剪胀

摘要： 深埋软岩隧道围岩表现出显著的塑性软化与剪胀特性,而当下的理论分析很少同时考虑这两点,导致预测结果与隧道实际变形行为存在一定误差.为解决该问题,本文基于Kelvin-Voigt流变模型和Mohr-Coulomb强度准则,考虑了塑性阶段时围岩软化与剪胀特征,并引入了掌子面空间约束效应,建立了深埋软岩隧道黏弹-塑性计算分析模型.进一步,为考虑锚杆对隧道围岩的支护作用,在理论模型中,利用等效刚度法建立了加固围岩的力学模型.结合围岩塑性半径与锚杆长度相对关系,给出了6种工况下考虑锚杆加固作用的隧道黏弹塑性力学响应的时效解答.此外,通过数值解与理论结果的对比,理论模型的正确性和有效性得到了较好的验证.最后,为研究锚杆支护对围岩的加固效果,基于理论解答,讨论了锚杆安装时间、锚杆刚度及开挖速度对隧道变形的影响.结果表明:在不考虑锚杆加固作用下,开挖速度仅影响围岩前期变形的发展规律,但对围岩的最终变形量几乎没有影响.若不考虑塑性变形将大大低估围岩变形,造成预测结果与实际情况偏差过大.若隧道开挖速度越快,锚杆的安装应尽量提前,才能保证锚杆有效地发挥限制围岩变形的作用.锚杆刚度与隧道位移存在一种亚线性关系,且锚杆刚度的增加也能够延长围岩进入塑性变形所需的时间.本文的研究结果对相关隧道的设计具有一定的指导作用.

摘要： 剪胀性是包括岩土材料在内的摩擦性颗粒材料的重要特征之一,其形成机制与颗粒体系内部拓扑结构的演化有关.基于颗粒体系细观数据,可对颗粒体系内部的拓扑结构特征及演化进行分析,进而建立拓扑演化与宏观剪胀变形之间的联系.采用离散单元法,根据密实、中密和松散摩擦性颗粒材料双轴试验的宏微观数据,从拓扑参量演化及接触网络拓扑变化所引起的3类细观结构几何特征等方面研究了颗粒材料宏观剪胀变形的拓扑机制.研究表明:密实和中密颗粒体系双轴试验过程存在应变软化和剪胀现象,与细观结构的拓扑演化与几何各向异性相关,而松散颗粒体系剪胀效应不明显;将接触网络剖分成多边形力环结构并根据拓扑演化定义新生、消失和不变3类细观结构,在加载过程中不同拓扑属性细观结构所占比例及各向异性存在较大差异,且较大尺寸的力环可承担较大的几何各向异性;新生力环结构在双轴加载过程中能够表现出更加明显的剪胀特性,颗粒体系整体的剪胀变形受到新生结构拓扑变化及恒定结构几何变化的综合影响.

摘要： 为研究土体物理力学性质随温度变化规律,通过改进的大型温控直剪设备——FAST-1型,在准确控制温度变化且施加较大法向压力条件下,对西藏高原冻土区采集的土体重新制备并在不同温度下(15°C、5°C、-5°C、-15°C)进行直剪试验。剪切过程中测量土体的温度、抗剪强度、剪胀量、黏聚力和内摩擦角。试验结果表明:温度的改变可以使粉质黏土的力学性质产生较大的改变,负温条件下土体抗剪强度随着温度的降低而增加,正温条件下土体抗剪强度基本保持不变;负温条件下黏聚力在-15°C最高可达1.8 MPa,约为正温条件下土体黏聚力的900倍。内摩擦角呈现出两端温度变化大,中间温度变化小的趋势。由于温度对黏聚力和内摩擦角的影响,在负温条件下,剪切过程中剪切面比较粗糙造成土体的剪胀明显较大,最大可达2.5 mm,约是正温条件下的5倍。

