尾矿砂的动力变形及动强度特性研究

通过对某钼矿尾矿砂在不同固结应力状态下进行的动三轴试验,研究了该尾矿砂的动力变形和动强度特性。试验结果表明：该尾矿砂的动应力应变关系可用Hardin等效黏弹性模型描述,模型中的起始动剪切模量和最大动剪应力皆随固结应力比和有效固结围压的增大而增大,这两个参数与有效固结轴压成幂函数关系,且其受固结应力的影响较小。同时,该尾矿砂的阻尼比随动剪应变的增大而增大,有效固结围压和固结应力比的变化对阻尼比与动剪应变关系的影响较小;在不同固结应力条件下,阻尼比与最大阻尼比之比与动剪切弹性模量比的减小量之间在双对数坐标系中呈较好的线性关系。在振动条件下,该尾矿砂达到破坏时对应的动剪应力随有效固结围压和固结应力比的增大而增大,其动剪应力比受固结围压的影响较小,并随固结应力比的增大而减小。     

高埋深条件下尾砂土的动强度特性

为分析随着尾矿坝坝高的增加,处于尾矿库高埋深条件下的尾矿料在地震作用下是否会出现液化现象或发生较大永久变形,选择尾砂土进行高埋深条件下不同围压400,800,1 200 kPa的动强度试验,并进行尾砂土液化影响深度分析。分析成果表明高埋深条件下尾砂土的动应力随围压的增加而增大,随固结应力比的增加而增大,变化规律和小围压下的变化规律基本相同;高围压条件下,围压对液化应力比影响较大,液化应力比随围压的增加而减小,但归一化较差。采用规范的尾矿料地震液化判别方法,在尾砂土较小干密度和低固结应力比条件下,中部尾砂土存在大概率液化可能,随着地震作用应力比随埋深的逐渐折减,底部尾砂土可以不考虑液化问题     

固结应力状态对超深厚覆盖层深埋砂土动强度参数的影响

在室内固结不排水动三轴试验基础上,对较低有效固结应力到较高有效固结应力范围内超深厚覆盖层深埋紧密砂土的动强度特性进行了研究,重点研究了固结应力状态对动强度参数的影响。结果表明:(1)有效固结围压力对抗液化动剪应力比有明显影响,其影响随土类和相对密度的不同而不同,有效固结围压力越增大,抗液化动剪应力比越减小,相对密度越大,这种效果越明显;(2)有效固结应力比的影响规律比较复杂,在有效固结围压力较低时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而越大,相对密度越大,这种效果越明显;在固结应力较高时,随有效固结应力比的增大,抗液化动剪应力比可能增大,也可能减小,主要取决于相对密度和有效固结应力比的大小;当紧密砂土在较高的有效固结应力下呈现剪胀时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而增大;当紧密砂土在较高的有效固结应力下呈现剪缩时,抗液化动剪应力比随有效固结应力比的增大而减小;(3)对于中密和紧密砂土,在由剪胀到剪缩状态转变的过程中,存在一个剪胀与剪缩分界的临界固结应力状态,其对应的临界有效固结围压力随相对密度的增大而增大。     

相对密度和固结应力比对饱和含细砾砂土动强度的影响

采用TAJ-20振动三轴仪对饱和含细砾砂土进行了不同相对密度、不同固结应力比下的循坏振动三轴试验,研究这两个因素对饱和含细砾砂土的动强度影响。试验结果表明:相对密度对饱和含细砾砂土的动强度影响较为显著。随着相对密度的增大,饱和含细砾砂土的动强度也在不断增大,但增大的幅度有限。固结应力比对饱和含细砾砂土动强度的影响很显著。随着固结应力比的增大,饱和含细砾砂土的动强度也在不断增大。在相对密度或固结应力比下,动强度和振动周次在半对数坐标上成线性关系。     

饱和砂砾土动孔压发展规律试验研究

采用多功能振动三轴仪对饱和砂砾土进行室内动三轴试验,分析不同试验条件下饱和砂砾土动孔压的变化规律,试验结果表明:在同一固结压力条件下,随着动应力幅值的增大,孔压比的上升速率增大,经过一段时间后最终的孔压比达到一定值;在同一固结压力和动应力幅值条件下,随着固结应力比的增大,孔压比的上升速率逐步减小,达到相同的孔压比时所需的振动次数也逐步增加。     

尾矿粉土动力变形特性试验研究

采用GDS动三轴试验仪,对某尾矿坝的尾矿粉土筑坝料进行了动模量与阻尼比试验,研究了尾矿粉土的动应力-动应变特性,分析了围压和固结比对最大动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并基于沈珠江动力本构模型,提出了可以将固结比影响归一化的最大动剪切模量和模量衰减的修正公式。试验结果表明:随着围压和固结比增大,尾矿粉土的动弹性模量增大,阻尼比减小;随着动应变的增大,动剪切模量比逐渐减小,阻尼比变大;该修正公式可以将固结比和围压对最大动剪切模量和模量衰减的影响归一化,能较准确地反映尾矿粉土的动力变形特性。     

