赵涛
- 作品数：9 被引量：24H指数：3
- 供职机构：西安科技大学建筑与土木工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中国博士后科学基金博士后科研启动基金更多>>
- 相关领域：建筑科学天文地球水利工程矿业工程更多>>
- 裂隙几何形态对冻结岩体压缩破坏特征的影响
- 2023年
- 中西部矿井常采用冻结法施工技术,冻结壁中的裂隙会影响其力学特性使施工过程中产生透水等安全隐患。为掌握冻结裂隙砂岩破坏机理,进一步分析冻结法凿井施工过程中冻结壁稳定性,以冻结砂岩为研究对象,开展7种裂隙倾角α=0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°及3种裂隙长宽比β=10∶1,5∶1,2∶1的单轴压缩试验,分析强度及弹性模量的变化特征,并通过高速摄影机记录试样裂纹的起裂和破坏过程。结果表明:冻结砂岩强度随裂隙长宽比β的增大而增大,随裂隙倾角α的变化趋势呈抛物线型与线性2种类型。当裂隙长宽比β大于2时,其弹性模量在α=45°时取得最大值,在α=60°取得最小值。β=2时弹性模量随α增大而增大,在α=75°取得最大值。冻结裂隙砂岩的破坏模式以张拉及混合破坏模式为主,压剪破坏模式出现在α=45°及α=60°的试样中。试验结果有助于预测富水深层矿井冻结壁裂纹演化规律,为中西部地区矿井变形及稳定性提供理论参考。
- 赵涛乔煜哲冯云枫
- 关键词：单轴压缩破坏模式
- 重力坝坝体水平变形模型研究被引量：3
- 2012年
- 针对统计模型当观测资料不包括荷载发生的极值或观测资料系列较短时,建立的数学模型将不能用于监测,主要依靠数学处理,没有较好地联系大坝和地基的结构性态的不足,文中在统计分析的基础上,提出变形混合模型来分析大坝水平变形。通过对大坝坝体的各测点的变形过程进行研究,对水库大坝坝体水平变形采用特征值统计分析;对坝体水平变形模型进行研究,建立基于逐步回归的统计模型和基于有限元的混合模型,并对2种模型进行综合比较,进而确定了测点变形模型。研究结果表明:大坝坝体实测水平位移和三维有限元计算结果基本一致,进一步表明文中采用的变形模型用于研究坝体的变形分析是可行和正确的。
- 唐丽云杨更社赵涛彭景
- 关键词：水库大坝统计模型有限元混合模型
- 基于Weibull分布的冻结砂岩损伤本构模型研究被引量：2
- 2022年
- 冻结岩石的变形破坏特性是冻结法施工过程中的基础力学问题,在荷载作用下不同冻结温度岩石的力学特性和变形特征差异性较大,严重影响冻结壁的安全与稳定。因此,研究冻结岩石的损伤本构关系,对指导冻结法设计与施工具有重要意义。为分析荷载作用下冻结岩石变形破坏的全过程,采用Weibull分布描述岩石材料的非均质性,基于Drucker-Prager破坏准则,建立三轴应力状态下岩石损伤本构模型,结合冻结砂岩三轴压缩试验,重点分析本构关系中均质度系数m、平均强度F_(0)与冻结温度和围压的变化关系,对损伤本构方程进行修正,并基于此模型研究冻结砂岩的损伤演化规律。结果表明:在相同围压下,随着冻结温度的降低,砂岩峰值强度显著增大,峰值应变减小,压密阶段逐渐减弱,弹性变形阶段斜率增加,岩石脆性破坏特征明显。在相同冻结温度下,均质度系数m和平均强度F_(0)随围压升高无显著变化,而随着冻结温度的降低,m和F_(0)分别呈现指数增长和线性增长,说明随着冻结温度的降低,砂岩冻结越充分,内部自由水冻结成冰占比及冰体强度增长幅度越大,尤其在0~–10℃内提升效果显著,冻结作用提高了砂岩的均质性和平均强度。基于不同冻结温度砂岩的力学特性和变形规律,对不同冻结温度砂岩的损伤本构方程进行了修正。依据修正本构模型研究发现,损伤演化曲线能够很好地反映冻结砂岩压缩试验的压密、线弹性、屈服变形及应变软化各阶段的变形特征,验证了模型的合理性。研究结果为低温环境下岩石力学特性研究及地下冻结工程设计施工提供有益的参考。
