不同密度粉质粘土K0固结侧向卸荷三轴试验研究

针对侧向卸荷等特殊应力路径下应力应变关系对土体本构模型的影响,利用应力控制式三轴仪,对南京某工程粉质粘土的重塑样进行了K_(0)固结条件下侧向卸荷三轴固结排水剪试验,研究了侧向卸荷路径下干密度对粉质粘土应力应变及强度特性的影响规律,建立了一个土体因干密度变化引起内摩擦角变化的经验公式,提出了一个侧向卸荷条件下土体破坏时的侧向应变经验公式,并提出了据此公式估计基坑支挡结构的极限位移的方法。

侧向卸荷条件下上海灰色黏性土的三轴试验研究

通过K_(0)固结条件下GDS常规三轴和侧向卸荷三轴试验分析了应力路径对上海地区⑤_(1)层灰色粘性土的强度与变形特性影响。试验结果表明不同围压条件下侧向卸荷三轴试验有效应力路径基本呈倒“L”形,而常规三轴试验则呈“S”形。侧向卸荷三轴试验的负孔压数值随围压减小而单调增加,其最终值与围压大小正相关;侧向卸荷三轴压缩试验应力应变关系与常规三轴压缩试验有较多相似,其峰值强度都随体积应力的增加而提高,但破坏时应变值明显较常规压缩试验偏低。归一化土体模量与应力水平呈幂次关系,其幂指数m值与《上海市基坑工程技术标准》中对浅层土建议值基本相同。

砂岩三轴卸荷力学特性试验研究

基于三轴卸荷破坏试验,分析研究砂岩在卸荷应力状态下的应力-应变及破坏特征。试验结果表明:岩体卸荷破坏时脆性特征非常明显,相比于加载破坏,卸荷破坏更加突然和剧烈,岩体破碎程度更高;卸荷过程中轴向变形随围压降低不断增加,在开始卸荷阶段增加较慢,当卸荷量达到一定值后,变形突然增大,很小的卸荷量就会引起较大的变形。根据卸荷过程中岩体应力-应变曲线变化特征,将卸荷量作为重要参量,假定岩体在卸荷损伤屈服阶段符合Griffith屈服准则,接近极限破坏强度时符合Hoek-Brown屈服准则,认为卸荷造成岩体屈服发生塑性变形后,岩体卸荷条件下的屈服函数随卸荷量在Griffith准则和Hoek-Brown准则间呈线性变化,推导考虑卸荷应力状态的弹脆塑性力学模型。

土体孔洞损伤结构演化及其力学特性的CT-三轴试验研究

为了评估孔洞损伤对土体强度、变形和稳定性等力学特性的影响,该文首先对4个试样人工制造不同的孔洞损伤,再在相同的围压和吸力水平下进行CT-三轴剪切试验,定量研究了孔洞损伤结构的演化规律及其对土体力学特性的影响。结果表明:剪切过程中体积应变表现为剪缩,损伤孔径具有单调缩小趋势,在合适的质量含水率条件下,适度小孔损伤反而使土样三轴抗剪强度提高了25%,体积应变也较无损试样小。相同损伤面积的试样具有几乎相同的抗剪强度,但体积应变不具备相同规律。

圆柱孔破损膨胀土强度和变形特性的CT-三轴试验研究

通过8组不同孔径破损膨胀土的CT-三轴试验,研究了圆柱孔破损重塑膨胀土的变形、强度特性以及破损结构的演化规律。试验结果表明:圆柱孔破损对膨胀土的强度有明显的弱化作用,但破损孔径大小的影响不大。吸力一定时,圆柱孔面积变化随着净围压的增加而减小;净围压相同时,吸力大的试样圆柱孔面积减少得越大。净围压在破损重塑膨胀土结构演化中发挥重要作用,随着净围压从50 kPa增加到200 kPa,CT图像的均值(ME值)提高幅度增大,试样内部的平均密度变大;相应地,CT图像的标准差(SD值)降低的幅度也增大,试样结构趋于均匀化。

