砂卵砾石料变形与强度特性三轴试验研究

对不同密度的某砂卵砾石料试样进行了三轴固结排水剪切试验,研究了密度对砂卵砾石料强度、应力应变性质的影响。结果表明,随密度的增大,试样的强度指标呈增大趋势;不同围压下,随密度的增大,破坏时的轴向应变具有减小的趋势,且在低围压下这种趋势较明显;密度越大,试样的剪胀性越强,发生相变时的轴向变形和体积变形越小;试样发生相变时的应力水平一般大于0.5,因此在对高土石坝进行应力变形分析时应合理考虑粗粒土的剪胀性。     

掺砂粒径分布对泥质粉砂岩填料抗剪特性的影响

掺入不同粒径硬岩颗粒是软岩地层填方区改良软岩填料抗剪特性的重要方法。设定同粒径级配与单一粒径2类改良方式共32组试验,对比改良前后土料剪应力-剪切位移曲线,得到土料峰值剪切强度、破坏强度、粘聚力及内摩擦角等抗剪参数变化规律。试验结果表明,低应力条件下泥质粉砂岩土料受剪切作用而存在应变软化现象;掺入同级配砂粒后泥质粉砂岩土料内摩擦角随掺砂比例增加呈逐渐增大趋势,粘聚力先减小后缓慢增大;法向应力200、300kPa时,单一粒径替换后土料峰值剪切应力随掺砂中值粒径增加而缓慢增大并趋于稳定,内摩擦角随中值粒径值增大呈急剧上升后缓慢降低,在0.75 mm处取得极值;粘聚力呈先减小后逐渐增大趋势。可见采用粘聚力及内摩擦角等参数评估掺砂改良泥质粉砂岩土料抗剪特性时需注意粒径分布所引起的强度参数变化。     

考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。     

镇安抽水蓄能电站弃渣坝材料大型三轴试验研究

根据镇安抽水蓄能电站弃渣坝地质条件和现场实际工况,通过对不同干密度土料开展土工试验,分析了坝体材料各力学参数特性。试验结果表明：随着围压增大,该坝弃渣料的峰值应力相应增大;在低应力情况下,弃渣料的体积缩小,在围压较高时,体积变化增大;弃渣料先出现剪缩,随后变为剪胀,剪胀随着侧压力的增大出现缩小现象,应力-应变关系曲线呈软化型,最终转变为剪缩型;保持围压条件不变,材料的峰值应力在干密度逐渐增大的情况下出现略微增大,但最大体变随着干密度增大出现较明显的减小情况;保持相同围压状态,邓肯-张模型参数对干密度的敏感性大小依次为Kb、k、m、c、Δφ、Rf、φ0、n。相关研究可为以后抽水蓄能电站的弃渣坝设计和后期防护奠定理论基础。     

压实昔格达土料及其与既有填土界面剪切特性研究

鉴于新增压实昔格达填土及其与既有填土界面抗剪强度直接影响高填方区域稳定性,通过改进直剪试验制样方式,设定2类因素4种应力水平共32组试样,并采用固结快剪探究压实昔格达土料与既有填土界面剪切特性。结果表明,在不同法向应力下含界面试样剪应力-位移变化曲线呈剪切硬化状态,干密度对其应力-位移曲线的影响分为应变软化与应变硬化两个阶段;与新增压实昔格达土体抗剪强度相比,相同干密度下含界面试样的粘聚力大幅降低,最大降幅为32.50%,内摩擦角微弱增大,最大增幅为7.78%;消弱昔格达填土界面效应的适宜干密度为1.285g/cm3,即为界面填土填筑干密度建议值。     

