周期性饱水砂泥岩颗粒混合料工程特性研究

当砂泥岩颗粒混合料用作大型水库库岸等涉水T程的建筑填料时，必然因库水位升降变化经受周期性饱水作用，其劣化效应可能引起沿岸结构物发生变形、开裂甚至失稳。如何在涉水工程中利用好砂泥岩颗粒混合填料，已成为亟待解决的关键科学问题。本书通过系列室内试验和理论分析，提出了周期性饱水室内模拟试验方法，查明了周期性饱水作用下砂泥岩颗粒混合料的强度与变形特性，揭示了周期性饱水劣化机理和劣化演化过程，并构建了劣化本构模型。该研究成果为解决砂泥岩颗粒混合料在涉水工程中的利用问题提供了理论支撑，具有重要的理论意义和工程价值。本书可供水利、土木、交通工程领域的研究人员、工程技术人员及研究生参考使用。

《岩石力学与工程研究著作丛书》序
《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话
前言
第1章 绪论 1
1.1 周期性饱水作用的研究现状 1
1.2 砂泥岩颗粒混合料工程特性的研究现状 3
1.3 本书主要内容 5
参考文献 5
第2章 周期性饱水砂岩和泥岩的力学特性 8
2.1 砂岩和泥岩的物理力学性质 8
2.2 周期性饱水试验方法 9
2.2.1 试样特征 9
2.2.2 试验设备及辅助装置 10
2.2.3 试验方案 11
2.2.4 周期性饱水试验步骤 11
2.3 周期性饱水砂岩和泥岩的吸水特性 12
2.3.1 岩石吸水率计算方法 12
2.3.2 吸水性试验结果 12
2.3.3 周期性饱水作用对岩石吸水率的影响 13
2.4 周期性饱水砂岩单轴压缩力学特性 14
2.4.1 砂岩单轴压缩试验 14
2.4.2 砂岩单轴压缩试验结果 14
2.4.3 周期性饱水对砂岩单轴压缩力学特性的影响 19
2.5 周期性饱水泥岩单轴压缩力学特性 21
2.5.1 泥岩单轴压缩试验及试验结果 21
2.5.2 周期性饱水对泥岩单轴压缩力学特性的影响 24
2.6 周期性饱水砂岩和泥岩的劣化效应 26
2.7 本章 小结 27
参考文献 27
第3章 砂泥岩颗粒混合料周期性饱水试验方法 30
3.1 砂泥岩颗粒混合料的渗透特性 30
3.1.1 试样制备及试验方案 30
3.1.2 渗透系数和临界水力梯度计算方法 32
3.1.3 水平渗透特性 33
3.1.4 垂直渗透特性 33
3.1.5 各向异性渗透特性 34
3.2 砂泥岩颗粒混合料室内试验试样制备方法 34
3.2.1 三轴压缩试验试样的制备方法 34
3.2.2 非三轴压缩试验试样的制备方法 35
3.3 三轴压缩试验试样的周期性饱水试验方法 36
3.3.1 周期性饱水试验方法原理 36
3.3.2 周期性饱水试验方法优化 38
3.3.3 周期性饱水试验方法确定 44
3.4 单向压缩和静止侧压力系数试验试样的周期性饱水试验方法 45
3.5 直接剪切试验试样的周期性饱水试验方法 46
3.6 本章 小结 47
参考文献 47
第4章 静止侧压力系数及压缩变形特性 50
4.1 单向压缩流变特性 50
4.1.1 试验仪器 50
4.1.2 流变试验方法 52
4.1.3 流变试验结果 54
4.1.4 分段流变计算模型 57
4.1.5 颗粒破碎试验结果及流变机理 66
4.2 静止侧压力系数 69
4.2.1 试验方法及试验方案 70
4.2.2 试验结果及分析 73
4.2.3 静止侧压力系数计算方法的讨论 80
4.3 单向压缩变形特性 84
4.3.1 试验方法及试验方案 84
4.3.2 试验结果及分析 85