摘要： 通过坐标转换公式对地应力三个主应力方向为基础建立的坐标轴进行旋转,建立新的坐标轴使得巷道轴向与新坐标轴的Z轴平行,在新坐标系下得到了巷道围岩受力状态的简化模型。基于鲁宾涅特解答推导出考虑轴向倾角及侧压系数的巷道围岩塑性区半径计算公式,并对塑性区形状的变化规律进行了分析。考虑围岩的剪胀特性并结合Mohr-Coloumb屈服准则和非关联流动法则,得到了巷道围岩塑性区的应力解,在巷道围岩的弹塑性交界面处,通过弹塑性力学的相关理论得到了各偏应力主值的计算公式。

摘要： 目的研究混凝土在复杂三轴循环载荷下的动力本构模型,为探求混凝土结构在复杂荷载作用下的累积变形与破坏规律提供基础理论。方法在梨形边界面模型的框架下,针对混凝土在应力偏平面上的三轴拉-压加载情况,提出一个细化模型。该模型包含一个加载面和一个形状相似的边界面,采用非相关流动法则,通过加载面和边界面在应力空间的演化来描述混凝土在加卸载作用下的循环塑性、损伤、变形累积的特性。结果运用模型对混凝土试块在偏平面上的两种循环加载情况—沿着拉伸-压缩方向以及仅沿着压缩方向的试验结果进行了预测,得到的广义剪应变-平均应变关系曲线和应力-应变关系曲线与试验曲线的变化规律相同。结论该模型模拟的应力-应变曲线比较合理,能够反映滞回曲线形状和面积的变化情况,能够描述应力-应变曲线的上升-下降段,能够表现出混凝土的剪胀特性。

摘要： 邓肯-张非线性弹性模型被广泛应用于计算围堰修筑、土石坝等水利工程中粗粒土的应力-应变关系。然而,邓肯-张模型参数相对较多、计算结果往往不能充分体现土的剪胀特性。为解决上述缺陷,以邓肯-张模型为基础,提出了参数形式更为简化的应力-应变表达式,并基于沈珠江模型采用二次抛物线形式对应变进行描述,同时对该模型参数形式进行了改进,建立了反映土体体应变-轴向应变关系的体积比表达式。最后通过采用粗粒土和黏性土的试验结果对改进模型进行验证。结果表明:理论计算结果与试验结果吻合较好,改进的模型能够更好地反映土的体应变特征和应力-应变关系,为实际工程中土体的应力-应变关系计算提供了参考。

摘要： 目的 研究浅地层盾构掘进过程中隧道周围土体发生剪胀对地表变形的影响。方法 首先通过建立有限差分模型,结合非关联流动准则,得到了隧道周围土体发生剪胀时地表变形的主要区域;进而采用无量纲参数β对传统沉降经验公式进行修正。结果 最大地表沉降随着剪胀系数的增加而减小;采用相关联流动准则和非关联流动准则所得到的最大地表沉降的差值随着支护力的增大而增大;随着隧道埋深比的增加,土体剪胀作用对地表沉降的影响逐渐减小;修正系数β与剪胀系数η二者在预测地表变形规律方面表现出良好的一致性。结论 砂土剪胀对浅埋盾构掘进影响较大,分析地表变形时应合理考虑土体剪胀角。

摘要： 为揭示粮仓建设和粮食运输途中粮堆的强度与剪胀特性,开展了在垂直压力为25～200kPa、含水率分别为8.41％、10.59％、13.88％和16.25％条件下的稻谷直剪试验.结果表明:稻谷粮堆剪切变形可分为弹性变形、塑性变形和籽粒压缩3个阶段;不同含水率下,稻谷粮堆强度特性基本符合莫尔-库伦强度准则,随着含水率增加,稻谷粮堆粘聚力逐渐减少,内摩擦角逐渐增大;含水率对稻谷粮堆的剪胀特性影响不明显,但随着垂直压力的增大,其剪缩性越明显;在垂直压力较小的条件下,含水率对稻谷粮堆的抗剪强度影响较大,随着垂直压力的增大,含水率对抗剪强度的影响逐渐减小.研究结果可为粮食仓储和运输、装载粮食机械的设计、粮堆数值仿真建模提供参考.