断续双裂隙砂岩三轴卸荷蠕变特性试验及损伤蠕变模型

为研究卸荷条件下裂隙岩体的蠕变特性,以通过对砂岩切割并充填水泥砂浆制备的裂隙试样为对象,开展了恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明:试件在破坏时对应应力差最小的是缓缓和陡缓裂隙组合岩体,其次为陡陡裂隙组合岩体和完整试样;从变形特点来看,相同应力状态下,瞬时应变与蠕应变从大到小的顺序依次均为缓缓、陡缓、陡陡裂隙组合岩体和完整岩石。采用元件模型对各试件不含加速蠕变阶段的变形进行的拟合显示,可采用同一形式的本构模型对裂隙岩体和完整试样进行描述。根据这一结论提出了基于Lemaitre应变等效原理和Sidoroff能量等价原理的裂隙岩体损伤蠕变模型,并与室内试验结果进行了对比与分析。该模型可通过完整岩石蠕变模型参数推导裂隙岩体蠕变模型参数,从而建立了完整岩石与裂隙岩体间的关系。

水力作用下砂岩三轴卸荷试验及破裂特性研究

高应力、高水压卸荷条件下岩石的非连续性微缺陷演化过程研究对揭示隧道围岩裂纹的起裂孕育、碎胀裂化和峰值破坏,分析围岩稳定性具有重要意义。利用MTS815型程控伺服刚性试验机开展了砂岩在固定围压、不同水压条件下的水力三轴卸荷试验。试验结果表明:岩石变形在卸荷前以压缩为主,变化微小;卸荷后不久开始快速扩容,直至损伤破裂。水力条件下应力–应变曲线上的各个特征应力值比无水压条件下的饱和试样有不同程度地提高,增加了应变能储备,从初始扩容到峰值强度的历时更短,曲线斜率更陡。随着水压的不断增大,各个特征应力值有所减小,表现在起裂条件降低,压缩极限减小,扩容时间提前,表明了砂岩在高水压条件下的脆性特性进一步增强,抵抗变形破坏的能力逐渐降低。通过扩容特征值与扩容点后的体应变关系,求得初始扩容点后的相对扩容应变与变形模量差,建立了多项式回归关系。研究结论揭示了水力作用下砂岩扩容变形行为的强烈性和突发性,可为水–力双场条件下的围岩变形预测及控制提供参考。

原状Q_3黄土湿陷特性的CT-三轴试验

利用应力控制式CT-三轴仪及CT-湿陷性三轴仪,在控制吸力的条件下,试验研究原状Q3黄土的浸水湿陷特性。做了2组共15个三轴试验,包括均压浸水试验和以双线法进行的侧向卸荷浸水试验,试验中利用CT机进行无损断面扫描,并用得到的CT数定量分析原状Q3黄土的结构性对湿陷的影响。结果表明:对于双线法湿陷试验,同一吸力和偏应力下,固结净围压大的试样湿陷变形大于固结净围压较小的试样湿陷变形,包括体应变、轴应变及偏应变量;均压浸水湿陷试验时,在试样饱和前,随着浸水量的增加CT数与浸水量之间基本呈线性关系;当试样趋于饱和时,CT数增大减缓;均压浸水湿陷试验中,在同一吸力下,固结净围压大的湿陷体应变较大,结构演化变量值也越大。

重塑膨胀土结构性损伤CT-三轴试验研究

膨胀土是一种在世界范围内分布广泛的非饱和特殊土,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩的特性,被工程界称为灾害土.以南水北调中线工程南阳陶岔引水渠坡重塑膨胀土为研究对象,针对膨胀土裂隙性的结构特征,通过CT-三轴排水剪切试验,研究具有不同初始损伤程度和不同损伤位置的膨胀土试样结构演化情况及其力学特性.研究发现:轴向应变与偏应变之间成线性正比例关系,相同吸力不同围压时,围压越大,体应变最大值越大;相同围压不同吸力时,吸力越大,体应变达到最大值所用时间越短.研究结论可以为分析膨胀土变形、强度和稳定性问题提供科学依据,对保障膨胀土地区工程建设的顺利进行有重要的意义.

