岩土材料

摘要： 由于岩土材料固有的天然成因,其基本物理力学特性表现出不同程度的空间变异性。基于有限的检测数据很难对岩土材料的整体物理力学特征进行描述,而特征参数取值的差异对岩土工程稳定状态的判别和相关工程设计结果的影响不可忽略。基于该问题,提出对一定空间范围内的特定岩(土)性材料性质整体特性进行描述的岩土材料基因特征的概念,给出基因特征的定义及其基本属性,提出运用大数据理论对大量实际工程中检测到的岩土材料参数数据进行统计分析并寻找其基因特征的思路。研发了岩土材料基因特征大数据管理及分析软件系统,实现了对岩土材料大数据实施收集、传输、分类、筛选、管理和统计分析的功能,并结合在重庆地区收集到的7万余条典型岩土材料数据,对该地区的典型岩土材料基因特征进行分析,得到相应的基因图谱。

摘要： 在不同方向的力学参数、结构特性及应力应变关系的不同为材料的各向异性,建立能够反映这种复杂特性的强度准则、本构模型,对于材料本构关系的研究具有重要的理论意义.但材料的各向异性一直是其力学特性描述的难点,对此,郑泉水院士提出了各向同性化定理,为后续研究解决材料的各向异性问题提供了方向及思路.作者等针对土的应力诱导各向异性提出了变换应力方法,这种方法同样遵循对材料进行各向异性问题各向同性化处理的思路,与郑泉水院士的各向同性化定理是一脉相承的,也是对各向同性化定理的发展.本文旨在通过分析各向同性化定理与变换应力方法明确两者间的内在联系,并以土材料的应力诱导各向异性处理为例,说明在具体材料的各向异性处理过程中面临的现实问题以及变换应力方法是如何解决这些问题的.分析并给出了变换应力方法应用时的三个合理假设,推导出了具体的变换应力数学公式,阐明了在考虑土的应力诱导各向异性的具体函数已经给出的情况下,在构造土的弹塑性本构模型中采用变换应力方法的必要性.

摘要： 科技的进步带动了岩土工程的持续发展,岩土材料的性能在社会各界得到了非常多的关注.在对岩土工程材料的塑性问题进行研究时,岩土力学性质正是塑性理论的核心.通过对岩土工程材料进行分析,并结合实际对岩土工程材料塑性问题提出个人观点,希望为关注岩土工程材料的人群提供参考.

摘要： 微生物岩土技术被广泛应用于岩土材料的改良和加固[1-2],其中,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)加固钙质砂已经取得良好的效果[3]。但传统MICP过程中,副产物NH+4难以回收,大面积应用时会对环境产生严重威胁。为了消除NH+4的不利影响,可对MICP技术进行改进,使NH+4反应生成鸟粪石(MAP),以此作为矿化产物进行钙质砂的矿化处理,达到加固钙质砂的目的。鉴于此,笔者研究了模拟海水环境下微生物诱导MAP沉淀(MISP)加固钙质砂的效果及其影响因素。

摘要： 隧道工程岩土材料内部结构复杂,多种形式的缺陷引起岩土材料强度的变异性。利用扫描电镜技术能够对岩石材料内部结构定性分析,具体通过将分析结构二值化,在最优分割阈值条件下对图片进行处理。以岩石扫描电镜结果为依据,对比分析Ostu阈值分割法和最大熵阈值分割法等处理方法,根据图片分割结果对比两种方法的有效性。Ostu阈值分割法与最大熵阈值分割法的分割阈值分别为96、112,根据分割后图片得到Ostu阈值分割对孔隙和裂隙的识别能力较强,分割阈值比较合理。研究成果可以为岩土内部结构的分析提供有效思路。

摘要： 为解决传统方法分析岩土材料应力时等效围压、等效偏应力比计算结果不准确的问题,提出基于正交试验法的岩土工程敏感应力方向性等效转换研究方法.首先旋转综合张量,使其与应力张量处于同一空间坐标系;然后,计算各向异性下岩土颗粒接触的等效应力张量,获取等效应力.基于等效围压与等效偏应力构建各向异性与应力方向性的等效转换模型,采用正交试验法进行模型参数敏感性分析,完成岩土工程敏感应力方向性等效转换研究.实验结果表明,所提方法的等效围压、等效偏应力比计算结果与实际值基本一致,应力敏感性计算精度高达98％,抗干扰性好,且整个研究过程计算耗时也远低于其他文献方法,验证了所提方法的优越性.

