轻量土击实密度模型与工程特性

为了探索软夹杂土体压实机理,指导轻量土配方设计与压实施工,基于混合土物质结构组成及土体压缩变密的物理本质,建立了击实密度模型。试验发现模型预测值与实测湿密度基本一致,绝对误差仅有0.003~0.051 g/cm³,相对误差仅有0.282%~5.267%,证明击实密度模型可以准确预测混合土不同击实条件下的湿密度。EPS颗粒压缩率、混合土湿密度随击实次数增大而增大,增大趋势逐渐变缓;混合土孔隙比随击实次数增大而减小。在击实作用下,轻量土湿密度的提高是由土体的孔隙减少和EPS颗粒软夹杂的塑性压缩共同完成的。与砂土轻量土性质相似,粘土轻量土的湿密度、无侧限抗压强度随击实次数增大而增大。=25击时,EPS颗粒压缩率范围6.13%~11.51%;=94击时,EPS颗粒压缩率范围12.80%~14.87%。证明规范规定的击实次数与击实能量适合混合土的击实,不会导致EPS颗粒消泡。考虑到击实密度模型参数测定非常繁琐,根据工程实际情况,假设压实过程中土料含水量不变与压实后土颗粒-EPS颗粒之间的孔隙近似为0,进一步提出了简化击实密度模型,并且通过试验证明了简化模型完全适用于实际工程。     

路基粉土压实特性及其力学效应试验研究

针对公路路基粉土工程特性,进行了击实试验、三轴试验和微观结构分析,绘制了不同击实功作用下粉土的干密度曲线,得到了压实度和孔隙比之间的变化规律,探讨了不同压实度的粉土的力学效应,阐述了不同击实度的粉土微观结构排列形式。试验结果表明：通过掺入粗颗粒改变粉土级配,并不能有效地改变其压实特性;现行的重型击实标准对于粉土是可行的,但压实标准偏低;随着压实度的增加,粉土的黏聚力降低,内摩擦角增大;在压实过程中,随着压实度的增加,粉土填充孔隙的效果较差。     

宽级配砾质土压实特性试验研究

宽级配砾质土随粗料含量变化呈现出悬浮–密实、密实–骨架和骨架–空隙3种不同结构,因而表现出不同的压实特性。依据等量替换法剔除超径颗粒后,对糯扎渡堆石坝心墙料的不同掺砾量的宽级配砾质土进行了重型击实试验,研究了宽级配砾质土在不同粗料含量、不同结构下的压实特性,并对击实作用下颗粒破碎规律进行了分析。试验结果表明:随掺砾量或粗料含量的增大,最大干密度呈先升后降的变化趋势;击实后颗粒破碎随粗料含量的增大而增加。     

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟

离散单元法被广泛地应用于颗粒破碎的问题研究中.利用离散元软件PFC-2D对粗粒土一维压缩试验进行数值模拟,可视化压缩过程中颗粒破碎情况和破碎规律.模拟得到了粗粒土一维压缩的log e-log σ曲线,探究初始粒径尺寸、颗粒间摩擦系数、颗粒破碎情况、颗粒破碎准则对于压缩特性的影响.随着初始粒径的增大,压缩系数增大,而屈服...     

不同粒径粉质黏土击实试验研究

结合苏州市中环快速路土方回填项目对粉质黏土进行击实试验研究,对不同粒径的粉质黏土进行了击实试验,得到不同粒径击实指标。试验结果表明,同一含水率12.5%下,随着粒径的增大,干密度先增大后减小,在2.5mm≤d10mm干密度基本不变,在1.25mm≤d2.5mm最大干密度达到最大值1.90g/cm3。在压实度检测要求达90%以上时,含水率变化区间随着粒径的增大先减小后增大,在粒径1.25mm≤d2.5mm时符合压实度要求的含水率变化区间最小,5mm≤d10mm时符合压实度要求的含水率变化区间最大,将这一击实变化规律在施工现场进行验证并应用于施工现场雨期施工,保证施工质量的同时缩短了施工工期。     

砂性土填料抗剪强度指标的试验研究

压实度及含水率是影响砂性土填料抗剪强度指标的重要因素。以厦蓉高速漳州段砂性土填料为研究对象,通过击实试验和18组正交设计的直剪试验,对不同含水率及压实度下砂性土填料的抗剪强度指标进行研究。击实试验结果表明,砂性土填料的最大干密度为1.88g/cm3,最优含水率为10.2%。直剪试验结果表明:砂性土填料的内摩擦角随压实度的增大呈近似线性增长,但与含水率无明显相关;砂性土填料的黏聚力随压实度的增大呈近似线性增长,同时随含水率的增大先增大后减小,在最佳含水率附近达到最大值。     

