粗粒土三轴压缩试验的颗粒流模拟

基于粗粒土室内三轴压缩试验结果和离散元的基本理论,利用颗粒流程序PFC3D建立三轴压缩试验的数值模型。对比不同围压下数值试验与室内三轴试验的应力~应变曲线、变形曲线的差异,并对产生差异的原因进行了分析。结果表明,数值试验的应力~应变曲线、体积应变~轴向应变关系曲线的变化趋势与室内试验基本一致,但是相较于室内试验,数值试验的峰值强度略低,且剪切后期剪胀偏大。产生差异的原因主要是,数值试样未考虑颗粒形状的影响,且在试验过程中颗粒不会发生破碎。     

堆石料在不同应力路径下的颗粒破碎特性

采用大三轴试验设备,对直径为300 mm、高为600 mm的圆柱体堆石料试样进行了三种不同应力路径的固结排水试验,包括常规三轴压缩试验、等平均应力试验及等向压缩试验,探讨不同应力路径下堆石料的颗粒破碎特性,常规三轴压缩试验围压为200、400、800、1 200 k Pa,等平均应力试验平均应力为200、400、600、800 k Pa。试验结果表明,应力路径对堆石料的颗粒破碎特性有很大的影响。常规三轴压缩试验的应力—应变关系近于双曲线,低围压时试样先剪缩后剪胀、高围压时剪缩;等平均应力试验的应力—应变曲线呈应变软化型,体变表现为先体缩后剪胀。计算得到的颗粒破碎指数表明,等平均应力试验的颗粒破碎最为严重,等向压缩试验的颗粒破碎轻微。     

颗粒流变破碎与堆石料流变应变计算

流变是堆石坝的主要变形，当前主要采用室内三轴流变试验加以测量，并通过拟合试验结果得到流变经验公式。但流变试验的时间长，且试验工况要覆盖坝料种类、级配与密度变化并需满足插值方法要求，实际操作困难，简化试验工况则影响插值计算精度。为此，提出一种计算堆石料流变的简化方法，设想可进行加载速率足够慢的三轴试验，使试样中凡受力大于长期强度的颗粒有时间充分破碎，得到的应力-应变-体变曲线则包含流变应变，与不含流变的常规三轴试验曲线比较，得到流变应变。算例计算表明，通过计算得到的流变应变与试验值相当，流变模型参数符合预期。     

土体力学特性尺度效应的三轴抗剪试验分析

土体的物理力学特性受到颗粒尺度及其级配的强烈影响,具有显著的颗粒尺度效应。文中采用天然黏土和商品石英砂,制备具有不同颗粒粒径和体分比的一系列三轴抗剪试样,通过不固结不排水和固结不排水三轴抗剪试验,测得了应力应变关系曲线以及剪应力屈服强度,基于试验结果对土体力学特性的颗粒尺度效应进行分析;同时,引入胞元土体模型,对土体力学特性颗粒尺度效应的物理机制进行解释。实验结果表明,随着土体中砂粒体分比增加和粒径的减小,土体的变形特性明显增强,其剪应力屈服强度也随之显著提高;砂粒的体分比对变形和强度颗粒尺度效应的影响比粒径的影响更为显著;胞元土体模型解释了实验结果的颗粒尺度效应的物理机制。     

土体力学特性尺度效应的三轴抗剪试验分析

土体的物理力学特性受到颗粒尺度及其级配的强烈影响,具有显著的颗粒尺度效应。文中采用天然粘土和商品石英砂,制备具有不同颗粒粒径和体分比的一系列三轴抗剪试样,通过不固结不排水和固结不排水三轴抗剪试验,测得了应力应变关系曲线以及剪应力屈服强度,基于试验结果对土体力学特性的颗粒尺度效应进行分析;同时,引入胞元土体模型,对土体力学特性颗粒尺度效应的物理机制进行解释。实验结果表明,随着土体中砂粒体分比增加和粒径的减小,土体的变形特性明显增强,其剪应力屈服强度也随之显著提高;砂粒的体分比对变形和强度颗粒尺度效应的影响比粒径的影响更为显著;胞元土体模型解释了实验结果的颗粒尺度效应的物理机制。     