摘要： 岩质边坡的动力响应在很大程度上受到节理面的制约,研究节理面的动力剪切特性是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提.为了探究节理岩体在不同动态剪切速率下的剪切力学行为,本文将在应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪上对两种不同粗糙度的白砂岩节理试件开展剪切试验,施加的剪切速率分别为0.6 mm/min、1.8 mm/min、5.4 mm/min、10.8 mm/min.根据直剪试验结果对不同剪切速率以及不同粗糙度节理面的峰值抗剪强度及剪胀角进行分析.此外,本文从细观角度构建静态抗剪强度模型,在此模型的基础上基于试验数据,提出一种考虑剪切速率的动态抗剪强度模型.

摘要： 特超稠油油藏普遍采用蒸汽辅助重力泄油(SAGD)方式开发,在前期注水改造阶段储层剪胀扩容导致剪切带产生剪切裂缝,孔隙度和含水/油饱和度发生变化.为了研究注水过程中水的有效渗透率的动态演化规律,考虑孔隙度和含水饱和度随扩容体积应变的变化,通过Kozeny-Poiseuille方程和Touhidi-Baghini方程关联绝对渗透率和孔隙度的关系,通过油、水两相相渗曲线方程关联水的有效渗透率和含水饱和度的关系,建立了3个剪胀诱导渗透率演化数学模型,并根据实验数据对各个模型的预测效果进行了评价分析.研究结果表明,传统的Kozeny-Carman方程只适用于孔隙性颗粒介质,不适用于克拉玛依陆相油砂这种由沥青基底式胶结形成的复合材料骨架,也不适用描述剪切扩容带内剪切裂缝引起的渗透率演化.基于Touhidi-Baghini方程建立的剪胀诱导渗透率模型,可以准确预测注水过程中水的有效渗透率演化规律,为渗透率的相关研究提供参考.

摘要： 岩石破裂后会发生体积膨胀且仍具有一定的承载能力,煤矿中多利用岩石的该性质进行支护.本文从研究岩石峰后特性的重要工程意义着手,叙述了岩石峰后剪胀的概念、发展历史和研究现状,以及目前研究中存在的问题,强调了研究岩石峰后剪胀效应的重要性.

摘要： 本文首先简要介绍了建立弹塑性本构模型的热力学方法,它不仅具有紧凑的数学结构,而且自动满足热力学定律.基于砂土变形的微观力学机制,将砂土的塑性体积应变增量分为"应力诱发的体积应变增量"和"剪切应变诱发的塑性体积应变增量"(即Reylonds剪胀)两部分,自然地将与Reylonds剪胀相关的零功约束引入到弹塑性土体模型的热力学超塑性公式中,建立了包含Reynolds剪胀的砂土热力学模型.基于前人的试验结果与理论分析,建立了固结压力与应力诱发的剪胀角的硬化定律,通过对两种砂土试验数据与预测结果的对比分析,验证了模型的有效性.

摘要： 基于经典的塑性理论建立了反映剪胀特性的单裂隙非线性弹塑性本构关系，服从非关联塑性流动法则。该模型对分析应力对岩体渗透性的影响很有意义。编制了相应的计算分析程序，并给出了算例分析，算例表明该文的方法是可信的。

摘要： 用弹性—软化—残余塑性三线性应力应变模型来模拟应力应变软化关系曲线；用三折线来模拟体变＃epsilon＃～大主应变ε、小主应变ε～大主应变ε关系，使得剪胀率在峰值后随ε的变化分两个区。推导并给出了球形孔扩张时，应力场、应变场、位移场和最终扩张压力计算时所需公式和计算求解步骤。

