留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

往复剪切作用下砂泥岩混合料力学特性分析

吴晓

吴晓. 往复剪切作用下砂泥岩混合料力学特性分析[J]. 水利水运工程学报,2021(5):84-91. doi:  10.12170/20210126002
引用本文: 吴晓. 往复剪切作用下砂泥岩混合料力学特性分析[J]. 水利水运工程学报,2021(5):84-91. doi:  10.12170/20210126002
(WU Xiao. Analysis of mechanical properties of sand shale mixture under reciprocating shear[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(5): 84-91. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210126002
Citation: (WU Xiao. Analysis of mechanical properties of sand shale mixture under reciprocating shear[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(5): 84-91. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210126002

往复剪切作用下砂泥岩混合料力学特性分析

doi: 10.12170/20210126002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51479012)
详细信息
    作者简介:

    吴 晓(1990—),女,安徽合肥人,硕士,主要从事水利与港口工程建设与管理工作。E-mail:970893662@qq.com

  • 中图分类号: TV41

Analysis of mechanical properties of sand shale mixture under reciprocating shear

  • 摘要: 土体在往复剪切作用下的力学性质对研究周期性荷载响应有重要意义。通过改进往复剪切直剪仪,设定4种法向应力进行32次循环剪切,研究了砂泥岩混合料应力应变曲线性态、滞回圈面积和阻尼比变化规律;通过分析剪切刚度随法向应力及往复剪次数的分布规律,建立了砂泥岩混合料剪切刚度经验计算方法;概化了颗粒间接触模式,揭示了砂泥岩混合料强度与变形微观机制。试验结果与理论分析表明:应力应变曲线随法向应力增大由应变软化逐渐转为应变硬化;滞回圈面积随往复剪次数增大而逐渐减小,阻尼比随往复剪次数增加而缓慢增大,且与法向应力无关。初始剪切刚度随法向应力呈线性分布,归一化剪切刚度与往复剪次数呈对数函数关系,据此建立了考虑法向应力与往复剪次数的砂泥岩混合料剪切刚度经验计算方法。
  • 图  1  改进后往复剪切直剪仪