重庆市长江边某地砂岩、砂泥岩、泥岩循环往复剪切强度变化规律研究

为研究重庆市长江边某地砂岩、砂泥岩、泥岩在往复剪切条件下的强度变化规律,通过控制砂泥岩颗粒配合比,分别在100、200、300、400 kPa的法向应力条件下进行8次循环往复剪切试验。结果表明,随往复剪〖JP2〗切次数的增加,三种试样的峰值剪切强度整体均呈减小趋势,且砂岩的峰值剪切强度最大,泥岩的剪切强度最小;三种岩石试样的抗剪强度指标变化规律总体一致,粘聚力先增后减,内摩擦角逐渐减小;砂岩的残余粘聚力最小,残余内摩擦角最大,泥岩的残余粘聚力最大,残余内摩擦角最小。结果可为工程实践中土料的选取提供参考。     

围压影响堆石料剪切带的颗粒流模拟

为分析围压对堆石料剪切带的影响,基于颗粒流理论,构造三种不同形态的颗粒簇,建立了堆石料颗粒流模型。通过颗粒流数值模型双轴试验,研究了围压对堆石料剪切带结构的影响。结果表明,试样剪切带呈非对称X形分布,剪切带内颗粒旋转幅度随着围压的增加而增大,剪切带X形轮廓更加清晰。围压对试样颗粒位移影响较大,随着围压增大,颗粒位移不断增大,颗粒位移呈现出的X形剪切带逐渐消退。试样颗粒簇破碎过程与其宏观应力发展同步,剪切带内的颗粒比剪切带外的颗粒更易发生破碎。随着围压的增大,对试样内部颗粒的约束越强,发生局部破坏范围越小,导致试样内部X形剪切带的宽度逐渐变小。研究成果可为工程实践提供指导。     

PFC模拟筑坝粗粒料力学特性的有效性分析

离散元颗粒流软件PFC已被众多领域引入以探索非连续颗粒介质力学性质及辅助宏观本构模型的研究,但尚未对PFC作为筑坝粗粒料性质研究工具的适应性进行系统性分析。结合潘口面板堆石坝硅质岩主堆料一组典型的三轴压缩试验曲线,按照一般颗粒材料模拟方式标定了PFC细观颗粒参数,从压硬性、弹塑性、应力引起的各向异性及剪胀性等方面论证了其用于筑坝粗粒料性质研究的适应性,并追踪了受力变形过程中颗粒间相互作用及细观组构的变化。限于颗粒形状及破碎的模拟能力,现阶段PFC虽不能完美再现三轴试验曲线,但可作为以往主要靠宏观唯象法描述粗粒料性质的有力补充。     

胶结粗粒土强度变形特性研究

在大量三轴试验资料基础上,分析了胶结粗粒土在围压、养护时间、水泥含量等因素下的应力应变关系,并与无胶结试样的应力应变关系进行对比.结果表明,各影响因素对胶结粗粒土的变形和强度影响显著,与无胶结的粗粒土相比,胶结粗粒土的应力应变曲线呈明显的应变软化现象,且试样的剪胀现象明显,为确定胶结粗粒土的应力应变关系奠定了基础.     

浸水时间对砂泥岩颗粒混合料抗剪强度的影响

为研究浸水时间对砂泥岩颗粒混合料抗剪强度的影响程度,通过直剪试验分析了浸水时间对砂泥岩颗粒混合料的剪应力、抗剪强度及剪胀效应的影响。结果表明,砂泥岩颗粒混合料浸水后剪切过程大致分为弹性阶段和稳定破坏阶段;砂泥岩颗粒混合料的粘聚力随浸水时间呈现“增大—回落—基本稳定”的变化趋势,混合料的内摩擦角在整个剪切过程中变化不大;浸水时间越长,砂泥岩颗粒混合料的剪胀性越小,减缩现象越明显。研究结果为以砂泥岩颗粒混合料为建筑填料的涉水工程建设提供了参考依据。     

