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第40卷第1期2021年1月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.40㊀No.1January,2021干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征陶㊀攀(黄河水利职业技术学院水利工程学院,开封㊀475004)摘要:针对水泥固化淤泥土性能受干湿-冻融循环效应的影响,开展了不同干湿-冻融循环次数下的土体三轴剪切试验㊁CT 扫描试验和SEM 扫描试验,研究了干湿-冻融过程中水泥固化淤泥土的力学特征和微结构损伤规律㊂结果表明:水泥固化淤泥土的应力-应变曲线呈应变硬化特征,内摩擦角与黏聚力指标随干湿-冻融循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指数型和线性衰减趋势;根据二值化的CT 扫描图像定量分析了裂隙演化规律,发现试样的裂隙率随干湿-冻融循环次数增加呈指数型增加;由SEM 扫描试验可以观测到干湿-冻融循环后试样中的水泥基胶结物流失,颗粒间密实度下降,这是导致水泥固化淤泥土发生裂隙扩展与力学性能弱化的微观机制㊂关键词:水泥固化淤泥土;干湿-冻融循环;三轴剪切试验;力学性能;裂隙发育特征;微观形态中图分类号:TU525㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)01-0034-07Mechanical Properties and Crack Development Characteristics of Cement-Solidified Mud Soil under Dry-Wet-Freeze-Thaw CyclesTAO Pan(College of Hydraulic Engineering,Yellow River Conservancy Technical Institute,Kaifeng 475004,China)Abstract :In order to study the effect of dry-wet-freeze-thaw (short as D-W-F-T)cycle on the properties of cement-solidified mud soil,triaxial shear tests,CT scan tests and SEM scan tests were carried out under different times of D-W-F-T cycle,and the mechanical characteristics and microstructure damage rules of cement-solidified mud soil were studied.The results show that the stress-strain curves of cement-solidified mud soil shows the strain hardening type.The internal friction angle and cohesion index gradually decrease with the increase of the number of D-W-F-T cycles,and the trend of exponential and linear decay are presented,respectively.The cracking evolution rules of the samples are quantitatively analyzed based on the binary CT scan images.It is found that the crack content of the sample increases exponentially with the increase of the number of D-W-F-T cycles.It is also observed by SEM scanning test that the D-W-F-T cycle causes the loss of cement-based materials in the samples and the decrease of compaction between particles,which is the microscopic mechanism that leads to the crack expansion and the mechanical properties weakening of cement-solidified mud soil.Key words :cement-solidified mud soil;dry-wet-freeze-thaw cycle;triaxial shear test;mechanical property;crack development characteristic;micromorphologic㊀收稿日期:2020-08-03;修订日期:2020-09-22基金项目:河南省科技指导项目(2019ZD0194);河南省高等教育教学改革研究与实践项目(2019SJGLX736)作者简介:陶㊀攀(1983 ),男,讲师㊂主要从事岩土工程材料方面的研究㊂E-mail:cmw9804@ 0㊀引㊀言我国长江三角洲流域和沿海地区有大量淤泥质土体[1]㊂这种土体主要由碎屑矿物和黏土矿物组成,具有孔隙度高,压缩性强,强度低等工程特性㊂淤泥土具有较强的压缩性和明显的裂隙性与节理发育特性,且易受赋存条件变化的扰动所影响[2]㊂在环境与荷载影响下,淤泥土内部易受到结构性扰动,引起地基土的附加变形,从而使得上层建筑的稳定性受到严重影响[3]㊂在天然的状态下,相关地区的淤泥土有一定的承第1期陶㊀攀:干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征35㊀载能力,但受到冻融㊁干湿循环等作用的影响后,力学性能会大幅下降[4]㊂为了改善普通淤泥土的力学性能,工程中常采用水泥搅拌加固法进行改性㊂经过水泥搅拌加固法处理后,形成的水泥固化土是由土颗粒㊁水泥颗粒及其它外加剂按一定比例混合㊁搅拌并养护形成的稳定复合材料,其力学性能明显提高[5]㊂由于季节性气候的更替,天然状态下的土体水分赋存状态有明显变化,降雨入渗-蒸发作用与水分冻结-融解作用均会对土体工程性能产生影响㊂当前,已有许多学者对水泥固化土的力学特性和细微观结构受环境效应的影响进行了研究,积累了较为全面的试验资料,例如:李芳菲等[8]通过对经历反复干湿循环作用的水泥固化淤泥试样开展力学测试,发现干湿循环次数㊁水泥掺量对抗剪强度指标存在明显的影响㊂陈四利等[9]基于三轴压缩试验分析了冻融循环作用对水泥固化土的影响,发现冻融循环作用大幅降低了水泥固化土的强度与变形模量㊂汪洪星等[10]对水泥改性淤泥土开展了电镜扫描和压汞分析等细观测试,分析了干湿循环对土体内部细观结构的侵蚀特征㊂Yan 等[11]对经历多次冻融循环作用的水泥固化土开展CT 扫描实验,定量分析了孔隙的演化规律,并探讨了试样内部微观结构的变异机理㊂然而,当前的研究主要关注一种环境效应,就干湿和冻融两种条件影响下的水泥固化土强度变化规律及机理的认识还有所欠缺㊂以水泥固化淤泥土为研究对象,利用三轴固结排水剪切试验与CT 扫描试验对试样的强度特性与裂隙特点进行了分析,并从宏-微观的角度评价了水泥土受干湿-冻融循环影响的规律,为深入认识水泥固化土工程性能提供了参考㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料图1㊀淤泥土的颗粒级配曲线Fig.1㊀Grading curve of silty mud soil 1.1.1㊀淤泥土试样本文所用的淤泥土取样地区为上海浦东地区某滨海地层,采用钻孔取芯法沿深度取样㊂该淤泥土样品取样深度为地下4~5m,颜色呈灰褐色㊂对土样开展基本物理学性能测试,结果如表1所示㊂由表1可知,土体的天然含水率较高,渗透系数为2.05ˑ10-6cm /s,同时具有高液限和高孔隙比的特点㊂根据XRD 衍射试验结果,发现矿物成分包括高岭石(35.1%,质量分数,下同)㊁伊利石(15.4%)㊁蒙脱石(21.2%)㊁石英(27.1%)和绿泥石(2.2%)㊂对淤泥土采用筛分法和比重瓶法开展土颗粒粒径分布分析,得到的土体颗粒级配曲线如图1所示,结果表明采用比重瓶法进行测试时,在溶液中加入分散剂可以使团聚状的黏土颗粒分散,从而提高颗粒粒径分布测量的准确度㊂表1㊀淤泥土的基本物理力学性质Table 1㊀Basic physical and mechanical properties of mud soilMoisture content (mass fraction)/%Density /(g㊃cm -3)Permeability coefficient /(cm㊃s -1)Plastic limit /%Liquid limit /%Plastic index Void ratio 32.4 1.78 2.05ˑ10-627.966.738.80.971.1.2㊀水泥采用普通硅酸盐水泥对淤泥土进行改性处理,该水泥来自芜湖市海螺水泥集团有限公司,细度模数为2.28,比表面积为2975cm 2/g,终凝时间为4.2h,经过28d 标准养护后的试件立方体抗压强度为48.5MPa㊂1.2㊀试样制备采用分层击实的方法进行试样的制备,得到的水泥固化淤泥土样品尺寸为直径38mm,高度80mm㊂按照天然含水率进行水泥固化淤泥土的配制,改性土硅酸盐水泥的掺量为5%㊂制备水泥固化淤泥土试样后,对普通淤泥土和水泥固化淤泥土进行扫描电子显微镜(SEM)试验,结果如图2所示,可以看出普通淤泥土内部的黏土颗粒呈扁平片状结构,石英颗粒呈块状,土颗粒间孔隙多且大㊂采用水泥对淤泥土进行固化改性36㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷后,土颗粒间形成具有凝胶性的胶结物质,孔隙充填胶结程度提高,颗粒的胶结紧密程度增加㊂图2㊀水泥改性前后淤泥土的SEM照片Fig.2㊀SEM images of mud soil with and without cement