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第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 问题的提出 1

1.2.1 工程需要的紧迫性 1

1.2.2 膨胀性质的复杂性 2

1.2.3 认识的不足性 2

1.3 膨胀岩的判别及分类 3

1.3.1 膨胀岩的判别 3

1.3.2 膨胀岩的分类 5

1.4 国内外研究现状 7

1.4.1 膨胀机理的研究 7

1.4.2 膨胀特性试验研究 11

1.4.3 膨胀岩的膨胀本构关系 12

1.5 主要研究内容 16

参考文献 17

第2章 膨胀红砂岩水理性试验研究 21

2.1 概述 21

2.2 膨胀红砂岩的物理特性 21

2.2.1 密度试验 21

2.2.2 含水率试验 22

2.2.3 比重试验 23

2.3 膨胀红砂岩膨胀力学特性试验研究 23

2.3.1 膨胀力变化规律研究 23

2.3.2 膨胀力与膨胀变形的规律研究 25

2.3.3 膨胀力力学参数变化规律研究 26

2.4 膨胀红砂岩变形特性试验研究 29

2.4.1 原岩自由膨胀率试验 29

2.4.2 原岩有侧限膨胀特性试验 30

2.5 膨胀红砂岩力学性质试验研究 37

2.5.1 单轴抗压强度试验 37

2.5.2 抗剪强度试验 40

2.6 膨胀红砂岩湿化特性试验研究 45

2.6.1 微观结构试验 45

2.6.2 湿化性试验 46

2.6.3 湿化机理探究 48

参考文献 50

第3章 膨胀红砂岩弹塑性本构模型研究 51

3.1 概述 51

3.2 基于湿度应力场理论的膨胀红砂岩弹塑性本构模型 52

3.2.1 弹性状态的本构模型 52

3.2.2 塑性状态的本构模型 53

3.3 膨胀红砂岩模型数值模拟及模型验证 56

3.3.1 三维有限元程序原理 57

3.3.2 有限元程序编制 62

3.3.3 计算结果与实测结果的对比分析 63

3.3.4 计算结果与分析 65

参考文献 72

第4章 膨胀红砂岩渐进破坏损伤理论研究 74

4.1 概述 74

4.2 膨胀红砂岩细观损伤演化试验研究 74

4.2.1 试验简介 75

4.2.2 水对膨胀红砂岩细观结构变化的影响 77

4.3 膨胀红砂岩损伤演化的数字图像分析描述 82

4.3.1 Geo-image程序简介 82

4.3.2 细观结构演化量化分析 85

4.4 膨胀红砂岩渐进破坏理论分析 100

4.4.1 岩石渐进破坏理论 100

4.4.2 膨胀红砂岩细观损伤演化与宏观力学响应的关系 102

参考文献 110

第5章 膨胀红砂岩细观损伤演化本构模型 112

5.1 损伤变量的选取 112

5.2 膨胀红砂岩细观损伤演化本构方程 114

5.2.1 膨胀红砂岩峰值应变前损伤本构方程 114

5.2.2 膨胀红砂岩峰值应变后损伤本构方程 115

5.3 膨胀红砂岩细观损伤演化本构方程的验证 118

5.3.1 损伤本构方程简介 118

5.3.2 本构方程的验证与分析 121

参考文献 124

第6章 工程实例应用研究——膨胀红砂岩现场特性试验 126

6.1 概述 126

6.2 工程概况 126

6.2.1 工程背景 126

6.2.2 工程地质情况 127

6.3 膨胀红砂岩与混凝土胶结面现场剪切试验研究 128

6.3.1 试验方案选定 128

6.3.2 试验结果分析 132

6.4 红山窑膨胀红砂岩地基荷载试验 134

6.4.1 试验方案选定 134

6.4.2 试验结果分析 136

6.5 膨胀红砂岩膨胀率现场试验 137

6.5.1 试验方案选定 137

6.5.2 膨胀率特性观测结果及分析 139

6.6 地基处理方案确定 143

6.6.1 构筑物地基处理范围的确定 144

6.6.2 地基处理方案初步比较 144

6.6.3 地基处理方案最终确定 145

6.7 地基处理方案的有限元验证 148

6.7.1 膨胀红砂岩膨胀率数值模拟试验 148

6.7.2 中风化膨胀红砂岩地基平板荷载试验数值模拟 156

参考文献 159