不同掺砾量下砾石土抗拉强度试验研究

砾石土的抗拉强度是土心墙堆石坝抵抗拉裂破坏的重要指标之一。基于自主研制的单向拉伸试验模具,对不同掺砾量下的砾石土进行了系列的单向拉伸试验。在此基础上得到了以下结论:在本文的试验参数范围内,砾石土的抗拉强度随着含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;分别给出了各掺砾量下土样抗拉强度与其最优含水率及最大干密度的关系表达式;对于处于各自最优含水率和最大干密度下的砾石土,掺砾量从0%增加到50%时,试样的抗拉强度从122.6 kPa减小到了49.8 kPa,且两者呈线性递减关系;试样的峰值拉应变和极限拉应变均随着掺砾量的增加而线性递减;对不同掺砾量土样的断裂能分析发现,随着掺砾量的增加,土样的抗拉能力不断减弱;在略高于最优含水率及处于最大干密度时砾石土试样的综合抗拉能力最强。相关试验成果可为实际土石坝心墙抗裂设计提供参照。     

地铁隧道盾构法施工过程中地层变位的三维有限元模拟

在全面分析土压平衡式盾构施工过程中影响周围土体变形各主要因素的基础上，提出一种能够综合考虑各种因素的盾构施工三维非线性有限元模拟方法，通过对某地铁隧道盾构施工过程的模拟，分析了盾构推进过程中隧道周围及地表处土体的位移和变形以及横断面不同深度上的沉降分布规律，计算得到的隧道纵向地面沉降分布曲线与实测数据非常接近，计算结果表明所提出的盾构施工模拟方法是有效可行的。     

击实砾质土抗拉强度试验研究

抗拉强度是黏性土的一个比较重要的力学性质,由于在工程中使用相对较少,对其研究并不多。实际上,诸如土体裂缝、坍塌、土石坝心墙水力劈裂等不少工程问题都与抗拉强度有着密切的关系。对3种砾质土进行击实试样的抗拉强度试验,研究抗拉强度随试样干密度、前期固结压力和含水率等的变化规律。试验结果表明,击实砾质土抗拉强度随着干密度的增加而增加,增加幅度显著;随着前期固结压力的增加,土的抗拉强度也增大,但在试验范围内(固结压力100～500kPa)增大并不明显。随着含水率的增加,抗拉强度稍有减小。在所试验的含水率、密度和前期固结压力范围内,试验得到的砾质土抗拉强度为20～80kPa。     

粗颗粒土橡皮膜嵌入试验研究

对于粗颗粒土三轴固结排水剪试验,橡皮膜嵌入是影响试验体变测量的最重要因素。通过在中三轴试样中埋置不同直径铁棒的方法进行等向固结试验来推求橡皮膜嵌入量。试验表明,试样土体体积与排水量呈较好的线性关系,基此给出了各个围压下的膜嵌入量。指出随着围压的增大,膜嵌入量逐渐增大,约0.8 MPa后,嵌入量的增速变缓,嵌入量占实时总排水量的比例可达31.0%~40.7%。由于粗颗粒土的各向异性,目前所用最多的Newland和Allely所提出的方法总体略高估了膜嵌入的大小,随着围压的增大,各向异性减弱,围压为2 MPa时嵌入量差异仅有0.22%的体变。最后,对比4种解析解发现Molenkamp和Luger的解析解最为接近试验值。针对粗颗粒土,需要进行更多的试验来建立颗粒破碎率和相对密度等与系数η的关系来修正解析解。     

考虑剪胀与软化的接触面弹塑性模型

采用大型单剪仪进行粗粒料与混凝土接触面在混合土泥皮(膨润土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示混合土泥皮条件下接触面的力学特性与机制。试验结果表明,存在混合土泥皮时,接触面表现出明显的剪胀及应力-应变软化现象。峰值强度以及发生剪胀所对应的剪应变与法向应力大小有关,相同法向应力下,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置。为反映接触面的这一变形特性,基于广义位势理论,建立考虑剪胀以及应变软化的接触面弹塑性本构模型。利用塑性状态方程取代传统屈服面,采用分段函数,对剪应力与剪应变关系曲线和法向应变与剪应变关系曲线均用双曲线函数以及似正态函数分别进行拟合,从而确定模型中的各个参数。结合部分试验结果表明,模型计算的剪应力与法向应变与试验值的误差分别在10.5%,12.7%以内,从而验证模型的合理性。     

砂卵砾石地基混凝土防渗墙受力变形性态研究

为研究砂卵砾石地基混凝土防渗墙受力变形性态,进行了包含底部柔性接触和刚性接触两种情况的防渗墙室内模型试验,并对两种情况下的模型进行了有限元计算。结果表明,墙底柔性接触时防渗墙应力明显小于墙底刚性接触时的防渗墙应力,其模型顶面沉降则大于墙底刚性接触情况;有限元计算的防渗墙应力及模型顶面沉降规律和试验值规律相似,量值略有差异,说明现有的有限元计算方法能反映防渗墙的应力变形特点,具有一定的合理性,但仍需进一步改进。     