    Figure  1.  Improved reciprocating shear direct shear instrument

    图  2  粒径级配曲线

    Figure  2.  Particle size grading curve

    图  3  滞回曲线中力学指标示意

    Figure  3.  Mechanical index in the hysteresis curve

    图  4  不同σ1τ-2s曲线

    Figure  4.  τ-2s curves at different values of σ1

    图  5  正反剪切强度τ-N分布

    Figure  5.  Positive and negative shear strength τ-N distribution

    图  6  N=0时τ-γ曲线

    Figure  6.  τ-γ curve when N=0

    图  7  ${K_{0,{\sigma _1}}}$-(σ1/σa)分布

    Figure  7.  ${K_{0,{\sigma _1}}}$-(σ1/σa) distribution

    图  8  SN变化分布

    Figure  8.  S varies with N

    图  9  dN变化分布

    Figure  9.  d varies with N

    图  10  $K/{K_{0,{\sigma _1}}}$N变化分布

    Figure  10.  $K/{K_{0,{\sigma _1}}}$ varies with N

    图  11  K的试验值与计算值

    Figure  11.  Test and calculated values of K

    图  12  颗粒接触力学响应示意

    Figure  12.  Schematic diagram of particle contact mechanics response

    表  1  砂岩与泥岩力学参数

    Table  1.   Mechanical parameters of sandstone and mudstone

    岩样
    名称
    弹性模量/
    GPa
    泊松比单轴抗压
    强度/MPa
    黏聚力/
    MPa
    内摩
    擦角/°
    砂岩11.7860.28467.61416.69943.521
    泥岩3.7180.31122.1925.16539.967
    下载: 导出CSV
  • [1] WANG J J, QIU Z F, DENG W J, et al. Effects of mudstone particle content on shear strength of a crushed sandstone-mudstone particle mixture[J]. Marine Georesources & Geotechnology, 2016, 34(4): 395-402.
    [2] WANG J J, ZHANG H P, DENG D P, et al. Effects of mudstone particle content on compaction behavior and particle crushing of a crushed sandstone-mudstone particle mixture[J]. Engineering Geology, 2013, 167: 1-5. doi:  10.1016/j.enggeo.2013.10.004
    [3] ZHOU W J, GUO Z, WANG L Z, et al. Sand-steel interface behaviour under large-displacement and cyclic shear[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2020, 138: 106352. doi:  10.1016/j.soildyn.2020.106352
    [4] FAKHARIAN K, AHMAD A. Effect of anisotropic consolidation and rubber content on dynamic parameters of granulated rubber-sand mixtures[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2021, 141: 106531. doi:  10.1016/j.soildyn.2020.106531
    [5] WANG X, CHENG H, YAN P, et al. The influence of roughness on cyclic and post-cyclic shear behavior of red clay-concrete interface subjected to up to 1000 cycles[J]. Construction and Building Materials, 2021, 273: 121718. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2020.121718
    [6] 齐剑峰, 栾茂田, 杨庆, 等. 饱和黏土动剪切模量与阻尼比的试验研究[J]. 岩土工程学报,2008,30(4):518-523. (QI Jianfeng, LUAN Maotian, YANG Qing, et al. Dynamic shear modulus and damping ratio of saturated clay[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30(4): 518-523. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-4548.2008.04.009
    [7] ZHANG G, ZHANG J M. Constitutive rules of cyclic behavior of interface between structure and gravelly soil[J]. Mechanics of Materials, 2009, 41(1): 48-59. doi:  10.1016/j.mechmat.2008.08.003
    [8] 孔亮, 段建立, 郑颖人. 慢速往复荷载下饱和砂土变形特性试验研究[J]. 工程勘察,2001(5):1-4. (KONG Liang, DUAN Jianli, ZHENG Yinren. Study on deformation behaviours of saturated soil under slow reciprocating loading[J]. Geotechnical Investigation and Surveying, 2001(5): 1-4. (in Chinese)
    [9] 杨光, 孙江龙, 于玉贞, 等. 偏应力和球应力往返作用下粗粒料的变形特性[J]. 清华大学学报(自然科学版),2009,49(6):838-841. (YANG Guang, SUN Jianglong, YU Yuzhen, et al. Deformation characteristics of coarse-grained materials during cyclic loading of deviatoric and spherical stresses[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2009, 49(6): 838-841. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-0054.2009.06.013
    [10] 傅中志, 张意江, 陈生水, 等. 粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法[J]. 水利水运工程学报,2019(1):1-10. (FU Zhongzhi, ZHANG Yijiang, CHEN Shengshui, et al. A tangential modulus model for coarse granular materials and the corresponding method for parameter identification[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019(1): 1-10. (in Chinese)
    [11] SABERI M, ANNAN C D, KONRAD J M. Three-dimensional constitutive model for cyclic behavior of soil-structure interfaces[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2020, 134: 106162. doi:  10.1016/j.soildyn.2020.106162
