粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

土体的静止侧压力系数K0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,土体的K0系数的准确测量并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前为止,能研究粗颗粒土K0的试验仪器极少,对K0系数的研究成果相应地也很少,而对粗颗粒土在不同初始孔隙比下K0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K0系数,也可用于一般黏土或砂土K0的测定,而且可用于高应力条件。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,其颗粒粒径范围<20mm。试样高度8cm、直径10cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7MPa。试验结果表明：对所试验的粗粒料在K0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈较好的线性关系,K0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时K0范围大致0.3~0.45,孔隙比对K0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力（或竖向应力）之间可用幂函数拟合,提出了能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K0条件下应力应变关系的经验公式。     

粗粒土颗粒渗透系数计算模型的研究

渗透系数是渗流分析中最基本的也是非常重要的计算参数,研究粗粒土颗粒渗流系数计算模型为工程设计提供相对准确可靠数据尤为重要．基于理想致密圆球的渗流模型,将粗粒土颗粒粒径不同级配折算成基于理想渗流模型下的等效粒径,建立粗粒土颗粒流体的渗透系数计算模型．经理论分析建立起渗流系数与粗粒土颗粒等效粒径关系的计算模型,并通过实测数据验证模型的计算精度．为进一步研究多孔介质多组颗粒粒径混比综合渗流系数的计算提供新的途径．     

土工格栅与粗粒土界面特性的大型直剪试验研究

为分析粗粒土与土工格栅复杂界面作用特性,通过设计改良后的可视化大型直剪设备,采用双向土工格栅为加筋材料,对素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验进行界面研究.分别考虑法向压力、粗粒土中的粗粒含量P5等多因素的变化对筋土界面的性质影响.利用高清数码相机对试验剪切过程进行跟踪采集,研究素粗粒土和加筋粗粒土直剪试验过程中剪切面位移场变化规律.结果表明:加筋粗粒土比素粗粒土的内聚力有所增加,内摩擦角有所降低,加筋粗粒土直剪界面区域土体颗粒位移最大值小于素粗粒土的位移最大值,但加筋土界面厚度大于素粗粒土界面厚度.土工格栅对土颗粒的嵌锁作用限制了土颗粒的剪切移动,增强了土体的稳定性,从而提高了土体的抗剪强度.     

基于核磁共振技术探究细粒土中孔隙水的分布

细粒土中孔隙水分布特征影响其物理力学性质,厘清细粒土的孔隙水分布特征及其影响因素对深刻认识细粒土的力学特性尤为重要。为探究细粒土颗粒孔隙水水分布机制,利用核磁共振技术进行了一系列试验,研究了细粒土颗粒物理化学性质和初始含水率对孔隙水分布的影响。随着含水率的增加核磁共振分布曲线向右侧移动,而高岭土表现得最为明显;对比不同细粒土饱和后发现,高岭土的弛豫时间要大于膨胀土和红黏土,饱和后高岭土的孔径较大。     

瑞利波作用下半空间饱和土中位移应力分布特性研究

研究了瑞利波作用下半空间饱和土位移和应力的分布特征,对于建筑结构抗震设计具有重要的意义.基于饱和多孔介质理论,将土体视为液固饱和两相介质,利用Helmholtz分解,建立求解了瑞利波作用下饱和土的弥散方程,得到了半空间饱和土的位移和应力.分析了渗透系数和阻尼系数对瑞利波作用下半空间饱和土中位移和应力分布特征的影响.     

加筋粗粒土大型直剪试验及本构模型适用性研究

以粗粒土与土工格栅加筋粗粒土的大型直剪试验为基础,分析其剪切应力-变形关系及粗颗粒含量对黏聚力平均变化率的影响,并研究了双曲线本构模型对粗粒土及加筋粗粒土的适用性.结果表明:粗粒土和加筋粗粒土剪切应力-变形关系曲线均为应变硬化型且明显呈现非线性关系,双曲线本构模型对粗颗粒含量大于18%的粗粒土以及粗颗粒含量小于33%的加筋粗粒土有较好的适用性,并得出了相应的模型参数.     

新型粗粒土直剪试验机研制

直剪试验是粗粒土强度指标测试的传统技术手段.但传统的试验设备存在的重大技术缺陷使得在试验过程中剪切面面积逐步缩小,剪切面中心位置逐渐偏移,导致剪切面上的正应力增大且分布不均,使试验结果产生误差和严重失真,并制约了该项技术手段发展和工程应用.为了克服粗粒土直剪试验设备的这一重大技术缺陷作者研制了一套大型粗粒土直剪试验机,采用齿轮齿条机构来固定剪切面中心的位置,同时运用线性比例调压技术使正应力恒定,有效地解决了这些技术难题,使粗粒土直剪试验技术得到了进一步完善.     

正常固结土与超固结土主要力学特性的比较

介绍了正常固结土和超固结土的排水强度、变形、孔隙水压力和静止侧压力系数等主要力学性质,并对其进行了比较.     