摘要： 隧道工程岩土材料内部结构复杂,多种形式的缺陷引起岩土材料强度的变异性.利用扫描电镜技术能够对岩石材料内部结构定性分析,具体通过将分析结构二值化,在最优分割阈值条件下对图片进行处理.以岩石扫描电镜结果为依据,对比分析Ostu阈值分割法和最大熵阈值分割法等处理方法,根据图片分割结果对比两种方法的有效性.Ostu阈值分割法与最大熵阈值分割法的分割阈值分别为96、112,根据分割后图片得到Ostu阈值分割对孔隙和裂隙的识别能力较强,分割阈值比较合理.研究成果可以为岩土内部结构的分析提供有效思路.

摘要： 孔隙网络模型是研究多孔介质和其中颗粒的关键.现有的构建孔隙网络模型的算法有许多,但人们开始越来越多地研究基于图像的算法.将讨论一种基于中轴线的孔隙网络构建算法,并且对原有算法中孔隙中心表示方法不合理及缺少中轴线上各点坐标的问题提出改进,改进后的算法提出了孔隙中心的另一种表示方法,并且中轴线上任一点的坐标都被标出.在构建孔隙网络模型后利用该模型计算孔隙体积和喉径,并且针对过度分割的问题提出基于欧氏距离及基于分水岭算法的两种融合算法对孔隙和孔喉进行融合.

摘要： 为了表征含连通孔隙饱和岩土材料中骨架和孔隙各自连通的微观结构特性,提出了一种新的细观力学模型,并发展了新的细观力学方法用于求解其有效热力学参数.以充满流体的孔隙为基体,以大量互相连通的取向随机长纤维形固体骨架为夹杂,来表征含连通孔隙饱和岩土材料.然后,将基于上述模型的有效弹性模量的表达式,用于修正传统细观力学中球形夹杂的Eshelby张量,并用此修正的Eshelby张量研究含连通孔隙饱和岩土材料的有效热力学性能.通过与多种岩土材料的实验数据对比表明,本模型相比于已有细观力学模型能够更好地反映材料中孔隙连通的微观结构特性,预测结果与实验值符合较好.

摘要： 岩土材料颗粒破碎演化规律是颗粒破碎过程复杂性的集中体现,对单一粒径组颗粒材料破碎规律的研究是进行多粒径组颗粒材料破碎规律的基础.从概率统计角度入手,先对前期研究中所提出的描述单一粒径组颗粒材料破碎规律的3个参数破碎概率p、破碎状态参数a、b的演化规律进行了研究.通过对3组不同类型(不同试验材料、试验类型)的试验数据的研究,发现随着破碎的发展3个参数趋于定值,表明破碎极限的存在.基于上述研究,最后提出了计算单一粒径组颗粒材料破碎极限的方法,分别得到了3组试样的最终分形维数分别为2.3、2.34、2.28.

摘要： 在荷载等因素作用下发生颗粒破碎是岩土材料的固有属性,选择合适的颗粒破碎状态表征指标是颗粒破碎问题研究中首先要解决的问题.基于颗粒破碎导致细颗粒含量增加,级配曲线抬升并趋向于分形的客观事实,提出了利用级配曲线的拟合直线的斜率和相关系数的变化规律描述颗粒破碎状态及其演化的新方法.在该基础上,提出了表征颗粒破碎状态的破碎分形指数及破碎分形相关性指数的概念,阐述了二者随颗粒破碎的发展规律.与试验结果对比表明,提出的状态指标与试验结果能够很好的吻合,颗粒破碎状态存在明确的对应关系,能够表征颗粒破碎难易程度及其发展趋势,为研究颗粒破碎问题提供了新思路.

摘要： 岩土材料是一种不均匀的摩擦材料,在荷载作用下,土体内部先达到抗剪强度的区域,会将超额的应力转嫁给临近的区域.整体破坏就是局部变形逐渐扩散,最后形成宏观剪切带的渐进破坏过程.通过模拟土体的初始不均匀性,采用通用软件设置随机分布的初始缺陷,计算土体平面应变条件和轴对称三轴条件的渐进破坏过程.结果表明,初始缺陷引起的应变局部化区域之间在应力应变关系峰值前存在竞争过程;主导变形区域确定后,变形集中发展,非局部化区域变形稍有回弹.初始缺陷的百分含量和缺陷施加方式对剪切带的形成过程都有明显的影响.应变集中区域和非集中区域的特征单元应力曲线表现出明显的硬化和软化特征,且单元发生应力主轴旋转.