modification1.3㊀干湿-冻融循环试验对制备的水泥固化淤泥土试样进行反复干湿-冻融循环试验,该试验经过饱和-干燥和冻结-融解4个步骤㊂首先,将试样放入不锈钢制饱和器内,采用抽气饱和法在室温(25ħ)条件下对土样进行饱和,饱和时间为12h;再将饱和试样取出放在室温条件下自然风干,风干时间为24h;然后,将风干土样放入低温冷冻箱中,在-20ħ的环境中冻结48h;最后,将冷冻试样放入干燥箱中,并在温度30ħ,相对湿度60%左右的环境中静置48h,使土样完全融解㊂1.4㊀力学与细观结构测试方法1.4.1㊀三轴剪切试验利用土工三轴剪切仪对水泥固化淤泥土试样开展三轴固结不排水剪切测试,围压设置为50kPa㊁100kPa㊁150kPa和200kPa,轴向变形的加载速率设置为0.02mm/min,初始的轴向应变为0%,持续剪切直至试样轴向应变约为18%㊂变形中的应力-应变曲线由计算机系统记录,强度参数按‘土工试验方法标准“(GB/T50123 1999)中的规定来确定㊂1.4.2㊀CT扫描为了探讨干湿-冻融循环作用引起的水泥固化淤泥土裂隙演化的规律,对不同循环次数下的土样开展CT扫描㊂CT试验采用美国BIR仪器公司生产的ACTIS型微焦点X射线工业CT扫描仪,获取的CT图像分辨率为约60μm左右㊂对CT图像进行二值化显示处理,通过统计裂隙像素点数量而提取出裂隙的面积指标,计算土体的裂隙率㊂2㊀结果与讨论2.1㊀水泥固化淤泥土的力学行为图3所示为由三轴剪切试验得到的不同循环次数下土体的应力-应变曲线㊂结果表明,在三轴荷载作用下,随着轴向应变增加,大多数曲线的应力在达到峰值后没有明显的下降,说明不同干湿-冻融循环次数下的土体应力-应变曲线基本符合应变硬化的特点,可采用轴向应变ε=15%作为抗剪强度对应的应变值[12]㊂随着冻融循环次数的增加,水泥固化淤泥土的剪切强度逐渐衰减,且第一次循环后的强度下降幅度最大㊂另外,5~10次循环之间的强度衰减速度相对较小,即干湿-冻融循环作用对水泥固化淤泥土的损伤程度在后期逐渐稳定㊂三轴剪切试验的结果说明水泥固化淤泥土力学性能受干湿-冻融循环的影响较为严重㊂由摩尔-库伦强度破坏准则计算了水泥固化淤泥土的抗剪强度参数,即黏聚力c和内摩擦角φ㊂对抗剪强度参数与干湿-冻融循环次数进行回归分析,得到的结果如图4所示,可以看出水泥固化淤泥土初始黏聚力为50.5kPa,内摩擦角为14.1ʎ,经过多次循环处理后的土体强度参数渐次下降;10次循环后的土体黏聚力降为24.7kPa,降幅达50.3%,内摩擦角降为11.3ʎ,降幅为19.8%㊂说明干湿-冻融循环对黏聚力的影响远大于内摩擦角㊂对水泥固化淤泥土强度参数进行数据拟合后发现黏聚力与循环次数为指数型函数关系,而内摩擦角与循环次数呈线性关系,结果如式(1)和(2)所示㊂㊀第1期陶㊀攀:干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征37图3㊀不同循环次数下土体的应力-应变曲线(τp表示最大剪切应力)Fig.3㊀Stress-strain curves of soil with different cycles(τp is the max shear stress)图4㊀强度参数与循环次数的关系Fig.4㊀Relationship between shear strength parameters and times of cycles38㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷c=25.22e-n/3.135+52.15(1)φ=14.26-0.264n(2)式中:c代表黏聚力,KPa;φ代表内摩擦角,(ʎ);n代表冻融循环的次数㊂2.2㊀水泥固化淤泥土的裂隙特征对经过0次㊁1次㊁2次㊁5次和10次干湿-冻融循环后的水泥固化淤泥土试样进行工业CT扫描测试,原始CT扫描图像如图5所示,该图像对裂隙的识别程度不高,需要进一步处理㊂利Image J软件将原始的CT 图像进行二值化处理,同时提取出裂隙形态特征,结果如图6所示㊂图5㊀不同循环次数下试样的裂隙特征Fig.5㊀Fracture characteristics of samples with different cycles不同干湿-冻融循环次数下的二值化图像显示,干湿-冻融循环作用对水泥固化淤泥土的裂隙演化有明显的影响㊂未经干湿-冻融处理的土体内部未出现较大裂隙;经过1次干湿-冻融循环后,土体内部出现了长度和宽度较小的两条裂隙;2次循环后的新生裂隙数量和尺寸均有所增加,裂隙连通程度也相应提高;在经过5次循环后,裂隙数量与尺寸继续增加,裂隙连通程度大大提高;在5~10次循环过程中,新生裂隙数量没有明显增加,但裂隙连通性进一步提高,裂隙宽度明显增加㊂图6㊀不同循环次数下的二值化裂隙图像Fig.6㊀Binary crack image of samples with different cycles对二值化图像中裂隙的像素点数量进行统计,计算了不同干湿-冻融循环次数下水泥固化淤泥土的裂隙面积A n㊂根据式(3)计算了不同试样的裂隙率R n,由裂隙率可以量化土体的结构性损伤程度[13]㊂ˑ100%(3)R n=A c,n An式中:R n为裂隙率;A c,n为裂隙的像素覆盖面积;A n为CT图像的总像素覆盖面积㊂由式(3)得到的裂隙率R n和干湿-冻融循环次数n的关系曲线如图7所示㊂可以看出水泥固化淤泥土的裂隙率与干湿-冻融循环次数之间呈指数型关系,表达式如式(4)所示㊂裂隙率和循环次数拟合曲线与实测数据的相关性系数为0.95,说明采用式(4)可以有效地预测土体裂隙率R n的发展趋势㊂R n=5.275-6.287e-n+0.223.27(4)式中:R