张开穿透型单裂隙岩体三轴卸荷蠕变特性试验

高应力条件下较多岩体工程在开挖卸荷过程中表现出显著的时效变形特征。为研究裂隙岩体在卸荷状态下的蠕变特征,以锦屏I级水电站大理岩为原样制备模型试样,开展了恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明:试件在破坏时对应应力差最小的是倾角为30°裂隙试样,其次为倾角为60°裂隙试样,倾角为90°裂隙试样最大。从破坏形式来看,完整试件与倾角为90°裂隙试件均呈整体剪切破坏模式,倾角为30°和60°裂隙试件均从裂纹尖端扩展至破坏。变形特征方面,均可采用Burgers模型对各裂隙试样不含加速蠕变阶段的蠕变曲线进行拟合,试样在不同裂隙类型和应力水平下的变形特点则通过参数数值加以区分。该结论与Lemaitre应变等效原理和Sidoroff能量等价原理中有关损伤材料和无损材料间相关关系的基本观点一致。基于此,提出了裂隙岩体损伤蠕变模型,该模型建立了完整岩石与裂隙岩体间的相关关系,对裂隙岩体时效变形特征的进一步研究具有较好的参考价值。

土体三轴加卸荷对桩基影响模型试验系统研制与应用

为模拟土体三轴加卸荷对桩基侧摩阻力产生的影响,研制土体三轴加卸荷对桩基影响模拟试验系统。该系统包括4个子系统:三轴加卸荷系统、模型桩组、量测系统及数据自动采集系统。该系统可通过气压加载法在大直径土样顶面及侧向以较高荷载进行加卸荷,模拟不同土性、不同桩端约束条件下土体沉降或回弹对模型桩产生的影响,并通过试验验证其有效性和可靠性。试验表明:系统智能化程度高,可实现大荷载长期稳压,量测系统灵敏度高稳定性好;桩端自由悬空条件下,随土样竖向及侧向施加气压荷载增加,最大正负侧摩阻力增大,中性点发生在(0.5～0.6)L(其中,L为桩身长度)区域。卸荷初期土体回弹变形不大,但桩受拉力发展很快至较大值。系统可用于模拟土体不同路径加卸荷对工程桩的影响。

用循环三轴试验分析海上风力发电机单桩基础侧向位移

为了开发洁净的再生能源,海上风力发电已成为欧洲各国积极研究的重点。一个足以承受长期波浪及风力的基础设施是让风力发电设施在使用年限内正常运转的必要条件。目前欧洲海上风力发电设计案例中,大口径的钢管桩是一种最常被运用的海上风力发电机基础型式。然而,目前工程界普遍使用的p–y曲线分析法并不适用于评估此种大口径单桩受长期侧向力的行为。特别针对砂性土壤,提出了应用室内三轴循环试验的结果评估单桩在单向循环侧向力下的变形方法。应用室内循环三轴试验所得的塑性应变增加量推求土壤的割线衰减刚度,再导入三维有限元素数值模型的方法,可以得到桩身在循环侧向力下的位移。此种方法非常适用于海上风力发电机单桩基础在均匀及层状土壤中侧向行为的初步工程设计。

天津吹填软土的真三轴卸荷试验研究

利用刚柔复合型真三轴仪对天津吹填软土进行真三轴试验,针对基坑开挖侧向卸荷变形特性进行不固结不排水条件模拟试验研究,控制大主应力△σ_1≈0、中主应变ε_2≈0、小主应力方向卸荷。结果表明:侧向卸荷土体的初始卸荷模量随着围压的增大而增大,卸荷曲线ε_1-ε_3呈线性关系,泊松比与经典土力学相悖,μ_(31)>0.5且卸荷剪切过程中随着围压的增大而变大,孔隙水压力在卸荷剪切过程中先增大后减小。

