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非饱和土力学水力-力学相关的微观机制尚不明确,目前缺乏准确的微观试验分析。针对非饱和土试验无损化观测的研究需求,研发了适用微焦点CT(computed tomography,简称CT)扫描系统的微型非饱和三轴试验装置与微型土-水特征曲线试验装置,研发的装置均主要包含压力控制系统、数据采集系统和装置主体,体积轻巧、兼容性高,可分别实现对小型化颗粒状土试样在非饱和三轴剪切试验与非饱和渗流试验的无损动态三维成像。与常规试验设备结果进行对比分析,验证了自研的微型试验装置的精度与可靠性。开展三轴剪切与非饱和渗流的原位CT扫描试验,均获得微米级分辨率三维图像,图像分析所得参量的多尺度演化趋势准确反映了原位试验的宏观应力-应变关系及全局持水能力特性。 相似文献
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土体的力学特性往往因应力状态和应力路径而异。为了探讨垂直加载和等剪路径下饱和土的力学特性,制备饱和重塑黄土试样,通过固结不排水（CU）和常剪应力排水剪（CSD）三轴试验,分别测定并绘制其应力-应变曲线、孔隙水压力变化曲线和应力路径曲线。试验结果表明,饱和重塑黄土在2种路径下有明显不同的变形特点:CU路径下的应力-应变曲线皆呈弱软化型,孔隙水压力先快速上升后逐渐趋于稳定;CSD路径下维持偏应力为一常量,施加孔隙水压力后的很长时间内试样变形很小,当孔隙水压力增大至试验围压的60%~75%时,试样迅速破坏。CSD路径无偏应力峰值,文中根据轴应变随平均有效应力变化曲线定义了等效峰值破坏线。通过对比发现,2种路径下饱和重塑黄土的有效峰值强度指标差异明显,而有效残余强度指标相近,表明有效残余强度指标是重塑黄土内在属性,受应力路径的影响不大。该研究结果可为实际工程选取正确的应力路径试验提供参考。 相似文献
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为研究超深部岩芯的变形与破裂行为,研制了超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置。该装置主要用于测试超深钻岩芯加工的试样(25 mm×25 mm×50 mm)在真三轴应力下的全应力-应变行为、循环加卸载破裂行为和时效变形行为,解决了试样变形测量不准确、加载系统低刚度、高油压与作动器压力互相干涉等技术难题。利用该装置完成了山东黄金集团三山岛金矿西岭副井工勘孔岩芯真三轴应力下力学行为的测试,发现：循环加卸载弱化了试样的脆性破裂特征,诱导3个方向的变形表现出各向异性;分级蠕变试验中,试样3个方向的变形均表现出初始蠕变、稳态蠕变、加速蠕变,且3个方向的蠕变速率均随偏应力的增加近似线性增加。 相似文献
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露天矿剥离堆积的排弃物料力学性质是矿山排土场设计与稳定性控制之关键科学问题。文章以西南某露天矿剥离排弃物料为研究对象，采用室内相似级配模拟试验制作了不同物质组成、级配、相对密度条件下的试样，采用剪后筛分试验研究了各试样在不同应力状态下的颗粒破碎机理及破碎率变化关系，采用大型三轴剪切试验测试了各试样的应力-应变关系及抗剪强度参数。试验结果表明:排弃物颗粒剪切破碎力学机制复杂，颗粒破碎率与物料组分、级配、相对密度及围压条件密切相关，与抗剪强度参数相关性强。应力-应变曲线无明显峰值强度，具有应变硬化特征，分析认为其与围压、相对密度水平较低有关。试验数据拟合曲线均表明:ε1/（σ1-σ3）与ε1为线性关系，-ε3与ε1为抛物线关系，相关系数均大于0.9。据此拟合曲线，求解出排弃物料的切线泊松比μt，修正了邓肯-张模型。对相同试验条件下对比试样（QG-B-3）应力-应变关系，采用邓肯-张模型（修正）进行了预测，预测结果与试验测试数据基本一致，验证了邓肯-张模型（修正）能够描述排弃物料力学特征。研究排弃物料剪切破碎机理与应力-应变特征，对露天矿排土场边坡变形控制具有重要的理论意义。 相似文献
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《岩土力学》2017,(1):49-60
针对白鹤滩大型水电站揭露的错动带,探索了一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法,采用替代法对错动带进行超粒径处理,同时控制先期固结压力和稳压时间进行静载固结,并基于不同先期固结压力、不同高围压下的不固结、不排水三轴试验,结合矿物成分分析试验和扫描电镜试验,分析了不同先期固结压力下错动带的力学和变形特性。试验结果表明,不同高围压、不同固结压力下错动带应力-应变关系曲线基本表现为有剪胀行为的应变硬化型力学行为,且多为腰鼓型塑性破坏;在相同固结压力条件下,随着围压升高,错动带试样破坏应力、变形模量和泊松比均呈增大趋势,扩容效应更明显;相同围压条件下,随着先期固结压力的增大,错动带破坏应力逐步提高,弹性模量逐渐增大,而泊松比略有减小,敏感性不大;同时黏聚力和内摩擦角随固结压力的增加而分别减小和增大,呈劣化趋势。错动带微观结构的定性和定量分析进一步揭示了错动带作为一种夹杂错动后残留有岩石碎屑(块)软弱物质的颗粒类材料,在高应力下其塑性变形主要来源于颗粒破碎和颗粒的定向排列。因此,先期固结压力是影响错动带性质的重要因素。 相似文献
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针对某大型水电站揭露的原状层间错动带试样,模拟现场快速施工可能会产生的不排水边界条件,在围压5～30 MPa的高压力条件下开展了不固结不排水三轴试验,并结合试样物理性质的差异,分析讨论了原状层间错动带的力学特性。试样试验曲线和破坏模式主要由高围压控制：其应力-应变关系曲线均为应变硬化型且破坏后呈腰鼓状为塑性破坏。此外,较湿颗粒发生了大规模的颗粒破碎,其是造成高饱和度试样强度包线的趋势线随围压降低的根本原因。试验结果明显受物理性质影响造成了试验数据离散性,敏感性分析表明,围压P和饱和度 对初始弹性模量 和破坏强度 的影响最大,其次是孔隙比e,颗粒粒径（ ）分布对其影响程度最小。根据试样剪切特性建立的强度特征（ 和 ）初步预测公式可供实际工程参考。 相似文献