基于大型直剪试验的粗粒料颗粒破碎对比研究

采用大型直剪仪对钦寸水库洞渣料与盂溪水库卵砾石料这两种粗粒料进行颗粒破碎试验,将裂离参量引入直剪试验结果的处理分析中,从粒组与粗粒料整体2个层面对比研究了2种土料的颗粒破碎发展规律。结果表明:对于2种粗粒料,在所研究的法向应力变化范围内,不同粒组颗粒的裂离比随法向应力的变化均呈现出线性化的递变规律,且2种粗粒料颗粒破碎水平的差异主要体现于较大粒径的粒组颗粒中。随着粒组粒径的减小,2种粗粒料的颗粒破碎水平趋于接近。对于粗粒料整体,当法向应力为0~300 k Pa时,2种粗粒料的颗粒破碎水平较接近,当法向应力为300~1 200 k Pa时,钦寸水库洞渣料的颗粒破碎水平比盂溪水库卵砾石料显著,且2种粗粒料的颗粒破碎水平均有随法向应力增大而继续提高的明显趋势。     

石灰改良土灰剂量“衰减”影响因素研究

以沿海高速公路启东某路段路基土为研究对象,在对现行EDTA测定方法进行分析研究的基础上,为了研究石灰土灰剂量衰减现象的影响因素,笔者进行了不同石灰掺量的石灰土击实试验、EDTA消耗量与养护时间、初始含水率之间关系试验,试验结果显示随着石灰剂量的增加,石灰土的最大干密度线性减小而最优含水率线性增大,EDTA的消耗量随着养护时间的增加而减小,压实状态下减小速率比未压实的速率大,且压实的石灰土的灰剂量衰减存在转点,EDTA消耗量随着初始含水率的增大而减小,过筛时所测定的EDTA消耗量结果比不过筛时大。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态研究

粗粒土的临界状态是构建本构模型的重要工具,目前考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态并不明确。通过大型三轴CD试验,研究了粗粒土在临界状态时的颗粒破碎规律和应力变形特性,探讨了颗粒破碎对粗粒土临界状态应力比和临界状态方程参数的影响。主要结论如下:①粗粒土的临界状态应力比M_c并不是定值,而是与围压之间呈现出非线性的关系;②初始孔隙比对于临界状态应力比M_c的影响则可以忽略;③初始级配相同,围压和初始孔隙比不同的粗粒土,其临界状态在e–(p/p_a)~ξ平面可以用同一条直线来描述,且直线的参数是与初始孔隙比和围压无关的常数。     

最优含水率与粗粒含量关系探究

针对粗粒土特点,对其室内击实试验原理做了简单论述。同时就当前的研究热点,详细分析了影响粗粒土击实特性的内外部因素,包括颗粒级配与材料性质,制样方式与击实方法等。并根据五位研究者的试验数据,详细分析了粗颗粒的加入对土样的击实效应作用规律。在总结前人的研究成果的基础上,分析得到以下结论:(1)粗颗粒的粒径大小不是影响粗粒土最优含水率的关键因素,而粗粒含量才是重要的影响指标。(2)粗粒土的最优含水率与粗粒含量之间存在较好的线性关系;不仅细颗粒与其含水率之间是线性关系,且粗颗粒与其含水率之间也呈线性关系变化。(3)对线性关系进行了指标化处理,给出了粗粒土最优含水率与粗粒含量之间的定量关系,为后续提出普适性公式打好基础。     

侧限压缩下石英砂砾的颗粒破碎特性及其分形描述

利用侧限压缩试验研究高压应力下石英粗砂和细砾的颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布资料,研究颗粒的破碎分形。结果表明:颗粒破碎量随着压力的增加而增加,并与粒径大小有关。随着破碎量的递增,粗砂的内摩擦角逐渐增大,细砾的内摩擦角先增大后减小,二者最终均趋于稳值;石英砂砾破碎后的粒度分布具有良好的分形特性,破碎分维数的数值大小反映了破碎量的变化,破碎量愈高,分维数愈大,并与Hardin破碎率有较为显著的线性关系。破碎分维数和Hardin破碎率与压应力之间分别存在着双曲线关系和半对数线性关系,因而通过压应力和土粒参数就可估计破碎分维数和破碎率。破碎分维数为粒状材料的颗粒破碎分析提供了一个新的量化指标。     