加筋粗粒土大型三轴试验研究

采用大型三轴剪切仪,对粗粒土,加筋粗粒土强度变形特性进行了实验研究。试验结果表明不同围压条件下粗粒土和加筋粗粒土剪切的应力-应变关系类似,应力应变关系表现为应变硬化型;当轴向应变较小时,加筋效果不明显,随着轴向应变的逐渐增大,加筋效果逐渐发挥;粗粒土加筋后的内聚力c有明显增加,但是内摩擦角φ基本不变,侧向变形减小,体积变形增大;对邓肯-张模型的适用性进行分析,表明邓肯-张模型中切线弹性模量能很好适用于加筋粗粒土,但不能很好地反映加筋粗粒土变形特性;在试验的基础上提出了轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立了粗粒土的体积应变与轴向应变的函数方程,并对粗粒土以及加筋粗粒土的三轴试验体积应变数据进行了预测。     

振杆密实法加固粗粒混合土模型试验

中国中西部地区粗粒混合土分布广泛,但其松散性和不均匀性导这些散体材料难以作为构筑物的地基。以提高粗粒混合土地基的承载力和消除不均匀性为主要目标,提出使用振杆法处理粗粒混合土地基,以室内模型试验为主要研究手段,分别进行了振动加固试验、轻型动力触探试验和密度测量试验,并在试验过程中实时监测振动和沉降指标,探究了振杆密实法对粗粒土的加固效果,分析了k值（d90/振杆直径）和振动频率对加固效果的影响。结果表明：振动处理后,式样的轻型动力触探击数平均可达13击,较处理前提高了11击,试样底部的平均压实度可达81%,相应的承载力提高200kPa以上,经振杆密实法处理后变为低压缩性地基土;当k值在1/2时,加固效果优于k值为1/10的情况,前者的地基承载力和沉降率比后者分别高出50kPa和7%左右;粗粒混合土在14Hz振动频率下的地表振动速度较大,可达36mm/s,对采集到的振动数据进行Hilbert-Huang Transform（HHT）,其HHT能谱图显示振动频率在14Hz附近时,地震响应较大;以正三角型布置加固点位,群点作用可以有效的消除地基土的不均匀性,地基土的不均匀系数K从试验前的26.4减小到1.39。振杆密实法可为粗粒混合土地基处理提供新思路,也可为现场施工提供施工关键参数依据。     

膨润土对双轮铣水泥土搅拌墙体强度和渗透特性的影响

膨润土浆液常作为地下工程双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）的铣削液来改善土体搅拌均匀性和维持槽壁稳定。通过室内试验研究膨润土水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数等特性随膨润土掺入量的变化情况,并结合压汞试验分析掺入膨润土对水泥土微观孔隙特征的影响,探讨掺入膨润土后试样孔隙比的变化与水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数的内在关联。结果表明,掺入膨润土可显著降低水泥固化砂土和粉土的渗透系数;掺入膨润土还能提高无侧限抗压强度,砂土试样的无侧限抗压强度增幅较水泥固化粉土试样更大;固化土无侧限抗压强度和孔隙比与水泥掺量的比值近似呈幂函数关系;膨润土能有效填充孔隙,同时与水泥水化产物发生化学反应,改变水泥土孔隙分布;掺入适量的膨润土可改善水泥土试样承强防渗效果,在固化粉土和砂土试样中膨润土的适宜掺入量分别为5%和2.5%~5%。     

超静孔隙水压下软土卸荷蠕变特性试验研究

考虑超静孔隙水压作用的软土卸荷力学特性对富水软土地区地下空间开挖变形和稳定性分析具有重要作用。以深圳地区淤泥质软土为研究对象,开展不同初始超静孔隙水压作用下的K₀固结不排水三轴卸荷强度试验和卸荷蠕变试验。试验结果表明：初始超静孔隙水压越大,固结围压越小,软土卸荷破坏越具有突然性;软土卸荷强度应力-应变曲线大致呈双曲线型,其双曲线函数拟合结果表明,卸荷强度随着初始超静孔隙水压的增大而大致线性减小。卸荷蠕变对初始超静孔隙水压敏感性很大,卸荷蠕变破坏时的偏应力约为卸荷强度试验中偏应力的90%。UU0.5应力路径相对于UU0.0应力路径更容易发生卸荷强度破坏和卸荷蠕变破坏,在实际工程中,应尽可能控制软土侧向卸荷比和超静孔隙水压的大小。     

Effect of rock composition microstructure and pore characteristics on its rock mechanics properties

This paper is to study the influence of composition, microstructure and pore characteristics on the rock mechanical properties. Five kinds of sandstone compositions were analyzed by using X-ray diffraction instrument. And the microstructure was observed by using scanning electron microscope. Then the pore distribution characteristic was investigated by using the low field nuclear magnetic resonance equipment. Finally, the uniaxial compression test was carried out to investigate the mechanical characteristics by using RMT150C mechanics experimental system and the uniaxial compressive strength, Poisson's ratio and elastic modulus were obtained. Compared to the analysis of the composition, structure and pore distribution and mechanical properties of the five kinds of sandstones, the relationship among composition,structure, pore distribution and mechanical properties was obtained. The results show that the composition, microstructure, pore distribution and mechanical properties of sandstone are closely related.With the decrease of feldspar and quartz particles, the compressive strength and elastic modulus increase, while the porosity decreases.     