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鉴于试验砂岩内摩擦角较大及峰后脆性强的特点,选用颗粒流程序PFC2D中的cluster单元进行模拟,在常规三轴压缩试验校正的基础上得到一组能够真实反映砂岩宏观力学行为的细观参数,模拟了砂岩两种卸围压路径,结果表明其峰值强度随初始轴向应力的增大而不断增大,其规律与试验相同。选取了两种卸围压路径微裂纹数目随应力-应变的演化趋势进行分析,结果表明卸围压对试样造成的损伤较加轴压大,同时初始轴向应力增大一定程度上增加了试样承受破坏的能力。通过对不同应力路径裂纹两侧位移场的分析可知卸围压会造成颗粒在横向产生位移不连续,导致试样破坏。 相似文献
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为了解黄土三轴剪切过程中的微观变化,采用PFC3D建立黄土三轴试验模型,模拟围压分别为0、50、150、300 kPa的三轴剪切试验,并与室内试验进行对比分析。分析结果表明：PFC3D能够较好地模拟出不同围压下从开始到破坏到残余变形整个过程中应力-应变的变化规律,且位移场及接触应力场的变化规律与室内三轴试验宏观现象较一致;发现弹性模量、泊松比及峰值强度与数值模型中微观参数有着密切的联系,如法向刚度kn控制试样宏观弹性模量,kn /ks值控制泊松比,摩擦系数控制峰值强度;通过体应变-轴向应变曲线发现,随着围压的增加应变能增大,试样呈现出由体积膨胀到体积减缩的变化规律。其研究结果为进一步探究黄土的应力-应变性状及抗剪强度特性提供参考。 相似文献
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人工胶结砂土力学特性的离散元模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
采用离散单元法（DEM）对胶结砂土力学特性进行模拟。将基于室内试验测得的理想胶结颗粒接触力学响应引入到开发的二维离散元程序（NS2D）中,模拟胶结砂土颗粒间的胶结作用。对不同胶结强度和围压的胶结砂土进行平面应变双轴压缩试验模拟,并将模拟结果与Wang和Leung[1]提供的人工胶结砂土的试验结果进行比较。最后对数值模拟中胶结试样的微观力学响应（接触力链、胶结点破坏率和位移场）进行分析。结果表明,离散元数值模拟能够有效地反映胶结砂土的主要力学特性,相比同一初始孔隙比的无胶结松散砂土,胶结砂土将具有更高的强度,应力-应变关系呈应变软化,体变为先剪缩后剪胀,且两者的差异随胶结强度的增大和围压的减小而越趋显著。此外,胶结砂土宏观力学响应（应力-应变关系和剪胀性）与其微观力学响应密切相关。 相似文献
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为探讨南京下蜀土在三轴压缩下的宏观力学性质及微观演化机理,分别通过三轴试验仪和扫描电子显微镜（SEM）研究了下蜀土的宏观变形、强度特性及微结构变化规律。结果表明：下蜀土的结构强度与围压的比值基本上为常数,土体的结构强度与内部颗粒的排列、胶结性能,以及外部应力状态有关。三轴压缩下,随着应变增大,下蜀土中较大颗粒集聚体受剪破坏,而较小颗粒通过聚集增大,使得土体颗粒面积比例增大,但颗粒集团化程度降低,平面分布分散,颗粒排列逐渐朝无序发展,并在无序程度最高部位形成了剪切破坏带。 相似文献
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砂土的力学响应具有显著的增量非线性特征，这与离散颗粒的微观结构，即组构特性密不可分。采用应变响应包络可以较好地获得材料在不同加载方向上的增量力学响应。在物理试验中无法同时获得同一试样在不同加载方向下的宏、微观响应，故采用离散元方法，对具有不同应力历史、不同应力状态和不同级配的试样在Rendulic平面上的增量力学响应进行了系统研究和分析。离散元模拟结果表明，传统的塑性理论不能很好地描述具有复杂应力历史试样的增量力学响应，而基于颗粒间接触法向的组构增量与剪应变之间在多种不同的工况条件下均具有较强的线性相关性。当砂土的相对密实度相同时，该线性系数主要与围压的大小有关，对颗粒级配、应力历史以及应力比的变化均不敏感。由于组构的大小可以较好地量化砂土的内结构各向异性程度，进而表征应力历史的作用。上述模拟结果为在本构建模中引入组构演化机制，综合反映外荷载和内结构各向异性对砂土增量本构关系的影响提供了较好的微观物理依据。 相似文献
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3D analysis of kinematic behavior of granular materials in triaxial testing using DEM with flexible membrane boundary 总被引：2，自引：2，他引：0
This paper describes the constitutive behavior and particle-scale kinematics of granular materials in three-dimensional (3D) axisymmetric triaxial testing using discrete element method (DEM). PFC3D code was used to run the DEM simulations using a flexible membrane boundary model consisting of spherical particles linked through flexible contact bonds. The overall deformation behavior of the specimen was then compared