人工模拟堆石料颗粒破碎应变的三轴试验研究

高应力作用下堆石料的颗粒破碎严重,其对堆石体变形的影响不可忽视。采用水泥净浆浇筑不同粒径和不同强度椭球颗粒的方法,探讨了一种人工模拟堆石料的制备方法。通过系列的三轴试验研究了不同破碎率情况下模拟堆石料应力变形和破碎体应变的特性。结果表明,试验中相对破碎率同颗粒强度和围压力的相对大小直接相关。颗粒破碎对堆石体的应力应变特性具有十分重要的影响。堆石体的破碎体应变均为正值,且随轴向应变的增加而增大,两者近似呈双曲线关系。破碎体应变和破碎率之间存在近似的幂函数关系。     

粗粒料三轴湿化颗粒破碎试验研究

颗粒破碎是引起粗粒料湿化变形的重要因素，有必要对其进行深入研究。利用改进的应力控制三轴仪，对坝的粗粒料进行不同围压和湿化应力水平下保持应力水平不变的三轴湿化变形试验，同时对湿化前后的试样进行颗粒分析试验。依据试验结果，分析湿化颗粒破碎的原因，得到湿化变形最及Hardin的颗粒破碎指标表示的颗粒破碎量。对粗粒料湿化变形和湿化颗粒破碎试验结果的分析表明：湿化变形与围压及湿化应力水平有关；湿化引起颗粒破碎，对颗粒级配曲线有较大的影响，湿化前后级配曲线的颗粒累积百分比的差值随粒径呈驼峰状分布，驼峰位于25％含量粒径左右；湿化引起的颗粒破碎使得级配曲线的曲率系数、不均匀系数和60％含量粒径减小；湿化颗粒破碎随着围压和湿化应力水平的增加而增加；湿化变形与湿化颗粒破碎之间有很好的相关性，湿化轴变与湿化颗粒破碎近似成线性关系；湿化变形的基本规律可以根据湿化颗粒破碎规律加以解释。     

三轴排水剪切下钙质砂的颗粒破碎特性

颗粒破碎是影响粒状土的变形和强度机理的重要因素。为了研究钙质砂在剪切过程中的颗粒破碎特性及其对变形和强度性质的影响,对3种不同初始分布的钙质砂进行了不同围压下的三轴排水剪切试验。结果显示:初始分形的粒径分布在三轴剪切过程中始终保持着较为严格的分形特性,该现象与各粒组中的破碎颗粒主要向相邻的下一级粒组中迁移的机制有关。钙质砂的应力–应变特性与围压大小和初始粒径分布有关,围压越低,初始粒径分布越不均匀,钙质砂的剪胀效应越显著。随着围压的增大,钙质砂的剪胀倾向减少,并逐渐过渡到剪缩状态。钙质砂的破碎率随剪切过程中的应力和应变的增长而增大,其峰值内摩擦角随着破碎率的增大而降低,最后趋于定值。用非线性的指数函数来描述峰值内摩擦角与破碎率的相关关系,揭示了颗粒破碎对钙质砂抗剪强度的影响规律。     

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料工程特性试验研究

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料是由工程标准砂和超轻质聚苯乙烯颗粒按一定质量配比均匀混合而成的土工合成材料,研究其变形和剪切强度特性是掌握其工程力学特性的重要内容,也是解决实际工程中变形和稳定的重要依据。根据单向压缩试验和三轴固结排水压缩试验研究了此种轻质填料的压缩变形特性、剪切变形特性及剪切强度特性。在单向压缩试验的基础上,分析了轻质材料的压缩变形规律和机制,提出了适合该材料的广义孔隙比概念,并得出一般压缩曲线方程,该方程能考虑孔隙比随荷载和配比的变化。在三轴压缩试验的基础上,观察了轻质填料在三维应力状态下的偏应力–轴向应变–体变的剪切变形规律及K f线的变化规律,并分析了配比和应力状态对三轴剪切变形及剪切强度特性的影响,同时得出了K f线形态变化的分界点。     

