粗粒土CT三轴湿化变形试验研究

粗粒土的湿化变形对土石坝的变形和稳定具有重要影响,通过粗粒土CT三轴湿化变形试验对粗粒土的细观变形机理进行了初步探讨。试验结果表明,对于处于某一轴向应力条件下相对稳定且干燥的粗粒土,由于水的浸润作用,颗粒被软化或润滑,原本相对稳定的接触状态变的不稳定,颗粒产生错动和转动,颗粒位置发生调整,直到各个颗粒具有相对较大的接触面积时重新趋于稳定状态。颗粒调整的最终结果是孔隙减小,竖向变形增大。由于颗粒软化和润滑作用导致的强度降低大于颗粒挤密作用带来的强度提高,因此湿化后粗粒土的强度降低,这会对坝体安全带来不利影响。     

粗粒土组构二维模型试验研究

粗粒土的宏观力学性质取决于粗粒土的初始组构及剪切过程中的组构变化。为研究组构对粗粒土应力应变关系的影响,通过制取不同初始组构的试样,进行了粗粒土二维模型平行试验。应用计算机图像测量系统,对颗粒的运动进行量测,从而获得受力变形过程中组构的变化。通过分析组构与应力应变的关系,得到如下认识①平行试验的粗粒土的应力应变曲线有一定差异,说明组构对应力应变起决定作用;②在试样破坏之前,枝向量和颗粒长轴的定向性随着应力的增长逐渐增强;③峰值偏应力随着枝向量初始组构主值比的增大而增大;④平均枝长随体变的增大而略有减小;⑤平均配位数并未随着孔隙比的减小而增大,可能与模型试验中采用多边形颗粒及颗粒偏少偏大有关。     

钢珠和玻璃珠模拟粗粒土的三轴试验研究

采用钢珠和玻璃珠等颗粒材料模拟研究粗粒土力学性质具有较强可行性。对颗粒材料开展了常规三轴试验,探讨了围压、粒径、孔隙比等因素对粗粒土强度和变形特性的影响。研究表明:通过橡皮膜校正,颗粒材料的莫尔-库仑强度包线为过原点的直线;颗粒材料峰值强度随围压增大线性增加,轴向应变与围压存在二次函数关系;随颗粒粒径增加,峰值强度和内摩擦角均表现出增加趋势;分析稳态下的孔隙比与稳态强度的关系可得出相应的稳态内摩擦角。相关研究结论为进一步运用不同形状颗粒材料研究粗粒土奠定了基础。     

含水率对红砂岩粗粒土压实变形特征的影响

为研究含水率对红砂岩粗粒土静力压实变形特征的影响,利用自制装置在电子万能试验机上进行静力压实试验,得到6种不同含水率红砂岩粗粒土压实试验的压力-位移关系,分析含水率对静力压实变形特征的影响。结果表明:红砂岩粗粒土在静力压实过程中的应力与应变符合指数关系;红砂岩粗粒土的压缩模量随对应应力范围终值的增大而增大,两者之间呈线性关系;红砂岩粗粒土的静力压实过程可分为3个阶段:压密阶段、破碎阶段和稳定阶段;在静力压实过程中,应变增长存在拐点;应变拐点的出现,标志着红砂岩粗粒土静力压实过程由压密阶段转向破碎阶段。     

粗粒料工程力学性质的细观模拟

以三维离散元颗粒流理论为基础,PFC3D_EV为工具,改进内置程序代码,对比粗粒料室内三轴固结排水试验结果,生成颗粒接触点数均匀、各向同性应力相同的三轴试验数值模型。引入clump颗粒提高了数值试样内部颗粒形状的复杂度,对比了不同围压下数值试验应力-应变曲线、变形曲线与室内试验的差异,并探讨了剪切带发展规律及颗粒形状对粗粒料强度、变形特性的影响。结果表明:颗粒形状是影响粗粒料工程力学特性的主要因素,提高试样内部颗粒形状的复杂性可获得与物理试验拟合较好的应力-应变曲线;数值模型暂无法实现颗粒破碎状态,造成大应变时剪胀偏大;位移场发展变化过程显示应变软化加速了剪切带的形成;高围压下剪切带明显,且围压越高厚度越薄。     

