干湿循环导致粉砂质泥岩力学特性变化规律研究

受亲水矿物成分影响,水侵作用下粉砂质泥岩力学特性易劣化．开展多种干湿条件下粉砂质泥岩的单/三轴压缩试验,研究试样在饱水作用下的强度和刚度弱化,分析干湿循环对试样力学特性的影响规律．试验结果表明,粉砂质泥岩强度和刚度均随饱和度增加而明显降低,在中期变形阶段刚度下降程度明显大于早期变形阶段．粉砂质泥岩强度随围压增大而线性提高,其强度特性可采用Drucker-Prager准则描述,且试样开裂角符合剪切滑移破坏特征．干湿循环试验结果表明,粉砂质泥岩单轴抗压强度和割线模量随循环次数增大而近似线性衰减,并且其刚度衰减快于强度衰减．     

循环载荷下淤泥轻量土的细观变形机理研究

基于新型室内固结试验及有限元数值模拟分析方法,研究了淤泥轻量土在循环载荷作用下的细观多相变形机理及其宏、细观变形特性之间的相互关系。结果表明,EPS(expanded polystyrene)颗粒掺量及其粒径大小对淤泥轻量土的细观变形特性有显著的影响。试验发现,在所选用的配合比中EPS掺量相差2.0%时,而淤泥轻量土最大体积变形量却相差了4.1%。在相同循环次数下,试样中上、中、下三个点位的EPS颗粒变形量及其应力应变大小关系并不相同,上点位的EPS颗粒变形量最大。通过对不同循环周期下淤泥轻量土各相细观变形关系定量计算分析发现,EPS颗粒变形量在其整个变形过程中占主导地位,平均占到约60%～80%。该研究可为后续有关EPS淤泥轻量土的微细观结构之间多相耦合作用的研究及其在软土路基填土工程中的应用提供一定的理论支持。     

循环载荷下淤泥轻量土的细观变形机理研究1)

基于新型室内固结试验及有限元数值模拟分析方法,研究了淤泥轻量土在循环载荷作用下的细观多相变形机理及其宏、细观变形特性之间的相互关系。结果表明,EPS(expanded polystyrene)颗粒掺量及其粒径大小对淤泥轻量土的细观变形特性有显著的影响。试验发现,在所选用的配合比中EPS掺量相差2.0%时,而淤泥轻量土最大体积变形量却相差了4.1%。在相同循环次数下,试样中上、中、下三个点位的EPS颗粒变形量及其应力应变大小关系并不相同,上点位的EPS颗粒变形量最大。通过对不同循环周期下淤泥轻量土各相细观变形关系定量计算分析发现,EPS颗粒变形量在其整个变形过程中占主导地位,平均占到约60%$\sim$80%。该研究可为后续有关EPS淤泥轻量土的微细观结构之间多相耦合作用的研究及其在软土路基填土工程中的应用提供一定的理论支持。     

循环剪切荷载作用下软土的力学性状研究

利用从现场取得的原状土样,通过室内动三轴试验对循环荷载作用下的变形、孔压和强度特性进行研究。试验研究主要考虑了周围固结压力、循环剪切应力比、荷载频率和循环次数等因素的影响。研究表明,在循环荷载作用下,孔隙水压力和轴向应变均是一个波动上升的过程。当循环应力比增大时,动孔隙水压力变化幅值显著增加,而残余孔压也较大。同时,孔隙水压力值也随着周围压力的增大而明显增大。当作用荷载频率比较大时,需要更多的循环次数才能达到小频率作用荷载能达到的孔隙水压力值。但是,随着循环荷载作用次数的增加,频率对孔隙水压力的影响有减小的趋势。     

冻融循环和干湿循环作用下砂岩断裂韧度及其与强度特征相关性的试验研究

以三峡库区岸边坡消落带的典型砂岩为研究对象,针对其实际的赋存环境设计了干湿循环和冻融循环2种试验方案,分别研究了2种试验方案过程中砂岩试样的力学特征,分析了浸泡在不同化学溶液中的砂岩试样经历不同循环次数后各力学参数的变化规律。试验结果表明：干湿循环和冻融循环作用下砂岩试样具有明显的“弱化”趋势,其断裂韧度、抗压强度和抗拉强度劣化趋势基本一致,但试样各力学参数劣化程度却存在差异。其中,断裂韧度KIC的劣化程度最大,抗拉强度次之,抗压强度最小。干湿循环和冻融循环作用过程中砂岩试样各力学参数的劣化程度均非常显著,该现象说明在模拟库岸边坡消落带岩体遭受化学溶液作用时,干湿循环和冻融循环作用均是不可能忽视的影响因素。但比较而言,在冻融循环作用下砂岩试样各力学参数劣化程度更加显著。不同的化学溶液对砂岩试样力学特征的损伤劣化程度的影响有所不同,酸性化学溶液加剧了砂岩的劣化程度,而SO42-离子对砂岩劣化的影响大于HCO3-离子的。     