4.3.3 周期性饱水压缩变形计算方法 86
4.4 大粒径颗粒对周期性饱水压缩变形特性的影响 90
4.4.1 试验方法及试验方案 90
4.4.2 大粒径颗粒粒径的影响 92
4.4.3 大粒径颗粒含量的影响 98
4.4.4 室内试验大粒径的尺寸效应 103
4.5 本章 小结 108
参考文献 109
第5章 直剪强度及变形特性 113
5.1 试验土料及试验方案 113
5.1.1 试验土料及试样特征 113
5.1.2 试验仪器及试验方案 115
5.1.3 试验数据分析方法 117
5.2 天然状态砂泥岩颗粒混合料抗剪强度特性 118
5.2.1 颗粒级配对天然状态抗剪强度特性的影响 118
5.2.2 泥岩颗粒含量对天然状态抗剪强度特性的影响 123
5.2.3 试样干密度对天然状态抗剪强度特性的影响 128
5.2.4 含水率对天然状态抗剪强度特性的影响 131
5.3 饱水状态砂泥岩颗粒混合料抗剪强度特性 135
5.3.1 颗粒级配对饱水状态抗剪强度特性的影响 135
5.3.2 泥岩颗粒含量对饱水状态抗剪强度特性的影响 139
5.3.3 试样干密度对饱水状态抗剪强度特性的影响 143
5.4 湿化作用对抗剪强度特性的影响 146
5.4.1 湿化作用对不同颗粒级配试样抗剪强度特性的影响 147
5.4.2 湿化作用对不同泥岩颗粒含量试样抗剪强度特性的影响 149
5.4.3 湿化作用对不同干密度试样抗剪强度特性的影响 150
5.4.4 湿化作用对不同饱和度试样抗剪强度特性的影响 152
5.5 浸泡时间对抗剪强度特性的影响 152
5.5.1 应力-应变曲线及抗剪强度 152
5.5.2 浸泡时间对黏聚力的影响 155
5.5.3 浸泡时间对内摩擦角的影响 156
5.6 周期性浸泡次数对抗剪强度特性的影响 156
5.6.1 应力-应变曲线及抗剪强度 156
5.6.2 周期性浸泡次数对黏聚力的影响 157
5.6.3 周期性浸泡次数对内摩擦角的影响 159
5.7 泥岩颗粒含量对周期性饱水抗剪强度特性的影响 160
5.7.1 应力-应变曲线及抗剪强度 160
5.7.2 泥岩颗粒含量对黏聚力的影响 161
5.7.3 泥岩颗粒含量对内摩擦角的影响 162
5.8 往复剪切次数对周期性饱水抗剪强度特性的影响 163
5.8.1 应力-应变曲线及抗剪强度 163
5.8.2 抗剪强度指标 175
5.9 本章 小结 181
参考文献 181
第6章 疏干状态三轴强度及变形特性 184
6.1 试验土料及试验方案 184
6.1.1 试验土料 184
6.1.2 试验方案 186
6.1.3 试样安装 186
6.1.4 试验设置及运行 187
6.2 湿化试验结果及分析 189
6.2.1 应力-应变曲线及体积应变-轴向应变关系 189
6.2.2 应力水平对湿化变形的影响 192
6.2.3 湿化体积应变-轴向应变关系 193
6.2.4 湿化对抗剪强度的影响 194
6.2.5 湿化对残余强度的影响 197
6.2.6 湿化对弹性模量的影响 199
6.3 砂泥岩颗粒混合料试验结果及分析 199
6.3.1 应力-应变曲线及体积应变-轴向应变关系 199
6.3.2 轴向应变劣化规律及其演化方程 204
6.3.3 体积应变劣化规律及其演化方程 210
6.3.4 非线性抗剪强度劣化规律及其演化方程 214
6.3.5 周期性饱水作用对残余强度的影响 220
6.3.6 周期性饱水作用对弹性模量的影响 223
6.4 纯砂岩颗粒料试验结果及分析 226