n为水泥固化淤泥土的裂隙率;n为干湿-冻融循环次数㊂由三轴剪切试验的结果发现水泥固化土抗剪强度指标随干湿-冻融循环次数增加而衰减,由CT图像计㊀第1期陶㊀攀:干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征39算的裂隙率随循环次数增加而升高㊂为了分析力学性能与裂隙损伤程度的相关性,建立裂隙率R n与抗剪强度参数(黏聚力c㊁内摩擦角φ)的直角坐标系,用线性拟合的方法分析两者之间的数学关系,结果如图8所示㊂裂隙率与强度指标之间拟合公式的确定性系数超过了0.95,说明利用裂隙率可以较为准确地对强度指标进行预测[14]㊂图7㊀裂隙率与循环次数的关系Fig.8㊀Relationship between shear strength Fig.7㊀Relationship between crack ratio and times of cycles图8㊀抗剪强度参数与裂隙率的关系parameters and fracture ratio2.3㊀水泥固化淤泥土的微观结构特征为了研究干湿-冻融循环对水泥固化淤泥土微观结构损伤机理,对不同干湿-冻融循环次数(0次㊁2次㊁5次和10次)下的水泥固化淤泥土试样开展扫描电镜(SEM)试验,得到放大500倍的SEM照片,结果如图9所示㊂初始状态下的水泥固化淤泥土内部结构比较密实,裂隙少且小㊂经过干湿-冻融循环后,水泥固化淤泥土的微观结构有明显变化,裂隙开始扩大,土颗粒结构逐渐疏松㊂究其原因,在反复干湿-冻融循环作用下,水泥固化淤泥土颗粒间的孔隙水不断发生相变㊂孔隙水的蒸发和冻结过程使得水泥固化淤泥土内部的土颗粒不断发生膨胀和收缩作用,水泥基的凝胶胶结物质在水的作用下逐渐溶解,黏土间的密实度不断降低,进而削弱了土体力学性能㊂由于黏聚力主要取决于土颗粒间的黏结强度,受水泥凝胶结构的影响较大,而内摩擦角取决于土颗粒接触关系,干湿-冻融循环作用主要使得水泥胶结物质流失,故黏聚力下降幅度远大于内摩擦角[15]㊂图9㊀不同循环次数试样的SEM照片Fig.9㊀SEM images of samples under different cycles3㊀结㊀论(1)干湿-冻融循环作用使得水泥固化淤泥土力学行为逐渐弱化,黏聚力随干湿-冻融循环次数增加近似保持指数型衰减趋势,内摩擦角随循环次数增加呈线性衰减趋势㊂(2)在干湿-冻融循环过程中,水泥固化淤泥土的裂隙结构逐渐扩大,由CT扫描图像可以直观地反映裂隙的发展规律,由CT图像得到的裂隙率与循环次数保持指数型上升关系㊂40㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷(3)在干湿-冻融循环过程中,水泥固化淤泥土的黏聚力㊁内摩擦角指标均与裂隙率保持相关性较好的线性关系,说明土体的强度指标衰减与结构损伤效应保持较好的关联性㊂(4)干湿-冻融循环使得水泥固化淤泥土内部的水泥基胶结物逐渐流失,土颗粒间的密实度下降,这是水泥土裂隙扩张和力学性能损伤的本质原因㊂参考文献[1]㊀于㊀伟,折学森.长江三角洲区域性软土路基沉降特性研究[J].安全与环境学报,2016,16(6):102-108.YU W,ZHE X S.On the particular settlement features of the soft soil subgrade in the area of Yangtze River Delta[J].Journal of Safety and Environment,2016,16(6):102-108(in Chinese).[2]㊀秦世伟,陆小锋,张国军.水泥土搅拌法加固淤泥质黏土的试验研究[J].中外公路,2019,39(5):256-260.QIN S W,LU X F,ZHANG G J.Experimental study on mucky clay strengthened by cement-soil mixed method[J].Journal of China and Foreign Highway,2019,39(5):256-260(in Chinese).[3]㊀LIU J K,WANG T L,TIAN Y H.Experimental study of the dynamic properties of cement-and lime-modified clay soils subjected to freeze-thawcycles[J].Cold Regions Science and 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摘要摘要土的流变问题是岩土工程设计中普遍需要考虑的一个问题，土的流变效应是土体变形随时间变化的过程。
蠕变作为土的流变效应的一种，近年来已有大量学者参与研究，已有研究表明黄土具有明显的蠕变效应，纤维加筋黄土作为新型复合土，必然存在蠕变特性。
对于纤维加筋黄土的蠕变研究，不仅能对纤维加筋黄土的理论进行补充，还能对黄土地区地基改良技术做相应的实践指导。
本文采用了固结排水的试验方式，对杨凌某工地黄土进行了玄武岩纤维加筋黄土三轴剪切蠕变试验，通过对不同偏应力、初始含水率、加筋率和围压控制，分析了纤维加筋黄土的蠕变特性，模拟了纤维加筋黄土的蠕变经验方程。
研究表明：（1）黄土和纤维加筋黄土试样的蠕变变形均随着偏应力的增大而增大，都符合标准的蠕变曲线类型，可分为4阶段：弹性阶段、衰减蠕变阶段、蠕变稳定阶段与等速蠕变阶段。