摘要： 结构性材料的复杂性,一直是材料领域特别是岩土领域的研究难点.通过建立材料结构性概念,对材料结构状态给出概括性的定义,建立起复杂材料结构全状态函数模型,从而在理论上形成一种分析结构性材料的新理论和新方法.复杂结构性材料一维问题相对简单,通过一些因素的简化,建立起了一维问题的偏微分控制方程及相应参数形式的偏微分方程组,求得了无特别约束条件下的路径方程和本构关系.针对一些特殊情况,得到了一些问题的近似解析解.通过与已有的采用其他方法得到的,已公让的一些结果的对比,这一理论分析有很强的一致性,说明了这一方法的有效性和正确性.由此可推论材料结构全状态函数理论,对于解决材料结构性问题,是一种通用和普遍性的理论.材料结构全状态函数理论分析岩土材料的性能特征是这一理论的一个重要应用领域.通过这一理论的应用可以更多地提示出结构性材料的一些新的规律性的特征.

摘要： 岩土材料是地质过程中天然形成的具有结构性的材料，天然岩土材料具有结构性和各向异性.针对可以考虑初始应力各向异性结构性土的二元介质模型,推导了其有限元公式并编制相应程序用于Biot固结有限元模拟,通过与室内侧限压缩试验的对比表明计算程序的正确性.最后通过天然地基固结的算例表明该模型可以较好的描述初始应力各向异性结构性土的相关特性,具有一定适用性.

摘要： 受静载荷试验条件的限制,工程桩的极限破坏条件将不会出现,使得桩基础极限荷载值缺少客观性.基于桩基础承载机理和有限元极限分析理论,提出了桩基础极限荷载安全储备系数,建议了桩基础强度折减法极限荷载判定条件,探索了桩土系统弹塑性大变形、桩周材料强度参数计算、施工工法对桩土界面力学参数影响等问题的解决方法,研究表明:岩土材料强度参数c、Φ的选择对桩基础强度折减法极限分析精确性影响较大,有限元强度折减法可以明确评价桩基础极限状态安全储备和极限荷载,对桩基础的极限荷载判定具有一定的应用意义.

摘要： 数值试验是认识岩土材料细观与宏观力学行为的一种重要手段,是常规岩土力学实验的补充和延伸.本文以pfc颗粒流为平台,利用matlab和fish语言混合编程编写了岩土力学虚拟实验仿真系统,系统根据获取的岩土材料天然结构构造图像信息,可以生成含不同天然结构构造信息的岩土体试件.可以对不同规格试件实现伺服加卸载,可以监测任意点的应力应变信息,可以捕捉试件加卸载过程中的边界输入能量和摩擦能、动能及应变能的转换信息,捕捉试件的最终破坏形态和破坏过程中裂纹扩展信息及不同类型裂纹的数量演化信息.利用其可以研究岩土材料天然结构构造特征对其宏观、细观力学行为的影响.

摘要： 岩土的结构性问题是土力学理论研究中的一个难点问题，对于稳定的静态土体结构分析，在一些文献中进行过一些初步讨论，但对于岩土这样由大量颗粒组成的材料，其结构形态的多样性、复杂性是学者们都认识到的。各种不同结构形态的岩土土体的特性，到目前为止，在认识上仍然足处于一种比较模糊的状态。为了进一步了解和掌握岩土的结构形态对其特性的影响，本文通过建立一个等元胞正交结构模型，来分析该结构形态下，土体的一些特性，特别是当土体中存在各种不同形态的孔洞时，土体的一些重要性能参数的变化规律。通过等元胞正交模型的分析，岩土材料结构性能主要受孔隙率、孔的分布、孔的形态和方向性的影响。主要表现有：孔的面积(体积)越大，对结构的性能影响也越大;孔的分布的影响一般表现在孔的大小上，当孔隙率一定时，孔越分散，也就足数量越多，孔表面积就越大，对结构性能(刚度)的影响也越大;反之，孔的数量越少，也就足孔相对比较集中，土体刚度较大。这些分析的结果与我们过去的经验是一致的。

