不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制

为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;基于数字图像处理技术生成PFC^2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是,泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律,且含石量越高,最终剪胀效果越明显;在高围压下始终表现为剪缩,且含石量越低,剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势,且在20%~80%含石量内增长较快;黏聚力随含石量增大不断降低,但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏;随含石量增加,土石混合体骨架结构效应越来越显著,剪切带绕过块石,形成多个形状不规则的小剪切带。     

土石混合介质堆积体力学特性试验研究

由于堆积体边坡物质组成和结构的复杂多变性,其变形和稳定性成为工程建设中极为关注和亟待解决的问题之一。以三峡库区一典型堆积体边坡为例,根据现场调查和取样结果,通过室内大型直剪试验,研究不同含水率、含石量以及密实度情况下堆积体抗剪强度的变化规律。试验结果表明:细粒土含量越多,含水率对土石混合堆积体强度的影响越明显;当含石量在70%以上时,抗剪强度有急剧增大的趋势,堆积体试样的强度随密实度的增大而增大。研究结果不仅为堆积体变形和稳定分析提供基础资料,也为类似工程建设中遇到的堆积体边坡问题提供一定的参考。     

路用坡积体填料剪切性能试验研究

为了研究路用坡积体填料的剪切特性,以陕西略阳山区典型坡积体为研究对象,开展室内大型直剪试验,研究不同含石率和不同法向应力下坡积体填料的剪切特性,重点对剪应力-剪切位移曲线、剪胀剪缩特性、抗剪强度及其参数进行分析。结果表明:剪应力-剪切位移曲线分为线性变形阶段、初始屈服阶段和硬化阶段,剪切过程中由于块石存在出现了轻微抖动现象;高含石率的坡积体填料比低含石率的坡积体填料的剪胀剪缩现象更为明显;相同含石率条件下,剪缩段的法向应力越大,剪缩越明显,剪胀段则相反;含石率在45%～65%时,路基填料的抗剪强度较高;内摩擦角随含石率增大而增大,而黏聚力呈先增大后减小再增大继而减小的趋势。     

弃渣混合料与混凝土接触面剪切力学特性

为理清粗糙度、含石量、法向应力对灰质岩弃渣混合料与混凝土接触面剪切力学特性的影响,采用新型大型直剪仪对4种含石量的灰质岩弃渣混合料和5种粗糙度的混凝土面板分别在不同法向应力条件下进行系列接触面剪切试验,探究粗糙度、含石量、法向应力变化对接触面剪切强度的影响,揭示三者与接触面剪切力学特性的内在关联及接触面抗剪强度机制。结果表明：相同法向应力条件下,随粗糙度的增加,接触面抗剪强度呈现先增加后减小的趋势,且粗糙接触面能显著提高接触面的剪胀程度,但随法向应力的增加,粗糙度对接触面抗剪强度和法向变形的影响均减弱;相同法向应力条件下,随含石量的增加,接触面抗剪强度的变化规律与法向应力的大小密切相关。同时,试验数据分析表明接触面抗剪强度与Mohr-Coulomb强度准则高度吻合,且粗糙度和含石量对接触面表观黏聚力的影响相比对接触面内摩擦角的影响更为显著。合理的粗糙度和含石量能较大程度地提高弃渣混合料与混凝土接触面的抗剪强度。     

植物根系固土护坡抗剪强度试验研究

以全风化花岗岩残积土为研究对象,通过对加入狗牙根根系形成的根土复合体在不同含水率条件的室内直剪试验,研究了土壤含水率及含根量对抗剪强度的影响,用以评价植物根系对全风化花岗岩残积土坡的加筋效应及固坡效果.结果表明:植物根系可以显著增强土体的抗剪强度,促进边坡的稳定;根土复合体的抗剪强度随着含水率的增加而降低;随着含根量的增加,根土复合体的抗剪强度增强,主要表现在粘聚力c随含根量增加而显著增大,内摩擦角φ值几乎不变;当含根量达到0.3%及以上时根土复合体的抗剪强度增幅有所减缓,即存在最优含根量区域;根系对25%含水率的土体加筋效果最显著.     

考虑含水量和密度影响的压实黄土抗剪强度特性研究

在干旱半干旱地区,压实黄土广泛用于建造路堤、土坝、基坑回填等工程中,受降雨入渗等因素影响,压实黄土的含水量经常会发生变化,其抗剪强度也会随之改变.通过直剪试验研究了压实黄土的抗剪强度参数随含水量和干密度的变化规律.得出在干密度相同的条件下,压实黄土的粘聚力、内摩擦角随含水量的增大而减小的结论;归纳出粘聚力、内摩擦角与含水量均呈二次抛物线关系.进一步分析得到了考虑含水量和干密度影响的压实黄土抗剪强度计算公式.     