在施加低水平偏应力时，土体先发生瞬时弹性变形，随着偏应力的升高，表现为衰减蠕变的趋势，偏应力达到某一临界值时，表现为蠕变稳定的过程，当偏应力增加到一定大小时，试样进入等速蠕变阶段。
（2）玄武岩的掺入，对黄土的蠕变变形抑制效果明显。
纤维加筋黄土的蠕变变形随着加筋率的升高先减小后增大，存在最优加筋率，本试验中以蠕变变形最小时加筋率0.25%为最优加筋率。
0.25%、0.50%、1.00%的加筋率的纤维加筋黄土相对于素土所减小的变形分别维持在31%、26%、19%左右，超过最优加筋率时，加筋效果随着加筋率的升高而减小。
（3）含水率对于黄土和纤维加筋黄土蠕变的影响效果显著，黄土和纤维加筋黄土的蠕变变形、蠕变速率、蠕变到达稳定阶段所用的时长都是随着初始含水率的升高而增大，纤维加筋黄土的加筋效果随着初始含水率的升高而减小，且在低偏应力下这种趋势表现得更为明显；围压对黄土和纤维加筋黄土的蠕变有一定影响，随着围压的升高，黄土和纤维加筋黄土的蠕变变形、蠕变速率均减小；纤维加筋黄土的加筋效果随着围压的升高而增大，这种趋势在高偏应力下更为明显。
◄钻井完井►doi:10.11911/syztjs.2020075不同加载方式下页岩强度与变形的尺度效应规律试验研究李 帅1， 陈军斌1， 赵庆磊2（1. 西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065；2. 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西西安710016）摘 要: 为了认识加载方式对页岩强度与变形尺度效应的影响，将鄂尔多斯盆地长7段页岩露头切割成不同尺度岩样，进行了三轴压缩、单轴压缩和巴西劈裂试验，分析了不同加载方式下页岩强度与变形的尺度效应规律。
三轴压缩试验中，页岩强度与变形的尺度效应在岩样高径比大于2和小于2时存在明显差异，岩样高径比为0.4~0.8时，端部摩擦效应和非均质性对页岩强度与变形的尺度效应起主导作用；页岩强度与变形参数的尺度效应，单轴压缩时最显著，巴西劈裂次之，三轴压缩最不明显；进行三轴和单轴加载时，页岩应力应变曲线的分段变形特征不存在尺度效应现象，但在巴西劈裂试验时，页岩应力应变曲线的分段变形特征多样，其与尺度的关系比较复杂；3种加载方式下，页岩的破坏模式均不存在尺度效应；非均质性、各向异性和端部摩擦效应是页岩在不同加载方式下强度与变形尺度效应程度不同的根本原因。
上述研究结果可为室内选择合理的岩样加载方式、测试尺度和确定页岩力学参数等提供参考。
关键词: 页岩；加载方式；抗压强度；抗拉强度；变形；尺度效应；实验室试验中图分类号: TE21；TE357.1+1 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890（2020）05–0039–10Experimental Study on the Scale Effect Law of Shale Strength andDeformation under Different Loading ModesLI Shuai1, CHEN Junbin1, ZHAO Qinlei2(1. College of Petroleum Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an, Shaanxi, 710065, China; 2. Changqing Downhole Service Company, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited, Xi’an, Shaanxi, 710016, China) Abstract: In order to explore the influence of different loading modes on the scale effect on shale strength and deformation, 7 shale outcrops of the Yanchang Formation in the Ordos Basin were taken and made into different sized core samples for uniaxial, triaxial compression and Brazilian splitting tests. The scale effect law of shale strength and deformation were analyzed under different loading modes. The results show that there are obvious differences in the scale effect on shale strength and deformation when core height/diameter ratio is larger or less than 2 in the triaxial compression test, and end friction effect and heterogeneity will play a decisive role when the ratio is between 0.4 and 0.8. In uniaxial