常压至高压下砂土强度、变形特性试验研究
动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征
第 54 卷第 3 期2023 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.3Mar. 2023动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征任松1, 2，李凯鑫1, 2，张平1, 2(1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆，400044；2. 重庆大学 资源与安全学院，重庆，400044)摘要：为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征，开展了单轴压缩试验和声发射试验。
首先，对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热；其次，进行单轴压缩并全过程监测声发射信号；最后，结合峰值应变、单轴抗压强度等数据，分析砂岩的力学特性及破坏特征。
研究结果表明：循环扰动和温度作用对岩石强度影响极大，无循环扰动的试件抗压强度随温度升高而先上升后下降，其余试件抗压强度与两者呈负相关，且受温度影响更为显著；砂岩峰值应变随着温度升高呈先降低后上升的趋势，200 ℃为该类砂岩的拐点，砂岩峰值应变与循环扰动幅度呈正相关，有加速上升趋势，且对温度变化更敏感；试件临近破坏时，内部裂纹发展情况存在突变，R A (上升时间与幅值之比)和F A (平均频率)的分布明显变化。
F A /R A >K 的声发射信号急剧减少、F A /R A <K 的声发射信号陡然增多，新产生的裂纹中剪切裂纹占比很大，这种F A /R A 的波动与实际物理过程一致且更提前，可作为岩石破坏先兆；随着循环幅度和温度增大，试件内部新产生裂纹的主要形式由张拉裂纹向剪切裂纹逐渐转变，试件的宏观破坏形式也由脆性破坏向延性破坏逐渐转变。
关键词：动力扰动；高温；砂岩；声发射；破坏模式中图分类号：TU451 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）03-1087-11Mechanical properties and failure characteristics of sandstone under combined effect of dynamic disturbance and high temperatureREN Song 1, 2, LI Kaixin 1, 2, ZHANG Ping 1, 2(1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University,Chongqing 400044, China;2. School of Resources and Safety, Chongqing University, Chongqing 400044, China)Abstract: In order to analyze the mechanical properties and failure characteristics of sandstone with different收稿日期： 2022 −08 −12； 修回日期： 2022 −10 −25基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52074048) (Project(52074048) supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：任松，教授，长期从事岩土工程监测及可靠性分析、岩层稳定性及控制研究；E-mail ：**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.025引用格式： 任松, 李凯鑫, 张平. 动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(3): 1087−1097.Citation: REN Song, LI Kaixin, ZHANG Ping. Mechanical properties and failure characteristics of sandstone under combined effect of dynamic disturbance and high temperature[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(3): 1087−1097.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)dynamic disturbances and temperatures, uniaxial compression tests and acoustic emission tests were carried out.Firstly, the medium-size sandstone samples were heated at different temperatures. Secondly, uniaxial compression test was carried out and the acoustic emission signal was monitored in the whole process. Finally, combined with the peak strain, uniaxial compressive strength and other data, the mechanical properties and failure characteristicsof sandstone were analyzed. The results show that cyclic disturbance and temperature effect have great influenceon rock strength. The compressive strength of the specimens without cyclic disturbance increases firstly and then decreases with the increase of temperature. The compressive strength of the other specimens is negatively correlated with both, and the effect of temperature is more significant. The peak strain of sandstone decreases firstly and then increases with the increase of temperature. 200 ℃ is the inflection point of this kind of sandstone. The peak strain of sandstone is positively correlated with the amplitude of cyclic disturbance, and has an accelerating upward trend, which is more sensitive to the change of temperature. When the specimen is close tofailure, there is a sudden change in the internal crack development, and the distribution of RA(ratio of rise time toamplitude) and FA (average frequency) values change significantly. The acoustic emission signal of FA/RA>Kdecreases sharply, and the acoustic emission signal of FA /RA<K increases sharply. The shear crack accounts for alarge proportion of the new cracks. The fluctuation of the FA /RAis consistent with the actual physical process andearlier, which can be used as a precursor of rock failure. With the increase of cycle amplitude and temperature, the main form of new cracks in the specimen gradually changes from tension cracks to shear cracks, and the macroscopic failure form of the specimen also gradually changes from brittle failure to ductile failure.Key words: dynamic disturbance; high temperature; sandstone; acoustic emission; failure mode随着社会经济快速发展，能源及基础设施需求强烈，涌现了大量高温工程，如地热开发、核废料处置和高地温隧道施工等。
砂土蠕变特性试验研究_杨奇
LABORATORY TEST STUDY OF CREEP BEHAVIOR OF SANDY
YANG Qi1，2，LENG Wuming1，NIE Rusong1，ZHOU Wenquan1，ZHU Wenbing1
(1. School of Civil Engineering，Central South University，Changsha，Hunan 410075，China；2. Mobile Post-doctoral Stations of Traffic and Transportation Engineering，Central South University，Changsha，Hunan 410075，China)
加载方案 Loading cases
?