摘要： 考虑了岩土材料的软化和剪胀特性，利用空间轴对称问题的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题，求出了岩土材料在柱形孔扩张时的应力场、应变场、位移场和最终扩张压力的统一解表达式。对蒋明镜-沈珠江扩孔公式从不同的方面作了论述。通过算例分析了岩土材料的软化和剪胀特性以及统一强度理论参数对应力场、位移场和扩张压力的影响。已有的关于该问题的Tresca解和Mohr-Coulomb解均为本文的一个特例。

摘要： 本发明公开了一种具有压剪耦合特性的手性拉胀超构材料结构及其制备方法，将不同形状的多边形手性结构周期排列并相互连接，使其同时具有优异的压剪耦合特性和拉胀特性，且连杆相交处以圆形方式连接，在承受载荷时通过内凹和旋转两种变形机制产生负泊松比行为，从而形成很强的吸能抗冲击特性；仿真结果表明，该结构具有显著的压剪耦合和拉胀特性，在工业应用上具有广泛前景。

摘要： 一种考虑土体胀缩行为的桩土界面抗剪强度试验装置及其方法，其下剪切盒左侧与切向剪切设备连接，底部置于电子天平上方的底板上，底板两侧立杆的上部固定有横杆；上剪切盒的右侧固定在立杆上，上剪切盒内从下至上依次设有土样、金属透水石和加载板；加载板通过传力件、压力计与横杆相连，加载板上还设有位移传感器；出水设备的进水管与金属透水石相接；热气发生器的进气管和出气管皆与金属透水石相接。该试验装置及其方法考虑了土体胀缩行为对桩土界面抗剪强度的影响，其测试环境与实际环境更符合，测出的桩土界面的剪切强度误差小，准确，能更好的保证桩土工程的安全，分析出桩土界面的抗剪切机理。

摘要： 一种考虑土体胀缩行为的桩土界面抗剪强度试验装置及其方法，其下剪切盒左侧与切向剪切设备连接，底部置于电子天平上方的底板上，底板两侧立杆的上部固定有横杆；上剪切盒的右侧固定在立杆上，上剪切盒内从下至上依次设有土样、金属透水石和加载板；加载板通过传力件、压力计与横杆相连，加载板上还设有位移传感器；出水设备的进水管与金属透水石相接；热气发生器的进气管和出气管皆与金属透水石相接。该试验装置及其方法考虑了土体胀缩行为对桩土界面抗剪强度的影响，其测试环境与实际环境更符合，测出的桩土界面的剪切强度误差小，准确，能更好的保证桩土工程的安全，分析出桩土界面的抗剪切机理。

摘要： 本发明公开了一种具有压剪耦合特性的手性拉胀超构材料结构及其制备方法，将不同形状的多边形手性结构周期排列并相互连接，使其同时具有优异的压剪耦合特性和拉胀特性，且连杆相交处以圆形方式连接，在承受载荷时通过内凹和旋转两种变形机制产生负泊松比行为，从而形成很强的吸能抗冲击特性；仿真结果表明，该结构具有显著的压剪耦合和拉胀特性，在工业应用上具有广泛前景。

摘要： 本发明公开了一种水力剪切压裂剪胀导流能力的测试方法及系统。方法包括：测试储层天然裂缝的应力状态和力学强度，根据应力状态和力学强度测试储层天然裂缝在原地状态下的初始机械开度；等间距离散储层天然裂缝；根据初始机械开度和水力剪切压裂施工参数，测试n段离散储层天然裂缝的缝内流体压力；测试n段离散储层天然裂缝在水力剪切压裂过程中的法向剪胀开度；根据n段离散储层天然裂缝的缝内流体压力和n段法向剪胀开度，测试储层天然裂缝的总开度；根据储层天然裂缝的总开度，测试储层天然裂缝的剪胀导流能力和综合导流能力。本发明定量计算了天然裂缝的初始机械开度和法向剪胀开度，准确反映了天然裂缝的剪胀导流能力。

