断裂岩石蠕剪中的细观接触损伤试验研究
摘要：为深刻理解构成断裂岩体长期抗剪强度的细观机制，对岩石断裂面的细观接触和损伤演化进行了试验研究。采用压剪方式和巴西劈裂方式制作出两类断裂岩石，在恒定法向力作用下对破坏岩石试件进行分级施加剪切力的蠕变试验。在加载前、中、后对断裂岩石分别进行CT和激光扫描，观察到不同蠕变阶段断裂岩石的细观接触和损伤状态，获得不同性质的断裂岩石抗剪强度特征。试验研究表明：构成断裂岩石长期抗剪强度的机制主要有两个：一是细观凹凸啮合体的抗剪断能力；二是表观凹凸接触体的抗摩擦能力。拉破裂岩石表面局部粗糙度相对较大，抗剪强度以第1种破坏机制为主，剪切破坏岩石表面宏观起伏度较大，抗剪强度是以第2种破坏机制为主。在蠕变剪切过程中，两种机制交织在一起，并随时间或剪位移的增加而相互转换。不同挤压扰动下黏土的次固结特性研究
摘要：地基处理和盾构施工都会对土体产生挤压，破坏土体的原生结构和状态，引起土体的扰动，从而改变土体的次固结特性。通过不同预压荷载对土体产生不同程度的挤压扰动，进行分级加载压缩试验。试验结果表明：结构屈服应力随着预压荷载的增大逐渐增大；压缩指数在预压荷载小于结构屈服应力时相差不大，当预压荷载大于结构屈服应力时，压缩指数突然减小，且趋于稳定值；次固结系数随着荷载的增大呈现先增大后减小，再趋于稳定的变化趋势；随着扰动度的增加，次固结系数有所减小。同时，提出了次固结系数的计算模型，对多组试验数据的拟合表明，模型计算结果较好，具有较好的预测能力，对工后沉降的研究有一定的指导意义。基于附加层法的非规则剖面的瑞利波频散特性研究
摘要：对于某些非规则水平层状地质剖面，采用传递矩阵法获得的瑞利波频散曲线可能会出现截止或截断现象，但采用附加层的方法可避免这些现象的发生。通过采用附加层法前后相速度与激发强度大小的对比，来论证附加层法的正确性。对3个典型的非规则剖面进行模拟计算，利用传递矩阵法算得添加附加层前后瑞利波频散曲线，以及某些特征点处位移分量随深度的变化情况。通过对计算结果的对比分析可知，附加层法不仅可计算出地质剖面的实数导波，还可算出其泄漏模式波；在固定的频率点上，附加层的埋深越大，则添加附加层后算得的激发强度大小与原模型的误差越小；当附加层的埋深固定时，添加附加层后计算出的位移曲线与原位移曲线之间的误差随着对比点频率的增大而减小。可见，今后根据实际工作的精度要求，可用附加层法计算某些非规则剖面的瑞利波频散曲线。非均匀地基与均匀地基解答之间的相似关系
摘要：考虑材料特性沿厚度按幂律梯度变化的非均匀地基，研究了在竖向和水平线荷载作用下，非均匀弹性地基与均匀弹性地基解答之间的转换关系。基于应变分量之间的变形协调条件，获得了非均匀弹性半空间在线荷载作用下的应力分量和应变分量的解析表达式，通过比较非均匀地基和均匀地基的解答，发现了它们之间的线性相关性，可将非均匀弹性地基在均布线荷载作用下的解答用相同条件下的均匀地基解答线性表示，得到了解答之间的相似转换系数的表达式，该系数集中反映了地基物理力学特性的非均匀程度。因此，借助于均匀地基的经典解答，可将非均匀地基问题的求解转化为对相似转换系数的计算，从而使得问题得以简化。为了方便应用，采用曲线图的形式给出了不同非均匀指数情形下的相似转换系数。含瓦斯煤样横向变形与瓦斯流动特性耦合关系试验研究
摘要：以二次成型煤样为研究对象，运用自行研制开发的含瓦斯煤热一流一固耦合三轴伺服渗流试验装置对含瓦斯煤样三轴加载过程中横向变形和与瓦斯流动特性的耦合关系进行了试验研究。结果表明：弹性力学定义的泊松比不能准确表征含瓦斯煤样的横纵应变特性，其关系可用二次函数表征；在预加载荷引起的横压向应变恢复阶段瓦斯流动速度变化呈先急剧降低再缓慢增加特性；在横向应变逐渐向扩张应化转变阶段，煤样内部的瓦斯流动速度呈单调缓慢增加趋势，且存在一个内部结构临界状态点使煤样内瓦斯流动速度最小；含瓦斯煤样处于横向压应变状态起始时的瓦斯流动速度要大于处于横向应变呈扩张状态末端时的瓦斯流动速度。天然沉积粉质黏土的应力路径试验研究