水泥土剪切破坏特性与剪破角试验研究

为了解不同条件下水泥土的剪切破坏特性和剪破角的变化规律,通过无侧限抗压强度试验、CD试验和平面应变试验对其进行研究。结果表明,水泥土无侧限抗压强度试验的试样以劈裂破坏为主,破坏应变略大于1%,残余强度较低,破坏剪切面呈不规则形状;CD试验破坏强度、破坏应变和残余强度均随围压的增加而增大,试样为剪切破坏,剪切面规则且较光滑,剪破角与围压近似呈线性关系;平面应变试验水泥土强度约为CD试验的1.4~1.6倍,破坏应变和残余强度较CD试验偏小,试样为剪切破坏,剪切面规则且较光滑,剪破角与围压近似呈幂函数关系。对比分析三种剪破角计算理论值与实测值,认为Mohr-Coulomb理论较Roscoe理论和Arthur经验公式更适合预测水泥土的剪破角,研究结果为以后水泥土剪切破坏特性与剪破角研究提供了借鉴。     

掺软岩粗粒料的湿化试验研究

堆石料填筑完成后,初次蓄水可造成不可忽略的湿化变形。采用GDS土动三轴仪对软岩含量为20%的粗粒料进行单线法和双线法湿化试验,获得了不同围压、应力水平下试样的湿化应力应变关系及其轴向变形,并对比研究了单线法和双线法的湿化变形经验公式的差异。结果表明,掺软岩粗粒料三轴剪切应力应变曲线均为应变软化型,湿化应变随围压和应力水平的增大而增大,且与应力水平呈指数型关系;在应力水平较小时,单线法和双线法湿化应变计算的经验公式计算值差距较小,在应力水平较大时,双线法经验公式计算值比单线法大。     

三维粒状脆性材料颗粒破碎的数值三轴试验

针对脆性材料颗粒破碎的三维力学问题,从细观力学角度,以颗粒极限拉应力作为颗粒破碎的判别标准,进行了考虑颗粒破碎的堆石料大三轴排水剪试验的数值模拟,直观揭示了堆石料在三轴应力状态下的变形过程和细观机理。结果表明,基于颗粒流方法的数值模拟可再现堆石料室内试验的应力—应变及体变曲线、围压依赖性、剪胀性及结构变化等。     

试样高度对粗粒土剪切性能的影响

为研究不同试样高度粗粒土剪切性能的差异,运用DHJ50-2型叠环式剪切试验机,对1~2mm粗粒土组成的3种干密度土样,在4种试样高度下进行直剪试验,探究试样高度改变对粗粒土剪切性能的影响。结果表明,不同试样高度粗粒土抗剪强度及其参数在边界摩擦和力链结构共同作用下呈波动变化;咬合力对尺寸变化更加敏感;不同试样高度的剪切曲线变化趋势一致;试样高度越大,剪缩量越大。研究结果为更全面解释尺寸效应下粗粒土剪切性能的变化奠定了基础。     

单轴压缩下加载速率对石膏波速变化影响的试验研究

为研究单轴压缩下加载速率对石膏波速变化的影响,在4种不同加载速率下对石膏试样进行了单轴压缩试验,测试了加载过程中试样横向的纵波波速随应力的变化关系。结果表明,随着加载速率的增大,试样弹性模量和单轴抗压强度增大,峰值波速增大明显,与加载速率呈二次方关系;随加载速率增大,试样微裂纹更发育,材料更破碎,试样破坏类型向锥形破坏演变,使破坏点的波速明显随加载速率增大而减小;应力—波速曲线的斜率在峰值前随加载速率增大而减小,在峰值后则呈相反规律;随加载速率增加,在应力—波速曲线破坏点前,存在波速缓慢减小的过渡段与应力—应变曲线上由线弹性区向塑性区的转变段（损伤阈值出现段）相对应,其应力值占单轴抗压强度的60%~70%。     