爆炸荷载和地应力耦合作用下煤体裂纹扩展的模型实验研究

为了研究地应力作用下煤体柱状装药预裂爆破裂纹扩展,以Froude比例法为指导,建立煤层预裂爆破的模型实验,并对地应力和爆炸荷载耦合作用下煤体中的裂纹扩展机理进行了研究。该模型描述了在爆炸荷载作用下的宏观破坏现象。研究结果表明:模型实验与现场试验结果基本一致;裂纹主要是由压缩波和卸载波共同作用形成的;地应力对裂纹的发展具有抑制作用;主应力对于拉伸裂纹的发展具有明显的导向作用。     

冻融和循环载荷作用下对饱和砂岩损伤机理的研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5~200Hz、温度-40~40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明:饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大;-40~20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。     

拉-拉循环荷载作用下的界面脱粘研究

应用弹性力学和断裂力学基本理论，基于剪滞模型，研究了纤维增强复合材料中纤维与基体界面在拉-拉循环荷载作用下的疲劳脱粘特性。建立了描述疲劳裂纹扩展的等效Paris公式，得到了界面疲劳脱粘扩展速率、脱粘应力以及脱粘界面的摩擦系数与循环加载次数的关系式。通过数值模拟计算，进一步分析了界面疲劳脱粘的力学机理。本文分析，考虑了疲劳加载引起的脱粘界面的损伤及损伤分布的不均匀性。同时还考虑了材料泊松比的影响。     

干湿循环作用下红砂岩侧限膨胀应力时程模型

采用湖南株洲地区的红砂岩样,进行了不同干湿循环次数和不同干燥温度影响下的侧限膨胀应力试验。结果表明:岩石侧限膨胀应力是时间的函数,可以用快速膨胀阶段、减速膨胀阶段和缓慢稳定阶段表征;干湿循环作用和干燥温度对红砂岩的膨胀产生显著影响,随循环次数的增大,最大侧限膨胀应力先增大后减小;干燥温度越高,不同循环次数下的侧限膨胀应力越大。建立了考虑循环次数与干燥温度影响的侧限膨胀应力时程模型,并验证了模型的正确性。所得结论可为保证膨胀岩地区工程建设的安全性和稳定性提供指导。     

循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土受压性能试验研究

为研究循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土(PFRAC)的力学性能,以粗骨料取代率、纤维掺量、加载速率为变化参数,设计了78个圆柱体试件进行单轴循环受压试验。通过试验观察PFRAC的破坏形态,获取了应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、刚度退化等重要指标,研究了不同变化参数对其力学性能指标的影响规律,得到了循环荷载作用下聚丙烯纤维对再生混凝土的阻裂机理。结果表明：循环荷载作用下PFRAC主要发生斜向劈裂破坏;随着聚丙烯纤维掺量的增加,试件表面主裂缝宽度减小;循环荷载下PFRAC试件受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线相似;聚丙烯纤维的加入可显著改善PFRAC循环荷载下的力学性能,随着纤维掺量的增加,峰值应力、弹性刚度比先增大后减小;纤维掺量为0.9%时的纤维改性效果最优,峰值应力和峰值刚度比分别提高了4.4%和7.4%。     

循环荷载作用下饱和粘土中的有效应力原理的实验研究

有效应力原理是土力学中的经典理论,在土动力学中,有效应力原理的应用基本上是沿用土静力学中的方法,即通过建立合理的孔压模式,利用有效应力原理对土体的破坏进行分析。但是通过动三轴试验发现,在动三轴不固结不排水试验中,整个试验过程中孔压不发生变化,土体强度却发生了明显的衰减。这种现象利用有效应力原理无法得到合理的解释。针对这种现象,本文建议引入损伤变量D,作为反映土体结构变化的参数,对有效应力原理进行修正。经过修正后的有效应力原理反映了在循环荷载作用下,循环扰动造成的结构损伤对有效应力的影响,可以合理地解释动力作用下土体中孔压和有效应力相互转换,以及土体强度衰减的原因。     