摘要：天然沉积土在沉积过程中产生了结构性和各向异性，使其受力变形特性与重塑土存在明显的差异。实际工程中的天然土体往往在受荷过程中会经历不同的应力路径，因此，需要开展考虑结构性和各向异性影响的应力路径试验。通过研究不同应力路径下土体的力学特性，为建立复杂应力路径下的合理的本构模型提供试验依据。采用大直径PVC管取样器获取张家港地区地下2．5m深的粉质黏土不扰动土样，通过GDS三轴仪对土样进行了硒固结不同排水应力路径试验。结果表明，应力路径对不扰动土样的体积变形和剪切变形均有显著影响，且球应力和偏应力对土的体应变和剪应变存在交叉影响。无论以体积变形为主还是剪切变形为主的应力路径下，应力一应变曲线都有明显的屈服性状。通过描绘试验所得各应力路径下的屈服点，获得张家港不扰动土样的屈服轨迹大致呈倾斜的椭圆形状，采用Wheeler模型的屈服面与试验屈服点的吻合程度要优于Nakano模型。宏-细观结合的砂土单剪试验非共轴特性分析
摘要：针对传统本构理论无法描述土体单剪试验非共轴变形的不足，采用非共轴修正模型进行改进。模型基于材料状态相关临界状态理论，采用宏一细观结合的方法，将1个新的各向异性状态变量引入本构模型来描述砂土的各向异性。考虑细观组构张量和应力张量的几何关系的变化，模型可以描述砂土在主应力轴旋转条件下材料状态的变化，材料状态变化直接导致模型的硬化规律和剪胀性发生变化，因此，模型可以描述该条件下原生向异性对砂土变形的影响。引入非共轴理论对本构模型进行修正，建立了三维非共轴各向异性模型。单剪试验的加载条件会造成主应力轴相对土体沉积面发生旋转，修正模型不但能够描述砂土在主应力轴旋转条件下其原生各向异性对变形的影响，而且可以描述主应力轴旋转造成的应力诱发各向异性对土体变形的影响，因此，该模型能够对整个单剪试验的变形规律进行描述，而且物理意义清晰。通过铝棒堆积体和Toyoura砂单剪试验验证表明，非共轴修正各向异性模型能对单剪试验的整个变形过程进行较好的模拟。K0固结粗粒土剪胀特性大型三轴试验研究
摘要：采用大型三轴剪切仪对不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料，进行了K固结及各向等压固结条件下的排水剪切试验，探讨了K固结及各向等压固结条件下粗粒土剪胀性的差异，并检验了修正Rowe剪胀方程对％固结粗粒土的适用性。结果表明：粗粒土在K0固结条件下，较各向等压固结条件下的剪胀性明显，且这种差异性在密度较小的粗粒料中体现较为突出，而随着密度的增加，差异性逐渐减弱；对试验数据进行非线性拟合，总结出剪胀因子DP与相对密度Dr、围压巴之间的关系式，据此可分析不同紧密程度粗粒料剪胀性的强弱：对K固结粗粒土，修正Rowe剪胀方程能较好地描述其剪胀性。微型桩组合结构模型抗滑机制试验研究
摘要：对以空间桁架微型桩体系的组合结构采用了分级加载的方法，通过新的地质力学模型试验，研究滑坡推力引起的微型桩体系内力变化规律，并根据试验方法和空间桁架微型桩体系中各排桩的受力状态，导出了分级加载条件下受横向约束的弹性地基梁的结构分析解。试验结果表明，在碎石土地质条件下，连系梁可以有效限制微型桩顶位移，并减小桩身弯矩，滑体中桩前土压力分布相对较为均匀，各排微型桩桩体的弯矩大小分布比较接近，最大弯矩位于滑面处：基于受到横向约束的弹性地基梁的结构分析解，可以较好地描述空间桁架式微型桩在分级加载后的内力变化及其分布规律。研究结果对正确分析微型桩的抗滑机制和微型桩抗滑设计具有较好的参考价值。高有机质软土固结特性与机制分析