compression tests, the scale effect of shale strength and deformation is the most significant, followed by Brazilian splitting, and triaxial compression. In uniaxial and triaxial loading tests of shale, there is no effect of scale on the sectional deformation characteristics of stress-strain curve of rock sample while it is various and the scale effect law is complex in Brazilian splitting test. Surprisingly, no scale effect is observed in shale failure modes under three loading modes. Heterogeneity, anisotropy and end friction effect are the fundamental causes in different effects of scale on strength and deformation under different loading modes. The experimental results can provide guidance for the selection of reasonable loading mode, testing scale and determination of rock mechanical parameters.Key words: shale; loading modes; compressive strength; tensile strength; deformation; scale effect; laboratory testing页岩储层孔隙度和渗透率极低，必须依靠水平井与体积压裂的协同作业才能获得高效开发。
三轴重复加载永久变形试验研究一、试验原理三轴重复加载永久变形试验是一种三轴剪切试验，在试验过程中施加周期性加载和卸荷，以模拟土体的实际受力状态。
试验过程中，土体在不同的加载历史下发生变形，通过观测土体的变形情况，可以得到土体的变形特性及其与加载历史之间的关系。
二、试验方法1.样品制备：根据试验要求，从野外或实验室土样中制备试样，通常是通过压实方法得到一定密实度的土样。
2.扛重：将试样放在三轴试验装置中，施加一定的垂直应力，使试样达到一定的约束状态。
3.施加加载：按照设计的加载方案，施加固定幅值的周期性加载，包括垂直和水平方向的应力变化。
4.记录变形：通过测量土样的垂直和水平变形，记录土样在加载过程中的变形情况。
5.卸荷：在一定的加载次数后，停止加载并卸除所有应力，使试样恢复无约束状态。
6.分析结果：根据试验数据，分析土体在不同加载历史下的变形特性及其与加载历史之间的关系。
三、结果分析通过三轴重复加载永久变形试验，可以得到土体在不同加载历史下的变形特性及其与加载历史之间的关系。
通常可以通过以下几种方式来分析结果：1.应力-应变关系：通过分析土体的剪切变形和应力响应，获得土体的应力-应变关系曲线。
2.滞后变形：由于土体的可压缩性，加载过程中会导致土体的滞后变形。
这些滞后变形是土体的永久变形，通过分析滞后变形的大小和速率，可以评估土体的变形特性。
3.加载历史效应：通过比较不同加载历史下的变形特性，可以研究土体的变形规律及其与加载历史之间的关系。
四、应用实例1.土体变形与固结：通过研究土体在不同加载历史下的变形特性，可以评估土体的固结性质，并预测工程中的沉降和变形情况。
2.路基设计：通过对路基土体进行三轴重复加载永久变形试验，可以确定路基土体的强度和变形特性，为路基设计提供依据。
3.地震工程：通过模拟地震加载过程，研究土体在地震作用下的变形特性，为地震工程的设计和评估提供参考。
总之，三轴重复加载永久变形试验是一种重要的试验方法，通过模拟土体的实际受力状态，研究土体的变形特性及其与加载历史之间的关系。
三轴蠕变试验
三轴蠕变试验是一种用来研究材料在静态载荷作用下发生蠕变变形的一种试验方法。
其主要原理是将试样加在三个垂直方向上施加不同的轴向载荷，并加以恒压载荷作用，通过测量试样在不同应力下的变形，来研究材料的蠕变性能。
三轴蠕变试验的主要设备是三轴蠕变仪，它由三个垂直方向上的油缸和一个位移测量系统组成。
试样放置在试验仪中央的压力室中，通过对油缸施加不同的轴向力，并加以固定的背压力，可以实现在不同应力水平下进行蠕变试验。
在试验过程中，首先给试样施加一个初始应力，然后保持该应力一段时间，使试样达到稳定状态。
随后，施加更高的应力，并同样保持一段时间。
通过测量试样的位移，可以得到材料在不同应力下的蠕变变形曲线，并据此进行蠕变性能的研究。
三轴蠕变试验可以广泛应用于土木工程、岩土工程等领域，用于研究土壤、岩石等材料在长期静态荷载作用下的变形特性，为工程设计和建设提供重要参考。