疲劳荷载与氯盐耦合作用下混凝土中氯离子扩散行为的试验研究

混凝土桥梁在服役过程中经常同时承受疲劳荷载和氯离子侵蚀,但现有研究多未考虑疲劳和氯离子侵蚀的耦合作用。本文研究了疲劳荷载与氯盐侵蚀耦合作用下混凝土中氯离子的扩散行为,并运用超声检测表征混凝土的疲劳损伤,以建立疲劳损伤与氯离子扩散性能之间的关系。研究结果表明:随着疲劳压应力水平提高,超声参数表征的混凝土损伤值也逐渐增大;应力水平低于0.4时,不同疲劳应力水平对混凝土中氯离子浓度分布没有明显影响,氯离子扩散系数甚至略有减小,这应是应力水平较低时混凝土中微孔隙和裂缝被压缩而降低了氯离子的扩散能力;应力水平为0.5及0.6时,混凝土中氯离子浓度显著提高,扩散系数明显增大,并且与应力水平呈正相关;超声参数表征的混凝土损伤与氯离子渗透性的发展趋势不一致,表明由于混凝土内部缺陷分布的不均匀性使得超声技术难以定量表征荷载引起的混凝土损伤。     

循环荷载下岩石阻尼行为的试验研究

为了深入地了解岩石的阻尼特性,利用WDT–1500多功能材料试验机,对砂岩、砾岩和砂砾岩进行了循环荷载试验,研究了岩石的动剪切模量和阻尼参数对应力、应变幅值和应力水平的响应特性,得到了动弹性模量和阻尼参数随应力幅值、应力水平及含水率的变化规律,讨论了其变化机理。证实了双曲线关系能够描述分级循环荷载作用下岩石的应力-应变关系,得到了动剪切模量和阻尼比与动应力、动应变之间的关系,建立了不同应力水平和不同应力幅值条件下岩石的动剪切模量与阻尼比关系模型,结果表明该模型能够描述分级循环荷载过程中阻尼行为。     

循环荷载下硅藻土应变和孔压特性

针对嵊州硅藻土的高结构性及地基应力场的复杂多变，应用GDS 动三轴仪进行不同围压和不同循环应力比下的不排水循环加载试验，分析应力-应变滞回曲线演化、应变累积特性、回弹特性及孔压特性．研究表明：循环应力比及围压对原状硅藻土应变和孔压的发展规律影响明显，随着循环应力比的增加，滞回曲线由线性状态转变为非线性状态，且逐渐向x 轴倾斜，累计应变和回弹应变都随着循环应力比的增加而略微增加，但总应变基本小于2 %；残余孔压比随循环应力比增大而增大，范围为0.1~0.5．并且存在一个临界循环应力比，其值随有效围压的增大而减小，范围为0.8~2.2，当循环应力比大于该值时，试样内部产生一个破裂面迅速发生破坏．在相同循环应力比下，试样的应变随着有效围压的增大而增大．     

电场作用下向列相液晶指向矢与流动的耦合机理

作为开发液晶流动驱动的第一步,运用宏观ELP模型及Frank弹性理论对电场作用下液晶盒内向列相液晶的指向矢旋转与所引起的液晶流动之间的耦合机理进行了理论与实验研究。通过对液晶盒进行施加及撤销电场的操作,得到了液晶盒内瞬间液晶指向矢的旋转及所引起的液晶流动的变化情况。电场施加瞬间指向矢的旋转控制着流动的变化,二者同时达到最大值:指向矢旋转为350(°)/s,引流速度为30μm/s;而电场撤销的瞬间流动的变化控制着指向矢的旋转,流动特征与电场施加瞬间很相似,但持续时间很短。实验验证采用最直接的观察法,用显微镜自带CCD拍摄液晶盒在电场施加和解除过程中内部液晶引流发生的过程,通过图像分析得到实验数据,每个数据点分别通过取10次实验的平均值得到,实验结果与理论计算结果吻合。     

拉伸荷载下分支裂隙破坏机理研究

为研究拉伸荷载下分支裂隙对破坏模式的影响,保持主裂隙参数不变,改变分支裂隙倾角和长度,利用扩展有限元方法模拟了弯折裂隙的动态扩展,总结了分支裂隙参数变化对破坏模式的影响.利用ABAQUS中的轮廓积分计算了分支裂隙尖端应力强度因子,并根据最大周向应力准则计算起裂角.结果表明:拉伸荷载下分支裂隙出现三种破坏模式;分支裂隙倾...     

