不同颗粒强度人工模拟粗粒土三轴试验研究

通过制备不同强度水泥球形颗粒,并以一定级配制成人工模拟粗粒土,以此进行三轴固结排水剪试验,研究了颗粒强度对粗粒土强度及变形特性的影响。试验结果表明:颗粒强度对粗粒土强度和变形特性均有明显影响,颗粒强度的提高引起抗剪强度的增大以及体积变形的减小。低围压下,高颗粒强度的粗粒土表现为应变软化,低颗粒强度的粗粒土则表现为应变硬化,体积变形均为剪胀;高围压下各种颗粒强度的土均表现为应变硬化,体变表现为剪缩。线性强度指标c、φ和邓肯E-B模型参数K、K_b与模拟料颗粒强度的关系均可用直线表示,非线性指标φ₀、φ与颗粒强度关系则近似用二次曲线表示。峰值摩擦角φ_f与粗粒土颗粒强度也呈线性关系,颗粒强度每增大1 MPa,峰值摩擦角φ_f增大0.066 5°。     

颗粒破碎对砂土剪胀特性和强度特性影响的试验研究

为了研究颗粒破碎对砂土剪胀特性和强度特性影响,利用三轴试验系统对不同围压作用下的钙质砂和石英砂进行了一系列的三轴试验,对比研究了石英砂和钙质砂的剪胀特性和强度特性。结果表明：钙质砂的破碎率随着围压增大而增大,两种砂土的应力-应变曲线都表现出应变软化现象。钙质砂和石英砂均表现为先剪缩、后剪胀,且钙质砂的剪胀性强于石英砂。钙质砂和石英砂的峰值摩擦角和剪胀角随着围压的增大而减小。相同围压下,钙质砂的峰值摩擦角大于石英砂。钙质砂的临界摩擦角大于石英砂,二者不随围压变化而变化。构建了考虑颗粒破碎影响的剪胀方程,能够较好地描述钙质砂在应变硬化阶段的剪胀特性。     

加筋粗粒土大型三轴试验研究

采用大型三轴剪切仪,对粗粒土,加筋粗粒土强度变形特性进行了实验研究。试验结果表明不同围压条件下粗粒土和加筋粗粒土剪切的应力-应变关系类似,应力应变关系表现为应变硬化型;当轴向应变较小时,加筋效果不明显,随着轴向应变的逐渐增大,加筋效果逐渐发挥;粗粒土加筋后的内聚力c有明显增加,但是内摩擦角φ基本不变,侧向变形减小,体积变形增大;对邓肯-张模型的适用性进行分析,表明邓肯-张模型中切线弹性模量能很好适用于加筋粗粒土,但不能很好地反映加筋粗粒土变形特性;在试验的基础上提出了轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立了粗粒土的体积应变与轴向应变的函数方程,并对粗粒土以及加筋粗粒土的三轴试验体积应变数据进行了预测。     

麦秸秆加筋石灰土的应力应变和Duncan-Chang模型参数研究

为增强石灰固化滨海盐渍土的抗变形能力,提出了麦秸秆加筋辅助处理的设想.考虑Duncan-Chang双曲线模型能较好地反映土的非线性特征,将Duncan-Chang模型和三轴压缩试验结果相结合,以加筋长度、质量加筋率、养护时间和围压为影响因素,探讨了不同条件下麦秸秆加筋石灰土的应力应变特性和相关模型参数.试验结果表明:1)养护初期,麦秸秆加筋石灰土和石灰土的应力应变曲线均表现为应变硬化型.养护21 d时,石灰土在4个围压下呈应变软化型,而麦秸秆加筋石灰土仅在100kPa围压下表现为应变软化型,在其他围压下依旧为应变硬化型.2)麦秸秆加筋石灰土的峰值主应力差和破坏应变均大于石灰土的,采用麦秸秆加筋可有效地提高石灰土的强度和抗变形能力.3)麦秸秆加筋石灰土在4个围压下的应力应变曲线的间距小于石灰土的,加筋技术更适用于在较低围压下改善土的强度和抗变形能力.4)麦秸秆加筋石灰土的强度增幅与加筋条件有关,对于直径61.8mm试样,圆柱形麦秸秆的适宜加筋长度和质量加筋率分别为20mm和0.25%.5)Duncan-Chang模型可较好的反映石灰土和麦秸秆加筋石灰土的应力应变的非线性特征.研究结果对实际工程中合理选择麦秸秆的加筋条件具有指导作用.     

