中线法堆坝尾矿料的动力特性实验研究

以云南迪庆羊拉铜矿的尾矿料为研究对象,通过大量动力三轴试验,研究了中线法堆坝工艺所要求的不同粗粒含量尾矿砂的动力液化特性。结果表明,粗粒含量对尾矿砂的动力特性具有重要影响,粗粒含量变化与尾矿料动应变和动孔压变化特性之间存在紧密的相关性,随着粗粒含量的增加,尾矿砂动强度总体上呈增大趋势;动孔压的增长特性也具有类似规律,但三者在动应变达到5%时,其值均远小于围压。动应力对动应变影响显著,应力幅值越大,达到破坏标准的振次越少;动强度则随着固结压力增加而增大;而固结比Kc对动强度的影响不是单一的增大或减小,Kc=1.5时,其动强度比Kc=1.0,2.0的都大。试验同时表明,粒径组成粗细兼顾,级配良好的尾矿砂通常比粒径单一的粗尾砂具更好的抗液化性能,在通过提高粗粒含量来增大尾矿砂抗震性能时,还应考虑颗粒级配特性的影响。     

三峡库区高边坡紫色土抗剪强度的水敏性特征∗

为了研究高边坡紫色土的抗剪强度及变形随含水率的变化规律,在不同围压下对不同含水率的非饱和重塑紫色土进行了固结不排水三轴试验。结果表明：在不同的含水率及围压条件下,土体应力-应变关系曲线均呈现出“持续硬化”甚至“加速硬化”现象。其应力-应变关系曲线经历了3个阶段：轴向应变0%~2.3%为弹性阶段,2.3%~4%为应变硬化阶段,4%后逐渐变为屈服阶段。在同一围压下,土体主应力差峰值随含水率的增加而降低,其峰值下降幅度最大可达67.37%。不同含水率下的最大主应力差与围压均表现出较好的线性关系。在给定含水率下,主应力差峰值随围压的增加而明显增大,其峰值增大幅度最大可达150.98%,但随着含水率的升高,这种增大趋势逐渐减小,且围压对紫色土抗剪强度影响约为含水率对其影响的66.63%。随着含水率的增加,土壤的内聚力先增加后减小,峰值处的含水率为12%;而土壤的内摩擦角随含水率的增加呈现一阶线性减小,且下降程度最大可达56.88%。土体任意平面(破坏面)上σ-τ曲线的斜率随着含水率的增加而逐渐减小,而破坏包面逐渐变缓。分析并讨论了含水率对紫色土内部结构、颗粒间作用力及特性的影响,以期为三峡库区高边坡紫色土的综合治理提供理论支持和技术支撑。     

含粗颗粒花岗岩残积土大型直剪试验研究

花岗岩由于风化不完全,所以其砾石颗粒含量一般较高,颗粒直径从几厘米到数米不等,直径较大的颗粒通常演化成风动石、石碑等自然景观。粗颗粒含量对土体的强度变形特性以及颗粒破碎有一定的影响。本文利用大型直剪仪,对福州地区花岗岩残积土进行不同粗颗粒含量下的大型直剪试验,并且对每次试验前后进行颗分试验,以研究剪切过程颗粒破碎的影响。试验结果表明:混合土体在不同的竖向压力下,均表现出应变硬化特征;当粗颗粒含量较大(P_5≥30%)、竖向压力较高(σ=300 kPa、400 kPa)时,应力应变曲线没有出现峰值;随着粗颗粒含量的增加,花岗岩残积土的粘聚力c呈现先减小后增加的趋势,转折点在P_5=30%,而内摩擦角φ则一直呈现上升的趋势;粗粒土颗粒破碎率与粗颗粒含量和竖向压力皆呈正相关关系,但是竖向压力和粗颗粒含量较低时,粗颗粒之间互相接触的作用力没有达到粗颗粒承载极限值,颗粒破碎现象不明显。     

冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究

通过室内循环冻融循环试验和三轴不固结不排水(UU)压缩试验研究了循环冻融作用与细砾组含量(P_(2-5))对黏质粗粒土抗剪性能的影响。结果表明,冻融循环作用对黏质粗颗粒土的应力—应变曲线性状具有一定的影响,可使其由未冻融的应变软化向应变硬化转变的趋势,但随着细砾组P_(2-5)含量的增加,冻融作用对其影响逐渐减弱。随着冻融循环次数的增加,土样剪切强度呈现逐渐衰减,且在5～9次冻融循环次数后基本保持不变,多次循环冻融作用后剪切强度最大衰减幅度可达40%。弹性模量随冻融循环次数的增加上下波动较大但整体呈现下降趋势。在抗剪强度指标方面,冻融作用对黏聚力影响比较显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力逐渐减小,最大衰减幅度可达65%,而内摩擦角上下波动较大无明显趋势。此外,随着细砾组P_(2-5)含量的增加,剪切强度、弹性模量及抗剪强度指标均呈现不同程度的减小,这与粗粒土内部粗颗粒和细颗粒占比及其强度发挥机制有关。     