摘要： 应变软化现象普遍存在于岩土本构规律中.对这种类型的演化,可通过增量构造曲线斜率的方法进行描述.具体做法是:首先在平面直角坐标系中定义一条初值为正.单调递减并最终趋与常值的参考线.其次令所描述曲线由坐标原点开始,其增量斜率由函数值与参考曲线函数值的差决定.通过这样的增量曲线构造,初始时所描述曲线函数值增加而参考曲线函数值减小,当二者相遇时所描述曲线函数值不再继续增加,随后所描述曲线因函数值大于参考曲线而减小,最终所描述曲线与参考线一起达到参考线的稳定常量函数值.这种应变软化型演化规律的描述方法隐含于超固结土的统一硬化模型中(UH模型).同样利用这种描述方法,可以将UH模型的等向压缩描述扩展为对结构性土等向压缩特性的模拟.

摘要： 本发明涉及一种基于形状记忆材料的岩土工程测斜方法及装置，属于岩土工程监测技术领域，主要利用形状记忆材料在特定的赋形条件下的形状记忆效应，将由形状记忆材料制作的测条放入测斜管中，确保其能与周围岩土体能够发生协同自由变形，施加赋形条件使其完成变形记录工作，撤除赋形条件待其恢复至常规状态时将测条抽取出来，重新施加赋形条件对所记忆形状对照刻度直接读取变形数值。该方法能够大幅减少监测作业工作量；有效满足岩土工程大变形监测需求。该测斜装置包括驱动部、测斜管、赋形条件控制模块，测条由形状记忆材料制作而成，测条包裹在芯管当中，芯管能够对测条的赋形条件进行调节，芯管内置于测斜管内且与测斜管发生同步变形。

摘要： 一种岩土体材料气体突破/渗透特性双模块控制测试系统，包括气源、增压泵、高压致裂/突破测试模块①、低压渗透测试模块②和质谱仪，高压致裂/突破测试模块①包括依次连接的阀门A、第一钢瓶、上排气管路、阀门C、测试表M1、阀门E、第一压力室、测试表M3和上末端排气口，低气压模拟支路包括依次连接的调压阀、阀门B、第二钢瓶、下排气管路、阀门D、测试表M2、阀门F、第二压力室和下末端排气口，M1、M2和M3都内置压力及温度模块并分别连接第一电脑和第二电脑，气源连接一个增压泵之后分流为测试模块①、测试模块②两路再最终连接至质谱仪。本发明能准确测试出在该条件下岩土体材料的气体突破特性或气体渗透特性以及岩土体材料对不同流体的阻隔/吸附特性。

摘要： 本发明公开了一种多功能岩土体材料循环剪切渗流冻融试验装置，包括水平加载系统、垂向加载系统、渗流系统，循环振动系统，冻融系统，声发射装置，数据采集装置；所述加载系统包括水平加载部分和垂向加载部分；所述冻融系统包括配备制冷设备的冰冻箱及冷冻机；所述渗流系统包括伺服注水器、入水管道、出水管道及量杯；所述声发射装置设置于上剪切盒内侧壁的顶面，所述的数据采集处理系统包含数据采集装置和数据处理装置；可实现渗透水压和动力荷载共同作用下的岩土体力学特性监测及岩土体在冻融作用下的力学特性监测；结合声发射实验装置，可以对岩土体在外界作用下的频率分布进行监测。

摘要： 本发明公开了一种用于岩土材质材料特性检测的实验平台，包括驱动压力推进头向下微距推进的微距推进机构；微距推进机构包括圆环形微距升降平台，压力推进头与圆环形微距升降平台同步；装置运行过程中，中心卷绕桩在不旋转的基础上向下位移，从而使第一牵引绳和第二牵引绳是以足够大的螺旋距呈螺旋状卷绕在中心卷绕桩上的，避免第一牵引绳和第二牵引绳卷绕在中心卷绕桩上的过程中出现相互覆盖的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于岩土材质的材料压力破坏实验平台，包括微距推进单元，所述微距推进单元包括恒定高度且轴线为竖向的推进齿轮，所述齿轮的下方为微距推进平台，所述微距推进平台的下端固定连接有向下延伸的刚性顶压头；由于刚性顶压头是微距进给的，圆盘形岩土石材样本从初始受压到被压溃的过程中，压力传感器检测到的刚性顶压头的压力变化是一个渐变的平缓过程，因此能更加客观的反应圆盘形岩土石材样本在不同压力作用下的状态和变化过程。