with the specimen with rigid boundary and experimental measurements. Computed tomography was used to track the evolution of particle translation and rotation within a laboratory triaxial specimen in 3D. The DEM model of the flexible membrane specimen successfully predicted the stress–strain behavior when compared with laboratory experiment results at different confining pressures. The DEM results showed that the rigid specimen applies a uniform deformation and leads to non-uniformities in the confining stress along the particle-boundary interface in the lateral direction. In contrast, the flexible specimen better replicates the uniformly applied confining stress of a laboratory triaxial experiment. The 3D DEM simulations of the specimen with flexible membrane overpredicted particle translation and rotation in all directions when compared to a laboratory triaxial specimen. The difference between the particle translation and rotation distributions of DEM specimens with rigid and flexible membrane is almost negligible. The DEM specimen with flexible membrane produces a better prediction of the macroscopic stress–strain behavior and deformation characteristics of granular materials in 3D DEM simulations when compared to a specimen with rigid membrane. Comparing macroscale response and particle-scale kinematics between triaxial simulation results of rigid versus flexible membrane demonstrated the significant influence of boundary effects on the constitutive behavior of granular materials. 相似文献
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煤矿井下巷道开挖及采煤是一个卸围压过程,与常规三轴压缩试验相比,煤岩在卸围压时表现出不同的力学性质。通过对常规三轴和卸围压两种应力路径下的试验研究发现,无论是常规三轴还是卸围压试验,高围压均导致煤样更大的应变和更强烈的破坏。在初始围压相同的情况下,与常规三轴试验相比,卸围压试验中峰值点割线模量较小、割线泊松比较大;煤样在卸围压时的破坏更强烈,侧向应变较大,而轴向应变差别不大。通过卸围压效应系数分析发现,初始围压越高和卸围压速率越大,煤样的卸围压效应系数越小,越易失稳破坏,与高围压下割线模量降低相一致。对常规三轴和卸围压试验中无烟煤破坏过程的能量变化分析结果表明,卸围压速率越快,煤样的极限储存能Up越小,煤样越易失稳破坏,验证了卸围压效应系数分析结果。高围压下常规三轴试验和卸围压试验中煤样的破坏需要更多的能量,揭示了高围压下煤样变形破坏强烈的多的原因。 相似文献
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为研究钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应，开展了在不同粒径、不同相对密实度以及不同围压条件下的三轴剪切试验，并引入应力相对软化系数和剪胀系数对应变软化特征及剪胀特征进行了定量表征。试验研究表明，随围压的增大，不同粒径钙质砂试样应变软化特征及剪胀特征逐渐减弱，且围压与应力相对软化系数和剪胀系数均呈半对数线性相关。不同粒径钙质砂试样存在一强度临界围压和体变临界围压分别使得应变软化特征和剪胀特征消失。在粒径为5～0.075 mm范围内，对松样而言，围压对软化特征和剪胀特征存在显著影响，但与粒径不存在显著相关性；对密样而言，随粒径逐渐减小，围压对试样软化特征的影响逐渐增强，而对试样剪胀特征的影响逐渐减弱。在低围压（50 kPa）条件下，0.5～0.25 mm粒径组试样破碎最显著。 相似文献
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原状Q2黄土三轴剪切细观结构演化定量研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于非饱和原状Q2黄土CT-三轴剪切试验得到的结构演化清晰的CT图像及CT数据,提出利用CT数随偏应力的关系确定屈服应力的新方法。基于CT数定义了结构性参数和结构演化变量;分析了结构演化变量与净围压和吸力的关系,相对于应变（包括偏应变和体应变）,当吸力相同时,净围压越大,结构演化变量值越大;当净围压相同时,吸力越大,结构演化变量值越小。建立了非饱和原状Q2黄土三轴剪切过程的结构演化方程,该方程为结构演化变量与偏应变和体应变的关系,能同时反映净围压和吸力等对结构演化的影响。利用提出的结构演化方程对试验数据进行拟合,拟合结果较理想。 相似文献