1 200 1 400 压力 p/k线 p-
图2 Fig.2
9(2)层粉砂夹中粗砂土蠕变特性曲线
Creep characteristics curves of silty sand 9(2) containing medium and coarse sand
摘要：高速铁路对基础的变形要求十分严格，为研究高速铁路桥梁桩底砂土层的蠕变变形规律，获取其蠕变模型 和模型参数，开展桩底砂土的蠕变试验。针对超长桩桩端高应力环境，通过室内侧限高压单向压缩试验获得桩底 土样在多级荷载作用下的应力–应变–时间关系曲线。砂土的压缩变形主要经历瞬时变形、固结变形和衰减型稳 态蠕变变形 3 个阶段。砂土黏弹性蠕变模量受应力水平影响小，蠕变模型可不考虑非线性流变特性。研制蠕变参 数拟合程序(CPF)，并利用试验成果，对砂土蠕变模型进行识别和参数确定，结果表明，Schiffman 黏弹性模型能 较好地描述桩底砂土层的蠕变变形特性。研究成果可供持力层为砂土的超长桩基工后沉降计算及评估利用和参考。 关键词：土力学；砂土；蠕变试验；蠕变特性；流变模型；参数拟合 中图分类号：TU 47 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2014)增 2–4282–05
砂土稳态强度试验研究及颗粒流模拟
《魏曼！！篇星第２章砂土的稳态强度试验研究三轴仪主要由主机、轴向力测量系统、轴向变形测量系统、轴向控制系统、围压控制系统、反压控制系统、孔隙水压力测量系统、计算机系统等几部分组成，其中轴向力测量、轴向变形测量、轴向控制等单元都装在一个控制箱内，而主机由围压室、轴向加载系统构成，另外围压控制系统及反压控制系统分别连接两个体积控制器。
该仪器最突出的优点就是它的加载及压力控制系统．通过调整上帽及底座的压力，可对土体施加压缩或拉伸荷载。
通过使用计算机控制系统，该设备可自动完成如下操作：（１）反压饱和／测量Ｂ值（２）各向同性固结（３）单调加载试验（４）循环加载试验（５）动态加载试验（６）Ｋｏ固结（７）应力路径试验以上所有试验都可以由应变控制或应力控制完成。
试验机配置的计算机系统，所有操作步骤均由计算机进行控制，同时计算机自动对试验数据进行采集和处理，试验曲线可同步在显示器上显示，便于及时发现问题。
试样直径可分别选用３￥ｍｍ、７５ｒａｍ、１００ｍｍ三种类型。
本试验采用的是直图２．２英国ＧＤＳ土体多功能三轴试验仪Ｆｉｇ．２．２ＧＤＳｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔａｐｇａｍｓｔｕｓ１９！塞蜜怒！：妻罴第２鬻骖±豹稳悫强度试验研究径为３８ｍｍ，黼度为７６ｍｍ的试样。
２．１．２三皴辫切试验原理格瑶场取潮来得蟊柱髂瓣主（蒙敬榉）套在橡皮壤游或者在橡皮骥露装±成样（重塑样），放在密封的压力室中。
橡皮膜下端用橡皮嘲固定在底座上，上端同样用橡皮圈嗣定在试撑楼上，爱试撵内戆魏骧承与压力室内驰水完全隔开。
安装完成的试样如黼２．３所示。
张燎水通过试群下端懿逶窳石与魏隙水压力量测系统连通，绒者通过上端透水石与摊水管连通。
然露角压力黧内施加压力ｆ瘩压或气臌），使试件备向受到周嗣搓力以，压力在整个瓣续过覆孛操持不变，这时试件内各向的三个主图＂试簸用试样威力都相等，媳种情况为Ｆｉｇ·２·３Ｓａｍｐｌｅｆｏｒｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔ等向固结，整个圈结过程笼编痊力＜赘藏秀）产垒。
高围压下冻结砂土的强度特性_马巍
第18卷 第3期1996年 冰 川 冻 土J O U RN A L O F GL A CIO L O GY AN D GEO CRYO LO GY V ol.18 N o.31996高围压下冻结砂土的强度特性①马 巍 吴紫汪 常小晓 盛 煜(中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室,730000)摘 要 在高围压条件下,对冻结兰州砂土在不同温度和不同应变速率下进行三轴压缩试验。
试验结果表明,围压的增大和应变速率的减小明显增强了冻土的塑性性能;同时,随围压的增大,冻土的抗剪强度增加,但随围压的进一步增加,它出现降低的趋势,存在一个临界围压,此临界围压值随温度的变化而变化,但不随应变速率而变化。
关键词 高围压 冻土 强度1 前言砂土是常见的地基土中的一种。
早在30年代,Tsy tovich(1975)在不同的加荷速率和负温下进行了冻结砂土的单轴压缩试验,并得出随着加荷速率的增加或负温的降低,其单轴压缩强度随之增加。
此后又有许多学者研究了不同条件下冻结砂土的强度特性,得到过类似的结论,一些重要的结论已被广泛应用于工程设计当中。
但是围压对冻土强度的影响也是一个不可忽略的因素,自60年代以来,许多学者致力于冻土三轴强度的研究并得出:静水压力的作用仅仅是增强了冻土内部的强化作用,即增加了冻土的强度的结论。
随着研究的进一步深入,有学者(Chamberlain et al.,1972;Pa ram eswa ran et al., 1981;Jo nes et al.,1983;Maw ei et al.,1993)通过试验发现,随着围压的增大,冻土的强度会出现最大值;随着围压的继续增大,强度逐渐降低。
此结论的正确与否,或高围压冻土的强度如何变化,直接关系到冻土地基的稳定性评价、人工冻结凿井工程的设计施工以及多年冻土区洞、坑、道的开挖和地震波的传播等。
为了能更好地了解冻土的高围压特性,我们在不同的围压下,对饱水冻结兰州砂土在不同温度和不同变形速率下进行了三轴压缩试验,希望能为工程实践提供可靠的理论依据。
波浪荷载作用下砂土变形特性的模拟试验研究
波浪荷载作用下砂土变形特性的模拟试验研究
张晨明;董秀竹;郭莹;栾茂田
【期刊名称】《地震工程与工程振动》
【年(卷),期】2005(25)2
【摘要】利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”模拟波浪荷载作用,对福建标准砂进行了4组三轴-扭转耦合振动剪切试验,以研究海床砂土在波浪荷载作用下的变形特性及其对砂土初始密度和固结压力的依赖性。
试验结果表明,应力-应变呈现出良好的双曲线关系,与等效线性模型理论相吻合;阻尼比和模量随应变幅值的变化规律均依赖于土体的初始密度和固结压力;归一化后的
E/Emax-ε及G/Gmax-γ曲线对相对密度和固结压力仍具有明显的依赖性;但完全归一化后的E/Emax-ε/εr及G/Gmax-γ/γr的关系曲线则与固结压力无关。
【总页数】5页(P155-159)
【关键词】波浪荷载;三轴-扭转耦合振动剪切试验;变形特性;阻尼比;模量
【作者】张晨明;董秀竹;郭莹;栾茂田
【作者单位】同济大学地下建筑与工程系;大连理工大学海岸和近海工程国家重点工程实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P315.98
【相关文献】
1.循环剪切作用下砂土变形特性的颗粒流模拟试验 [J], 沈映;胡敏云;刘延志
2.动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土变形特性的试验研究 [J], 高玉峰;王庶懋;王伟
3.循环荷载作用下粉砂土路基累积变形试验研究 [J], 张宏博;黄茂松;宋修广
4.循环荷载下砂土变形的细观数值模拟I:松砂试验结果 [J], 刘洋;周健;吴顺川
5.循环荷载下砂土变形的细观数值模拟Ⅱ:密砂试验结果 [J], 刘洋;吴顺川;周健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
砂土地震液化大变形研究进展
砂土地震液化大变形研究进展
孙恒矗
【期刊名称】《广东水利水电》
【年(卷),期】2009(000)008
【摘要】从震害现象调查、室内试验、宏观现象及计算方法研究四个方面对地震后砂土液化大变形研究进展情况进行较为详细的综述,并对其未来发展的一些方向和有待进一步研究的问题提出一些建议.