石英砂砾破碎过程中粒径分布的分形行为研究

荷载作用下粒状土的颗粒破碎改变土的粒径分布,从而影响其力学特性。试验证据显示随着颗粒破碎的增加,任何初始分布的土粒都将趋向一种自相似的分形分布。为了揭示土的粒径分布的分形转变机制,利用侧限压缩试验研究高压应力下石英砂砾的粒径分布演化规律和颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布实测数据研究破碎过程中粒径分布的分形行为。研究发现:颗粒破碎增长导致粒状土趋向分形分布的过程与颗粒破碎量密切相关,并可以通过增大的分形维数来描述。尽管石英砂砾的初始分布和粒径有所不同,分形维数大于2.2的粒径分布实测数据均展示了较为严格的自相似性,因而该数值可作为分形分布的分形维数下限值。研究还发现:相同破碎状态下Hardin相对破碎率小于Einav相对破碎率,但二者对应力和体应变的响应规律是一致的。颗粒破碎发展至粒径分布成为分形分布时,体应变与相对破碎率的比值将保持恒定,并且受初始分布的均匀性和颗粒大小的影响很小。这一特点可用于分形分布的识别,并意味着试验中如果粒径分布是分形的,则无须为了粒径分析而终止试验,只需测量到体应变就可估计相对破碎率。     

粒状岩土材料颗粒破碎演化规律的模型预测研究

 荷载作用下粒状岩土材料的颗粒破碎改变了粒径分布,从而影响其力学特性。为了揭示应力水平对颗粒破碎的影响规律,利用一系列高压应力下的侧限压缩试验研究钙质砂和石英砂的压缩变形、应力–应变关系、粒径分布的演化和颗粒破碎特性。在此基础上,建立描述粒状岩土材料的应力水平与孔隙比、体应变、相对破碎率等相关关系的数学模型。研究结果显示：无论是钙质砂还是石英砂,随着应力水平的增加,一旦颗粒破碎增长致使砂粒趋向分形分布,体应变与相对破碎率的比值将保持恒定。恒定比值意味着基于体应变就可估算相对破碎率,其数值为石英砂大于钙质砂。如果颗粒分布发展至分形分布,其孔隙比、体应变、相对破碎率的增量随应力水平的变化规律,可以用形式统一的数学模型表达。基于试验获得的模型参数,该模型可用于预测颗粒在分形分布阶段的相对破碎率。     

砂土最大最小孔隙比测定及其影响因素分析

相对密实度是影响砂土力学性质的重要指标,密实的砂土呈现强度软化,松散的砂土却呈现强度硬化,而测定最大、最小孔隙比是计算相对密实度的前提。砂土的最小及最大孔隙比是通过直接测定的相应最大、最小干密度换算得到的,但目前常忽略了试验方法对其试验结果的影响,也忽略了黏粒含量对砂样密实度的影响。现取细、中、粗砂3种砂样,进行了干密度测试试验并测定了不同黏粒及黏粒掺量下砂样的最大、最小孔隙比。研究结果表明:采用量筒慢转法测量砂土最小干密度较为合理;采用振动锤击法测定砂土最大干密度时,建议细砂采用容积为250 m L击实筒,中、粗砂采用1000 m L击实筒;掺入粉粒、黏粒后砂样的最小孔隙比均随黏粒掺量(≤30%)增加而减小,且两者之间存在一定的线性关系;砂样最大孔隙比随粉粒、黏粒掺量增加逐渐减小,而随高岭土黏粒掺量增加呈缓慢增大趋势。     

考虑颗粒破碎影响的吸力贯入式平板锚安装过程研究

吸力贯入式平板锚是一种适用于深海结构的锚泊基础,基于离散单元法对吸力贯入式平板锚在颗粒可破碎地基中的安装过程进行了模拟,探究土颗粒破碎对锚体运动特征、埋深减少等的影响。研究结果表明,土颗粒破碎导致锚板安装受荷旋转过程中发生斜向上的贯穿运动,影响锚的埋深减少。贯穿运动的产生与吸力贯入式平板锚的几何尺寸偏心比大小有关,偏心比很小时,不发生贯穿运动,随偏心比的增大,贯穿运动的程度先提高后下降;与未考虑土颗粒破碎情况比较,土颗粒破碎导致锚体在安装过程中产生的埋深减少远大于在土颗粒不破碎时的埋深减少。同时在土颗粒可破碎地基中,受贯穿运动的影响,吸力贯入式平板锚偏心比达到0.3后,埋深减少不再随锚链拉力倾角增大而线性增加,锚链拉力倾角超过45°后,埋深减少随着锚链拉力倾角增大而增加的速度变快。     