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Experimental study on variability in mechanical properties of a frozen sand as determined in triaxial compression tests 总被引：1，自引：1，他引：0
Large uncertainty exists in soil testing due to the randomness in sampling and system errors, especially in tests on frozen soils. In order to reduce the randomness and improve the test accuracy, the sample preparation method is improved to obtain more homogeneous samples. The standard Chinese sand is used as the soil. An environmental material test apparatus with three-point temperature control was used. Four temperatures and four confining pressures are used for the triaxial compression tests, which makes 16 combinations. For each combination, five repeat tests were carried out to examine the scattering of the mechanical properties of the frozen sand. It is found that under a certain confining pressure, the scattering increased with the increase in temperature and vice versa. Under a certain combination of temperature at ?0.5 °C and confining pressure of 10 MPa, the stress–strain curves are so different that similarity in the curves does not exist. This phenomenon is not scattering because sample randomness or system errors cannot explain it any more and is therefore called variability. It is attributed to pressure melting, pressure crush of soil particles as well as severe phase changes caused by small temperature variations. The difference in the test results is considered as an inherent feature of frozen soils. Strength and strain energy are used, along with temperature and confining pressure to analyze the cause of variability. This work shows that further work must be carried out to develop an optimum testing program in order to make a reasonable analysis for engineering constructions in which frozen soils are involved. 相似文献
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巨粒土大型三轴试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
通过大型三轴试验,对巨粒土在低围压下的应力-应变特性、抗剪强度特性以及水对强度和变形的影响进行了分析。结果表明：在较低围压情况下,应力-应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要决定于围压的大小,而其体变特征首先表现出体积收缩,随着轴向应变的增加,逐渐转为体积膨胀,随着围压的增大,剪胀逐渐减弱并过渡到完全体缩,但体缩率逐渐减小直至趋于稳定;巨粒土的抗剪强度随着应力水平的变化,表现出非线性特性,一般随着围压增大,强度参数 降低;水对巨粒土的压缩特性和剪切特性有重要影响,主要表现为压缩系数增大,抗剪强度降低。 相似文献
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Stephen L. Karner Frederick M. Chester Andreas K. Kronenberg Judith S. Chester 《Tectonophysics》2003,377(3-4):357-381