土体抗剪强度指标变异水平对边坡稳定安全系数取值的影响

针对传统的边坡稳定极限平衡方法不能考虑土体抗剪强度指标变异性影响的问题,基于极限状态的概率分析原理,采用Monte-Carlo法对均质路堤边坡的稳定性开展了可靠度计算,讨论了稳定安全系数一定的条件下边坡失效概率随土体抗剪强度指标变异水平的变化规律,分析了安全系数与边坡可靠指标的对应关系及其随土体抗剪强度指标变异水平的变化特征。研究表明：边坡可靠度受土体抗剪强度指标变异性影响显著,呈现出随土体抗剪强度指标变异水平提高而急剧减小的趋势;为保证边坡具有相同的可靠性,安全系数的取值应与土体抗剪强度指标的变异性相适应,据此提出了基于可靠指标和土体抗剪强度指标变异水平的安全系数取值原则及其对应的三参数函数关系式。     

高速铁路CFG桩筏复合地基现场测试研究

基于沉降控制设计理念,沪宁城际铁路路基试验段采用CFG桩筏复合地基。为探索其沉降控制机理和承载特性,对路基沉降变形、桩土应力分布、超孔隙水压力消散等进行了长期观测,获取了一些客观的数据。分析了路堤荷载作用下复合地基沉降、土体侧向变形、桩土应力沿路基横向分布以及孔隙水压力随时间变化规律,探讨了桩土应力比与荷载分担比变化规律。为CFG 桩筏结构在高速铁路软基处理中应用进一步理论研究与设计优化提供试验依据。     

改进的GSI系统在洞室围岩力学参数识别中的应用

针对传统GSI系统未考虑岩体中结构面产状对工程岩体参数的影响这一问题,结合国内相关工程岩体规范和句容抽水蓄能电站工程二号平硐,根据结构面与洞轴线的空间关系,确定其对结构面条件参数SCR的影响系数,改进了SCR的统计方法,确定围岩的等效物理力学参数。研究表明：改进之后的GSI体系求解围岩的等效弹性模量和粘聚力分别减小了约22.3%和8.3%的误差。     

电渗作用下软土细观孔隙结构

软土细观孔隙结构变化是其宏观变形的根本原因。为了探索电渗中软土细观孔隙结构变化以及与宏观变形之间的关联机制,采用杭州软土开展电渗试验,监测了电渗中土体孔隙结构分布特征和含水量,从定性和定量两个方面对试验结果进行分析。研究发现,电渗过程中,粘土颗粒重新排列形成面面接触的片堆结构,土体孔隙比降低,孔隙空间形态变光滑,结构复杂性减弱。通过含水量计算所得孔隙比较实测孔隙比小,说明电渗排水量大于土体收缩量,这是因为,电渗本质为离子带动水分子的迁移,不能直接引起土骨架压缩。实际工程中,电渗法应与堆载、真空预压等联合使用。     

双层地基一维固结的空间概率特性

采用以变形定义的双层地基一维固结的计算模式,将竖向固结系数作为不确定性变量,当其服从Gamma分布时,推导了双层地基一维固结的平均固结度均值和方差的计算公式.针对竖向固结系数的不同变异系数,考虑其自相关性对固结的影响.结果表明,固结系数的自相关性对平均固结度的影响程度,随着自相关距离的增大而减小.     

砂砾土孔隙特征对渗透系数的影响研究

通过改变细颗粒含量分析了孔隙率、不均匀系数以及曲率系数与渗透系数的相关关系,建立了砂砾土的渗透系数与三个孔隙特征参数的多元回归模型,探讨了砂砾土渗透系数与孔隙特征参数的相互关联。研究结果表明,砂砾土的渗透系数与三个孔隙特征参数具有综合相关关系,单个参数对渗透系数的影响具有随机性;40%的细粒含量可作为砂砾石渗透系数的界限含量,细粒含量高于40%后,渗透系数随细粒含量的减小而平缓增大,当细粒含量低于40%时,渗透系数随细粒含量的增大而迅速减小。采用相同骨架结构特征的土体,才能得到一致性的渗透系数变化规律。     

Pore structure of ore granular media by computerized tomography image processing

The pore structure images of ore particles located at different heights of leaching column were scanned with X-ray computerized tomography （CT） scanner, the porosity and pore size distribution were calculated and the geometrical shape and connectivity of pores were analyzed based on image process method, and the three dimensional reconstruction of pore structure images was realized. The results show that the porosity of ore particles bed in leaching column is 42.92%, 41.72%, 39.34% at top, middle and bottom zone, respectively. Obviously it has spatial variability and decreases appreciably along the height of the column. The overall average porosity obtained by image processing is 41.33% while the porosity gotten from general measurement method in laboratory is 42.77% showing the results of both methods are consistent well. The pore structure of ore granular media is characterized as a dynamical space network composed of interconnected pore bodies and pore throats. The ratio of throats with equivalent diameter less than 1.91 mm to the total pores is 29.31%, and that of the large pores with equivalent diameter more than 5.73 mm is 2.90%.