考虑中间主应力的粗粒土扰动状态应力—应变模型

基于统一强度理论与扰动状态概念(DSC),考虑洛德参数影响,建立了同时考虑中间主应力(IPS)和扰动影响的粗粒土IPS-DSC应力—应变模型。根据某坝基粗粒料三轴剪切试验结果,采用拟合方法对IPS-DSC模型参数进行反演和优化,模拟曲线和试验曲线对比显示两者基本吻合,说明该模型能较好地描述粗粒土应力应变特性。进一步研究表明,其洛德参数、中间主应力系数及扰动影响参数对粗粒料应力应变曲线影响较大,粗粒土应力应变曲线先随洛德参数增大上升至临界值,后随洛德参数增大而下降,软化现象先减弱后增强;随中间主应力系数的增大,呈上升趋势,峰值增加明显,软化现象更加突出;随扰动影响参数增加而上升且软化现象有所减弱。     

高铁荷载作用下基床填料的动三轴模量试验研究

依据高铁路基基床的工作条件,推导出室内三轴试验模拟列车荷载的围压范围为10~150kPa,频率范围为1~5Hz。在此基础上开展高铁基床填料AB组料动三轴试验研究,分析了列车荷载下围压、压实度、加载频率对AB组料动弹性模量的影响。试验研究表明:AB组料的动应力—动应变关系具有明显的非线性特征和应变软化特征,动弹性模量的倒数与动应变曲线基本呈线性关系,说明AB组料的动本构关系符合Hardin双曲线模型。动弹性模量随围压的增大而增大;随压实度的增大,动弹性模量呈非线性增大;加载频率对动弹性模量有一定的影响,当应变小于0.05%时频率对动弹性模量影响较大,但应变超过0.05%时,频率的影响可以忽略。     

橡胶颗粒土动剪模量与阻尼比的共振柱试验研究

废旧轮胎橡胶颗粒与砂土组成的橡胶颗粒土相比于纯砂而言,具有密度轻、弹性变形能力强、耗能大、剪切模量低等特点,可广泛应用于边坡、挡土墙和路基回填、桥台跳车治理以及建筑隔震减振等工程领域。通过共振柱试验,重点对比研究了橡胶含量、粒径及围压对混合土动剪切模量和等效阻尼比的影响规律。结果表明,小应变范围内,在围压和粒径相同时,随橡胶含量的增加,橡胶土动剪切模量减小,阻尼比增大,动剪模量比衰退变缓;含量和粒径相同时,围压增大,动剪模量增大,动剪模量比衰退变缓,阻尼比减小。在大应变幅值下,橡胶含量较低时,随着围压增大,动剪模量比衰退明显加快;而当橡胶含量较高时,围压对其影响与小应变范围相同;而围压与橡胶含量相同时,不同橡胶粒径的模量与阻尼比曲线非常接近。橡胶土的动剪模量与阻尼比主要受橡胶含量与固结围压影响,而粒径影响可忽略不计。     

粗粒料颗粒形状对材料宏观力学性能的影响∗

粗粒料的颗粒形状是影响材料宏观力学性能的重要因素,大型三轴试验的局限性限制了粗粒料微观结构对力学性能影响的研究。基于二维颗粒流理论,利用PFC2D建立4种不同形状的颗粒簇,进行了双轴实验的颗粒流数值模拟,建立形状与宏观力学性能和变形特征的相互关系。结果表明:颗粒形状系数与材料内摩擦角近似呈线性关系,随着形状系数的增加内摩擦角递减;材料强度峰值和残余强度随着颗粒形状系数的增加而减小;材料初始切线模量随着形状系数的增加而减小;数值模型在加载过程中先出现剪缩效应,后产生剪胀效应,且同一形状颗粒的试样,围压越大,剪胀变形越明显;不同形状颗粒的试样达到最终应变软化状态之前,形状系数越小,剪缩效应越不明显,反之,剪胀效应越明显。     

玄武岩纤维加筋膨胀土三轴试验研究

选取玄武岩纤维作为加筋材料,将3种不同百分比(0.2%、0.4%和0.6%)的玄武岩纤维分别掺入到膨胀土中配制试样。进行固结不排水三轴试验(CU),研究纤维加筋膨胀土在不同纤维掺量、不同围压下的应力应变特性和加筋效果。结果表明,加筋膨胀土的应力—应变曲线均呈应变硬化特征;随着围压的升高,加筋膨胀土的主应力差逐渐增大,加筋作用越好;在相同围压下,加筋膨胀土的主应力差随纤维掺量的增加呈先升高后降低的趋势,在纤维掺量为0.4%左右时达到最大值,相应的加筋效果系数也最大。加筋使膨胀土的内摩擦角变化不大,而粘聚力则有明显提高。     