砂泥交互储层定向井压裂裂缝穿层扩展真三轴实验研究侯冰;陈勉;刁策;李良川;程谟骥【摘要】对于低渗透砂泥互层储层,为沟通更多砂岩层并增加泄油面积,通常采用斜井结合水力压裂技术进行开发.与直井和水平井相比,斜井中水力裂缝的起裂、转向形态复杂,而近井区域的裂缝复杂程度决定了压裂效果.针对储层中砂泥互层的情况,利用物理模拟实验,研究了砂泥互层中不同钻完井参数及地应力条件下水力裂缝起裂、转向和垂向扩展形态.研究结果表明:方位角和水平应力差对裂缝扩展能力有很大影响,当方位角较大,水平应力差较小时,近井区域裂缝扭曲程度大,数量多,不利于裂缝垂向扩展和施工后期加砂;泥岩层会阻碍裂缝垂向扩展,砂岩层与泥岩层之间应力差越高,阻碍作用越大,裂缝越不容易从砂岩层进入泥岩层.根据实验所得结论,提出了组合及分层压裂的判断依据.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)026【总页数】6页(P54-59)【关键词】砂泥互层;斜井;水力压裂;裂缝扩展【作者】侯冰;陈勉;刁策;李良川;程谟骥【作者单位】中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油冀东油田公司钻采工艺研究院,唐山063004;中国石油冀东油田公司钻采工艺研究院,唐山063004【正文语种】中文【中图分类】TE357在中国冀东油田，油田勘探开发重点逐步向中深层砂岩、致密油气藏转移，工程主要面临着埋藏深(3 500 m)、井斜大(30°～50°)、油层薄(2 ～5 m)、砂泥互层、砂体横向及纵向分布差异大、达不到机械分层压裂条件等问题。
在压裂施工中，加砂困难，压裂后增产效果不明显。
因此，需对砂泥互层中斜井水力裂缝起裂、转向和垂向扩展进行研究，提高压裂成功率。
一些学者对斜井中水力裂缝的起裂、转向形态进行了研究。
土石坝地震永久变形计算方法李 湛1,3,栾茂田2,3(11中国建筑科学研究院,北京 100013;21大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;31大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所,辽宁大连 116024)摘 要:对于土石坝的地震永久变形,本文提出等效结点力-逐步软化有限元计算模型。
首先根据坝体地震动力响应的非线性有限元分析确定各时段坝体单元可能发生的残余应变、振动孔隙水压力增量及累积振动孔隙水压力,以此对静变形模量和强度及静应力-应变关系进行修正,并应用于下一时段计算中;同时基于所确定的与上一时段地震作用所产生的潜在残余应变增量和静应力-应变关系确定地震作用相应的等效结点力。
在每一时段末根据上述所确定的等效结点力和应力-应变关系,运用整体有限元分析确定坝休的残余变形增量,将各个时段计算所确定的残余位移累加得到地震作用后坝体的残余变形量。
这种方法能够同时考虑地震惯性力效应和土的软化效应对土石坝地震永久变形的影响。
关键词:水工结构;地震永久变形;等效结点力-逐步软化有限元模型;土石坝;抗震稳定性中图分类号:TV312文献标识码:A收稿日期:2008-03-03基金项目:国家自然科学基金(50179006),教育部跨世纪优秀人才培养计划研究基金和中国科学院武汉岩土力学研究所前沿领域基础研究基金(Q110305)作者简介:李湛(1975)),男,博士.E -mail:lz -xj@Computation method for seismically -induced permanentdeformation of earth -rock damsLI Zhan 1,3,LUAN Maotian 2,3(1.China Academy o f Building Research ,Beijing 100013;2.State Key Laboratory o f Coastal and O ffshore Engineering ,Dalian University o f Technology ,Dalian 116024;3.Institute o f Geotechnical Engineering ,School o f Civil and Hydraulic Engineering ,Dalian University o f Technology ,Dalian 116024)Abstract :This paper presents a finite element procedure for evaluating seismically -induced permanent deformationof earth -rock da ms.In the proposed procedure,both concepts of equivalent nodal forces and step -by -step graduallysoftening moduli are integrated together.The earthquake duration is divided into a certain number of timeincre ments.And for each time increment the residual strain and dyna mic pore water pressure which is likely inducedduring previous time increments under undrained condition are