钙质砂中静力触探试验的大变形有限元模拟

静力触探试验（CPT）被广泛用于确定无黏性土的力学性质,现有研究集中在普通石英砂,由CPT贯入阻力推测钙质砂强度特性的成果很少。钙质砂的峰值内摩擦角一般高于石英砂,内摩擦角和剪胀角随应变的变化也不同于石英砂。采用任意拉格朗日欧拉公式的大变形有限元方法,模拟石英砂和钙质砂中CPT的完整贯入过程,有效避免了锥尖周围的网格扭曲。引入修正摩尔-库伦模型描述石英砂和钙质砂强度发挥与塑性剪应变的关系,由弯曲元和三轴排水试验确定本构模型参数。数值模拟得到的锥尖贯入阻力与离心机试验结果吻合,表明建立的数值模型能够模拟钙质砂中的CPT试验。     

高性能纤维增强混凝土受弯构件承载力

对高性能纤维增强混凝土的主要力学性能进行了分析研究,通过体现应变硬化和多裂缝特性的简易模型,建立了相应的应力应变关系,推导了高性能纤维增强混凝土受弯构件承载力公式.研究结果表明,应变硬化阶段和多裂缝性能对其构件的弯拉强度有很大的提高,其提高幅度随极限应变与初始开裂应变的比值增大而增加,同时在一定范围内压应变与初始开裂应变的比值也影响弯拉强度.     

纤维风沙土静力特性三轴试验研究

纤维土加筋技术是改善工程性质不良风沙土的一种有效途径,因此,研究纤维风沙土力学性质具有重要的现实意义.对纤维风沙土进行大量的三轴压缩试验,通过分析其应力—应变关系,探讨其归一化特性.结果表明：选取试样剪切破坏时应力、应变作为应力—应变归一化参考点进行归一化,具有很好的归一化特性.应变软化型纤维风沙土的归一化ε0/q0-ε0曲线为抛物线关系,应变硬化型纤维风沙土的归一化ε0/q0-ε0曲线为线性关系,提出归一化剪应力—剪应变关系式.对比结果表明：计算值与试验值拟合较好,说明纤维风沙土归一化剪应力—剪应变关系式是合理的.     

冀北地区原状土与重塑土的抗剪强度对比研究

为研究冀北地区原状土与重塑土的抗剪强度特性,对不同法向应力作用下的原状土与重塑土进行了饱和快剪试验和饱和固结快剪试验,分析了原状土与重塑土应力-应变曲线及抗剪强度-法向应力曲线。结果表明：饱和快剪试验中,原状土与重塑土在低于200 kPa的法向应力下具有应变软化的特性,而在高于200 kPa的法向应力下具有应变硬化的特性;饱和固结快剪试验中,原状土在不同法向应力下具有应变软化的特性,重塑土应力-应变变化特征与饱和快剪试验一致。在应变软化状态下,重塑土峰值强度对应的剪切位移小于原状土峰值强度对应的剪切位移。在应变硬化状态下,随着剪切位移的增加,重塑土的剪切应力增加速率高于原状土。在不同法向应力作用下,重塑土的抗剪强度基本低于原状土,其黏聚力c的最大降幅为33.8%,内摩擦角φ的最大降幅为22.0%。     

加筋粗粒土大型直剪试验及本构模型适用性研究

以粗粒土与土工格栅加筋粗粒土的大型直剪试验为基础,分析其剪切应力-变形关系及粗颗粒含量对黏聚力平均变化率的影响,并研究了双曲线本构模型对粗粒土及加筋粗粒土的适用性.结果表明:粗粒土和加筋粗粒土剪切应力-变形关系曲线均为应变硬化型且明显呈现非线性关系,双曲线本构模型对粗颗粒含量大于18%的粗粒土以及粗颗粒含量小于33%的加筋粗粒土有较好的适用性,并得出了相应的模型参数.     

粗粒土三轴试验的细观模拟

对排土场粗粒土进行室内三轴固结排水试验,以此试验结果为基础,基于三维离散元颗粒流理论,从细观角度出发,以PFC3D为工具,通过自编程序并引入接触黏结模型,得到按级配生成的粗粒土三轴试验三维颗粒流模型.对比了不同围压下颗粒流模型与三轴试验的应力应变关系.分析了颗粒细观参数对粗粒土强度的影响.结果表明:按级配曲线得到的PFC数值模型的应力应变曲线的变化趋势与试验值一致,但强度值略低于试验值.粗粒土强度随颗粒间摩擦系数、接触处黏结强度的增大而提高;颗粒形状对材料的抗剪强度影响显著.研究意义在于从细观角度揭示影响粗粒土强度的因素,突破了常规三轴试验的局限性.     