6.4.1 应力-应变曲线及体积应变-轴向应变关系 226
6.4.2 轴向应变劣化规律及其演化方程 229
6.4.3 体积应变劣化规律及其演化方程 231
6.4.4 非线性抗剪强度劣化规律及其演化方程 233
6.4.5 周期性饱水作用对残余强度的影响 235
6.4.6 周期性饱水作用对弹性模量的影响 235
6.5 纯泥岩颗粒料试验结果及分析 237
6.5.1 应力-应变曲线及体积应变-轴向应变关系 237
6.5.2 轴向应变劣化规律及其演化方程 239
6.5.3 体积应变劣化规律及其演化方程 241
6.5.4 非线性抗剪强度劣化规律 243
6.5.5 周期性饱水作用对弹性模量的影响 245
6.6 本章 小结 247
参考文献 247
第7章 饱水状态三轴强度及变形特性 250
7.1 试验土料及试验方案 250
7.1.1 试验土料 250
7.1.2 试验步骤 251
7.1.3 试验方案 252
7.2 试样特征对三轴强度及变形特性的影响 253
7.2.1 干密度的影响 253
7.2.2 颗粒级配的影响 257
7.2.3 泥岩颗粒含量的影响 259
7.3 试验条件对三轴强度及变形特性的影响 261
7.3.1 周期性饱水次数的影响 261
7.3.2 应力水平的影响 267
7.3.3 围压的影响 272
7.4 本章 小结 280
参考文献 280
第8章 劣化机理及劣化演化过程 282
8.1 颗粒破碎特征 283
8.1.1 颗粒破碎试验方法 283
8.1.2 颗粒破碎量化方法 283
8.1.3 疏干状态砂泥岩颗粒混合料试样颗粒破碎试验结果 284
8.1.4 疏干状态纯砂岩颗粒料试样颗粒破碎试验结果 287
8.1.5 疏干状态纯泥岩颗粒料试样颗粒破碎试验结果 288
8.1.6 饱水状态砂泥岩颗粒混合料试样颗粒破碎试验结果 289
8.1.7 饱水状态纯砂岩颗粒料试样颗粒破碎试验结果 290
8.2 周期性饱水作用对颗粒破碎的影响 293
8.2.1 围压对颗粒破碎的影响 293
8.2.2 应力水平对颗粒破碎的影响 295
8.2.3 周期性饱水次数对颗粒破碎的影响 298
8.3 颗粒破碎对三轴强度及变形特性的影响 302
8.3.1 颗粒破碎对轴向应变的影响 302
8.3.2 颗粒破碎对体积应变的影响 304
8.3.3 颗粒破碎对非线性抗剪强度的影响 305
8.4 周期性饱水砂泥岩颗粒混合料的劣化机理 315
8.5 周期性饱水砂泥岩颗粒混合料的劣化演化过程 316
8.5.1 轴向应变劣化速率 317
8.5.2 体积应变劣化速率 319
8.5.3 非线性抗剪强度劣化速率 320
8.5.4 残余系数劣化速率 321
8.5.5 割线模量劣化速率 322
8.6 本章 小结 324
参考文献 325
第9章 劣化过程数学模型 328
9.1 强度准则的讨论 329
9.2 非线性微元强度统计损伤模型 333
9.2.1 微元强度统计损伤模型及损伤变量 333
9.2.2 微元强度统计损伤模型参数确定方法 336
9.3 应变软化统计损伤模型 337
9.3.1 软化型应力-应变曲线特征 338
9.3.2 应变软化统计损伤模型及损伤变量 339
9.3.3 应变软化统计损伤模型参数确定方法 340
9.4 周期性饱水砂泥岩颗粒混合料统计损伤模型 343
9.4.1 基本假定 343
9.4.2 模型建立方法 343
9.4.3 非线性微元强度统计损伤模型 344
9.4.4 应变软化统计损伤模型 345
9.4.5 两种统计损伤模型验证 346
……