动静组合加载下裂隙试样力学特性和破坏模式

目的为了深入了解裂隙岩石在同时受到地应力和动力扰动时的工程灾变机制。方法采用改进的分离式霍普金森压杆系统,对预制裂隙类岩石试样进行了动静组合加载试验。研究了应变率、裂隙倾角和预应力对试样动态力学特性和能耗特征的影响,并对试样的破坏模式进行了分析。结果当应变率从61.82s^(-1)增加到195.57s^(-1),裂隙试样的动态增长因子不断增大,具有显著的应变率效应;动态弹性模量变化规律不明显,应变率效应不显著。随着入射能的增加,裂隙试样的单位耗散能密度不断增加。当裂隙倾角由0°变化到90°,试样的动态增长因子增不断增加,动态弹性模量和单位耗散能密度不断降低。当施加预应力后,30°、45°和60°裂隙试样的动态增长因子增长均有所增加;45°裂隙试样动态弹性模量有所增加,30°和60°裂隙试样的变化规律不明显;45°和60°裂隙试样单位耗散能密度有所降低,30°裂隙试样的变化规律不明显。裂隙试样的破坏模式主要包括张拉破坏、剪切破坏和张拉-剪切复合破坏3种,施加预应力对试样破坏模式的影响不明显。结论0°裂隙对工程岩体的承载能力削弱程度最小,90°裂隙有利于提高破岩效率。预应力在一定程度上会提高工程岩体的承载能力。研究结果可以为预测和评估岩石工程中的风险,制定合理的加固措施提供参考。

组合荷载下裂隙试样力学特性的试验研究

使用WDT-1500多功能材料试验机,对不同裂隙倾角下的非贯通裂隙水泥砂浆试件单轴循环荷载与静载组合条件下力学特性进行了初步试验研究,试验发现:随着裂隙倾角的增加,变形能先减小后增大,峰值强度先降低后增加,弹性模量呈上升趋势,破坏形态由剪切破坏向张剪混合破坏形式转变。

含裂隙类岩试样疲劳劣化试验研究

利用电液伺服加载系统,采用单轴压缩等幅疲劳试验方式,对含预制裂隙30°、45°、60°及90°的类岩试样进行循环加载试验,借助疲劳损伤在线监测辅助试验系统、动态信号测试分析系统及超声波测试仪器对试样疲劳劣化过程进行损伤参数、轴向应变和声学参数的试验研究。研究发现:基于系统分析方法和信号处理技术,得到对损伤过程反应敏感的损伤参数A值,由A值曲线可以描述出模型试样疲劳劣化的三阶段变化规律:疲劳裂纹萌生阶段、疲劳裂纹扩展阶段及疲劳裂纹快速扩展阶段。对循环荷载作用下试样轴向应变—循环次数比曲线进行分析,可以将试样的疲劳劣化过程分为:初始变形阶段、等速变形阶段及加速变形阶段。试样超声波纵波波速随疲劳损伤的发展呈较明显的倒S形三阶段衰减规律,纵波波速随预设裂隙倾角的增大而减小。文中通过三种不同测试方法测得的试样疲劳劣化三阶段基本对应。此外,模型试样波形包络线及波形相关系数随疲劳损伤累积反应较敏感,但首波波幅变化不够稳定。研究结果可对长期交通荷载作用下的岩质边坡疲劳劣化机理及在役边坡工程服役寿命预测提供理论依据。

单轴压缩条件下裂隙粗糙度对渗透系数的影响

裂隙粗糙度是影响裂隙岩体渗流特性和流体流动复杂性的重要因素,为了深入研究单轴压缩条件下粗糙度对渗透系数的影响,采用3D打印技术和数字建模方法制备了粗糙度不同的裂隙试样,通过自制的试验装置对不同法向压力下的裂隙试样进行了试验.结果表明,在没有法向压力的条件下,随着粗糙度的增加,渗透系数以负指数函数形式减小,采用Forchheimer方程定量的分析了渗流流量与水力梯度之间的非线性关系,Forchheimer方程可以很好地描述粗糙裂隙表面的流动过程,线性项系数随着粗糙度的增大而减小,非线性项系数随着粗糙度的增大而增大;在恒定法向压力且大于水压的条件下,裂隙试样的渗透系数随着粗糙度的增大线性减小,随着水压的增大,粗糙度对渗透系数的影响作用增强;定义了系数δ,分析了在有无法向压力条件下,粗糙度对渗透系数影响的差异性,δ随着水力梯度的增加而增加,随着法向压力的增加而减小.研究结果可以加深对粗糙裂隙表面流体流动的认识,为进一步研究岩体流动特性奠定坚实的基础.

初始损伤–载荷–冻融作用下红砂岩的孔隙结构及力学特性

中国西部寒区岩体内普遍存在裂隙等初始损伤,而载荷和冻融作用会极大地削弱裂隙岩体的强度,进而引发工程灾害。为了准确评估载荷和冻融对寒区不同损伤岩体孔隙结构及力学性质的影响,采用核磁共振技术依次测试红砂岩在初始损伤、循环载荷、冻融循环3个阶段后的孔隙度、T2谱分布等微观孔隙参数;随后,对损伤后试样进行声发射监测下单轴加载测试。结果表明:载荷或冻融作用对不同初始损伤红砂岩孔隙结构和力学性质有相似的影响规律。具体来说,随着力学循环加载,红砂岩的孔隙度增大,以原有孔隙扩展为主;随着冻融循环作用,红砂岩的孔隙度继续增大,以新增小孔隙和原有孔隙扩展为主。载荷、冻融都将导致试样强度、弹性模量的损伤,单一冻融作用下,红砂岩试样强度损伤为5%~10%;但在载荷、冻融先后作用下,试样强度损伤达到20%~30%。不同裂隙损伤的红砂岩初始强度越小,其遭受载荷和冻融作用后相对初始强度的损伤越大。另外,遭受载荷和冻融损伤试样的孔隙度增幅与其强度降幅呈正相关。上述研究成果可为中国寒区工程的稳定性设计和安全施工提供依据。

冻融循环作用下注浆裂隙岩体力学特性试验研究

为了研究冻融环境下裂隙岩体注浆固结体力学性能的变化规律,对类岩石预制裂隙试样及其注浆固结体开展不同循环次数的饱水冻融试验,对特定冻融次数(0次、5次、10次、20次、40次及60次)下的试样进行单轴压缩试验和同步VIC-3D观测。试验结果表明:(1)随冻融循环次数增加,裂隙试样及注浆固结体的质量均先增后减,并伴随有表面龟裂及片落,但注浆周围的剥落现象轻微。(2)裂隙试样及固结体受荷破坏过程中均先后出现翼形裂纹,并伴有次生裂纹,但固结体破坏时,翼裂纹启裂位置由裂隙尖端向中部偏移。(3)注浆固结体的单轴抗压强度和残余强度随冻融次数的增加持续降低,但均大于相应冻融次数下裂隙试样。上述研究结果对寒区注浆工程的科学施工以及寒区注浆后工程的长期养护具有参考意义。