【总页数】5页(P12-16)
【作者】孙恒矗
【作者单位】广州市住宅建筑设计院,广东广州,510623
【正文语种】中文
【中图分类】TU435
【相关文献】
1.大桑水电站厂址砂土地震液化分析 [J], 杨玉娟;甘霖;李小泉
2.砂土地震液化大变形防治技术 [J], 余亦勤
3.含弱渗透性覆盖层饱和砂土地震液化特性研究 [J], 董瑞;景立平;单振东;张雷;刘廷俊
4.基于地面运动强度及标准贯入试验的上海地区砂土地震液化评价 [J], 李雪;曾毓燕;郁飞;施刚
5.砂土地震液化后大变形特性试验研究 [J], 刘汉龙;周云东;高玉峰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
单、双向振动条件下饱和粉砂变形特性对比试验研究
单、双向振动条件下饱和粉砂变形特性对比试验研究刘潇;张学;赵俭斌;侯世伟;郝哲【摘要】由于仪器水平的限制,关于土体的动力特性的研究目前多采用单向激振方式替代双向激振方式.而这两种激振方式在试验原理方面存在明显不同.很多研究表明,应力路径对土的响应有着不可忽视的影响,这两种方式相替代的合理性尚待证明.本文利用DSC2000多功能动三轴试验系统,选取尾矿砂分别在单向及双向振动条件下进行一系列饱和土的动力特性试验,对比两种激振方式作用下土体的滞回曲线以及骨干曲线的差异,分析土体在这两种振动方式下产生差异的原因,并应用双曲线模型对骨干曲线进行拟合,最后给出在进行土体变形特性试验时以单向激振方式替代双向激振方式的适用条件.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】6页(P748-753)【关键词】单、双向激振;饱和尾粉砂;变形特性;双曲线模型【作者】刘潇;张学;赵俭斌;侯世伟;郝哲【作者单位】沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168;辽宁有色勘察研究院,辽宁沈阳110013【正文语种】中文【中图分类】TU411.3Key words： uni-and bidirectionall excitation; saturated tailing silty sand; deformationchara cteristic;hyperbolic model上世纪六十年代，Seed提出地震波作用可简化为在垂直向应力保持不变条件下向土体施加规则的往复水平剪应力作用[1-3]。
这种应力状态可以采用双向激振三轴仪在轴向与径向施加相同频率、幅值和一定相位差的往复荷载来模拟。
为方便起见，在实际应用中常采用单向(轴向)振动代替双向振动模拟地震作用,而这种作用的差异对土体在动力作用下变形特性的影响直接决定采用单向动三轴代替双向动三轴试验模拟地震力的合理性和可行性。
砂土地震液化后大变形特性试验研究
应变渐近线的值， 则可将式 （!） 改写成： （(） * " !0,1 $ - 为砂土液化后应力应变曲线的初始切线斜
!)
($
"
-
)
式中
图$ 2-34 +
经坐标变换后的应力应变关系
率； !0,1 为砂土液化后应力应变曲线应变渐近线值。
51&677871&’-9 &67:;9767 -9 <-==6&691 >;;&<-9’16 7?716.
01显然用双曲线方程来表示砂土液化后的应力应变关系模型形式简洁使用方便且模型中参数的物理意义明确因为土体应力应变曲线的切线模量模型的验证为了验证用双曲线模型来表示砂土液化后应力应变关系的可行性笔者用两部分数据对模型进行了验证一部分是本次试验有效固结压力499别为398的一组数据结果见图可见试验曲线跟模型预测曲线对应关系较好
通过对试验资料以及震害调查资料的回归分析建立了
!
前
言
!
［!， )］ 一些经验的大变形预估公式 。 91H:;1 等基于室内
液化后大变形是指饱水砂土地基在地震液化后强 度极度降低， 在建筑物荷载或土体自重作用下， 地表出 现大的垂直向或侧向变形的现象， 它会使液化区的各 种地下结构、 生命线工程产生巨大的破坏。"$@- 年的 唐山 @ ? % 级大地震引起的一些桥梁的缩短； "$$# 年菲 律宾吕宋岛 @ ? % 级地震， A16:B1 市 C12D14 河岸产生的 大变形最大为 - E； 地 "$$* 年日本阪神 @ ? ! 级大地震， 震液化引起了大范围的地基侧向变形， 最大侧向变形 达 * E。地基变形导致了大量的管道设施破坏、 建筑 ［"］ 物的移动破坏等 。尽管在过去的几十年中对砂土液 化进行了广泛研究， 但研究的重点主要放在液化的影 响因素、 产生机理和条件以及液化可能性方面， 对液化 后的变形， 特别是大变形研究相对较少。对液化后大 变形的研究主要从室内和现场两个方面着手， 室内试 验研究可对大变形发生的机理、 条件、 影响因素等进行 分析， 现场研究可以从宏观上把握大变形发生的一些 规律， 并可对室内试验研究的结果进行验证。 砂土地基地震液化后大变形会引起地基的严重失 效， 产生灾难性的损失， 如能对液化后大变形进行较准 确的预测， 则可采取相应的措施使这种损失降低到较 小程度。对砂土地基地震液化后的大变形进行预测， 不少学者提出了预测方法。01E1;1、 F1GD4>DD 和 95:; 均
砂土抗剪强度的主要影响因素及其研究现状分析
砂土抗剪强度的主要影响因素及其研究现状分析高金翎(上海大学土木工程系上海200072)中图分类号：TU441文献标识码：A文章编号：1672-7894（2013）33-0110-07摘要砂土的抗剪强度是砂土的重要力学指标之一，研究砂土的抗剪强度对于工程实践具有重要的指导意义。
研究表明，影响砂土抗剪强度的主要因素有砂土的密实度、表面粗糙度、颗粒形状、颗粒级配以及试验条件的差异等。
本文从砂土抗剪强度理论出发，分析和总结了在上述各项因素作用下砂土抗剪强度的变化规律和研究现状，并提出了目前砂土抗剪强度研究中存在的一些问题，为进一步深入研究砂土的抗剪强度问题奠定了基础。
关键词砂土抗剪强度库伦公式现状发展Analysis of the Main Factors on the Shear Strength of Sandy Soil and the Current Research Situation//Gao Jin-lingAbstract Shear strength is one of the important mechanics in-dexes of the sandy soil,so the research on the shear strength of sandy soil plays an important role in engineering practice.Several studies show that compactness,the roughness of the surface,par-ticle shape,grain size distribution and test conditions and so on have an influence on the shear strength of sandy soil.Based on the theory on the shear strength of sandy soil,this paper analyzes and summarizes the change rules and the research status of the shear strength of sandy soil under the action of the above factors. At last,the author comes up with the problems existing in the current research on the shear strength of sandy soil and lays a foundation for further researches.Key words sandy soil;shear strength;Coulomb formula;current situation;development砂土是地基土中比较常见的一种土质类型。