粗粒土在平面应变条件下的强度特性研究

使用河海大学新型真三轴仪,对粗粒土分别进行σ₃ 保持不变的等σ₃平面应变试验和 b =0 （即常规三轴压缩）、 b =0.25 的等σ₃等b[b=(σ₂ -σ₃)/(σ₁ -σ₃)]试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力路径、破坏时的中主应力系数、内摩擦角及破坏应力比的特点。试验结果表明,等 σ₃平面应变试验的应力路径介于 b =0 与 b =0.25 的等σ₃ 等b[b=(σ₂ -σ₃)/(σ₁ -σ₃)] 试验之间 ; 粗粒土在 平面应变条件下 破坏时的中主应力系数 b 介于 0.15 ～ 0.2 之间;粗粒土在平面应变条件下的内摩擦角比常 规三轴压缩条件下的大 5% ～ 7% ,而破坏应力比则比常规三轴压缩条件下的小 13% ～ 18% 。最后提出一个 由粗粒土常规三轴压缩试验测得的内摩擦角 φ _tc 求平面应变条件下的破坏应力比 M _fp 的计算公式 M _fp =2.3sin φ _tc ,可较好地模拟试验结果。     

球应力和偏应力对粗粒土变形影响的真三轴试验研究

为了研究p,q,θσ单独变化对粗粒土变形的影响,使用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土进行了等q等b(b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))试验,等p等b试验和等p等q试验,试验结果表明:q,b保持不变,p单独减小时,初期几乎不产生偏应变,但会产生膨胀的体积应变,随着p的减小,体积膨胀增大,偏应变也逐渐增大,但偏应变数值上比体积应变小,到后期体积应变和偏应变都加速发展,直至破坏;p的减小直接引起体积膨胀,体积膨胀后颗粒结构松动,进而导致偏应变的产生;p,b保持不变,q单独增大时,初期几乎不产生体积膨胀,但会产生偏应变,随着q的增大,偏应变增大,体积膨胀也逐渐增大,但体积应变数值上比偏应变小,到后期体积应变和偏应变都加速发展,直至破坏;q的增大直接产生偏应变,偏应变使得颗粒之间产生错动,进而导致体积膨胀的产生;p,q保持不变,应力罗德角θσ单独变化会产生不可恢复的体积应变和偏应变,但数值上很小。引入参数sp(sp=(p/q-p0/q0)/(1/Mf-p0/q0))和sq(sp=(q/p-q0/p0)/(Mf-q0/p0)),p0,q0分别为初始球应力和偏应力,Mf为破坏应力比,发现q,b保持不变,p单独减小时,dεv/dp与1/(1-sp)1/2-1成正比例关系,dεs/dp与-sp[1/(1-sp)1/2-1]成正比例关系,应力–剪胀方程为dεv/dεs=-1/sp;p,b保持不变,q单独增大时,dεs/dq与1/(1-sq)1/2-1成正比例关系,dεv/dq与-sq[1/(1-sq)1/2-1]成正比例关系,应力–剪胀方程为dεv/dεs=-sq。最后根据本文试验结果对粗粒土柔度矩阵元素的特性进行了分析。     

中主应力对砾石料变形和强度的影响

对砾石料进行了σ3不变,σ1和σ2等比例同时加载的等b试验,分别研究了中主应力对大、中、小主应变及强度的影响规律。将Mohr-Coulomb准则、Lade-Duncan准则、Matsuoka-Nakai准则和方开泽准则与砾石料的真三轴试验结果进行比较,发现Matsuoka-Nakai准则和方开泽准则反映的内摩擦角与b的关系与试验得到的规律差别较大,Lade-Duncan准则反映的规律与试验结果最接近,但数值上高估了b对内摩擦角的影响。因此,建议了一个破坏准则,推导了该准则的内摩擦角与b的关系式,并用几组真三轴试验结果进行验证,表明本文建议的准则比Lade-Duncan准则、Matsuoka-Nakai准则更准确地反映砾石料的内摩擦角与b的关系。     

土石坝心墙拱作用影响因素研究

针对目前普遍存在的土石坝心墙拱效应现象,对某土质心墙坝进行了有限元分析,探讨了影响土石坝心墙应力拱效应的几种因素。计算结果表明,坝壳与心墙的弹模比、心墙泊松比、坝高等因素对心墙拱效应的影响比较显著;坝壳泊松比对拱效应的影响不大。计算分析结果可为今后类似土质心墙坝的设计提供参考依据。