摘要： 本发明公开了一种用于评价岩土材料风化程度和加固效果的测试系统。由钻入阻力测试装置模块、数据采集模块和数据分析模块组成，钻入阻力测试装置模块包括机械元件和控制系统。控制系统包括推进速率与位移单轴控制器、PWM转速控制电路、推进速度和转速监测和反馈补偿调节系统。数据采集模块包括压力传感器、转速传感器、数字变送器、数据采集仪,采集数据通过数字变送器传送储存于数据采集仪。数据处理模块对钻入过程实现参数化控制，植入数据处理程序，实现数据统计、数学计算、滤波分析、相关性分析、平滑处理等功能。本发明是一种方便快捷、真实有效的岩土材料性能原位微损检测手段，尤其能更好的满足文物非破坏性原位测试的要求。

摘要： 本发明公开了岩土测验技术领域的一种岩土材料正负压潜蚀试验装置，包括试样罐、水气压力控制系统、水气压力测试系统，所述试样罐内装有岩土材料试样，所述试样罐的顶部设有进水口，所述进水口与所述水气压力控制系统之间连通有管路，所述水气压力系统用于控制所述试样罐顶部的进水量及进水压力，所述试样罐的底部设有出水口，所述水气压力检测系统包括设置于所述试样罐内的水气压力传感器、与所述水气压力传感器电连接的动态数据采集仪、体积测量仪和重量测量仪。本发明同时实现正、负气压施加功能，满足岩土材料水力坡降条件下，叠加正负气压条件的要求，以直观地测试岩溶塌陷上覆岩土层在地下水气压力变动下的潜蚀过程。

摘要： 本发明公开了一种岩土材料本构模型建立方法，包括进行单轴压缩试验，基于轴向应力差确定压密点和屈服点；基于孔隙的压实特性，计算岩石基质的轴向应变和孔隙的轴向应变，建立多级加载后，屈服点之前的本构模型；通过基于屈服点修正的宏观应变的概率密度函数，建立屈服点之后的本构模型；结合屈服点之前的本构模型和屈服点之后的本构模型，完成岩土材料本构模型的建立。本发明利用对岩石压密阶段的分析，并采用了屈服点对现有应变的概率密度函数进行修正，与试验结果吻合较好，保证了对岩石压缩变形行为描述的精确性，尤其适用于岩土工程领域的理论建模以及工程稳定性分析。

摘要： 本发明提供一种岩土材料力学参数识别方法，以数字散斑相关方法作为试验观测手段，分析得到的实验加载过程中表面位移场作为测量值，通过有限元单元法得到的位移场作为仿真值，利用位移测量值和仿真值之间的误差作为目标函数；选择待反演的岩土材料的力学参数，并确定其取值范围；利用改进人工鱼群优化算法对岩土材料的力学参数进行反求，判断全局最优解是否达到设定误差界内或者达到迭代次数上限时算法结束，获得能表征岩土材料力学参数的最优值。采用本申请的方案，能够快速、实时和准确的确定岩土材料的力学参数，并且有效地解决了测量点选取困难，易受各种因素影响的问题，提高了力学参数反演的容错性和精度。

摘要： 本发明公开了一种复杂应力状态下岩土材料热物性参数的测试装置及方法，包括试样组件、压力腔室、轴压加载组件、围压加载组件和试样加热组件；试样加热组件包括坚硬试样加热组件和松软试样加热组件；坚硬试样加热组件包括加热板、冷却板、底部热流传感器和顶部热流传感器；松软试样加热组件包括双针热探头；双针热探头包括平行并列布设的加热探针和温度探针。方法包括步骤1、制备试样组件；步骤2、加载围压；步骤3、测试初始状态热物性参数；步骤4、加载轴压；步骤5、测试轴压下热物性参数；步骤6、调整围压。本发明能实现在不同应力场条件下的热导率和体积比热容测试，且具有操作简便、快捷、结果精度高等优点。