橡胶黏土混合土动剪切模量及阻尼比试验研究

为了研究橡胶黏土混合土动力特性,将橡胶掺入黏土,在4种围压下对5种不同配比橡胶黏土混合土进行室内动三轴试验以研究橡胶含量及围压对混合土动剪切模量和阻尼比的影响。结果表明,相同围压下,混合土动剪切模量较素土有很大降低,随着橡胶含量的增多而逐渐降低且降低速度由快变慢,动剪切模量与动应变关系曲线非线性特征减弱。阻尼比随着橡胶含量增加逐渐增加,且均较素土有显著提高。相同橡胶含量时,动剪切模量随着围压增大而增大,动剪切模量与动应变关系曲线线性特征增强,阻尼比随围压增大而减小。橡胶黏土动剪切模量与动应变关系可以用H-D模型表示,最大动剪切模量与围压之间的关系可以用线性函数表示,阻尼比与动应变关系可以用修正的陈国兴模型表示。结果证明,橡胶黏土混合土具备较好的隔震减震性能。     

混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

循环荷载下煤矸石路基填料动力特性及骨干曲线模型研究

煤矸石作为煤矿建设和煤炭生产过程中所产生的废弃物,排放量与存储量巨大,将其用作路基填料,可产生较大的经济、社会和环境效益。通过大型动静三轴试验分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的动力特性,并对其骨干曲线的计算模型进行了深入研究。结果表明：循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线并非呈现出良好的双曲线变化规律,试样的动应力随着动应变的增大而增大;随着围压的增加,试样破坏时的动应力与动应变均逐渐增大。基于动力特性试验结果,采用修正的Hardin-Drnevich模型分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线,分析表明：修正的H-D模型能取得更好的效果。在此基础上,建立了考虑围压效应的煤矸石路基填料骨干曲线计算模型。分析了循环荷载下煤矸石路基填料的动强度、动黏聚力等动力参数,求得了基于修正H-D模型的动弹模量计算公式,分析了循环荷载作用下煤矸石试样动弹模量与阻尼比的变化规律。     

成样方法对多种土体排水剪切试验结果的影响对比

通过利用干、湿2种成样方法制备的松、密状态的细砂、中砂、粉砂和粉土试样的三轴固结排水剪切试验的结果对比,分析了分别采用干装法、湿装法制备的试样试验结果的共性和差异,并对比了其应力应变关系、体变关系、有效应力比等特性。结果表明:4种土体分别采用干装法和湿装法制备试样所获得的试验结果均存在差异,且密实状态下的差异不如疏松状态下的明显。疏松状态下,湿装法试样基本呈现应变硬化和剪缩现象,而干装法试样均呈现应变软化和剪胀现象;密实状态下,干装法试样呈现应变软化和剪胀现象,湿装样试样则呈现应变硬化和剪缩现象。通过对不同土体抗剪强度指标的对比发现,干装法试样的强度指标均大于湿装法试样。     

基于细观结构的压实黄土抗剪特性试验研究∗

压实度是填方工程质量验收的主要控制项目之一,较高压实度对改善黄土力学性能效果显著。为全面系统分析压实对黄土抗剪特性的影响规律,更好地揭示较高压实度提高黄土抗剪能力的内在原因,利用室内三轴剪切试验和电镜扫描试验,基于 4 种不同压实度,对甘肃省临夏市北塬地区压实黄土的抗剪特性和细观结构进行了研究。研究表明：压实黄土应力—应变满足双曲线形式,较高压实度对提高黄土体抗剪强度和剪切模量作用显著;较高压实度通过改变土体颗粒之间的接触形式以改善黄土体抗剪特性,主要表现为压实黄土颗粒之间的接触形式随着压实度的增加由棱边接触、支架镶嵌向面接触逐渐过渡;较高压实度通过改变土体孔隙尺度特征和形态分布以改善土体抗剪特性,主要表现为随着压实度的增加孔隙分布范围内微、小孔隙的含量增加,中、大、特大孔隙含量减小,孔隙形状也相对变得圆滑。     