循环荷载作用下考虑Hansbo渗流的饱和黏土固结分析

针对传统一维Terzaghi固结理论的局限性,本文引入了考虑时间效应的UH (unified hardening)本构模型,将Hansbo渗流模型耦合到UH本构模型固结方程中,建立了几种典型循环荷载作用下基于UH模型和考虑Hansbo渗流模型的固结方程。采用FlexPDE软件进行了数值分析,将计算结果与已有文献结果对比,验证了该算法的可靠性。在此基础上,研究了饱和黏土在几种典型循环荷载作用下的渗流固结特性,分析了各模型参数对饱和黏土固结特性的影响。结果表明：在循环荷载作用下,地基的平均固结度、沉降量等始终处于循环状态;Hansbo渗流模型参数对平均固结度的影响相对于Darcy渗流参数影响程度较大,其中UH模型中次固结系数对固结过程影响程度较大。另外,Hansbo渗流参数及土的回弹指数和渗透指数等对固结过程的影响主要体现在中期,固结过程后期将处于稳定循环状态。     

不同溶液环境下砂岩干湿循环损伤特性试验研究

为研究不同溶液环境下长石砂岩干湿循环损伤特性,对长石砂岩分别进行水和Na_2SO_4溶液两种环境下的干湿循环试验。对不同干湿循环次数后的长石砂岩进行纵波波速测定、XRD衍射试验、单轴抗压试验以及数字散斑试验(DSCM)。结果表明:Na_2SO_4溶液环境下干湿循环长石砂岩纵波波速、抗压强度、弹性模量等物理力学参数下降严重。干湿循环过程中水主要起溶解砂岩内部长石等矿物作用,盐分结晶产生结晶应力是长石砂岩损伤的主要原因。将应变局部化阶段初始点损伤状态确定为基准损伤,基于侧面应变标准差定义了长石砂岩损伤度,该损伤度演化方程能较好地反映长石砂岩干湿循环损伤过程。     

循环荷载下软岩阻尼行为的试验研究

动剪切模量和阻尼比是岩体重要的动力特性参数,其取值的合理性对场地地震响应分析的结果有重要影响.利用WDT-1500多功能材料试验机,对砂岩、砾岩和砂砾岩等软岩试样进行了循环荷载试验,研究了软岩的动剪切模量和阻尼参数对应力、应变幅值和应力水平的响应特性,得到了动剪切模量和阻尼参数随应力幅值、应力水平及含水率的变化规律,讨论了其变化机理.结果表明,在不同应力水平和不同应力幅值下阻尼参数随着应力幅值的增大而增大,与应力幅值成线性拟合关系.当应力幅值较小时,含水率对岩石动剪切模量的影响较小,而对阻尼比和阻尼系数的影响较大;当应力幅值较大时,恰好相反.含水率,应力水平和应力幅值都相同时,应力水平逐级增大的应力路径下测得的阻尼参数大于应力幅值逐级增大的应力路径下测得的阻尼参数.建立的不同应力水平和不同应力幅值条件下软岩的动剪切模量与阻尼比关系模型能够描述分级循环荷载过程中阻尼行为.研究成果对抗震工程的地震反应分析和场地安全性评价有着重要参考价值.     

循环荷载作用下低掺量水泥土试样变形性状试验研究

在大量动三轴试验的基础上,深入研究了低掺量水泥土的动力特性。试验结果表明:动应变εd是影响土样动弹模量及阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量Ed成倍减小而阻尼比λ成倍增大。随着掺灰量的增大,水泥土的动弹模量和阻尼比相应增大。动弹模量随围压σ3增减而增减,阻尼比λ随围压σ3的增加而减小。最大动弹模量Edmax与围压σ3呈指数递增关系;最大阻尼比λmax在7%～30%之间,与围压σ3呈指数递减关系,并建立了相应的经验公式。