摘要： 本发明提出一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，包括：采集图像并获得图像上各测点的位移和应变；在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域；使待测应变局部化带水平或垂直；布置一条与旋转后的待测应变部化带切向垂直的测线，建立直角坐标系并在该测线上布置若干测点，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标，并获得这两个临界点在直角坐标系下的位移和应变；计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系下的位移；获得待测应变局部化带的剪胀角。本发明能保证边界点位移信息的可靠性，获得待测应变局部化带更真实的剪胀角。

摘要： 本发明提供了一种量测锚固结构界面剪胀压力的试验装置及试验方法，本发明通过两块半圆径向变形约束圆筒拼接成筒体，并在拼接后的筒体内放置混凝土试样，在试样中埋置的锚固螺栓上设置多个微型压力传感器，通过压力传感器量测在试验机进行拉力试验时的径向压力，从而获得加载过程中径向压力的变化规律以及对锚固荷载的影响。本发明通过两块半圆钢管组成的径向变形约束圆筒，比PVC管等其他材料刚度大，且该约束圆筒与制作试样时的模具尺寸及规格相同，试验过程中能够实现约束圆筒与试样紧密接触，径向约束的效果良好；通过设置在混凝土试样中的微型压力传感器，可获得随着锚固荷载和位移的增大产生的径向压力的变化情况。

摘要： 本发明公开了一种水力剪切压裂剪胀导流能力的测试方法及系统。方法包括：测试储层天然裂缝的应力状态和力学强度，根据应力状态和力学强度测试储层天然裂缝在原地状态下的初始机械开度；等间距离散储层天然裂缝；根据初始机械开度和水力剪切压裂施工参数，测试n段离散储层天然裂缝的缝内流体压力；测试n段离散储层天然裂缝在水力剪切压裂过程中的法向剪胀开度；根据n段离散储层天然裂缝的缝内流体压力和n段法向剪胀开度，测试储层天然裂缝的总开度；根据储层天然裂缝的总开度，测试储层天然裂缝的剪胀导流能力和综合导流能力。本发明定量计算了天然裂缝的初始机械开度和法向剪胀开度，准确反映了天然裂缝的剪胀导流能力。

摘要： 本发明公开了一种测试沥青混合料迁移过程中剪胀作用的装置，包括第一箱室和第二箱室，第一箱室包括底板、第一前板和第一后板，第一后板上设有导轨；底板两侧设有可移动的外侧板；第一箱室顶端设有第一顶板，第一顶板、第一前板和第一后板围成开口；第一箱室内设有两个可移动的内侧板；外侧板上设有应力应变传感器；第二箱室由第二顶板、第二前板、第二后板及第二侧板围成，第二侧板高度为第二前板高度的1/4‑1/3，第二顶板上设有承压接头，第二后板上开有导槽；第一顶板与第二侧板相邻处设有缝隙，缝隙内插接有挡板；底板外表面设有固定接头。本发明可操作性高、准确性好，可以分析沥青混合料迁移过程的剪胀作用的影响。

摘要： 本实用新型公开了一种测试沥青混合料迁移过程中剪胀作用的试验装置，包括第一箱室和第二箱室，第一箱室包括底板、第一前板和第一后板，第一后板上设有导轨；底板两侧设有可移动的外侧板；第一箱室顶端设有第一顶板，第一顶板、第一前板和第一后板围成开口；第一箱室内设有两个可移动的内侧板；外侧板上设有应力应变传感器；第二箱室由第二顶板、第二前板、第二后板及第二侧板围成，第二侧板高度为第二前板高度的1/4‑1/3，第二顶板上设有承压接头，第二后板上开有导槽；第一顶板与第二侧板相邻处设有缝隙，缝隙内插接有挡板；底板外表面设有固定接头。本实用新型可操作性高、准确性好，可以分析沥青混合料迁移过程的剪胀作用的影响。