淤泥再生EPS颗粒混合轻质土变形特性的试验研究

EPS颗粒混合轻质土具有轻质保温隔振、强度与密度可调节等优点,在工程中的应用已逐渐增多.为进一步揭示混合轻质土的变形特性,本文通过常规三轴试验研究了淤泥再生EPS颗粒混合轻质土的变形特性,分析了EPS颗粒体积含量、水泥掺入比、围压和养护龄期等因素对混合轻质土变形特性、破坏应变和变形模量的影响.结果表明:EPS颗粒体积含量、水泥掺人比、围压以及养护龄期对混合轻质土试样的变形特性均有影响,其应力-应变关系曲线均表现为应变软化型;试样的主应力差和初始弹性模量随EPS颗粒体积含量的增大而减小;水泥掺入比和围压越大,试样的应力-应变曲线变陡,初始弹性模量变大,应力强度变高,相应的破坏应变变小,脆性破坏明显;养护龄期越长,混合轻质土中的水化物不断增多,初始弹性模量增大,相应的峰值应力增大,材料由塑性破坏向脆性破坏过渡,峰值应变减小.     

砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料试验研究

通过单向压缩试验,分析了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料的压缩变形规律和卸载回弹变形规律,提出了适合该材料的压缩应变-荷载曲线方程.通过直剪试验,研究了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料的剪应力-剪位移关系,分析了配比、应力状态等对剪切特性的影响.通过三轴压缩试验,研究了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料在不同围压下的偏应力-轴向应变-体积变形关系,分析了配比和应力状态对三轴剪切特性的影响.该研究为废弃轮胎在工程领域的再利用提供了良好的参考.     

堆石料的颗粒破碎规律研究

粗颗粒土剪切过程中的颗粒破碎现象已被广泛认识,并且在试验和理论方面进行了大量研究。利用大型三轴仪开展了一系列不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的排水剪切试验,并对试验前后的试样分别进行了颗粒分析,以探讨堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素。试验结果表明:密度对颗粒破碎影响较小,而级配和围压的影响较大,围压越高则颗粒破碎越严重。对比试验前后的粒径分布曲线发现,颗粒破碎主要集中在粒径20 mm以上的颗粒范围内,粒径变化幅度随粒径的减小呈减小趋势。基于分形理论,建立了颗粒破碎分形维数与围压和颗粒级配之间的关系表达式,为进一步研究堆石料的强度、变形及剪胀特性提供依据。     

应力路径和颗粒级配对砂土变形影响的细观机制

利用GDS应力路径三轴试验系统与颗粒流程序PFC2D,对2种不同颗粒粒径与级配的青岛海砂进行不同应力路径下的室内三轴试验与数值模拟试验,探研应力路径和颗粒级配对砂土影响的细观机制。首先,进行青岛粗细砂在不同密实度与3种应力路径下的室内三轴试验,获得青岛粗细海砂的宏观力学响应,并进行初步地机制分析;然后,进行与室内试验匹配和补充的PFC2D数值模拟试验,挖掘室内物理试验中难以得到的细观信息,如颗粒配位数,转动速度,颗粒位移等,定量地解释不同级配的砂土在不同路径下力学响应的细观原因;最后,进行不同颗粒级配砂土在循环加载路径下力学性质的PFC2D数值试验,从细观角度分析砂土在该路径下的变形机制。     

基于颗粒破碎特性的堆石材料级配演化模型

颗粒破碎会改变土体级配,进而影响其应力应变等力学行为。针对现有技术手段难以实时确定加载过程中颗粒破碎与级配变化的现状,依据天然岩石颗粒的破碎特性,建立了一个基于颗粒强度的级配演化模型。模型中应力参数采用增量加载法,可预测加载过程中的级配演化。由单粒强度试验确定颗粒破碎特性和模型参数,试验结果表明颗粒强度服从Weibull分布。筛分颗粒破碎后的碎片发现,粒径累计分布可用正态曲线拟合,且不同粒组的粒径累计分布相似。最后,模型计算结果与三轴试验数据的对比分析表明,模型可以较好地预测试样在加载过程中的级配变化。     