排气状态对非饱和土变形特性的影响

为研究排气状态对非饱和土固相、液相和气相的分布影响,以排气状态为控制变量,通过不同饱和度、不同干密度的非饱和粘土和粉土的三轴剪切试验,分析了气相对非饱和土变形特性的影响。结果表明,试验过程中非饱和土表现出了明显的剪胀性,不同排气状态下的剪胀程度不同,且排气状态对粘土变形的影响较粉土显著。通过微观机理解释为试验过程中孔隙气压力的增大程度不同,会造成土体颗粒间不平衡力矩的差异性,从而导致剪胀程度的不同。     

基于颗粒流数值模拟的交叉裂隙岩体剪切力学特征研究

为研究交叉双裂隙岩体在剪切过程中的力学响应机制,利用颗粒流程序PFC2D模拟了含交叉双裂隙试样直剪试验,分析了次裂隙倾角和法向应力对交叉双裂隙试样剪切应力、破坏模式、微裂纹发育及演化、能量转化和接触法向方位角演化规律的影响。试验结果表明,法向应力为1、5、15 MPa时,试样破坏受主次2条裂隙的共同控制,大部分交叉双裂隙试样剪切峰值强度高于单一裂隙试样;法向应力为30 MPa时,试样破坏主要受主裂隙影响,表现为各试样强度相近,由于微裂纹扩展速度不均致使剪应力曲线在峰后呈"台阶"状;剪切过程中,裂隙试样所做边界功和黏结能与峰值强度具有相同的变化趋势,裂隙周围颗粒接触矢量方向向剪切方向发生显著偏转。研究成果有助于理解双裂隙岩体在剪切过程中的力学响应机制,是对双隙岩体力学行为研究的补充。     

基于三轴试验的土工布加筋粗颗粒土变形及强度分析

对土工布加筋粗颗粒土做了常规三轴固结排水剪切试验,探讨了试样加筋层数(筋数n)对粗颗粒土变形强度特性的影响。结果表明,加筋后,土体由软化型转为硬化型;加筋可减弱土体剪胀性,限制其侧向变形;各围压下,强度加筋效果系数Rσ均大于1,n平均每增加1,Rσ增加0.075~0.345;加筋土在低围压下加筋效果更显著;筋材通过限制土体的侧向变形提高其强度;加筋土仍符合Mohr-Coulomb破坏准则,加筋后土体内摩擦角基本不变,而粘聚力得到显著提高。     

K0固结条件下土石坝坝基砂卵砾石料强度与变形分析

选取级配相同的双江口土石坝、长河坝土石坝坝基覆盖层砂卵砾石料,分别进行4种不同围压下的静止土侧压力系数K0固结排水剪切大型三轴试验,分析了K0条件下砂卵砾石料的强度与变形特性。结果表明,K0条件下的砂卵砾石料在低围压下表现出较强的剪胀特性;不同围压下,砂卵砾石料的峰值强度与围压之间近似呈线性关系;两种砂卵砾石料的初始弹性模量Ei、初始泊松比νi与围压之间均存在良好的幂函数关系。结果为土石坝坝基覆盖层砂卵砾石料的强度与变形特性研究提供了参考。     

粗粒土的抗剪强度特性及其参数

本文以较丰富的粗粒土三轴剪切试验资料为基础,分析研究了应力、应变、体应变等的变化规律,以及剪切中的剪胀效应和颗粒破碎性的影响.较全面地论证了粗粒土的抗剪强度特性;并把(б_1-б_3)-ε_a与ε_v-ε_a关系联系起来,提出ε_v-ε_u关系上dε_v/dε_a=0点对压到(б_1-б_3)-ε_a关系上相当于屈服点,(dε_(?)/dε_a)max点(剪胀率最大点)对应到(б_1-б_3)-ε_a上相当于峰点,由这两点强度比较分析,进一步步阐明了粗粒土的咬合作用和产生C值的机理;又将粗粒土莫尔抗剪强度包线归纳为四种类型,其中三类皆显示出非线性特征,提出用τ_ξ=c Ap_a’(б/p_a’)~B反映粗粒土的抗剪强度特性及参数关系,较为全面、合理.