粗颗粒土抗剪强度影响因数分析

介绍了颗粒破碎、含水率、最大粒径以及粗粒含量对粗颗粒土抗剪强度的影响,并指出颗粒破碎与粗粒含量是最主要的影响因数,含水率对抗剪强度影响不大,而最大粒径对抗剪强度的影响则是相对的。     

约束型压缩条件下破碎煤岩体的承载特性

为研究破碎煤岩体的承载特性,对不同粒径和不同煤岩混合比破碎岩石试样分别进行约束型压缩试验,结果表明:在承压过程中,块体粒径和煤块占比与应力增长速率呈负相关,与最大应变值和承压持续时间呈正相关。空隙率和压实度均随应力增长而下降,最终趋于平稳,二者的降幅与粒径大小、煤块占比均呈负相关性。破碎煤岩体压缩后具有分形特征,分形维数与压缩后的原始粒径块体质量占比之间呈良好的线性衰减关系,可用来表征岩块承压后的碎裂程度。随着块体粒径增大,分形维数值在2.26~2.50范围内依次增加,大粒径试样承压后的碎裂程度更严重;随着煤块占比增加,分形维数呈先减后增的趋势,其值在2.31~2.58之间,表明不同煤岩比试样的碎裂活动先减弱后增强。     

人工制备黄土湿陷性影响因素及微观机理研究

基于模型试验相似理论和Monte Carlo原理,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐,采用空中试验自由下落法制备人工湿陷性黄土。对不同含水量和压实度的土样进行土工试验、能谱仪元素分析和电镜扫描测试。试验结果表明:该人工黄土的元素组成与天然湿陷性黄土具有一致性;人工制备黄土的湿陷性随着初始含水量的增加呈先增大后减小的趋势,随着压实度的增大线性减小,湿陷规律与天然湿陷性黄土相似;该人工黄土具有易受应力状态和浸水影响的结构性。随着压实度和含水量的增大,颗粒的各向异性、面积比和等效直径增大,而扁圆度和充填比减小。土的湿陷系数与各向异性、扁圆度、面积比等微结构参数存在着良好的相关关系。从微观角度合理地解释了该人工黄土相似材料的湿陷性机理,与天然黄土湿陷规律有较高的契合度。     

基于离散元法的真三轴应力状态下砂土破碎行为研究

基于可破碎三维离散颗粒模型模拟了一系列常规三轴试验与真三轴试验,研究了砂土在真三轴应力状态下的破碎行为。数值调查主要关注试样的应力应变特性、级配及相对破碎率的演化。随着围压增大,颗粒破碎率增大,试样应变软化特性和剪胀性逐渐减弱,而超过临界高围压后,由于固结中颗粒大量破碎,试样剪胀性反而增强。真三轴试验中,试样偏应力比峰值均随中主应力参数b值增大而减小。由于破碎随b值增加而明显增大,试样剪胀性随b值增大而逐渐减弱。试样内摩擦角φ随围压增大而减小,其演化关系基本满足对数关系;内摩擦角随b值增大先增大后减小,Lade-Duncan准则较为适合描述其变化规律。此外,试样相对破碎率增大的速率随围压和轴向应变增大而逐渐降低,暗示试样最优终极级配的存在,且相对破碎率与试验输入能量之间存在唯一的双曲线关系。     

颗粒级配对碳化硅陶瓷膜性能的影响

根据Furnas模型理论,研究了两种粒径颗粒的级配对SiC陶瓷膜孔径大小及其纯水通量的影响。研究结果表明,细颗粒含量≤40%时,随着细颗粒含量的增加,粗细颗粒之间形成的烧结颈增多,粗颗粒与粗颗粒之间的间隙减小,使得粗颗粒堆积形成的陶瓷膜骨架更加密实,SiC陶瓷膜的孔径减小;经1900℃烧结后,当细粗颗粒含量比例为4∶6时SiC陶瓷膜的孔径较小,为0.699μm,能有效分离乳化油油水。