    [12] 陈晓平, 黄井武, 尹赛华, 等. 滑带土强度特性的试验研究[J]. 岩土力学,2011,32(11):3212-3218. (CHEN Xiaoping, HUANG Jingwu, YIN Saihua, et al. Experimental study of strength property of slip zone soils[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(11): 3212-3218. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2011.11.003
    [13] 郭聚坤, 雷胜友, 魏道凯, 等. 粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响[J]. 水利水运工程学报,2019(3):85-94. (GUO Jukun, LEI Shengyou, WEI Daokai, et al. Effcets of roughness on shear properties of structure-sands interface[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019(3): 85-94. (in Chinese)
    [14] 简富献, 张宏伟, 张钧堂, 等. 浸水时间对砂泥岩填料压缩特性影响试验研究[J]. 水利水运工程学报,2016(4):111-117. (JIAN Fuxian, ZHANG Hongwei, ZHANG Juntang, et al. Influences of soaking time on compression properties of sandstone-mudstone mixture[J]. Hydro-Science and Engineering, 2016(4): 111-117. (in Chinese)
    [15] 由子沛, 钱建固, 黄茂松. 等幅剪应变下砂土循环单剪行为的离散元模拟[J]. 岩土力学,2017,38(1):263-271. (YOU Zipei, QIAN Jiangu, HUANG Maosong, et al. Discrete element simulation of cyclic simple shear behavior of sandy soil with constant amplitude of shear strain[J]. Rock and Soil Mechanics, 2017, 38(1): 263-271. (in Chinese)
    [16] 蒋明镜. 现代土力学研究的新视野—宏微观土力学[J]. 岩土工程学报,2019,41(2):195-254. (JIANG Mingjing. New paradigm for modern soil mechanics: Geomechanics from micro to macro[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2019, 41(2): 195-254. (in Chinese)
    [17] CEN W J, BAUER E, WEN L S, et al. Experimental investigations and constitutive modeling of cyclic interface shearing between HDPE geomembrane and sandy gravel[J]. Geotextiles and Geomembranes, 2019, 47(2): 269-279. doi:  10.1016/j.geotexmem.2018.12.013
  • [1] 南亚林, 郭鸿, 陈栋梁, 陈文涛.  自然氧化弱膨胀土的剪切破坏特征试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 97-105. doi: 10.12170/20210624001
    [2] 祝鑫, 胡斌, 李京, 崔凯, 魏二剑, 刘杨.  考虑损伤的软弱夹层剪切流变模型及程序实现 . 水利水运工程学报, 2021, (6): 124-132. doi: 10.12170/20201228002
    [3] 岑威钧, 盛希璇, 温朗昇.  土工膜界面动力剪切特性数值模拟及应用 . 水利水运工程学报, 2021, (2): 103-108. doi: 10.12170/20200216002
    [4] 潘远阳, 魏玉峰, 李远征, 杨豪, 雷壮.  直剪试验下砂土剪切带形成的细观变形机制 . 水利水运工程学报, 2020, (3): 82-91. doi: 10.12170/20190520002
    [5] 傅中志, 张意江, 陈生水, 袁静.  粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法 . 水利水运工程学报, 2019, (1): 1-10. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.001
    [6] 宋家东, 杨锐, 杨峰, 章景涛, 强晟, 华夏.  新老混凝土缝面切向刚度早龄期发展规律 . 水利水运工程学报, 2019, (1): 35-41. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.005
    [7] 郭聚坤, 雷胜友, 魏道凯, 寇海磊, 王瑞.  粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响 . 水利水运工程学报, 2019, (3): 85-94. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.011
    [8] 孙豹, 彭刚, 王乾峰, 杨紫辉.  混凝土剪切强度影响因素敏感性分析 . 水利水运工程学报, 2019, (3): 112-118. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.014
    [9] 全锡志, 陈鸿杰, 黄文雄.  河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响 . 水利水运工程学报, 2018, (3): 103-112. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.014
    [10] 齐永正, 袁梓瑞, 杨永恒.  不同正压力下钙质砂颗粒剪切破碎特性分析 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 63-68. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.009
    [11] 赵联桢, 陈生水, 杨东全, 钟启明, 张宏斌.  冻砂土⁃结构接触面恒温循环剪切性能研究 . 水利水运工程学报, 2016, (1): 93-99.
    [12] 简富献, 张宏伟, 张钧堂, 游克勤.  浸水时间对砂泥岩填料压缩特性影响试验研究 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 111-117.
    [13] 胡骏峰.  击实黏土剪切断裂韧度的试验研究 . 水利水运工程学报, 2015, (4): 56-60.
    [14] 梁越, 储昊, 卢孝志, 曾超.  钢-土界面剪切规律时效性室内试验研究 . 水利水运工程学报, 2015, (1): 28-32.
    [15] 杨 俊, 杨 志, 张国栋, 唐云伟, 陈红萍.  不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 77-83.
    [16] 李苏春,蒋刚,雷秋生.  粘性土剪切带与屈服应力的探讨 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [17] 周伟才,陶桂兰.  考虑节点域和剪切变形影响的高桩码头横向排架的内力计算 . 水利水运工程学报, 2005, (1): 56-59.
    [18] 深切悼念窦国仁院士 . 水利水运工程学报, 2001, (2): 1-2.
    [19] 窦国仁,王国兵.  宾汉极限切应力的研究 . 水利水运工程学报, 1995, (2): -.
    [20] 陈绪照,王盛源.  软基勘探用的轻便十字板剪切仪 . 水利水运工程学报, 1980, (2): -.
  • 加载中
图(12) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  179
  • HTML全文浏览量:  70
  • PDF下载量:  22
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-26
  • 网络出版日期:  2021-08-16
  • 刊出日期:  2021-10-25

/

返回文章
返回