土工格栅与尾矿界面摩擦特性的拉拔数值试验研究

研究土工格栅加筋尾矿坝的首要问题是格栅-尾矿界面摩擦特性,采用了FLAC 3D数值模拟分析了土工格栅在尾矿填料中的拉拔过程,探究含水率与上覆压力对于格栅-尾矿界面摩擦特性的影响规律,并且将其与室内拉拔试验的数据进行比较分析。研究结果表明：土工格栅与尾矿数值的计算结果与试验得到的数据基本符合;认为在土工格栅与尾矿数值计算过程当中,FLAC 3D数值模拟可以很好响应实验室测得的界面摩擦参数（似粘聚力和似摩擦角）;在数值模拟过程中,界面摩擦参数的选择需要进行适度的调节,其中似粘聚力数值可取1.1倍试验值,似摩擦角数值可取0.7倍试验值。研究结果可为土工格栅加筋尾矿坝设计提供一定支持。     

土工格栅加筋尾矿坝的界面力学特性研究

保证尾矿堆放场所的安全,对保护周边生态环境、确保周边人民人身与财产安全具有重要意义。为了给尾矿坝加筋处理选择更为合适的土工材料,选用Paragrid 单向聚酯纤维纤塑土工格栅、HDPE-TGDG100高密度聚乙烯土工格栅作为试验土工材料,研究了两者与尾矿坝的界面力学特性,并设计了1个分别使用此2种土工材料的尾矿坝加筋界面力学对比试验,试验中法向应力设置有10、20、30、40 kPa四级。结果显示,在直剪与拉拔试验中,Paragrid格栅与尾矿填料的界面似摩擦角比HDPE-TGDG100格栅的高40.25%与4.57%,Paragrid格栅与尾矿填料的界面似黏聚力分别比HDPE-TGDG100格栅的高54.41%、4.69%。数据表明,Paragrid格栅的力学性能更为优良,采用Paragrid格栅对尾矿坝加筋,工程应用效果更好。该研究的成果对于尾矿坝加筋工程的技术改良具有一定指导作用。     

土工合成材料层间摩擦试验研究

随着我国矿产资源的开发,尾矿的粒度越来越细,尾矿库的库容和尾矿坝的高度在不断的增加,尾矿库的安全与稳定日益成为广受关注的方向。近些年来,一些学者将土工织物、土工格栅等土工合成材料运用到尾矿库筑坝工程中以提高尾矿坝的稳定性,具有重大的意义。根据不同的应用形式,形成尾砂－土工合成材料、土工合成材料－土工合成材料的接触面。作者开展尾砂与土工织物、土工织物之间、土工织物与土工格栅之间界面摩擦特性直剪试验。试验结果表明土工织物与尾矿砂界面直剪剪切曲线为理想弹塑型。土工织物与尾矿砂界面强度指标粘聚力为38.3kpa,摩擦角为30.4°。土工织物之间的直剪剪切曲线为应变软化型。土工织物之间界面峰值强度指标粘聚力为0kpa,摩擦角为18.7°。土工织物与土工格栅直剪实验曲线在5mm剪切位移之前剪应力增长较快,此后剪应力上升平缓,三条应力应变曲线都在剪切位移达到35mm时产生突降。剪切位移35mm时,土工织物与土工格栅界面强度指标粘聚力为79.6kpa,摩擦角为21.6°。试验结果可以为类似坝体的稳定计算提供依据。     

筋土界面作用特性的试验研究

筋-土界面的作用特性直接决定加筋土工程的稳定性,所以筋材与填料的界面技术指标是土工加筋关键的设计指标.该文利用TZY-1型土工合成材料综合测定仪,以塑料土工格栅为加筋材料,以红粘土为填料进行直剪摩擦和拉拔摩擦试验,对不同压实度、不同加筋材料、不同速率下加筋土的摩擦特性、抗拔位移的变化规律进行了研究,为今后的加筋土工程应用提供参考,为相关工程的稳定性和变形分析提供依据.     