考虑端部效应影响的非饱和压实土三轴试验研究

 在非饱和压实土控制吸力条件三轴试验中,应用数字图像测量技术,可研究非饱和压实土试样考虑端部效应影响下的强度与变形特性。通过比较非饱和压实土控制吸力条件三轴试验中试样整体与试样中部1/3区域的试验结果,证明试样中部1/3区域受端部效应的影响较小,其试验结果更能代表非饱和土的实际受力变形特性,可以为研究非饱和土的应力–应变关系提供更为准确的试验数据。应用双应力状态变量方法分析试样的抗剪强度,结果表明,端部效应对抗剪强度方程的参数取值有较大影响。应用非饱和土Alonso弹塑性模型进一步研究端部效应对非饱和土数值计算结果的影响。     

玻璃砂透明土变形特性三轴试验研究

玻璃砂透明土是一种由玻璃砂、正十二烷和15号白油按质量比1∶4的混合液体制备而成的新型人工合成透明土;该材料具有透明度高,与天然土体相似度更好等优点,可以用于基于透明土材料的可视化模型试验。为了研究其变形特性,对不同级配的玻璃砂透明土,进行三轴固结不排水剪切试验和三轴固结排水剪切试验,并与同等条件下的福建标准砂试验结果进行对比分析;测得固结不排水剪应力-应变曲线、以及孔压应变曲线形态等工程特性。试验结果表明,随着相对密度的增加,玻璃砂的应力-应变关系从应变硬化型向应变软化型过渡,破坏时的孔压系数A_f降低,变形模量变大;与标准砂相比,玻璃砂透明土的应力-应变曲线峰值来的相对更慢一些。     

红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究

土的结构性是土中颗粒或颗粒集合体及孔隙之间的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。不同围压下固结不排水三轴压缩试验表明,贵阳原状和重塑红黏土应力应变曲线、有效应力路径、抗剪强度指标、破坏形态等宏观力学行为明显不同。考虑红黏土结构性,通过SEM电镜扫描测试,指出红黏土矿物颗粒单元间接触和联结状态,对比分析原状和重塑土样在颗粒形态、孔隙结构与分布等微观差异,研究结构性红黏土宏观强度与变形特性的细微观机理。研究成果对于正确认识红黏土的结构性具有重要作用,可为结构性红黏土工程设计与施工提供理论依据和技术指导。     

煤矸石压缩试验的颗粒流模拟

 根据煤矸石颗粒材料的特点,采用三维颗粒流方法PFC3D的接触连接本构模型模拟煤矸石的压缩特性,再现其复杂的非线性本构关系。设计单一级配和泰波理论级配方案,并用Fish语言生成级配颗粒模型。对煤矸石的三轴压缩试验过程进行数值模拟,比较不同围压下的应力–应变曲线、体积应变曲线和微裂纹发展曲线,从细观角度验证不同级配煤矸石试样的强度及变形规律。研究结果显示,优化的级配方案能提高矸石的峰值强度,降低其压缩量,这对优化矸石充填的级配设计有一定的参考价值。     

重塑膨胀土三轴增湿变形及力学特性的试验研究

通过三轴增湿变形试验和直接剪切试验,对膨胀土的变形和抗剪强度规律进行了研究.结果表明,膨胀土的极限剪应力、凝聚力和内摩擦角都随着含水率的增大而减小,试样含水率越接近饱和含水率,试样的抗剪强度减小的越快;膨胀土的应力随应变增加呈衰减趋势,并且在增湿变形中以体积变形为主,轴向变形较小;在同一应力状态下,随着含水率的增大,体应变逐渐减小,土样表现为膨胀,在含水率相同的条件下,应力越小,膨胀土在浸水过程中的体积变化就越大.     