砂土的稳态强度固结不排水三轴试验研究
流动结构、稳态线和准稳态等基本概念。
“稳态强度”是指土体在稳态变形状态下可以
动用的强度，其大小决定了土体在地震中和地震后
的稳定性和永久变形[6]。
到目前为止，人们普遍接受关于“稳态变形”
的定义是 Poulos 的定义[7，8]：对颗粒材料，“稳态
变形”是指土体在常体积、常法向有效压力、常剪
应力和常应变速率下的持续变形状态。在排水或不
1.728
F5 0.074 0.027 3.1 50.7 2.68 1.123
1.682
第 24 卷 第 22 期
魏 松等. 砂土的稳态强度固结不排水三轴试验研究
• 4153 •
累积百分比/%
100 90 80
70 60 50 40 30 20 10 0 10.000
F2 砂土 F5 砂土
1.000
saturated loose sand during CU triaxial shear test
3 试验方法简介
本试验所用 F2 和 F5 砂土样分别取自土坝的坝 基和坝体部位，为固结不排水三轴试验。砂土样的 物理性质指标及颗分曲线分别见表 1 和图 3。
试验步骤和方法：(1) 砂土样采用湿击样法制 备(根据文[14]，该法可以得到较大范围孔隙比的试 样)，试样直径 D = 3.91 cm、高 h = 8 cm，分 5 层击 实；(2) 采用试样在压力室内抽气饱和的方法[15]，
200
100
0
0
200
400
600
p′/%
(c) F2 砂土样(ρd= 1.40 g/cm3)
400 围压/kPa
100
300
200
300
400 200
高温高压环境下钻井液浆体变形特性研究
高温高压环境下钻井液浆体变形特性研究引言钻井是石油勘探开发的重要环节之一，而钻井液则是钻井过程中不可或缺的一部分。
在高温高压环境下，钻井液的流变性质会发生变化，导致液体的变形特性产生重要影响。
本文将探讨高温高压环境下钻井液的浆体变形特性研究。
一、高温高压环境对钻井液的影响在油气开采过程中，随着井深的增加，地层温度和压力也会相应升高。
在高温高压环境下，钻井液的性能受到显著影响，如黏度的增加、流变性质的改变等。
因此，研究高温高压环境下钻井液的浆体变形特性具有重要意义。
二、高温高压环境下钻井液的流变学特性研究为了研究高温高压环境下钻井液的流变学特性，研究者们通常采用一系列实验手段，如旋转陀螺仪、留浆试验等。
旋转陀螺仪是一种常见的测试高温高压条件下钻井液流变特性的设备。
通过旋转陀螺仪的转速和浆体的黏度，可以计算出钻井液的剪切应力和剪切速率。
这些参数可以用来判断钻井液在高温高压条件下的流变学特性，进而调整钻井液的配方。
留浆试验是另一种常用的测定高温高压环境下钻井液流变学特性的方法。
通过将钻井液放置在高温高压的容器中，在一定时间内观察其保持形态或塑性的能力，可以得出钻井液的黏度、流动性和稳定性等参数。
三、高温高压环境下钻井液的变形特性研究高温高压环境下钻井液的变形特性是指钻井液在应力作用下的形状变化和变形行为。
为了研究钻井液浆体的变形特性，研究者们通常采用多种测试手段，如剪切试验、膨胀试验等。
剪切试验是一种常用的测试钻井液浆体变形特性的方法。
通过给钻井液施加一定的切向力（剪切力），研究者可以观察到钻井液的变形行为，了解其流体性质和流变学特性。
膨胀试验是测定钻井液在高温高压下的膨胀性的实验方法。
通过给钻井液施加压力，并观察其体积的变化，可以推断出钻井液在高温高压环境下的变形特性。
结论高温高压环境对钻井液的流变学和变形特性有着显著影响。
研究者通过采用旋转陀螺仪、留浆试验、剪切试验、膨胀试验等方法，来研究高温高压环境下钻井液的浆体变形特性。
土力学砂土压缩参数试验
土力学砂土压缩参数试验土力学是土木工程中的重要学科之一，主要研究土壤的物理力学性质及其在工程设计中的应用。
其中，砂土是土力学中的一个重要分支，对于砂土的压缩参数试验，是研究和确定砂土力学特性的关键步骤。
砂土是由颗粒直径在0.05mm到2mm之间的颗粒组成的土壤，具有颗粒间间隙较大、排水性能良好的特点。
由于其易于堆积和流动的性质，广泛应用于土石方工程、地基处理、路基工程等领域。
而砂土的压缩及变形性质，对工程结构的稳定性和变形性能有着重要的影响。
在砂土压缩参数试验中，主要研究的两个参数是压缩模量和固结指数。
压缩模量是指砂土在一定荷载作用下发生压缩变形时所表现出的抵抗力。
固结指数是指砂土在外荷载作用下的固结变形与时间的关系。
这两个参数的测试方法和结果对于工程设计和工程施工具有重要的指导意义。
常见的砂土压缩试验方法有大型卸荷仪法、小型试样法和压桶试验法。
在进行试验前，首先需要采集砂土样品，并根据需求进行常规实验室试验，如比重、含水量等的测试。
随后，可以选择适合的试验方法，进行压缩参数的测试。
大型卸荷仪法是一种常用的砂土压缩试验方法。
它通过施加不同大小的荷载于大型试样上，并在荷载卸除后进行变形观测，以确定砂土的压缩模量和固结指数。
这种方法操作相对复杂，需要较大的试验设备，适合于研究较大规模的土体压缩性质。
相比之下，小型试样法则是另一种常见的砂土压缩试验方法。
它仅需采集较小的试样，使用小型试验设备进行试验。
尽管试样规模较小，但是通过对试样所受荷载和压缩变形的测量，同样可以得到较为准确的压缩参数。
这种方法相对简便，适合于快速的压缩参数试验。
压桶试验法是一种介于大型卸荷仪法和小型试样法之间的试验方法。
它采用直径较小的桶形试样，通过施加不同大小的荷载并观测相应的变形，确定砂土的压缩模量和固结指数。
与小型试样法相比，压桶试验法在一定程度上兼顾了试验成本与试验结果之间的关系。
无论采取何种试验方法，砂土的压缩参数试验都是工程设计和施工中不可或缺的环节。
砂黏土变形与强度特性的大型三轴试验研究
（ 中南大 学 土木 建 筑学 院， 南 长 沙 ４ ０ ７ ） 湖 １０ ５
摘 要： 通过 大型三轴试验 ， 对不 同压 实度及不 同加筋条件 下砂黏 土的应 力应 变特性 、 抗剪强度进行 了对比分析 ， 讨 了试 探
验现象的 内在机理 。结果表 明， 高压 实度低 围压下应力应 变关 系呈微 软化 型 ， 密 实度及 高 围压 下呈硬 化型 ， 低 黏聚 力随压 实度的提 高呈指数增长 ， 内摩擦 角变化 不明显 ； 筋机理符合 “ 加 准黏 聚力理论 ” 。
Ａｂｓｒ ｃ ： ｈ ｔｅ ｓ—ｓｒ ｉ ｅ ａｉｎ ｈ ｐ ａ ｄ ｓｒ ｎｇｈ ｏ ａ ｄ ｌ ｙ ｕ ｄ ｒｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｒ ｅ ｏ ｏ ａ ｔ ｎ ａ ｄ ｒ — ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓｒ ｓ ｔａｎ ｒｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔｅ ｔ ｆｓ ｎ ｙ ｃ ａ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｄ ｇ ｅ ｆｃ ｍｐ ｃ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ ｏ ｉｆ ｒ ｅ ｎ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｄ ｔ ｉｅ ｌ ． Ａｔｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｎ ｃ ｍｅ ｔａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｅ ａｌｄ ｙ ｏ ｈ ａ ｉ ｍｅ，ｔ ｅ ｉ ｈ ｒ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｆｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｐｈ ｎ ｍｅ ａ ｉ ｈ ｎ ｅ ｅ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｏ ｎ ｓ
ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ． Ｔｅ ｔｒ ｓ ｈｓ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｕ ｄ ｒ ｈ ｇ ｏ ｉｃ ｓ ｅ ｓ ｅ ｕ ｎ ｉ ａｅ ｔ ａ ｎ ｅ ｉ ｈ ｃ ｍｐａ ｔ ｎ ｄ ｇ ｅ ａ ｄ ｌｗ ｏ ｆｎｎ ｒ ｓｕ ｅ ａ ｄ ｌｙ ａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｒ ｅ ｎ ｏ ｃ ｎ ｉｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｓ ｓ ｎ ｙ ｃａ ｒ ｏ ｉ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ ｔａ ｎ ｏ ｅ ｉ ｇ， ｗｈ ｌ ｕ ｄ ｒ ｈ ｇ ｏ ｆｎ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｒ ｌ ｗ ｏ ａ ｔ ｎ ｄｅ ｒ ｅ ｔ ｅ ｅ ｈ ｂｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｅ ｙ ｓｒ ｉ ｓ ｆ ｎ ｎ ｉ ｔ ｉｅ ｎ ｅ ｉｈ ｃ ｎ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｏ ｃ ｍｐ ｃｉ ｇ ｅ ｈ ｙ ｘ ｉ ｉ ｉ ｏ
高温作用后砂岩力学性质研究
高温作用后砂岩力学性质研究杨礼宁;姜振泉;张卫强;耿济世【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2016(038)002【摘要】In this study,we conducted a number of mechanical experimentson sandstone samples from Junan County,Linyi City,in order to investigate the mechanical properties of the sandstone samples after being subjectedto high temperatures,ranging from 25 ℃ to 850 ℃.We plotted the peak strength and deformation displacement curves of the sandstone samples,based on the re-sults of the uniaxial stress experiments under different temperatures.We observed the changes and differences in the sample microstructures after different temperatures using scanning electron microscope (SEM)technology.The results of the sandstone samples'uniaxial stress tests are as follows:(1)At temperatures between 25 ℃ an d 400℃,the peak strength of the sandstone sam-ples appears to fluctuate,but the overall strength changes only slightly.This means that the samples share the same mechanical properties,and the strength of the samples under these tem-peratures is steady.(2)When the temperature is higher than 400 ℃,the peak strength of the sandstone samples begins to decline rapidly.(3 )With increasing temperature,the overall de-formation displacement of the sandstone samples increases as well,growing very slowly,but in-creasi ngly,when the temperature is higher than 400 ℃.Inaddition,the SEM images show that the pores and fissures of the sandstone samples sharply increase when temperature reaches400 ℃.Cement particles in the samples begin to disappear when the temperature reac hes 500 ℃. The study shows that the macroscopic mechanical properties of sandstone change radically at high temperatures.%对临沂市莒南县砂岩进行经历25～850℃高温作用后的力学试验。
砂性土湿化变形试验研究
文章编号:100926825(2007)0820115202砂性土湿化变形试验研究收稿日期622作者简介罗云华(2),男,硕士,助理工程师,广东省电力设计研究院,广东广州 56傅旭东(662),男,教授,武汉大学土木建筑学院,湖北武汉 3罗云华 傅旭东摘 要:结合某工程实际,通过对不同相对密度的砂土样的湿化变形试验,分析了不同相对密度砂性土的湿化变形规律,总结出砂性土在浸水后的变形模量及邓肯参数的变化规律。
关键词:砂土,湿化变形,邓—肯模型中图分类号:TU441.4文献标识码:A 某高速公路路基,由于市政建设的需要,需在该路基的坡脚处新修筑一条排水沟,建成后大量水体将浸入路基中,对该路基的稳定性将带来一定的影响。
为了综合评价该砂土路基在浸水后的稳定性,文中试图通过一系列的试验工作,对砂土路基的湿化变形特性进行较全面的分析研究。
1 湿化变形的概念土的湿化变形是指在一定的应力条件下浸水湿化,其颗粒首先发生软化、棱角破碎,然后相互滑移、填充,从而导致体积缩小的现象。
砂土在浸水前是非饱和的,尽管在施工过程中碾压,仍然不能很密实,浸水后土颗粒间受到水的润滑,在自重作用及外荷作用下将重新调整排列,改变原来的结构,使土体压缩下沉,这种现象就称为湿化,由此而产生的竖向变形量,就称为湿化沉降。
对于各向等压湿化,湿化变形主要表现为压缩现象,并呈现各向异性特点,当围压较低,湿化应力水平较低时,主要表现为湿化压缩;当湿化应力水平较高时,主要表现为湿化沉降及侧向膨胀现象。
2 室内试验研究通过一系列的室内试验,研究砂性土的湿化变形特性,并且研究在不同干密度条件下的湿化变形规律,也即研究在不同相对密度条件下,湿化因素对砂性土路基变形特性的影响。
1)通过相对密度试验,求得砂土样的最大、最小孔隙比,从而求得砂土样不同状态下砂土样的相对密度。
试验结果为:最大孔隙比为1.11,最小孔隙比为0.58,根据实际工程情况,取两组试样的相对密度分别为:D r =0.835和D r =0.375。
砂岩高温后的力学特性
