研究了不同循环应力路径对应力-应变关系和强度特性的影响。试验结果表明,耦合循环荷载下黏土扭转剪切分量和正向偏差分量的应力-应变关系曲线与应力路径有关,且随着振动次数的增加逐渐疏松,割线模量Es和Gs不断衰减,这与不固结不排水条件下的应力-应变关系曲线的变化规律明显不同;扭转剪切分量大的椭圆应力路径的动强度略小于正向偏差分量大的动强度。饱和黏土在不同应力路径下的力学特性的试验研究可以为建立复杂应力路径下的本构模型提供试验依据。

日月引潮力对冲击地压的触发机制及时间窗口效应研究

冲击地压发生的“时-空”特征难以预测,严重制约了煤炭资源的安全、高效产出。从日月引潮力对采场围岩循环加卸载的作用机制出发,统计2001~2021年典型冲击地压事故的时空分布特征,利用理论分析和数据统计厘清了日月引潮力与冲击地压的内在联系,采用CASRock细胞自动机分析软件,研究2种日月引潮力时程作用模式对冲击地压类型的触发机制,并提出基于时间窗口效应的岩石循环加卸载应力路径优化方法。研究结果表明:(1)日月引潮力与冲击地压发生都具有明显的地域差异性,在日月引潮力的循环加卸载作用下,冲击地压发生的时间主要集中在2月和9月及每月的农历初一、十五左右。(2)日月引潮力的2种时程作用模式下的累积声,发射数量、等效塑性剪应变(Epstn)、岩石破裂度(RFD)均大于常规三轴加载,表明在日月引潮力的作用下,煤岩体更易发生应力跌落,由弹性向塑性转化,并释放更多的弹性能,更易诱发冲击地压。(3)从冲击力源出发,日月引潮力的2种时程作用模式分别容易诱发重力型冲击地压和构造应力型冲击地压。(4)揭示了日月引潮力对于冲击地压的触发机制实际上是日月引潮力对于采场围岩重复循环加卸载的作用结果。并在分析常见的循环加卸载应力路径基础上,结合矿井工作制度,将每日的生产期间划分为加载阶段,检修期间划分为卸载阶段,提出基于时间效应优化的采场围岩应力路径。上述研究结果可以更好地应用于岩石力学实验,为真实反映煤岩试件在采动应力路径作用下的冲击破坏规律提供新的方法。