压实硬岩堆石的力学特性

本文根据10多个堆石坝工程的堆石室内压缩试验及三轴剪力试验资料,分析了压实硬岩堆石的力学性质,试验结果表明:(1) 压实硬岩堆石的压缩变形主要取决于颗粒间抵抗位移的摩擦阻力,堆石级配越好、密度越高,粒间摩擦阻力越大,压缩变形越小,岩块压碎引起的变形量是很小的;(2) 压实硬岩堆石的内摩擦角随周围压力的增大而减小,呈非线性,类似文中提及的几种堆石的抗剪强度指标φ_d可以用下式求得,即φ_d=53°-8.8°lg(σ_3/P_a);(3) 压实硬岩堆石的应力～应变关系近似弹性应变软化型,体应变呈剪胀变形。     

淤泥轻量土抗剪特性及其细观结构变形研究

为了深入探究淤泥轻量土的抗剪特性及其细观结构变形机理,采用室内单轴压缩试验、三轴剪切试验与ABAQUS有限元数值模拟相结合的方法,通过对比细观模拟监测结果与试验成果,系统分析了不同水泥掺量、围压、EPS掺量及其粒径对淤泥轻量土的抗剪强度特性及细观变形的影响。结果表明:①EPS颗粒掺量对淤泥轻量土的破坏应变及其屈服强度峰值有显著影响。②高水泥掺量对其强度特性及结构变形有重大影响,但其破坏应变受其影响不大,试验结果中破坏应变最大仅相差0.5%。③EPS颗粒定点位监测的数值模拟结果表明,在相同条件下,三个点位的EPS颗粒变形及其应力应变关系并不相同,上点位应变值最大,下点位比上点位的应变值平均小约1.5%。另外在一定的压力范围内,试样破坏之前EPS颗粒在土体内发生的位移并不明显,与试样土体的位移仅差0.15 mm,变化速率与室内试验结果一致。     

胶凝砂砾石材料抗压强度与剪切强度关系研究

通过胶凝砂砾石材料单轴抗压试验和三轴剪切试验,分析材料的应力应变曲线特征。胶凝砂砾石材料在低应力水平下表现出线弹性性质,随着应力逐步增大进入塑性阶段,直至达到峰值强度,随后随着应变的增大,应力降低,体现出明显的软化特征,最终趋于残余强度。定量分析曲线各阶段特征强度得出,随着围压的增大,胶凝砂砾石材料峰值强度及屈服强度均增大,呈现出较为明显的线性相关性。基于试验数据,建立了三轴试验曲线各特征强度与围压之间的关系,结合三轴试验的应力应变曲线,得到了材料抗剪强度指标值,并拟合材料抗压强度与凝聚力及内摩擦角的曲线函数,建立起三轴试验与单轴试验力学指标之间的对应关系。     