饱和尾矿料动力变形特性的试验研究

介绍对两种饱和尾矿料(尾矿砂和尾矿泥)的动力变形特性进行的一系列试验研究。试验结果表明，饱和疏松的尾矿料具有敏感的不稳定结构，在往返加荷条件下，同一种尾矿料对于不同的固结比，其压力效应的试验结果可以近似地用同一条直线来表示。在固结应力条件和振动次数一定时，饱和尾矿料的残余轴应变随动剪应力比的增大而增大，其变化规律不仅在双对数坐标中呈线形关系，而且，在较小的动剪应力比变化范围内试样就会因残余轴应变的迅速增大而进入破坏状态。     

粉煤灰筑坝的动力特性试验研究

利用振动三轴仪对饱和粉煤灰的动模量、阻尼比和动强度进行了试验,研究了动应变、固结压力、试样密度、初始剪应力等影响因素。试验结果表明,动模量随动应变增减成倍成量级增减,并随固结压力、试样密度、初始剪应力增减而增减,阻尼比随应变增大而增大。抗液化强度随固结压力、试样密度、初始剪应力的增加而增加,但初始剪应力的增加量是有一定限度的。     

振动频率对饱和松砂动力特性影响试验研究

利用DDS-70微机控制电磁式振动三轴仪,在均压固结条件下对福建标准砂进行了不同振动频率的循环三轴试验,研究了振动频率对其动力特性的影响。研究表明:在围压相同且均压固结条件下,饱和松砂的动强度随着振动频率的增大而增大;达到同一峰值孔压的水平,振动频率越高,所需要的振次越多;对应于相同的轴向动应力,动轴向应变随着振动频率的增加,达到5%的应变所需的振次增多,动轴向应变与动孔压的发展不是一致的。振动频率越高,达到液化所需要的振动时间急剧减少,较高频率比较低频率的动荷载作用更能迅速地使饱和砂土达到某一变形、孔压和强度发挥水平,也使饱和砂土产生液化的可能性显著增大。     

饱和黄河岸滩粉土循环荷载后的变形强度特性

对黄河岸滩饱和粉土在固结不排水条件下进行了一系列单调加载、循环荷载后单调加载的三轴试验,研究了动应力幅值、围压及动孔压比对循环荷载后力学特性的影响,提出了可考虑围压及动孔压比影响的粉土循环荷载后单调加载应力应变关系的变形模式。试验结果表明:循环荷载作用完全液化时,动应力幅值变化对液化后力学特性的影响很小;循环荷载后单调加载的有效应力临界状态线与单调加载时相同,不受循环荷载作用历史的影响。与单调加载时相比,循环荷载后的不排水强度及初始切线模量皆产生衰化,衰化程度随动孔压比的增大而增大,初始切线模量的衰化程度更明显;不同围压下循环荷载后的不排水强度比、初始切线模量比及破坏比,皆与动孔压比之间有良好的归一化关系;粉土循环荷载后的应力应变关系可以用双曲线模型来描述,模型计算值与试验实测值基本吻合。     

冻融循环下饱和含黏粒粉砂动力学参数试验

为研究寒区饱和含黏粒粉砂的动力学特性,对松花江河漫滩饱和含黏粒粉砂土进行循环三轴试验,分析冻融循环、动应力幅值、有效围压、荷载频率等环境因素对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比的影响。结果表明:冻融循环对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比影响显著,表现为在不同冻融次数区间内两者不单一变化;未冻融饱和粉砂土动剪切模量随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而增大,而阻尼比随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而减小。并进一步提出了可预测该种土不同工况下动剪切模量与阻尼比的经验公式。研究成果可以为粉砂土在路基工程中的稳定性与安全性设计提供参考。     

动荷载下深圳前海软土变形及微结构特征研究

为探讨轨道交通动荷载作用下软土变形特征,对深圳前海地区软土进行动三轴试验,并对土样进行电镜扫描,借助多种结构参数从微观角度解释动三轴试验中土样的变形机理。结果表明：围压为100~150 kPa、频率为0.5~1.0 Hz时,临界动应力比为0.2~0.3,但围压为100 kPa、振动频率为0.5 Hz时,临界动应力比为0.15~0.20。低于临界循环应力比的情况下,轴向应变的发展速率随动应力比增加而呈指数增加,围压越小、振动频率越小,轴向应变发展速率越大。通过对微观结构参数进行分析,发现围压的增加使得颗粒更加紧凑,颗粒更多地是被压密;动应力比和频率的增加则会使得土体颗粒更易发生破碎,孔隙更容易被较小的颗粒充填。     