- 伊明赵涛马飞飞王磊袁超
- 关键词：损伤本构模型WEIBULL分布损伤演化规律模型修正
- 冰充填裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响研究
- 2024年
- 冻结岩体的力学性质是决定冻结地层工程施工与运营安全的核心因素,而冻结岩体的力学性质由裂隙结构和冻结温度等条件决定。本文在常温和冻结条件下开展了含预制裂隙砂岩的力学实验,通过高速摄影技术对试样表面的裂纹起裂和扩展过程进行了监测,基于实验结果着重讨论了冰充填裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响机制。结果表明:(1)冻结没有改变试样强度随裂隙倾角的变化趋势,随裂隙倾角的增大,试样的强度均呈先减后增的趋势。强度最小值出现在裂隙倾角α=60°时,最大值出现在α=90°时;(2)在冻结状态下,试样的起裂模式随裂隙倾角的增加整体呈现“拉伸起裂→剪切起裂→拉伸起裂”的变化趋势,此外,相同裂隙倾角的试样在冻结状态下起裂的应力水平均高于在常温状态下;(3)冻结裂隙砂岩的力学性质受冻结作用和裂隙倾角双重控制。并进一步分析了冰填充裂隙对冻结岩体压缩破坏特征的影响,认为冰均起到了支撑、填充和黏结作用。在裂隙倾角较小时(0°~30°),裂隙冰的法向压力较高,强化效应主要来源于冰的支撑作用;当裂隙倾角较大(45°~75°)时,裂隙冰上的法向压力较低,强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用;裂隙倾角(近90°)与加载方向平行时,裂隙冰的法向应力变为拉应力,强化效应主要来源于冰-岩界面黏结作用。
- 赵涛冯云枫贾海梁唐丽云李国玉
- 单轴冲击冻结砂岩损伤机理被引量：3
- 2021年
- 为研究单轴循环冲击下冻结砂岩宏观动力学特性和损伤机理,采用分离式霍普金森压杆对不同冻结温度饱水砂岩开展单轴循环冲击试验,以动力学参数构建损伤变量分析冻结砂岩损伤演化规律,提出循环冲击作用下疲劳寿命预测公式。结果表明饱水砂岩最大累计循环冲击次数随入射波应力幅值增大而减少,随温度的降低而增加。在入射波应力幅值区间(22~28 MPa)存在动态参数和损伤变化拐点,冲击荷载小于拐点值时试样动弹性模量先增大后减小,呈现负损伤;大于拐点值时动弹性模量则逐渐减小,损伤累积引起总体损伤度逐渐增大。相同冲击荷载下,不同温度砂岩的损伤演化规律不同,由损伤度曲线斜率可知温度越低,损伤演化越缓慢。结合微观机理分析,0~-5℃时冰晶体的胶结力显著提高冻结砂岩强度,-5~-10℃时水冰相变产生的微裂纹导致损伤特征开始显现。总结建立了冻结砂岩在循环冲击作用下疲劳寿命预测公式,对冻结凿井爆破施工设计中围岩损伤范围和冻结壁稳定性分析具有指导意义。
- 王磊秦越赵涛苏宏明陈世官
- 基于细观结构演化的冻结砂岩热融软化规律研究
- 2024年
- 冻结岩石热融过程中强度会出现软化,是最易发生破坏的阶段。研究冻结岩石的热融软化规律对冻结地层解冻过程中的稳定性和安全性评价至关重要。本文开展了不同融化温度下冻结岩石的单轴压缩试验,在还原岩石孔隙结构及对细观参数进行精确标定的基础上,利用颗粒流软件(PFC^(2D))模拟了冻结岩石的压缩破坏过程。基于微裂纹起裂规律和微裂纹扩展规律分析,探讨了孔隙冰对冻结砂岩热融软化规律的控制作用。研究结果表明:(1)冻结岩石的强度、弹性模量等参数均随着温度的升高呈两阶段变化趋势,在-4℃至-2℃之间存在某一温度,使得试样的强度及变形参数发生骤降。(2)当温度低于-15℃时,微裂纹的起裂扩展主要由矿物颗粒之间的接触强度控制;当温度在-2℃和-15℃之间时,主要由冰颗粒之间和冰-矿物之间的接触强度控制;而当温度大于-2℃时,则主要由冰颗粒之间的接触强度控制。(3)通过分析孔隙冰在冻结岩石受荷破坏过程中所起的“支撑作用”和“黏结作用”,发现在-6℃至-4℃之间,冰颗粒之间黏结强度和冰-矿物黏结强度均迅速衰减,导致冰的支撑和黏结作用弱化,是该温度区间力学性质快速弱化的本质原因。