有关土的强度试验中的几个问题

在简述土的强度试验目的后，介绍了如何选择强度试验方法，平面应变与三轴试验强度关系，残余强度的快速测定，多级直剪试验，三轴试验的端面摩擦，谈了笔者自己的看法     

有关土的强度试验中的几个问题

在简述土的强度试验目的后，介绍了如何选择强度试验方法，平面应变与三轴试验强度关系，残余强度的快速测定，多级直剪试验，三轴试验的端面摩擦，谈了笔者自己的看法。     

不同粒径再生粗骨料混凝土单轴受压应力 －应变关系试验研究

研究了粗骨料粒径对再生混凝土力学性能的影响,为再生混凝土工程中合理选取再生粗骨料粒径及取代率提供参考和依据。以再生粗骨料粒径和取代率为变量,用 5 ～ 20 mm、20 ～ 30 mm 及5 ～ 30 mm 粒径范围内的再生粗骨料制作了不同取代率的二级配再生混凝土试件,利用混凝土单轴抗压的试验方法,分析了不同再生粗骨料粒径以及不同取代率再生混凝土的力学性能。实验结果表明:再生混凝土的弹性模量随取代率的增大而减小; 相同取代率下,再生粗骨料粒径为 5 ～ 30 mm 的二级配再生混凝土的抗压强度比粒径为 5 ～ 20 mm 或 20 ～ 30 mm 的二级配再生混凝土的抗压强度高; 粒径为 20 ～ 30 mm 的再生粗骨料对二级配再生混凝土力学性能的影响最大。再生粗骨料全级配取代,且取代率为 30% 时二级配再生混凝土的抗压强度最大。     

基于离散元法研究颗粒球度对粗粒土抗剪强度的影响

粗粒土颗粒形状是决定其宏观力学性质的主要影响因素之一。为探究粗粒土颗粒形状对其抗剪强度特性的影响规律,以不同颗粒形状的3种粗颗粒土为研究对象,利用离散元数值分析手段,以球度指标为量化参数,研究了颗粒形状对粗粒土直剪试验过程中应力、位移变化及宏观抗剪强度的影响,并分析了抗剪强度参数的变化规律。同时通过室内直剪试验双向验证所揭示规律的可靠性。研究结果表明:法向荷载相同时,随着球度的减小剪应力越过峰值应力后的应变软化现象越明显,同时其峰值应力、位移及残余强度均逐渐增加;球度相同时,随着法向荷载的增大其峰值应力、位移和残余强度均呈规律性递增。黏聚力和内摩擦角随着球度的减小而增加,球形颗粒的黏聚力明显小于其它两种球度的颗粒。     

集料粒径对旧水泥板与水稳基层铣刨料再生性能的影响

通过对新料替换其中部分档粒径的旧料后形成试件的抗压强度的测定,探究了用新料替换某些粒径的旧料后对于成型试件强度的影响,为如何有效提高旧水泥板再生后的性能提供了依据。结果表明:用新料替换某一档粒径的旧集料不能提高强度,但用新料替换旧料的粒径的跨度变大时,则能有效提高再生后的强度,因此再生过程中应该在使用新细料的同时加入部分新粗料,这样能更有效的利用再生集料。对比试验表明:新料粒径的不同对于水稳基层铣刨料的影响比对水泥板破碎后的旧集料小,因此不能以水稳基层再生的规范来指导水泥板再生。     

沙漠砂混凝土动态力学性能数值模拟

沙漠砂混凝土动态力学性能非常复杂,利用SHPB进行沙漠砂混凝土动态冲击压缩试验,分析冲击速度对沙漠砂混凝土动态性能影响规律。编写沙漠砂混凝土圆形骨料随机分布程序,运用ANSYS/LS-DYNA软件对试件尺寸、冲击速度、粗骨料体积含量和粗骨料颗粒大小不同沙漠砂混凝土动态破坏过程进行模拟,分析试件尺寸、冲击速度、粗骨料体积含量和粗骨料颗粒大小对沙漠砂混凝土动态力学性能的影响规律。数值模拟表明:沙漠砂混凝土具有明显尺寸效应;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势;随着粗骨料体积含量增大,沙漠砂混凝土峰值应力呈先增大后减小趋势,数值模拟结果为沙漠砂混凝土优化设计提供依据。     

大骨料混凝土应变局部化中不同粒级粗骨料的作用效应

为探究不同粒级粗骨料在大骨料混凝土损伤开裂应变局部化过程中的作用效应,在建立大骨料混凝土细观有限元模型的基础上,通过开展不同细观结构下的损伤开裂模拟,分析了大骨料混凝土应变局部化区域的演化过程和分布特征;通过在原细观结构中单独改变某一粒级粗骨料分布,分别探究了不同粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应。研究表明：应变局部化主要发生在大粒径粗骨料与砂浆间的界面过渡区处,特大石粒级粗骨料在很大程度上控制着应变局部化区域的主要分布特征,大石和中石粒级粗骨料均可直接或间接在应变局部化区域形成过程中发挥明显作用,而小石粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应微弱。研究成果可为在大骨料混凝土细观损伤断裂分析中通过简化细观结构来降低模拟难度和减小计算规模提供参考。     