基于3维离散元颗粒流的土石混合体大型直剪试验模拟分析

为能更好的揭示土石混合体的剪切特性与力学行为,以新疆博乐地区某土石坝心墙料为研究对象,选取了3种不同含石量的室内混合料试样,通过导入随机多面体模板建立真实块体颗粒模型,并进行了不同含石量在不同围压下的的三维颗粒流土石混合体室内大型直剪试验模拟,研究了含石量对试样抗剪强度的影响,分析了土石混合体在剪切过程中的体积变化以及不同含石量下土石混合体的力链网络分布。结果表明：模拟结果与室内试验的拟合度较好,二者具有良好的一致性;含石量对土石混合体的剪切特性有显著影响,含石量越高,土石混合体的抗剪强度越大;在相同法向应力下,试样的剪胀量随着含石量的增加而增大,低含石量试样表现出一定的“软化特性”,高含石量试样表现出“硬化特性”;不同含石量的土石混合体力链网络分布表现为各向异性,随着含石量的增加,强力链数目增多,分布更加集中,试样整体较为稳定,土石混合体在宏观上表现出更高的剪切强度。该研究可以更好的理解土石混合体的细观力学机理,可为相关岩土力学模拟提供参考依据。     

土与结构物的接触特性研究

土与结构的接触特性受土的类型、密实度、含水量等许多因素的影响,为研究株洲地区典型红土与混凝土结构物的接触特性,设计了9种不同含水量和密实度的土样,并对每种土样分别加上50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa 4级不同的法向应力,进行改进的直剪试验.试验数据表明:土与混凝土块接触面抗剪强度随土体密实度的增大而增大,随土体含水率的增大而减小;界面粘聚力随土体含水量的增大先增大后迅速减小,在塑性状态含水量附近时达到峰值.     

高应力下粗砂与混凝土接触面剪切特性影响因素试验研究

利用改装自RMT-150B的直剪试验仪在不同法向应力下进行了含水量为0%、8%、16%、24%的粗砂与具有4种不同粗糙度、强度混凝土基底的接触面直剪试验。试验结果表明：当法向应力等于2 MPa时,随接触面粗糙度的增加,达到极限抗剪强度的剪切位移先增加后减小;当法向应力大于2 MPa时,达到极限剪切强度的剪切位移基本不再随接触面粗糙度而变化;在法向应力相同的情况下,干砂初始抗剪刚度较湿砂大。依据试验数据回归分析可知：高应力直剪条件下,粗砂与混凝土接触面的剪应力剪切位移关系可用双曲线模型描述。直观分析结果表明：极限抗剪强度受法向应力影响最大,且与应力呈线性相关,其次为接触面粗糙度,含水量的影响略高于混凝土界面强度;初始抗剪刚度随法向应力、接触面粗糙度、基底硬度的增大而增大,接触面初始剪切刚度所受因素影响从大到小依次为法向应力、含水量、接触面粗糙度、基底硬度;颗粒相对破碎受法向应力影响最大,其次为含水量,再次为基底硬度,接触面粗糙度影响最小,并且颗粒相对破碎随法向应力增达而增大,随混凝土粗糙度与基底硬度的增大而减小,随含水量增加存在破碎的破碎峰值。     

不同含水量条件下红砂岩泥化夹层的剪切特性

为了探讨不同含水量条件下泥化夹层的剪切特性,通过等应变直剪仪对红砂岩泥化夹层进行不同含水率和法向应力的直剪试验,研究了红砂岩泥化夹层的剪切力学行为.结果表明：剪应力-剪切位移曲线为滑移型曲线,正应力越小,达到剪切强度所需的剪切位移也越小;随着含水量的增加,泥化夹层的剪切强度明显降低,剪切强度参数中内摩擦角非线性减小,而粘结力先增大后减小;存在一个临界含水量值,当含水量小于该值时,粘结力随含水量的增大而增大,当含水量超过该值时,粘结力随含水量的增大而减小.     

灌木对黄土边坡的加固效应

植物对边坡稳定性的贡献源于根系对土体的加劲作用、根系吸水消耗孔隙水压力及其引起的抗剪强度增加.通过对非饱和含根土开展剪切试验建立了根-土复合体的抗剪强度模型,其抗剪强度是根系密度和土壤含水率的函数.通过建立二维根系吸水模型,开展根系吸水条件下的渠道边坡土壤水分运动数值模拟.根据土壤水分动态分布和根-土复合体抗剪强度模型计算了不同气象阶段植被渠道边坡的稳定性.对比相同时刻植被边坡和裸土边坡的稳定性计算结果发现,植物根系通过加劲土壤和吸取土壤水分能够显著增强黄土渠道边坡的稳定性.     