第26卷第10期岩石力学与工程学报V ol.26 No.10 2007年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2007砂岩高温后的力学特性吴刚1，邢爱国1，张磊2(1. 上海交通大学土木工程系，上海 200240；2. 上海黄浦江大桥建设有限公司，上海 200090)摘要：对焦作砂岩在常温及经历100 ℃～1 200 ℃温度作用后的力学特性进行试验研究，详细分析加温后砂岩的表观形态、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比以及应力–应变全过程曲线等的变化情况，并对砂岩的高温劣化机制作初步探讨。
研究表明，高温使砂岩的表观形态发生改变；在400 ℃以内，温度对砂岩的力学性能影响不大，加温对砂岩的某些力学指标有一定的增强作用；但经历的温度超过400 ℃后，随受热温度升高砂岩的力学性能发生劣化，砂岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低，而800 ℃前砂岩的峰值应变随温度的升高而大幅增加；砂岩的变形大体随经历温度的升高而增大；600 ℃前砂岩的泊松比随经历温度的升高而减少，而后呈上升趋势。
温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化。
关键词：岩石力学；砂岩；高温；峰值应力；峰值应变；弹性模量；泊松比中图分类号：TU 458 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)10–2110–07MECHANICAL CHARACTISTICS OF SANDSTONE AFTER HIGHTEMPERATURESWU Gang1，XING Aiguo1，ZHANG Lei2(1. Department of Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai200240，China；2. Shanghai Huangpu River Bridge Construction Company Ltd.，Shanghai200090，China)Abstract：The laboratory tests are done for studying on the mechanical properties of Jiaozuo sandstone after undergoing different high temperatures. The temperature varies in the range of 20 ℃，100 ℃，150 ℃，200 ℃，400℃，600 ℃，800 ℃，1 000 ℃ and 1 200 ℃. The scopes of this study include apparent shape，peak stress，peak strain， modulus of elasticity，Poisson′s ratio and stress-strain curve of sandstone. The degradation mechanism of sandstone in high temperature is discussed briefly. The test results show that high temperature leads to the changes of apparent shape for sandstone，the temperature does not obviously affect the mechanical properties and heating reinforces some mechanical indexes of sandstone in the temperature ranging from room temperature to 400 ℃. When the temperature is above 400 ℃，the mechanical properties of sandstone present deterioration with the increase of temperature，and the peak stress and modulus of elasticity sandstone decrease in different extents. The peak strain of sandstone increases by a big margin before 800 ℃. The deformation of sandstone increases generally with the rising of temperature. The Poisson′s ratio of sandstone presents increasing before 600 ℃，and then decreasing as the temperature increases. Thermal stress，changes of minerals formation and microstructure due to temperature result in the changes of mechanical properties and degradation of sandstone.Key words：rock mechanics；sandstone；high temperature；peak stress；peak strain；modulus of elasticity；Poisson′s ratio收稿日期：2007–03–30；修回日期：2007–05–28基金项目：国家自然科学基金资助项目(40272115，40602035)作者简介：吴刚(1962–)，男，博士，1995年毕业于同济大学地下建筑与工程系结构工程专业，现任副教授，主要从事岩土力学方面的教学与研究工作。
压实黄土变形特性研究与应用_黄雪峰
区广泛分布。西北地区多山、多沟壑丘陵的地貌限 制了城市的发展空间，同时由于人类活动导致的自 然灾害也频繁发生。随着国家西部大开发战略的实
收稿日期：2014-02-20 基金项目：陕西省科技统筹创新工程计划课题(No. 2012KTDZD03-04)。 第一作者简介：黄雪峰，男，1960 年生，博士，教授，硕士生导师，主要从事特殊土与非饱和土、桩基工程等方面的教学与研究工作。 E-mail: hxfen60@
2随着压实度的升高试样遇水增湿变形量所占的比例是增加的相反其压缩固结变形量所占比例则是减小的即压实度越高总变形量越小遇水增湿变形量占总变形量的比例越大压缩固结变形量占总变形量的比例越6结论i压实黄土在侧限条件下的应力一应变关系可以用gunary模型见式5进行拟合相关系数均大于09909且稳定性高是最佳的拟合方式
第 35 卷增刊 2 2014 年 10 月
文章编号：1000－7598 (2014)增 2－0037－08
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.35 Supp.2 Oct. 2014
压实黄土变形特性研究与应用
黄雪峰 1, 2，孔 洋 1，李旭东 2，马 龙 1，杨宝山 3
（1. 兰州理工大学 土木工程学院，兰州 730050；2. 解放军后勤工程学院 军事建筑工程系，重庆 401331； 3. 信息产业部电子综合勘察研究院，西安 710054）
摘
要：黄土高填方成为岩土工程领域新的研究课题，研究前景非常可观。针对延安新区黄土高填方工程做了大量的室内压