污泥与城市生活垃圾混填的力学特性及稳定性

工业污水和生活污水排放量日益增多,污水处理厂污泥产量日趋加大,污泥填埋关键技术问题已成为当今环境工程以及环境岩土工程的热点问题之一。污泥和垃圾混合填埋在其他国家已得到应用,但由于目前中国关于污泥及其城市生活垃圾混合样的基础性室内试验成果不多,对污泥与城市垃圾混合样的工程力学特性及其混合填埋的适宜比例等不甚了解,从而导致中国污泥垃圾混合填埋工程事故频繁发生。对不同配比的污泥与城市生活垃圾混合样进行了固结压缩实验、三轴固结不排水实验、无侧限抗压强度实验,得出污泥与城市生活垃圾混合样的工程力学特性;同时,用ANSYS数值模拟方法,对不同配合比的污泥城市生活垃圾混合填埋边坡的稳定性进行分析,从而对污泥与城市生活垃圾混合填埋的适宜配合比及其稳定安全问题提出理论支撑。     

剑麻纤维/砂土复合材料三轴剪切强度特性

为改善砂土的抗剪强度特性,针对剑麻纤维加筋砂土复合材料,通过一系列不固结不排水三轴试验,对不同纤维掺量、纤维长度和砂土干密度条件下剑麻纤维/砂土复合材料的剪切强度特性进行深入研究,并对剑麻纤维加筋机制进行分析。试验结果表明：复合材料中纤维相对含量改变时,初始刚度变化不大;适量的纤维掺量和纤维长度可以在砂体内形成三维网状结构,对比未加筋试样黏聚力显著提高,表明纤维加筋可有效提高砂土的抗剪强度;由于密度增加使得剪切过程中纤维与砂颗粒间的咬合和滑动摩擦力增加使复合材料抗剪强度显著提高;围压增加纤维与砂土界面有效接触面积导致砂土抗剪强度与峰值偏应力明显增强。采用剑麻纤维加筋砂土可增强砂土间界面作用力,明显改善砂土抗剪强度特性。     

镁质水泥复合固化剂固化有机质土的抗压强度模型

为了给实际工程中镁质水泥复合固化剂对有机质土的加固效果提供评价依据,以镁质水泥固化土（TZ18固化土）的无侧限抗压强度作为评价指标,分别研究有机质、水、固化剂的质量分数以及龄期对无侧限抗压强度的影响规律. 结果表明：TZ18固化土的无侧限抗压强度随有机质质量分数的增加呈二次函数形式降低,随水和固化剂质量分数的增加分别呈幂函数形式降低和提高,随龄期的增加呈自然对数形式增长. 基于此规律,建立TZ18固化土的抗压强度预测模型. 算例分析表明,该模型能较好地预测任意有机质、水、固化剂的质量分数以及龄期下的TZ18固化土的无侧限抗压强度.     

粉煤灰水泥改良垃圾土的强度试验研究

分析了垃圾土的组成及性质,介绍了其特点.对人工垃圾土掺入不同质量比的粉煤灰水泥,制样、养护,在8个不同养护龄期对样品进行无侧限抗压试验.研究其随着龄期增长的各种情况下的强度特征.试验结果表明:垃圾土具有一定的结构,加粉煤灰水泥改良后,垃圾土的强度显著增强.     

橡胶颗粒-砂混合物三轴CD剪切试验研究

对6种围压7种不同质量配比的干燥橡胶颗粒-砂混合物(橡胶砂)进行三轴CD试验,研究不同配比不同围压对橡胶砂的强度特性、偏应力-轴向应变曲线和体应变-轴向应变曲线特性的影响。试验结果表明:橡胶颗粒质量分数为0%~30%时,有利于改善砂颗粒的剪切强度特性;在10%附近时,内摩擦角出现最大值;在20%附近时,其粘聚力出现最大值。橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线特性在橡胶颗粒质量分数低于50%时,与纯砂类似,表现出双曲线特性;不低于50%时,与纯橡胶类似,表现出近似线弹性,且由双曲线模型拟合得到的橡胶砂模型参数(如峰值偏应力、初始切线模量以及破坏比)随围压的增加而增加,随橡胶颗粒含量的增加而减少。橡胶砂的体应变-轴向应变曲线特性在橡胶颗粒质量分数不高于20%时,与纯砂类似,有先剪缩后剪胀的特点;高于20%时,表现出单调剪缩的特性,橡胶颗粒含量越大,剪缩越明显。     