Cylindrical samples of water-saturated, initially loose, St. Peter quartz sand were consolidated using triaxial deformation apparatus at room temperature, constant fluid pressure (12.5 MPa), and elevated confining pressures (up to 262.5 MPa). The samples were deformed along four loading paths: (1) hydrostatic stressing tests in which confining pressure was monotonically increased; (2) hydrostatic stress cycling similar to (1) except that effective pressure was periodically decreased to initial conditions; (3) triaxial deformation at constant effective pressure in which differential stress was applied after raising effective pressure to an elevated level; and (4) triaxial stress cycling similar to (3) except that the axial differential stress was periodically decreased to zero. Hydrostatic stressing at a constant rate results in a complex nonlinear consolidation response. At low pressures, large strains occur without significant acoustic emission (AE) activity. With increased pressure, the stress versus strain curve becomes quasi-linear with a corresponding nonlinear increase in AE rates. At elevated pressures, macroscopic yielding is marked by the onset of large strains, high AE rates, and significant grain failure. Stress cycling experiments show that measurable inelastic strain occurs at all stages of hydrostatic loading. The reload portions of stress cycles are characterized by a poro-elastic response and lower AE rates than during constant rate hydrostatic stressing. As the stress nears and exceeds the level that was applied during previous loading cycles, strain and AE rates increase in a manner consistent with yielding. Triaxial stressing cycles achieve greater consolidation and AE rates than hydrostatic loading at similar mean stress levels. By comparing our results with previously published studies, we construct a three-component model to describe elastic and inelastic compaction of granular sand. This model involves acoustically silent grain rearrangement that contributes significant inelastic strain at low pressures, poro-elastic (Hertzian) deformation at all pressures, and inelastic strain related to granular cracking and particle failure which increases in significance at greater pressures. 相似文献
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应力路径对软土应力-应变特性影响试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
采用应力-应变控制式三轴仪对福州市区某基坑影响范围内典型饱和软土进行了一系列应力路径试验,以研究受基坑开挖和支护结构作用影响的土体卸、加载应力-应变特征。对室内正常固结和相同围压K0固结的试样剪切试验结果进行了比较,表明二者在变形和强度上均存在较大差异。基于K0固结剪切试验结果,求出了邓肯-张模型参数,提出了该模型各参数的验证方法。同时,与室内正常固结试验确定的模型参数进行了对比,说明部分参数之间存在着较大差异,也决定了二者应力-应变关系上的差异,建议以K0固结试样进行三轴加、卸载试验确定邓肯-张模型参数,以满足该模型在基坑工程数值模拟分析中的需要。试验得到的典型软土的邓肯-张模型参数,可供福州市区或相似地层条件下基坑工程数值模拟时参考 相似文献