摘要：有机质中的纤维素和腐殖质会影响软土的力学性质，有机质含量越高，软土的力学特性就会越差。为研究高有机质软土的固结特性，通过对不同深度高有机质软土的渗透性、固结以及微、细观结构特征进行试验，并利用分解程度试验结果，分析高有机质软土的特殊渗透、固结和结构特征的形成机制。研究结果表明，不同埋深的高有机质软土渗透系数差别较大，且渗透固结速度较快，基本处于粉砂到粉质黏土数量级；0．5～1．8m埋深的土层垂直渗透系数小于水平渗透系数，其余深度垂直渗透系数均大于水平渗透系数；分解程度的研究表明，分解程度直接影响高有机质软土的压缩固结特性，低分解程度的土层更容易发生塑性变形。由埋藏从浅到深，结构由絮凝结构逐渐向叠片结构转化，最后转变为集块结构。结合土体的分解程度分析，得出高有机质软土的分解程度高低直接影响高有机质软土的渗透、固结以及结构特性。加肋土工膜与砂土界面中附加应力计算
摘要：土工膜与砂土界面力学特性直接影响着填埋场衬垫系统的稳定性。依据弹性力学和土力学的基本理论，推导出加肋土工膜与砂土界面附近砂土中附加应力解析解，得到相应的应力分布。分析结果表明，加肋土工膜与砂土界面中附加应力等值线以双曲线型拱、扩肩型拱和圆弧型拱这3种分布形态存在的，砂土中任意点附加应力分布形态只与肋块长度、肋块表面距离远近有关，与肋块所受端承阻应力无关；在相同条件下，条形肋块比块状肋块对砂土附加应力的影响大，条状加肋土工膜能更有效地提高界面的剪切性能；离肋块表面距离越远，砂土中附加应力值越小，当与肋块表面距离达到12mm时，这时砂土中附加应力几乎为0，也即肋块对其附近砂土的影响范围为12nun左右。考虑颗粒破碎引起级配演变的粗粒料屈服函数研究
摘要：级配作为粗粒料的重要物理特性，显著影响着粗粒料本身的力学性质。准确预测土体在加载过程中的级配演变，是有效分析土体结构全寿命周期强度和变形特性的基础。引入Einav的分形破碎理论，认为土体在加载过程中的颗粒破碎耗能增量正比于颗粒分形破碎率增量，结合考虑颗粒破碎的能量平衡方程，选取已有文献中的试验数据，对粗粒料加载过程中的级配演变进行了研究，提出了一种预测试样加载过程中级配演变的方法。在此基础上，建立了一个可以反映粗粒料级配演变的屈服函数，对该屈服面函数进行了初步探讨。每一个屈服面对应土体的一个级配演化曲线；屈服面是土体剪切应变的等值面，屈服面的轨迹和剪应变大小密切相关。中、高压下粗粒土-结构接触面特性受结构面形貌尺度影响的试验研究
摘要：采用改进的DRS-I型高压直剪仪进行了砂砾与不同形貌尺度的粗糙钢板结构面接触剪切试验，获得不同压力、形貌尺度条件下的剪切试验结果，分析了中、高压下的不同结构面形貌尺度与砂土颗粒平均粒径比值R（R=H／d50，相对形貌尺度）对接触面剪切特性的影响。结构面相对形貌尺度R直接影响接触面剪切过程中的力学与体变特性，中压与高压下分别呈现不同的影响规律且存在各自的峰值相对形貌尺度Rmax与稳定相对形貌尺度Rst。达到峰值相对形貌尺度之前，尺的增大使得接触面剪切耗能随之增加，而剪切体变在中压、高压下分别随之增加和降低；稳定相对形貌尺度之后，接触面剪切耗能与剪切体变达到稳定状态，随R的增大呈微小变化，变化幅值较小。上述规律与接触面附近一定区域的颗粒变位及破碎等机制密切相关，获得成果将为研究不同法向压力下受形貌尺度影响的结构面相对粗糙度问题提供新思路，对于研究不同法向压力下粗粒土与粗糙结构面的接触面力学与变形机制有一定借鉴意义。高温后大理岩动态劈裂拉伸试验研究