- 贾海梁王振阳赵涛孙强唐丽云
- 关键词：细观结构PFC2D
- 不同负温对冻结饱和砂岩力学特性的影响被引量：7
- 2020年
- 寒区工程普遍面临低温带来的各种工程灾害问题,其中岩土体冻结后强度特性的变化是核心诱因之一。岩土体冻结后强度提高,有利于岩土体的稳定。但在其解冻过程中强度会发生显著弱化,可能会引发工程灾害,因此必须研究不同负温下冻结岩石的力学特性。对常温(20℃)及不同负温条件下(-2,-4,-6,-8,-10,-12,-15,-20℃)砂岩的抗压强度和抗拉强度特性进行测试。研究结果表明:冻结温度低于-10℃时,岩石主要出现脆性破坏;冻结温度高于-10℃时,岩石以塑-弹性破坏为主。冻结温度对抗拉强度和抗压强度均有显著影响,冻结温度越低,强度越大,-20℃时抗压强度是常温下的3倍,抗拉强度是常温下的4.8倍。不同温度范围内,抗拉强度和抗拉强度随温度的变化速率不同,-2~0℃时其变化速率均达到最大值,抗压强度变化速率为6 MPa/℃,抗拉强度变化速率为0.6 MPa/℃.冻结温度越低,弹性模量越大,0^-8℃时弹性模量变化速率为1.125 MPa/℃,-10^-20℃时变化速率为0.15 MPa/℃.综上分析,不同冻结温度下孔隙冰和未冻水的含量不同,导致不同温度下岩石抗压强度和抗拉强度差异巨大。
- 赵涛杨更社任俊童韩力贾海梁
- 关键词：砂岩冻结温度单轴抗压强度抗拉强度
- 冲击荷载下红砂岩非线性黏弹性损伤本构研究被引量：2
- 2021年
- 根据红砂岩在冲击荷载作用下应力曲线表现出的明显的分段特征,以朱王唐本构模型为基础进行改进,建立了一种非线性体、Maxwell体和基于Weibull分布的损伤体并联的本构模型;根据红砂岩动态力学特性,对朱王唐本构模型进行简化,并基于Lemaitre等效应变假设推导出一种率型损伤本构方程。对两种新建本构方程进行试验验证,讨论其适用性并对比分析各参数对试验数据拟合结果的影响,结果表明,基于Weibull分布的非线性黏弹性损伤本构方程能很好地对常温及冻结状态下红砂岩峰前以及整个应力曲线的动态力学性能进行表征,而基于Lemaitre等效应变假设的损伤本构方程只可对红砂岩峰前应力部分进行解答,对整个应力曲线的表征存在一定的局限性。
- 赵涛王磊苏宏明陈世官秦越
- 关键词：红砂岩WEIBULL分布
- 白垩系砂岩宏细观冻融损伤特性试验研究被引量：8
- 2019年
- 为研究人工冻结对白垩系砂岩物理力学特性的影响,以粗粒、中粒砂岩为研究对象,分别开展了一次冻融前后砂岩饱和吸水率试验、氮气吸附实验;并进行20,-30,20℃等不同冻结过程下的强度测试。试验结果表明:2种岩石经历冻融作用后饱和吸水率均有所增大,粗粒砂岩饱和吸水率增加幅度较大。一次冻融循环后粗粒砂岩比表面积和孔容都增大而平均孔径减小,而中粒砂岩区别于粗粒砂岩的是,其孔容呈现减小趋势。冻融作用下两种岩石单轴抗压强度和弹性模量均有不同程度的降低,粗粒砂岩单轴抗压强度和弹性模量降低幅度大于中粒砂岩。低温冻结提高了试验岩石的单轴抗压强度,粗粒砂岩单轴抗压强度提高幅度大于中粒砂岩。揭示了饱和砂岩物理力学特性劣化内在机理,指出了岩体结构特征及饱和状况是控制不同冻结过程损伤状况的主要指标。
- 赵涛杨更社奚家米申艳军陈新年贾晓峰
- 关键词：冻融损伤细观结构强度特征