基于细观刚体弹簧元的轻骨料混凝土力学性能数值模拟

采用基于二维细观刚体弹簧元的数值方法,模拟了轻骨料混凝土静态加载下的力学性能,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析.得出的主要结论为:加载边界无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低31.4%、55.6%;立方体试件抗压强度、峰值应变随尺寸的增大而减小,100mm×100mm×100mm、200mm×200mm×200mm非标准立方体试件抗压强度换算系数分别为0.95和1.09,峰值应变换算系数分别为0.91和1.08,通过数值模拟得到了棱柱体试件单轴受压、单轴受拉状态下的应力应变关系全曲线,并给出了单轴拉压强度之间的关系.与试验结果的比较分析表明,二维刚体弹簧元数值方法能较好地预测轻骨料混凝土的静态力学性能,可以用于分析轻骨料混凝土结构.     

硫酸盐侵蚀作用下再生混凝土耐久性研究

为了研究不同再生粗骨料(RCA)取代率在干湿循环条件下对再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,设计了再生粗骨料取代率为0、20%、50%与100%的4组配合比,分别检测混凝土质量损失率、相对动弹模量和剩余抗压强度。同时采用电子显微镜扫描(SEM)和EDS技术,对硫酸盐侵蚀后再生混凝土微观结构变化及生成产物进行了分析。结果表明:在硫酸盐侵蚀过程中,再生骨料掺量是影响再生混凝土质量损失率、相对动弹模量和剩余抗压强度的重要因素。随着再生粗骨料的增加,再生混凝土经过硫酸盐侵蚀以后质量损失率增大,剩余相对动弹模量减小,抗压强度降低。再生粗骨料的掺入会削弱混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,掺量越大削弱效果越明显。     

粉煤灰再生粗骨料多孔混凝土强度影响因素研究

再生混凝土是当前固体废弃物再利用的一种前沿技术,能够有效提升固废资源的利用率,缓解建筑垃圾带来的环境压力。本文为研究再生粗骨料多孔混凝土强度影响因素,在水泥中添加部分粉煤灰材料,通过室内单轴抗压强度试验探讨了不同再生粗骨料含量、不同水胶比以及不同骨胶比下再生混凝土强度的变化规律。结果表明,随着粗骨料的增加,混凝土抗压强度出现了明显增长,但当达到一定含量时混凝土性能会出现明显降低。此外,骨胶比和水胶比的增加,会使再生粗骨料多孔混凝土抗压强度出现降低的趋势。研究成果可为相关混凝土工程提供参考。     

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。     

粗骨料体积分数对模袋混凝土干燥收缩的影响研究

粗骨料体积分数是模袋混凝土配合比设计的关键指标。开展了粗骨料体积分数在0.30～0.36的范围内对模袋混凝土扩展度、抗压强度和干燥收缩的影响研究,以期为模袋混凝土衬砌渠道的抗裂性设计提供参考。结果表明：在相同水胶比条件下随着粗骨料体积分数的增大,模袋混凝土的扩展度总体呈现波动上升再平稳的趋势,而低水胶比会使得扩展度更大;在相同水胶比下,随着粗骨料体积分数的增大,模袋混凝土的28 d抗压强度总体呈先减小后增大的趋势,而水胶比的降低会显著增大28 d抗压强度;随着粗骨料体积分数的增大,模袋混凝土的28 d干燥收缩率呈先减小后增加的趋势,在粗骨料体积分数为0.32时有最小值,而粗骨料体积分数分别为0.30、0.34、0.36时所对应的前7 d干燥收缩率均可达28 d总干燥收缩率的50%以上,说明模袋混凝土的干燥收缩在早期增长较快。