压实黄土抗剪强度参数影响因素研究

为了进一步研究河南三门峡地区黄土抗剪强度的影响因素,采用应变控制式三轴仪对不同含水量、不同压实度下的重塑黄土进行不固结不排水三轴试验。试验结果表明:相同压实度下,随着含水量的增加,应力应变关系曲线由弱应变硬化向强应变硬化转变;粘聚力与内摩擦角均随含水量的增加而减小,粘聚力与含水量的变化呈明显负线性相关,内摩擦角与含水量无明显的相关性。相同含水量下,粘聚力与内摩擦角随压实度的增加而逐渐增大,且呈现出明显的指数相关。含水量对抗剪强度参数的影响比压实度大。对以上强度参数采用最小二乘法进行拟合,得出考虑含水率和压实度的抗剪强度相关关系式,能够较为准确的反映在某种试验条件下强度参数的变化规律,为实际工程应用和数值模拟提供依据。     

寒区冻结冰碛土的变形特性与非线性本构模型研究

为了研究寒区冰碛土的变形特性和本构模型,应用MTS-Landmark 370.10型动静三轴测试系统对冰碛土在温度为-3、-5 ℃,围压为0.1、0.5、1、4、8 MPa时开展低温常规三轴试验。结果表明:冰碛土的应力应变关系曲线均为应变软化型,可分为线性、非线性和应变软化3个阶段;围压越大,软化现象越明显;随轴向应变的增加,试样先体缩再体胀。基于试验结果在沈珠江三参数模型和修正邓肯-张双曲线模型基础之上提出一种改进模型,将改进模型与沈珠江三参数模型、修正邓肯 张双曲线模型的拟合结果进行对比,发现改进模型能较好描述冻结冰碛土的应变软化现象和剪胀特性。     

堆石料双轴试验数值模拟研究

颗粒形状对堆石料的力学特性有着明显的影响。采用二维颗粒流程序建立5种不同形状特征的颗粒簇,开展了不同围压下堆石料的双轴试验的数值模拟研究,分析了不同形状特征对堆石料的破碎特性及其宏观力学性质的影响。分析过程中考虑堆石料的颗粒破碎特征,对布拉斯谢克形状系数s进行修正,提出了考虑颗粒形状特征的修正系数s′。研究结果表明:堆石料的破碎率随着修正后的形状系数s′值的增加而减少,其规律接近于反比例函数线;数值模拟过程中,5种试样随着轴向应变的增加呈先剪胀后剪缩的趋势,且越圆润的颗粒峰值体应变越大;材料的峰值强度随着s值的增大而增大。     

玻璃球动弹性模量特性试验和数值模拟研究

堆石料颗粒形状较为复杂,且存在明显的颗粒破碎特征。为剔除颗粒形状对堆石料动力特性的影响,在不考虑颗粒破碎的情况下,采用玻璃球模拟堆石料进行动三轴试验,分析了试验围压对玻璃球动弹性模量的影响。基于动三轴试验成果,开展了细观数值模拟研究。研究表明:玻璃球的动弹性模量变化规律与堆石料的基本一致;三维颗粒流方程能较好地模拟该材料的动弹性模量特性;随着粗细颗粒直径跨度增大,试样级配关系增强,最大动弹性模量随之增大;细颗粒直径变小和粗颗粒直径变大都将引起最大动弹性模量的增大。试样的动弹性模量随着细观剪切模量的增大而增大,近似为幂函数关系,动应变降低。     

灰岩区降雨型滑坡软弱夹层的三轴试验强度研究

国道105江西赣州龙南县段穿越灰岩区,局部边坡因含有顺向软弱夹层,斜坡稳定差,在降雨作用下极易发育滑坡,对公路的建设和运营影响较大。为查明灰岩区降雨对粉质黏土软弱夹层的强度与变形特性的影响,采用标准应力途径GDS三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与偏应力的关系曲线、净围压与偏应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:低围压向高围压转变过程中,滑带土应力应变曲线由加工软化型向加工硬化型转变;在相同围压条件下,基质吸力由低向高变化过程中,滑带土在低吸力条件下表现为应变软化,在高吸力时表现为加工硬化;总粘聚力与基质吸力呈线性增长关系,其增长斜率夹角为基质吸力相关角φ~b=15.5°;当基质吸力为0 kPa、30 kPa、60 kPa、90 kPa时,其总粘聚力分别为:22.7 kPa、33.4 kPa、43.8 kPa和46.9 kPa,内摩擦角φ′分别为21.8°、23.6°、26.2°和24.5°;最后根据Fredlund非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式。     

粗粒料湿化变形数值模拟研究

粗粒料湿化变形特性对土石坝静力稳定有着显著影响。目前开展的三轴试验和直剪试验研究,一般只能进行干样和饱和样的试验,而对于非饱和情况研究较少。基于粗粒料不同围压下湿化变形试验研究成果开展数值模拟研究,结果表明:湿化变形的影响可以通过改变细观剪切模量和细观摩擦系数来实现;随着颗粒破碎随饱和度和围压的增加,湿化后粗粒料的强度低、内聚力降低,但摩擦角变化不大。