圆砾土大型三轴试验力学特性研究

采用大型三轴压缩试验对各级围压下南宁地区两种常见的不同密实度圆砾土的抗剪强度、变形特性、内摩擦角等进行了分析比较,试验结果表明在中密状态下圆砾土表现出明显的应变硬化和剪缩特性,而在密实状态下圆砾土则表现出应变软化及剪胀特性,抗剪强度包络线由于圆砾土本身的颗粒形状特性以及围压的增大导致剪胀作用减弱呈近似的线性,随着密实度的增大,圆砾土的抗剪强度增大,内摩擦角增大,试验值相较南宁地区以往所取的经验值而言有较为明显的提高,有效地减小了实际工程中围护结构的受力及变形,为南宁地区工程设计的参数优化起到了一定的指导作用。     

结构性吹填软土侧向变形真三轴试验研究

为了研究吹填软土在侧向变形条件下的力学与结构特性,利用真三轴试验机以及WF应力路径试验仪进行了不排水条件下的侧向卸荷试验,并与常规三轴试验结果进行了对比分析。试验结果表明:与常规三轴剪切试验应力应变关系曲线表现的硬化特性不同,真三轴卸荷试验表现出应变软化现象。随着初始围压的增大,土体由剪缩向剪胀变化。由于中主应力的影响,真三轴卸荷状态下土体的结构屈服应力值明显大于WF卸荷状态以及常规三轴试验下的数值,其随着中主应力系数bd的增大而成非线性增长。真三轴侧向卸荷条件下土体抗剪强度指标大于WF卸荷条件,与常规三轴试验结果也明显不同,其内摩擦角增大,粘聚力减小。     

考虑应力路径与累积变形影响吹填土力学特性

应力路径与累积变形量影响土体的力学特性。本文以天津滨海新区有一定结构强度的吹填土为研究对象,采用WF应力路径试验仪对土体施加不同的应力路径,再控制土体的不同的累积变形量,在此基础上,进行三轴不固结不排水试验,探讨不同应力路径及初始累积变形对吹填土变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律。试验结果表明,土体三轴剪切应力-应变关系曲线形状与应力路径阶段累积变形量密切相关,应力路径对土体抗剪强度大小以及抗剪强度包线形状有明显影响,抗剪强度指标粘聚力受应力路径的影响比内摩擦角大。土体孔压变化不仅与应力路径有关,还与土体结构屈服有关。3种不同应力路径下,有效应力路径在土体结构屈服前后都出现明显的偏转,呈现为“S”型。土体的结构屈服应力并不是一个定值,随着应力状态的变化而变化。     

粗粒土应力诱发各向异性真三轴试验颗粒流模拟研究

基于颗粒流基本理论和物理试验结果,通过改进PFC3D程序中的内置代码,生成包含clump颗粒的混合试样以克服纯球体颗粒模拟粗粒土抗剪强度不足的缺陷,模拟粗粒土在真三轴状态下各主应力方向上的单向加荷试验,并从宏观和细观角度分析了复杂应力状态下粗粒土的应力诱发各向异性特征。试验结果显示:复杂应力状态对各向异性的诱发作用显著,各向宏、细观参数及应力–应变曲线显示出了显著的各向异性;单向加荷试验中加荷向始终为压缩变形,侧向变形复杂,且受初始中主应力系数B影响显著,且B值对非加载向泊松比的各向异性及加载向应力–应变曲线的影响亦较明显;模拟试验中配位数、孔隙率等细观参数的变化趋势能够反映试样体积变形的类型,两个细观参数的取值大小影响抗剪强度的强弱,并且各主应力方向单向加荷时,对应相同的应力增量配位数、孔隙率等细观参数表现出显著的各向异性;从细观角度看,应力诱发各向异性产生的原因归结于侧向围压差异所引起的细观结构变化。     

咸池沟弃渣场渣体大型三轴试验研究

结合咸池沟弃渣场地质条件与现场工况,通过饱和试样大型三轴试验,分析了渣体材料在不同围压下应力—应变关系特性、变形特性以及抗剪强度特性。试验结果表明：该渣体材料不同于一般堆石料,其在轴向压力作用下无明显应变软化特性;随围压增大,渣体由剪胀逐渐过渡到剪缩,且在低围压下,渣体剪胀性在不同应力水平时表现不同;围压较低时,经典线性摩尔—库伦模型仍然适用于该渣体强度分析,但设计数据偏于保守;在高围压下应建立非线性强度模型。在试验分析和理论研究的基础上,认为有必要开展应力路径与应力历史对渣体材料力学特性影响的研究,为依托工程的设计及后期防护奠定理论基础。