岩石损伤本构模型在大理岩三轴卸荷试验中的应用

依据岩石强度服从统计分布的特点,通过定义损伤变量,并在一定的假定条件下,运用岩石力学中的D-P强度准则,建立岩石损伤本构模型。对大理岩在不同卸荷速率条件下的试验结果进行分析,利用试验所得的岩石力学参数及求解数据,通过拟合求得损伤本构模型的分布参数,进而确定损伤本构模型的演化曲线。通过与试验曲线对比分析,结果表明:理论曲线基本能反映大理岩在三轴卸荷条件下的应力-应变关系及强度特点;导致高卸荷速率下的大理岩试件强度相对要低的原因,是高卸荷速率的岩石在卸荷过程中其内部损伤演化发展相对要快。

不同应力路径下岩石三轴卸荷力学特性与强度准则研究

基于3种不同应力路径下花岗岩三轴卸荷试验，研究了岩石的应力-应变全过程曲线和变形特征及其强度准则。试验结果表明，卸围压过程中，侧向应变与围压先呈线性后呈非线性关系，且其增长速率约为轴向应变增长速率的3-5倍，表现出明显的侧向扩容，其扩容程度与卸载路径有关；从不同围压与体积应变曲线所围面积可以看出，卸荷前围压越大，卸荷释放的能量越大；变形模量随围压卸载而逐渐减小，且随初始围压增大，总体上呈负指数分布趋势，且同一种卸荷应力路径时，变形模量的减小量随初始围压增大有所增大，泊松比随围压降低而不断增大，两者之间呈现明显的非线性关系；岩石破坏特征以剪切破坏为主；采用幂函数型摩尔强度准则很好反应了岩石的强度特征。研究结果对地下金属矿深部开采具有一定的指导意义和参考价值。

三峡工程花岗岩卸荷全过程特性的试验研究

在常规三轴室中进行了花岗岩试件在恒定轴压下的围压却荷试验份析了岩石在卸荷条件下的变形和强度特性，回归得到由卸荷导致岩石破坏的强度经验准则．

膨胀土在湿干循环和三轴浸水过程中细观结构变化的试验研究

为研究膨胀土裂隙的产生及闭合规律,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的3次湿干循环试验;再对湿干循环后的裂隙膨胀土进行了控制围压和偏应力为常数的CT–三轴浸水试验。研究结果表明:无约束条件下的膨胀土试样增湿和干燥都能引发裂隙的产生和闭合;在三轴浸水试验中,裂隙均趋于闭合,而闭合程度与应力状态有关;浸水过程中,试样体积变化可分为3个阶段,体积首先减小,接着因湿胀作用逐渐增大,尔后又因膨胀力释放和模量降低而减小;定义了结构修复参数,提出了三轴浸水过程中的土样结构修复演化方程。

考虑初始应力的坑侧土体真三轴试验研究

针对基坑开挖过程中坑侧土体的应力路径,采用真三轴仪进行考虑初始应力状态下侧向卸荷试验,并与常规三轴试验以及轴向加荷真三轴试验结果进行对比分析,结果表明:q-εs曲线类似于常规三轴剪切试验的(σ1-σ3)-ε1曲线,呈双曲线关系;由于中主应力的影响,土体的初始强度得到提高,真三轴加荷试验初始切线斜率总是大于常规三轴试验的初始斜率;在侧向卸荷的条件下,土体可以在相对小的应变下发生破坏,加荷路径下破坏,土体应力强度要大于卸荷路径。

软岩三轴卸荷流变力学特性及本构模型研究

以典型软岩-泥质粉砂岩为研究对象,进行了不同应力水平下的恒轴压、分级卸围压室内流变试验。试验结果表明,软岩在卸荷条件下的轴向及侧向流变变形较大,各向异性显著。在恒定围压较高时,轴向流变变形较大,而随着围压逐级降低,侧向流变变形发展较轴向更快,试样在破裂围压下的侧向变形远大于轴向。通过深入分析软岩卸荷流变试验成果可知,线性Burgers流变模型能较好地反映各级围压下流变曲线的衰减流变及稳态流变阶段,但对于破裂围压下的非线性加速流变阶段无法描述。基于上述分析,建立一个非线性损伤流变模型,采用Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对试验结果进行拟合,并获得软岩的非线性流变参数。经比较,拟合计算与试验曲线吻合程度很高,说明该流变模型能较好地反映软岩卸荷流变各阶段的曲线特征。

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。