含水量对膨胀土强度影响的试验研究

本文运用非饱和土的强度理论分析了膨胀土的强度及其影响因素,对不同含水量的膨胀土进行固结不排水剪切试验。研究了膨胀土强度与其含水量之间的关系,试验表明膨胀土的峰值强度、稳态强度受膨胀土的状态影响强烈。随着含水量的增加,其强度明显下降。随着含水量的变化,粘聚力的变化比其摩擦角变化大。     

重塑膨胀土的抗剪强度试验研究

土的含水量和压实度是影响膨胀土抗剪强度的重要因素。在实验室研究了不同含水量和压实度情况下土的抗剪强度特性,采用多元线性回归方法,分析了内摩擦角和粘聚力与含水量和峰值抗剪强度的关系,发现重塑膨胀土的抗剪强度参数与压实度无显著相关,含水量对其有显著影响,定性分析了不同含水量下土的剪应力与位移的关系。     

重塑膨胀土的抗剪强度试验研究

土的含水量和压实度是影响膨胀土抗剪强度的重要因素。在实验室研究了不同含水量和压实度情况下土的抗剪强度特性，采用多元线性回归方法，分析了内摩擦角和粘聚力与含水量和峰值抗剪强度的关系，发现重塑膨胀土的抗剪强度参数与压实度无显著相关，含水量对其有显著影响，定性分析了不同含水量下土的剪应力与位移的关系。     

桩—土界面残余强度影响因素分析

桩周土体因卸载或上部堆载使桩-土界面应力发生变化,并导致桩-土界面峰值剪切强度受损而下降为残余强度。为研究法向应力、压实度、含水率及预压力等多因素对桩-土界面的残余强度影响,利用自制的剪切试验装置对桩-土界面试件进行了剪切试验。试验结果表明：剪切应力达峰值强度后出现软化,法向应力越大软化越明显。残余强度随压实度和法向应力提高而增大,随含水率的提高先增后减,且在最优含水率附近达到最大值;在不同的法向应力情况下,受含水率和压实度的影响下,残余强度表现为山峰型,在最优含水率附近和压实度最大处达峰值,且预压对法向应力较小情况下残余强度提高比例更高。对不同压实度下的法向应力-残余强度、法向应力-残余应力比进行了讨论,得知有无预压界面残余强度与法向应力存在显著的线性关系,符合莫尔-库伦剪切破坏准则,不同压实度下残余应力比均随着法向应力的增长而衰减,而有预压影响时,这种现象会更明显。     

Study on the shear strength of deep reconstituted soils

Based on analytical methods of strength studies for deep soils, direct shear tests were carried out to investigate the shear strength of deep reconstituted soils at different initial dry densities and amounts of water. The results indicate that the shear strength of deep reconstituted soils for identical amounts of water below the plastic limit is enhanced with increasing dry density and but reduced sharply at the critical density, the point at which coarse particles break down. Moreover, the shear strength for identical dry density decreases with additional amounts of water and the rate of degradation is the greatest at the critical density, This is because the friction resistance between coarse particles reduces with increasing amounts of water higher than the plastic limit. In order to obtain reliable strength of deep reconstituted soils, suitable dry densities and amounts of water are necessary.     

配比对纤维沥青碎石表层性能的影响

为了分析配合比参数对纤维沥青碎石表层性能的影响,根据纤维沥青碎石的材料组成和力学特性,采用直接拉拔和正压扭剪实验对试件进行强度测试,并应用正交分析法对实验结果进行分析,得出了各配比对纤维沥青碎石表层性能的影响规律.研究结果表明:乳化沥青用量和碎石用量对纤维沥青碎石表层强度的影响水平比纤维用量和纤维长度显著;层间抗拉强度随着乳化沥青用量和碎石用量的增多而逐渐增大,抗剪强度随着乳化沥青用量的增多而增大,随着碎石用量的增多先增大后减小;当乳化沥青用量为2.0 kg/m2、碎石用量为13 kg/m2、纤维用量为0.1 kg/m2和纤维长度为60 mm时,纤维沥青碎石表层的性能最优.     

聚丙烯腈纤维混凝土性能试验研究

以河北丰宁抽水蓄能电站上、下库C30W12F400面板纤维混凝土为例,探讨了不同石粉含量、掺加聚丙烯腈纤维对混凝土力学性能影响,得出:沙中石粉含量对混凝土用水量、强度等性能影响极大,建议石粉含量控制在(10±2)%;聚丙烯腈纤维使用得当能够提高混凝土抗裂性,也可使混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度明显增大。     

土与结构接触界面改进直剪试验研究

目的 研究土与结构接触界面力学行为随接触材料类型及含水率变化规律．方法 通过改进的直剪仪进行黏土自身、黏土与混凝土、黏土与石、黏土与砖4个含水率共64个试样的剪切试验．结果 得到了不同含水率不同正应力下土与不同结构接触界面的剪切应力应变曲线，当土体含水率增大时，黏土内部摩擦角缓慢减小，而黏土与混凝土和黏土与砖接触界面的摩擦角急剧降低；土体内部的黏聚力逐渐减小。而土与结构接触界面的黏聚力均先增大后减小，各接触类型接触界面的抗剪强度随土体含水率的增大均呈下降趋势．只在含水率为13％、法向应力为50kPa的黏土内部剪切时才出现剪胀现象．结论 土与结构接触界面的抗剪强度、摩擦角、黏聚力等力学参数与接触材料类型及土体含水率密切相关，研究结果为工程设计的计算参数取值提供了试验依据。