南海饱和软土单剪强度试验研究

采用应力控制的单剪试验对中国南海海域原状饱和软黏土的力学响应进行了研究,考察了不同应力水平下软黏土的应力应变响应和强度特征。结果表明:无初始剪应力时,当应变小于5%时,循环应变增长缓慢且稳定,超过5%以后,循环应变迅速增长并达到破坏标准,因此可将循环应变达到5%作为破坏标准,同时,动应力比存在阈值,当动应力比小于0.52时,认为土体不会发生破坏;有初始剪应力时,应变向有初始应变一侧累积,且无论是增加静应力比还是动应力比,都会引起应变累积加快,破坏振次减小,相对而言,动应力比对累积应变和破坏振次的影响更明显。最后给出了破坏振次为1 000次的强度包线,提供了安全的静、动应力比组合方式。     

饱和尾矿料静、动强度特性的试验研究

介绍对两种饱和尾矿料(尾矿砂和尾矿泥)的静、动强度特性进行的一系列试验研究。试验结果表明，由于尾矿料颗粒组成、矿物成分等因素的影响，用尾矿料充填的地基土层具有不同于天然地基的少黏性土层的特殊性。尾矿料颗粒较细，比重较大，石英含量较多，亲水性弱，饱和的疏松的尾矿料具有非常敏感的不稳定结构。不仅在往返加荷条件下动强度低，动剪应力比变化范围小，容易发生液化和破坏，而且，当尾矿料的密度小于某一临界值时，静力条件下也会发生流滑而进入破坏状态。     

长期循环荷载作用下粉质黏土动力特性及相关模型修正

循环荷载长期作用特征直接影响着粉质黏土的动力变形特性及土体结构的稳定性。运用SDT-10型动三轴仪对饱和粉质黏土进行高达20 000次的循环振动,分别控制固结围压、动应力比和振动频率,研究不同荷载条件下粉质黏土的塑性应变、残余孔压特性。研究结果表明:3项荷载条件都对土体的累计塑性变形和残余孔压有至关重要的影响。累计塑性应变在动力荷载持续作用下不断累积,曲线呈现出S型和J型,运用改进的种群增长模型以及改进的指数模型分别能很好拟合累计塑性应变随振动次数的发展规律,随围压、动应力比的增长呈正相关变化,随频率的增加呈反比下降。残余孔压比在正弦波的振动下不断增大,运用改进Seed孔压模型能在一定程度上模拟残余孔压变化规律,随动应力比、频率的增加而增大,随围压的增加而减小。研究成果深化了动力条件下黏土变形特性的认识,为循环荷载长期作用下土体的强度衰减和变形预测提供借鉴和参考。     

循环应力作用下饱和软黏土的不固结不排水强度与破坏准则

通过循环三轴与循环扭剪试验,研究了饱和软黏土不固结不排水循环强度的变化。结果表明：当循环破坏次数给定后,饱和软黏土的不固结不排水循环强度取决于土单元受到的静剪 （偏） 应力,与其受到的围压无关;当作用在土单元上的静剪 （偏） 应力比从0.3变化至0.6时,饱和软黏土循环强度也逐渐增大。进一步,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环应力作用下饱和软黏土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软黏土单元不固结不排水循环强度的变化关系。     

等应力比应力路径下饱和原状黄土的孔压特性

对杨凌饱和原状黄土在轴向加载且径向卸载以及轴向卸载且径向加载二种类型的等应力比应力路径下,进行了K0固结不排水三轴剪切试验,探讨了应力路径、固结围压等对饱和原状黄土孔压发展特性的影响。研究表明:(1)当忽略被动压缩应力路径在较小围压开始阶段所产生的极小负孔压值时,在两种类型的等应力比应力路径下孔压随轴向应变(压缩或挤伸)的增大,先快速增大后缓慢变化且均为正值;(2)固结应力条件相同时,应力路径对孔压发展特性有很大的影响,对于轴向加载且径向卸载类型的等应力比应力路径,孔压随加载应力比的增大而增大;而对于轴向卸载且径向加载类型的等应力比应力路径,孔压却随加载应力比的增大而减小;(3)在有效球应力和偏应力坐标系上,在轴向加载且径向卸载类型的各种等应力比应力路径下近似地具有唯一的有效应力路径;而在轴向卸荷且径向加载类型的各种等应力比应力路径下具有不同的有效应力路径,且随着加载应力比的增大,其有效应力路径由右向左按顺时针方向依次排列;(4)在不同应力路径下,孔压是由平均正应力增量和剪应力增量两部分共同引起的,由平均正应力增量引起的孔压与土的非线性变形特性无关,由剪应力引起的孔压与剪应力间呈显著的非线性关系。