考虑降解率下的垃圾土降解压缩量计算模型

从无机物质量不变出发,在考虑降解率与密度变化的情况下,围绕垃圾土的密度、质量与体积三者关系,结合由自配试样进行降解试验获得的降解率规律,推导了垃圾土一维降解压缩模型。研究结果表明,降解压缩量与初始时刻有机物的体积百分含量、降解率及初始高度有关,且成正比关系。利用该模型对重庆市某垃圾填埋场的有机物降解沉降量进行了计算,可以看出降解沉降量与时间呈指数函数关系,在填埋初期降解沉降速率较大,随着时间推移,降解沉降量趋于稳定。     

城市固体废弃物剪切强度参数的研究

为了在填埋场稳定性分析时合理地选取城市固体废弃物剪切强度参数，参照杭州天子岭填埋场城市固体废弃物的主要成分，人工配制固体废弃物试样，利用大型三轴剪力仪进行固结排水剪试验，延伸岩土工程中研究土体的概念和方法，研究城市固体废弃物的剪切强度特性.城市固体废弃物的黏聚力和摩擦角随着轴向应变的增加逐渐增大，摩擦角增长较为平缓，应变较大时达到峰值，黏聚力主要由纤维状加筋相所产生，增长趋势较快.结合国内外大量的强度参数资料，提出了两种典型城市固体废弃物成分的强度参数，可以用于成分相近的填埋场稳定分析中.     

渣土改良剂对黏土液塑限影响及机理分析

针对盾构穿越黏土地层时渣土改良剂类型和添加量难以确定的问题,进行了液塑限测定试验.通过研究不同改良剂对土样液塑限的影响特征,确定改良剂的地层适用性,对比分析分散剂对不同土样的改良效果;通过黏土颗粒Zeta电位测定和颗粒间互斥能的分析,探究分散剂的作用机理.研究表明:在黏性较大的渣土中,单独使用阴阳离子复配型泡沫剂难以达到理想的改良效果;絮凝剂能够增大黏土的液限和塑性指数,增加黏土的抗剪强度,而分散剂能够减小黏土的液塑限和塑性指数,减小黏土的抗剪强度,因此分散剂适用于黏土地层;相对于高岭土,由于高蒙混合土(高岭土与蒙脱土质量比=1∶1)和蒙脱土结合水含量高,需要更多分散剂和作用时间,改良作用才能稳定发挥;当分散剂添加至一定量后,改良效果基本不再变化;随着分散剂添加比的增加,蒙脱土、高蒙混合土、高岭土的Zeta电位减小(即负电荷增多)后趋于稳定,黏土颗粒聚团的位垒Vmax/R增高,即颗粒间排斥能增加,因此黏土利于分散.     

Engineering property test of kaolin clay contaminated by diesel oil

Engineering property of kaolin clay contaminated by diesel oil was studied through a series of laboratory experiments.Oil contents(mass fraction) of 4%,8%,12%,16% and 20% were selected to represent different contamination degrees,and the soil specimens were manually prepared through mixing and static compaction method.Initial water content and dry density of the test kaolin clay were controlled at 10% and 1.58 g/cm~3,respectively.Test results indicate that since part of the diesel oil will be released from soil by evaporation,the real water content should be derived through calibration of the quasi water content obtained by traditional test method.As contamination degree of the kaolin clay increases,both liquid limit and plastic limit decrease,but there's only a slight increase for plasticity index.Swelling pressure of contaminated kaolin clay under confined condition will be lowered when oil-content gets higher.Unconfined compressive strength(UCS) of the oil-contaminated kaolin clay is influenced by not only oil content but also curing period.Increase of contamination degree will continually lower UCS of the kaolin clay specimen.In addition,electrical resistivity of the contaminated kaolin clay with given water content decreases with the increase of oil content.However,soil resistivity is in good relationship with oil content and UCS.Finally,oil content of 8% is found to be a critical value for engineering property of kaolin clay to transit from water-dominated towards oil-dominated characteristics.     

污泥与生活垃圾混合填埋产沼的模拟实验研究

通过城市生活垃圾与污水厂脱水污泥的混合填埋模拟实验，研究了添加污泥对垃圾降解及填埋气产生过程的影响，实验结果表明，在填埋垃圾中添加污泥起到了接种微生物的作用，加快了有机垃圾的降解与填埋气的产生，产气速率较生活垃圾直接填埋提高30％以上，填埋气中CH4浓度可达到64％，与没有添加污泥相比，填埋气中CH4含量有较大幅度的提高，有利于填埋气的资源化利用，同时也可为污泥的资源化利用提供经济可行的途径。