检索结果-南通市图书馆

作者：吴明超南昌大学

学位级别：硕士

我国寒区分布广泛,冻害问题是制约寒区岩石工程建设的因素之一。岩石冻融变形是诱发寒区岩石工程冻害的主要原因。目前关于岩石冻融变形的研究大多聚焦于饱和岩石,但在实际工程中,岩石处于非饱和状态的工况普遍存在。因此,研究非饱和岩... 详细信息

我国寒区分布广泛,冻害问题是制约寒区岩石工程建设的因素之一。岩石冻融变形是诱发寒区岩石工程冻害的主要原因。目前关于岩石冻融变形的研究大多聚焦于饱和岩石,但在实际工程中,岩石处于非饱和状态的工况普遍存在。因此,研究非饱和岩石的冻融变形特性具有重要意义,可以为寒区工程建设提供理论参考。本文以砂岩为研究对象,开展一系列不同条件下非饱和砂岩冻融循环试验,研究了非饱和岩石冻融变形特性,建立了岩石多周期累积冻融变形的热力耦合弹塑性模型,并引入了非饱和系数,进而建立了非饱和岩石累积冻融变形的热力耦合弹塑性模型。得出了以下主要结论:(1)通过对非饱和岩石进行一系列冻融试验表明,非饱和岩石的累积冻融应变随冻融循环次数先增大后逐渐趋于稳定。饱和度主要影响岩石内孔隙的含水量,当超过临界饱和度时,饱和度越大岩石的冻融变形越大。随着冻结温度降低,非饱和岩石的冻融变形先增大再降低。孔隙率以及温降速率也会对岩石的冻融变形产生影响,孔隙率越大、温降速率越大,导致岩石的冻融变形更为显著。此外通过显微镜和波速仪观测岩石微观孔隙、裂隙的发展与波速变化,从微观层面解释岩石宏观冻融变形产生的原因。(2)建立了岩石多周期累积冻融变形弹塑性热力耦合模型,模型中传热过程模拟考虑了未冻水含量和相变潜热的作用,力学过程模拟基于孔隙介质力学理论和球形单元体模型,并利用Drucker-Prager准则描述岩石的剪胀效应和弹塑性过程,以反映出岩石在多循环作用下塑性变形的累积。基于该模型利用COMSOL Multiphysics软件模拟岩石的冻融变形,与试验结果对比表明该模型不仅能模拟出岩石在单个循环内的冻融变形过程,而且在多个循环内模拟出累积冻融变形的冻胀应变和残余应变同样与试验结果相吻合。(3)将非饱和岩石中的孔隙分为不产生变形孔隙、非饱和孔隙和饱和孔隙3种孔隙,基于非饱和岩石中的3种孔隙提出非饱和系数,以此表征孔隙内的有效含水量,结合Drucker-Prager准则和孔隙介质弹塑性力学方法得到非饱和岩石冻融变形热-力耦合弹塑性模型。提出参数β表征岩石内有效含水量与循环次数的关系,建立了非饱和岩石累积冻融变形热力耦合弹塑性模型。并利用COMSOL Multiphysics软件对模型进行模拟验证分析,模拟结果表明,模拟的冻融变形与试验冻融变形相近,从而证实了模型的有效性。

关键词：非饱和岩石冻融变形特性影响因素热力耦合累积冻融变形模型

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垫层料冻融变形特性的缩尺效应试验

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科学技术与工程 2017年第5期17卷 284-288页

作者：袁俊平卢艳平嵇生融丁国权河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏省岩土工程技术工程研究中心河海大学南京210098

垫层料冻融变形过大会影响寒区面板坝正常运行,有必要对垫层料冻胀融沉特性开展深入研究。受仪器设置限制,室内试验时只能采用缩尺后的垫层料试样,这可能会对试验结果有较大影响。为了揭示冻融试验中缩尺效应的影响规律,对不同限制粒径... 详细信息

垫层料冻融变形过大会影响寒区面板坝正常运行,有必要对垫层料冻胀融沉特性开展深入研究。受仪器设置限制,室内试验时只能采用缩尺后的垫层料试样,这可能会对试验结果有较大影响。为了揭示冻融试验中缩尺效应的影响规律,对不同限制粒径的试样进行了冻融试验。结果表明,相同相对密实度和含水率条件下,随着限制粒径的增大,试样冻胀变形量呈双曲线趋势减小;而冻融后总变形率先增大后减小。对比分析显示,试验结果与孔隙模型预测值吻合较好。

关键词：限制粒径冻融变形特性缩尺效应孔隙模型

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各向均匀与单向冻融条件下岩石冻融变形特性与热-力耦合模型研究

各向均匀与单向冻融条件下岩石冻融变形特性与热-力耦合模型研究

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作者：罗嗣成南昌大学

学位级别：硕士

我国寒区分布广泛,其环境易受到季节性气候的影响,导致寒区的岩石工程会受到频繁的冻融交替作用而产生较大的变形和损伤劣化。目前关于冻融变形和损伤的研究,大多在各向均匀冻融条件下进行。而实际岩石工程中普遍存在单向冻融以及各向... 详细信息