摘要：为了研究高温处理后的岩石材料在冲击加载速率作用下的动态劈裂拉伸性能，利用大直径分离式霍普金森压杆试验设备对经历不同高温作用冷却后的“大理岩”平台巴西圆盘试样进行不同加载速率作用下的径向冲击试验。研究了高温后大理岩的动态劈裂拉伸强度及动态劈裂破坏形式随温度和冲击加载速率的变化规律。试验结果表明，与静态劈裂拉伸强度相比，经历不同高温作用冷却后，大理岩的动态劈裂拉伸强度有明显的提高，表现出显著的冲击加载速率强化效应，同一冲击加载速率作用下，随着温度的升高，动态劈裂拉伸强度表现出先增大后减小的变化趋势；高温后大理岩的动态劈裂破坏形式受到冲击加载速率和温度的共同影响。多因素组合影响阶段矿柱上采顶板临界厚度研究
摘要：采用散体充填法的矿山，由于充填体无法直接暴露，阶段矿柱回采临界厚度的保留成为残矿回收的突出难题。基于传统弹性梁理论，结合实际情况，将阶段矿柱简化为均布载荷下两端固定的弹性梁力学模型，推导了其弹性应力解，揭示了口，是阶段矿柱上采过程的第1破坏应力。理论分析表明：影响矿柱上采顶板临界厚度的主要因素为：散体载荷、回采跨度和岩体抗拉强度。利用FLAC3D完成了多因素组合影响阶段矿柱上采过程数值模拟正交试验，分析了单一影响因素与顶板临界厚度的关系，利用多元非线性回归的数学方法，建立了上采过程三因素组合影响下阶段矿柱临界厚度数学预测公式。最终，实现了散体介质下阶段矿柱上采临界厚度的预测。结合凤凰山铜矿-240m阶段矿柱回采实际，表明了该预测公式的适用性。花岗岩隧道脆性破坏的温度效应研究
摘要：目前深埋硬岩隧道的岩爆等脆性破坏研究还较少考虑到温度的作用效应。采用精细网格数值模型，提出热-脆性-精细力学计算方法，应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型，结合能量计算指标，开展了不同温度作用下隧道硬岩脆性破坏的热力耦合分析。以瑞典APSE花岗岩隧洞岩柱为例，进行不同地温下隧道破坏区、能量释放值和应力指标的定量化对比研究。研究结果表明，隧道地温的增加将使岩体产生附加温度应力，进而增大其脆性破坏程度，计算结果与隧道现场的破坏规律基本一致。热-脆性-精细力学计算能合理描述硬岩的损伤和渐进破坏过程，计算结果较好地揭示了花岗岩等硬岩深埋隧道脆性破坏的温度作用效应，对于高应力、高地温下深部工程的稳定性评价具有指导意义。深上限-退化型多年冻土路基变形特征分析
摘要：为了研究深上限一退化型多年冻土路基变形特点，基于青藏公路多年冻土路基地温和沉降现场监测资料，通过分析西大滩、唐古拉山北坡以及唐古拉山南坡路段的土质、冻土含冰量、冻土地温以及路基沉降变形数据，对冻土上限变化过程与路基沉降特点进行了研究，同时对沱沱河和清水河地区冻土路基分层沉降观测结果进行了分析。结果表明，土质和含冰量对退化型冻土路基的沉降变形影响较大，深冻土层的融化对路基沉降变形影响较小，退化型冻土路基的沉降变形主要发生在退化后的冻土层中，退化冻土层在冻融循环过程中，需要较长时间才能完成固结。对于冻土含冰量为少冰、多冰的稳定路段，退化冻土路基年平均沉降速度约为3．9～5．6mm／a，路基沉降量极小；对于含冰量较高且土质以粉黏性颗粒为主的不稳定路段，路基沉降速度具有持续性和无减缓性的特点，路基年平均沉降量达到0．03m／a，路基变形表现为整体均匀沉降，横向差异沉降量较小。顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究
摘要：将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面，将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用，锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子，发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制，能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。