缩固结试验和增湿变形试验，讨论了压实黄土的变形特性，构造了压实黄土应力-应变关系的最佳拟合模型，并且利用试验 数据对百米高填方在不同压实度条件下的压缩固结变形量及增湿变形量进行了预测， 分析了各种变形量所占的比例。 结果表 明，（1）压实黄土在侧限条件下的应力-应变关系可以用 Gunary 模型拟合；（2）压实黄土在低压实度时低压下产生湿陷变 形，高压不产生，中等压实度时低压下不产生湿陷性变形，但高压产生；随着压实度的继续增大，低压及高压下均不产生压 实黄土的湿陷性变形；（3）在最优含水率条件下，利用试验数据对百米高填方在不同压实度下的工后沉降量进行预测，可 指导现场施工并检验施工质量；（4）压实黄土压实度越高，总变形量越小，遇水增湿变形量占总变形量的比例越大，压缩 固结变形量占总变形量的比例越小。 关 键 词：黄土高填方；高压固结；变形特性；Gunary 模型；割线模量；相关系数 文献标识码：A 中图分类号：TU 444
砂土压缩性变特性定量研究
砂土压缩性变特性定量研究第一章前言砂土是一种常见的土壤类型，其物理力学性质对于土地的利用和土地安全管理具有重要的意义。
其中，砂土的压缩性变特性是研究砂土力学性质的一项重要内容。
定量地研究砂土的压缩性变特性，能为基础设施工程中的土力学问题提供重要的理论和实际依据。
第二章砂土的压缩性变特性2.1 砂土压缩砂土在受外力作用下会发生压缩，随着施加压力的增加，体积开始减小，直到到达最终体积，即压缩后的状态。
对于不同密度、不同含水量的砂土，在施加相同压力下，其压缩比也不同。
2.2 砂土的弹性模量和压缩模量弹性模量是砂土对外界作用力产生变形时，恢复原状的能力大小。
在弹性阶段，砂土遵循胡克定律，弹性模量可以通过应力-应变曲线上的斜率计算得到。
压缩模量是当砂土发生压缩变形时，每单位压力下所形成的体积减小量与压力的比值，由于砂土在不同密度和含水量下的压缩比不同，所以不同条件下的压缩模量也不同。
2.3 砂土的固结特性砂土在遭受荷载后，由于内部较空隙率的结构特点而遭受压缩而变形，称之为固结。
固结具有可逆性，即当荷载消失后，土体会发生反向回弹。
固结是一种宏观变形，同时涉及到内部微观结构的重构。
因此，研究砂土的固结特性对于制定土工材料的合理使用和工程施工具有重要的意义。
第三章砂土压缩性变量的定量研究3.1 基于固结性的实验通过实验室的模型制作，在不同固结度下施加相同荷载，记录砂土的体积和重量的变化，计算土体的压缩比和固结特性。
该方法适合于单一条件下砂土的性质研究。
3.2 基于数值模拟的研究通过数值模拟软件建立砂土模型，设定不同运载条件下砂土模型的压缩比和固结特性，拟合实现模型的复杂性。
该方法适合于多条件下研究砂土的性质变化规律。
3.3 基于场调研的研究采用现场调查方法，分别在不同地质环境下开展调研和采集样品，实现砂土物理力学性质的测定和分析。
该方法成本较低，适合于大面积研究和实地考察。
第四章实例分析4.1 砂土修路工程中的力学问题在砂性路基中，长期交通荷载下可能会引发路况不良问题，考虑固结效应对路况的影响，能在制定路线和道路设计时起到较为实际的指导作用。
水泥土力学及变形特性研究
Байду номын сангаас
水泥土力学及变形特性研究
梅毕祥 （南昌金开集团， 江西 南昌 330029）
中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号 1007-6344（2019）11-0347-01
摘要：水泥土是新桩型“旋喷搅拌加劲抗拔桩”桩身的重要组成材料。通过对国内外有关水泥土的文献综合研究，从其力学及 变形特性两个方面，提出了 各自的研究成果，供后续工作参考使用。
关键词：水泥土；加劲抗拔桩；力学指标；变形指标
0 引言
笔者最近参与了一种新桩型“旋喷搅拌加劲抗拔桩”的工作机理和计算方法 的研究工作。该桩型桩身主要由高压旋喷水泥土桩体构成，桩体内配置了多个钢 制构件，包括高强度钢绞线、锚板(或称压力分散板)、防腐钢管及钢制桩头等。
为了更好地探究该桩型的工作机理，首先必须对水泥土材料的力学和变形特 性进行深入的了解。另一方面，如同钢绞线-混凝土粘结强度与混凝土抗压强度相 关一样，钢绞线-水泥土之间的粘结作用与水泥土材料特性(如抗压强度、抗剪强度 等)也有关联。
上述学者研究的出发点大多是考虑单一因素变化对强度指标的影响，其应用 条件多与实践不符。少数几位学者探讨了多参数变化的联合影响，提出水泥土抗 压强度的预测公式。Williamson(2014)[6]对以往公开发表的水泥土试验数据进行了重 新分析，发现水泥土的 7 天无侧限抗压强度与无量纲参数 D 呈线性关系。无量纲 参数 D 整体上反映了水泥土各组成部分的特性及相对比例对水泥土性能的影响， 与含水量、水泥土含率、压实孔隙比、土体/水泥的比表面积等相关。该线性关系 式为测算水泥土的抗压强度提供了便利。Horpibulsk(2011)[7]对掺入了水泥的曼谷粘 土强度进行了室内和现场试验。经研究发现，当粘土的液限指数在 1~2 之间时， 水灰比 wc/C 是控制水泥土实验室抗压强度值的关键参数。基于上述规律和 Abrams 法则，作者提出了考虑不同养护时间及水灰比条件下的强度预测公式，并用室内 试验进行了验证。
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第 35 卷 第 11 期
陆 勇等：常压至高压下砂土强度、变形特性试验研究
• 2371 •
力学特性，也为将来获取不同初始孔隙比砂样的力 学特性参数提供参考。经过称量计算得到“落雨” 法制得的砾砂、粗砂、细砂的试样密度ρ分别为 1.458×10－6，1.469×10－6，1.516×10－6 kg/mm3，初 始孔隙比 e 分别为 0.815，0.802，0.748。
学特性指标；(3) 砂土材料在常压至高压范围内的剪切过程中存在较明显的临界状态现象，临界状态曲线与等向
压缩曲线形态相同均呈指数衰减型并在高压条件下产生交叉，两者共同构成砂土材料的状态区间能够体现常压至
高压范围内的剪胀与剪缩特征。
关键词：土力学；高压；等向压缩曲线；临界状态曲线
中图分类号：TU 432
5 mm
3 mm
5 mm
3 mm
1 mm 1 mm
P/kPa
0
3 000
6 000
9 000
0
－0.5
ΔV/(105 mm3)
－1.0
－1.5 －2.0
砾砂 粗砂 细砂
－2.5
图 3 3 种粒组砂土的等向压缩固结体变–围压关系 Fig.3 Relationships between volume change and confining
1引言
砂土材料是最常见和最具代表性的颗粒岩土介 质，其物理力学特性以及工程特性被物理界与岩土 界的众多学者关注。随着高土坝建设的兴起及深部 地下工程的开发，产生的超大荷载造成岩土体中石 英砂、砾石等发生颗粒破碎，常规压力下的砂土力 学特性不再适用，这也促使高压条件下的砂土力学 特性作为岩土领域中的重要问题逐渐被众多学者所 研究。
收稿日期：2016–03–21；修回日期：2016–07–31 基金项目：江苏省高校自然科学研究面上项目(15KJB170017)；住房和城乡建设部科技计划资助项目(2015–K4–034)；国家自然科学基金面上项目 (51378327) Supported by the Natural Science Research Project of Jiangsu Province(Grant No. 15KJB170017)，Ministry of Housing and Urban Rural Construction Science and Technology Project of China(Grant No. 2015–K4–034) and National Natural Science Foundation of China(Grant No. 51378327) 作者简介：陆 勇(1987–)，男，博士，2009 年毕业于中国矿业大学土木工程专业，现任讲师，主要从事岩土材料力学特性及岩土数值分析方面的教 学与研究工作。E-mail：cumtluyong@ DOI：10.13722/ki.jrme.2016.0273