密度和围压对粗粒土力学性质的影响

通过4组不同密度的粗粒土大型三轴压缩试验,研究了密度和围压对力学性质的影响。成果表明:对于同一种粗粒土,密度和围压是影响力学性质的重要因素,它们共同决定了粗粒土的应力应变曲线形态。疏松的粗粒土一般表现为应变硬化型和体积压缩,随着围压的增大,应力应变曲线的硬化特征更加明显,体缩变形也增大。密实的粗粒土在低围压下应力应变曲线一般呈软化型,且常常表现出较大的体胀变形;高围压下,则表现出硬化特征和体缩特征。密度相同时,围压越高,粗粒土的抗剪强度也越高;围压一定时,粗粒土的残余强度相同。初始孔隙比小的粗粒土在相同的应力状态下体积变形也较小。密度是决定初始弹性模量的根本因素,而剪切变形过程中弹性模量则是密度和应力状态共同决定的。三轴压缩试验条件下,剪应力引起的体积变形一般是先剪缩后剪胀的,其大小由密度和应力状态决定。     

粗粒土应力腐蚀蠕变影响因素的离散元分析

为探寻细观参数对蠕变的影响规律,基于应力腐蚀理论,编写了考虑颗粒破碎的粗粒土蠕变的ＰＦＣ５．０应力腐蚀程序命令流,探讨了接触模型和应力腐蚀模型细观参数对蠕变的影响规律及其敏感性,并基于室内蠕变试验结果进行了参数标定。结果表明:接触模型参数中,颗粒摩擦系数和胶结键粘结强度敏感性较强,颗粒刚度和密度敏感性较差,粗粒土颗粒表面摩擦和抗拉强度越大蠕应变越小;应力腐蚀模型中,激活应力对粗粒土的蠕变有显著影响,随着激活应力的增大,颗粒破碎量急剧减少,蠕应变减小;材料参数β１和β２均对粗粒土蠕变有较大影响,蠕应变随着β１和β２的增大而增大。基于应力腐蚀理论进行考虑颗粒破碎的粗粒土蠕变的离散元分析是可行的,标定的模型细观参数可作为粗粒土颗粒破碎蠕变机理进一步研究的基础。     

高应力下粗粒土颗粒破碎单向压缩试验研究

为探究高应力下粗粒土颗粒的破碎规律,采用改进的单向压缩仪对不同粒组粗粒土试样进行高应力水平下的颗粒破碎试验,定量分析了粗粒土颗粒破碎规律及试样孔隙比变化规律,并对粗粒土破碎机理进行了初步分析。结果表明:粗粒料颗粒破碎率与颗粒大小、轴向应力及粒径级配有关;粗粒土颗粒破碎存在临界应力,应力超过临界应力后才发生显著的颗粒破碎;粗粒土颗粒破碎实质上是土体中裂隙发展,土体强度低于临界应力,裂隙贯穿土颗粒形成的。     

粗粒土二维模型试验研究

 粗粒土是土石坝的主要填坝材料,其力学特性研究是土力学热点之一,一般采用三轴试验来研究粗粒土的力学性质,由于试验方法的限制,很难观察到三轴试验过程中颗粒的运动。为了获得试验过程中颗粒的运动规律,研究粗粒土的细观变形机理,设计并开展了粗粒土二维模型试验。二维模型试验过程中可以清楚地观察到颗粒的运动,能定性地分析试样的受力变形特征。试验结果表明：①峰值偏应力随侧压力的增大而增大,峰后略有软化现象,体变随应变的发展先剪缩后剪胀,侧压力越小剪胀性越明显;②抗剪强度包线呈很好的线性关系;③颗粒破碎率随侧压力的增大而增大,在很小的侧压力下,就有颗粒破碎发生;④试样破坏时有较明显的剪切带。模型试验的上述规律和三轴试验成果具有很好的一致性,说明二维模型试验能够反映三轴试验过程。     

宽级配粗粒土压缩变形特性试验研究

堆石坝工后沉降变形是影响坝体安全运行的关键。为研究筑坝粗粒土不同骨架结构的受力特 性,以及填筑因素对其压缩变形特性的影响,选取筑坝粗粒料设计不同粗粒含量 Ｐ5、密度 ρ与含水率 ω, 开展了 16组侧限压缩试验。研究结果表明:相同初始孔隙比、不同粗粒含量土体骨架结构的疏密程度 不同,随粗粒含量 Ｐ5增大,粗粒土压缩后孔隙比变化 Δｅ呈先增大后减小的趋势,且粗粒含量 60％的土 体压缩后孔隙率最小,干密度最大。压缩后,依据粗颗粒相互排列与接触的关系,可将粗粒土骨架结构 分为粗粒悬浮、粗粒咬合与粗粒架空三种类型。通过极差分析,土体的密度 ρ对其压缩变形影响最大, 其次是粗粒含量 Ｐ5,含水率 ω的影响最小。