estimated on the basis of the stress condition obtainedby the dyna mic analysis and the empirical patterns of both residual strain and pore water pressure achievede xperimentally.Then,the computed accumulative pore -water pressure at the end of each time increment is useddirectly to modify the static hyperbolic relationship between stress and strain which is to be used for the next timeperiod.And at the same time,the equivalent nodal forces equivalent to incremental residual strain potential aredefined.B y using the modified stress -strain relationship,the incremental deformations are computed when the nodalforces equivalent to earthquake effect on the dam defined as above are imposed on the earth -rock dam.Thecomputed incremental displacements of the earth -rock dam for each time incre ment are accumulated and theaccumulative displacements can be regarded as approximation of the residual deformation which is to be initiated byearthquake shaking.In fact,the proposed numerical procedure has taken into c onsideration both the inertia effect第28卷第4期2009年8月水 力 发 电 学 报JOURNAL OF HYDROELEC TRIC ENGINEERING Vol.28 No.4Aug.,200964水力发电学报2009年and the softening effect of earthquake-induced loading on the permanent deformation of the earth-rock dam.Key words:hydro-structure;seismically-induced permanent deformation;equivalent nodal loads and progressive softening FE M model;earth and rock-fill dams;seismic stability0前言自从上世纪60年代起,有关土石坝地震永久变形的研究就得到了关注和发展,最早Ne wmark建议采用滑动体位移分析模型和方法[1]估算坝坡上潜在滑动体在惯性力作用下由于瞬时失稳所产生的滑动位移,并以此考虑地震对于土石坝的作用。
三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析李金凤;梁乃兴;王鑫洋;林源
【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2012(031)001
【摘要】采用半正弦波间歇荷载,使用MTS( Material Test Systerm)材料试验机对AC - 13沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究试验温度和应力水平对沥青混合料永久变形特性的影响,得到了AC - 13沥青混合料在不同温度和不同应力水平下的永久变形规律,对永久应变与荷载作用次数、应力水平和温度的关系进行非线性回归分析,提出来能够全面反映沥青混合料永久变形特性的模型,并绘制了不同温度下的三维图形,直观全面地反映沥青混合料变形的特性.
【总页数】5页(P54-58)
【作者】李金凤;梁乃兴;王鑫洋;林源
【作者单位】重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;湖北省路桥集团有限公司,湖北武汉430000
【正文语种】中文
【中图分类】U412.2
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法
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4.三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析 [J], 李金凤;梁乃兴;王鑫洋;林源;
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