H. Q. Gordor 和 T. N. W. Akroyd[1]在 1954 年对 黏质砂、粉质砂开展了最大围压 4.5 MPa 的三轴试 验，试验结果表明，砂的内摩擦角随围压的增大而 减小，黏质和粉质砂土的内摩擦角减小现象不明显。 A. S. Vesic 和 G. W. Clough[2]对砂土进行的围压高达 69 MPa 的三轴压缩试验，获得不同围压条件下的砂 土割线摩擦角，表明砂土剪切体变特性、强度包络 线与围压的变化密切相关。M. D. Bolton 等[3-9]从微观 角度对高压下的颗粒土的力学特性进行研究，采用 高分辨率的观测仪器和离散元数值模拟方法取得普 通连续介质力学所不能开展的研究成果。F. A. Chuhan 等[10]开展了不同种类砂的压缩试验，最大压 力达到 50 MPa，采用切片技术观察了高压下的砂土 破碎现象，认为粗糙砂颗粒较相对圆润砂颗粒的破 碎更为显著。I. Einav[11-12]发表了破碎力学第一、二 部分，对颗粒破碎从理论分析与模型计算两个角度 进行了探讨。Y. Erzin 和 I. Yilmaz[13]对取自东京不 同区域的 Anatolian 砂进行了一维压缩试验与三轴 剪切试验，得出砂土中的石英成分越高、方解石成 分越低，颗粒破碎程度越小；同样也发现砂土的密 实程度增大，颗粒破碎也越加显著。随着近些年国 内大型工业、民用以及能源工程建设的兴起，堆石、 砂石、粗粒料等的颗粒破碎对工程稳定性产生的影 响受到了重视，也促进了国内对高压土力学的深入 研究。目前国内针对此类问题的研究主要集中于粗 粒土颗粒破碎的度量方法、颗粒破碎对强度和变形 的影响、颗粒破碎的影响因素以及颗粒破碎的仿真 模拟等[14-25]。
论文在前人研究基础上采用室内三轴压缩剪切
试验设备开展常压至高压条件下的砂土力学试验， 系统分析砂土在常压至高压范围内的强度、变形特 性及特性演变规律，以期能够将常压至高压范围的 强度、变形特性进行统一描述，并最终促进砂土高、 低压统一模型的构建。
2 试验系统、材料及方案
2.1 试验系统、材料 不同压力水平下砂土强度、变形特性的三轴剪
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2016)11–2369–08
Experimental study of strength and deformation characteristics of sand under different pressures
LU Yong1，ZHOU Guoqing2，GU Huan016 年
pressure. Both the critical state curve and the isotropic compression curve declined exponentially and crossed each other under the high pressure. Two curves together constituted the state interval of sand which reflects the shear dilation and shear contraction. Key words：soil mechanics；high pressure；isotropic compression curve；critical state curve
图 2 为 3 种粒组砂土在 1.6 MPa 围压条件下试 验前、等向压缩后以及三轴剪切后的试样扫描图片， 用于定性分析 3 种粒组砂样的颗粒破碎现象及其对 砂土力学特性的影响。
3 试验成果
3.1 等向压缩结果 对 3 种粒组砂土分别进行了 0～8 MPa 围压条
件下的等向压缩试验，以研究不同粒组砂土在常压 至高压下的固结压缩特性。试验中忽略水体压缩变 形，同时高压三轴试验仪的压力室以及进排水通道 均为钢制材料，也已避免了压力室变形。对等向压 缩试验中采集到的等向围压 P、体变ΔV 进行整理得 到砂土的等向压缩曲线(见图 3)。
(a) 中、常压三轴试验仪
(b) 高压三轴试验仪
图 1 GDS 三轴试验设备
Fig.1 GDS triaxial apparatus
为能考虑颗粒尺寸对砂土强度、变形特性的影 响，同时也为将来对更大尺寸范围内的粗粒土材料 进行分析，试验采用 ISO 标准砂经筛分获得不同粒 径范围的干砂试样，即砾砂(1～2 mm)、粗砂(0.5～ 1 mm)及细砂(0.075～0.25 mm)作为试验材料。各组 试验的试样制备均采用“落雨”法进行，旨在探究 某一特定制样方法获得的砂土材料在常压至高压下
摘要：砂土材料常压至高压下的强度、变形特性是构建砂土模型的首要问题。开展 3 种粒组砂土 8 MPa 围压范围
内的等向压缩试验以及 0.2～6.4 MPa 围压范围内的三轴剪切试验，将砂土常压至高压范围内的力学特性进行系统
分析，以获得能够将常压至高压范围内的强度、变形特性进行统一描述的力学参数。通过研究发现：(1) 砂土在
第 35 卷 第 11 期 2016 年 11 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.35 No.11 Nov.，2016
常压至高压下砂土强度、变形特性试验研究
陆 勇 1，周国庆 2，顾欢达 1
(1. 苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215011； 2. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221116)
高压下出现一定量的颗粒破碎，改变了砂土的剪切耗能机制，使得砂土三轴压缩剪切由剪胀软化特征向剪缩硬化
特征转变；(2) 砂土材料的三轴压缩剪切峰值应力比受砂土粒径、围压共同影响，M-C 强度准则在高压条件下不
再适用；而残余应力比则基本不受粒径、围压的影响，是典型的无黏性摩擦型岩土力学参数，应作为砂土基本力
Xuzhou，Jiangsu 221116，China)
Abstract：The isotropic compression tests and triaxial shear tests were carried out for 3 different groups of sand. The mechanical properties of sand were analyzed in detail. A certain amount of particle breakage occurred under high pressure，which changed the shear energy consumption and led to a transition from shear dilation and softening to shear contraction and hardening. The particle size of sand and the confining pressure affected the peak stress ratio of sand. The classical M-C strength criterion was found to be not applicable anymore under the high pressure condition. However，the strength formula of the residual stress ratio was hardly affected by the particle size and the confining pressure. The residual stress ratio was a typical cohesionless frictional geomaterial property. The sand showed notably critical state phenomenon in the shearing process from common pressure to high