我国寒区分布广泛,其环境易受到季节性气候的影响,导致寒区的岩石工程会受到频繁的冻融交替作用而产生较大的变形和损伤劣化。目前关于冻融变形和损伤的研究,大多在各向均匀冻融条件下进行。而实际岩石工程中普遍存在单向冻融以及各向均匀冻融两种不同的冻融环境,两种条件下岩石的变形特性截然不同,需要深入地对比研究。本研究以砂岩为研究对象,在两种不同冻融条件下开展岩石的冻融变形试验,同时对试验前、后岩石的微观孔隙-裂隙演化进行扫描检测,研究了单向冻融与各向均匀冻融条件下岩石的冻融变形特性及其与微观结构演化的关系,并提出了岩石冻融变形的弹塑性热-力耦合模型。主要结论如下:(1)通过各向均匀冻融条件下岩石的冻融变形试验发现,岩石的孔隙水是岩石产生明显变形的关键因素,也是其损伤发展的关键因素。在各向均匀冻融条件下,饱和岩石呈现出各向均匀冻融变形特点,其不同方向的冻融应变基本相等。饱和岩石单周期的冻融变形都可以归纳为冷缩、冻胀、冻缩、冻胀平衡、融胀、融缩、热胀、热胀平衡八个阶段,在热胀平衡阶段因为岩石存在塑性变形,应变没有完全恢复,这时未恢复的应变称为残余应变;在多周期冻融过程中,岩石的冻融变形在前三周期会快速增长,随后减缓,在第五个周期后基本达到稳定状态。(2)通过单向冻融条件下岩石的冻融变形试验发现,饱和岩石表现出非各向均匀冻融变形的特点,其平行冻融方向的变形明显要大于垂直冻融方向的变形,在单周期变形规律上与各向均匀冻融变形一致为八个阶段。在多周期冻融过程中,岩石的应变在前几个周期保持增长在到达第七个周期时趋于稳定;在相同的冻结与融化温度条件下,单向冻融过程中由于冻结速率较慢,在变形达到稳定时,其残余应变要小于饱和岩石在各向均匀冻融条件下产生的残余应变。(3)通过各向均匀与单向冻融变形试验前、后岩石孔隙-裂隙的微观扫描检测试验得出,在各向均匀冻融过程中,岩石主要的损伤形式表现在微孔扩大使得中孔以及大孔的比例增大,同时孔隙向四周随机、均匀地生成微裂隙,因此在同一位置处测得的冻融变形是各向均匀的。在单向冻融过程中,微裂隙主要沿着垂直冻融方向生成,并使得孔隙之间连接贯通,损伤后岩石形成各向异性的微观结构,导致单向冻融条件下岩石冻融变形出现非各向均匀特性。(4)建立了岩石冻融变形的弹塑性热-力耦合模型,模型将考虑了未冻结水含量的传热方程和基于多孔介质弹塑性力学的平衡方程耦合起来。选取米塞斯屈服准则,用孔隙冰压力与岩石基质屈服强度大小的比较作为控制岩石进入弹性变形阶段和弹塑性变形阶段的关键节点。利用该模型在COMSOL软件中对饱和岩石各向均匀冻融变形进行热-力耦合数值模拟,输出单周期、多周期的温度、变形数值计算结果,并和试验得到的结果相比较发现,提出的模型能够以理想的精度预测多孔岩石的温度变化和冻融变形过程。

关键词：岩石各向均匀冻融单向冻融冻融变形特性孔隙-裂隙演化热-力耦合模型

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含盐冻土物理力学特性研究现状与展望

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林业工程学报 2019年第6期4卷 11-19页

作者：杨平刘健鹏张婷南京林业大学土木工程学院

我国西北内陆和东南沿海含盐土地区的大规模基础设施建设,促进了含盐冻土物理力学研究的发展。从含盐冻土的强度特征、冻融变形特性、水盐迁移规律以及细微观结构研究等4个方面,简要概述了国内外研究现状,总结了含盐冻土物理力学特性的... 详细信息

我国西北内陆和东南沿海含盐土地区的大规模基础设施建设,促进了含盐冻土物理力学研究的发展。从含盐冻土的强度特征、冻融变形特性、水盐迁移规律以及细微观结构研究等4个方面,简要概述了国内外研究现状,总结了含盐冻土物理力学特性的研究进展。提出人工含盐冻土强度和变形特性研究中需增大试验负温范围,以获得氯化钠二次相变对冻土强度和冻融变形的影响规律;从冻融过程中未冻水含量、土水势、孔隙水压力和盐晶体相变等关键机制入手,研究含盐冻土的变形机理;指出现有测定水分、盐分、基质势和孔隙水压力等传感器不能满足室内试验对尺寸和精度的要求,采用微型化、精确化的传感器进行冻融过程中的水盐迁移参数监测,是建立合理的水-热-力-盐耦合模型的前提;提出可将未冻水含量作为微观尺度的孔径分布与宏观强度特性和水盐迁移模型联系的纽带,为建立微观与宏观的联系提供一种新思路。

关键词：含盐冻土强度特性冻融变形特性水盐迁移细微观结构

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