尾矿土工织物编织袋层间界面摩擦强度特性研究

尾矿干式堆存技术近年来逐渐被推广应用,与传统的尾矿库堆存技术相比,尾矿干式堆存能够降低尾矿含水量,增强尾矿的力学性能,提高尾矿库的整体稳定性。在利用土工织物大型编织袋充灌尾矿干堆新技术中,土工织物编制袋层间界面的摩擦强度是影响和决定整个尾矿干堆场稳定性的主要指标。根据制作加工简易的大型土工“似直剪仪”,进行不同含水率和法向压力下的尾矿土工织物编织袋摩擦抗剪强度试验,得出尾矿土工织物编织袋层间界面摩擦系数和抗剪强度关系曲线,同时用一阶线性拟合的摩擦抗剪强度方程较符合摩尔-库伦强度准则。该抗剪强度方程能够反映土工织物层间界面摩擦的物理力学参数及变形特征,为尾矿土工织物编织袋干式堆存筑坝的稳定性计算提供依据。     

土工格栅与土工格室加筋土的大型直剪试验和邓肯-张模型参数研究

基于梅河高速公路程江至华城段K20 638及K20 500处桥台加筋土台背处理方案,采用大尺寸直剪模型试验分析了土工格栅、土工格室加筋土以及土工格室加筋水泥稳定土接触面上的剪切变形特性,其剪应力-剪切应变曲线呈明显的非线性关系,采用邓肯-张双曲线模型能很好地反映土体的非线性特征,通过试验得到了土工格栅、土工格室加筋土界面的邓肯-张E-B模型参数,为今后土工格栅、格室加筋土桥台设计提供参考。     

土工格栅加筋粘土的三轴试验研究

通过对具有不同含水率、不同土工格栅加筋层的粘土进行了三轴压缩试验,测定了土工格栅加筋土体的抗剪强度指标。分析了土工格栅加筋粘土体的内摩擦角和粘聚力随含水率、加筋层的变化规律,得出了有土工格栅加筋粘土的重要结论。     

土工格栅与土界面的拉拔试验分析

通过经编土工格栅、单向土工格栅与粗砂、圆砾、残积土在不同法向压力下的拉拔试验,研究土工格栅与土界面特性。结果表明,单向格栅界面的拉拔系数和摩擦系数均小于经编土工格栅界面,界面摩擦系数随着土体颗粒粒径的增大而增大。同时结合有限元分析的方法,将数值结果与试验结果进行比较,进一步研究了法向压力、加筋长度、土体模量、格栅轴向刚度、界面折减因子等参数对界面特性的影响。最后研究了不同拉力作用下的界面剪应力和轴力分布规律。     

加筋粗粒土直剪力学行为与颗粒破碎特性

粗粒土是一种天然填筑材料,在工程中应用广泛。大量学者对加筋粗粒土的力学性质进行了研究,但对直剪过程中颗粒破碎特性尚无人研究。本文采用大型直剪仪,对粗粒土和加筋粗粒土进行了直剪试验研究,研究了其直剪力学行为与直剪过程中的颗粒破碎特性。试验结果表明:粒径和垂直压力越大,峰值强度越大;加筋后,黏聚力均大幅提高,而内摩擦角有一定程度的减小,黏聚力和内摩擦角均随着粒径的增大而增大;土工格栅除了受到与土的摩擦力外,还受到土体对横肋的阻挡力,阻挡力大幅提高了黏聚力;由不同方法计算得到的颗粒破碎率均随着垂直压力的增大而增大。垂直压力越大,颗粒间的接触越紧密,相互作用越剧烈,破碎率越大。同时在相同垂直压力下粒径越大,破碎越严重。加筋后颗粒破碎率显著降低,加筋可以有效防止颗粒破碎。     

土工格栅加筋粘土邓肯-张模型试验参数研究

针对广泛应用于土工数值模拟分析中的邓肯-张模型,利用常规三轴压缩试验,对土工格栅加筋粘土的邓肯-张模型参数随含水率和加筋层数的变化规律进行研究。三轴压缩试验中含水率分别为17.5%,20%,22.5%,25%,加筋层为0,1,2层。研究结果表明,模型各参数随含水率和加筋层的变化都表现出一定的规律特征,尤其是含水率对参数c、φ、K、n、D的影响较为明显,可以认为含水率变化是引起土工格栅加筋粘土邓肯-张模型参数动态变化的重要原因;粘土加入土工格栅显著提高了粘土的φ、K、Rf值,在一定程度上说明了土工格栅加筋粘土的加筋效果。     

深井巷道锚注补强力学效应及支护参数研究

针对赵楼煤矿5302工作面轨道巷在回采期间围岩控制难题,提出锚注补强措施,并对主要支护参数进行研究。考虑锚固体界面剪胀效应,建立简化的锚固体-围岩界面力学分析模型,推导注浆前后锚固体界面剪应力计算公式,分析注浆后岩体弹性模量、黏聚力、内摩擦角和剪胀角对锚固体界面抗剪能力的影响规律。定义有效加固范围,开展不同长度注浆锚杆浆液扩散性能拉拔试验。研究表明:与注浆锚杆相同距离条件下,普通锚杆锚固性能提高程度整体呈现"下方左侧上方"的趋势,距离注浆锚杆1.6 m处;拉拔力提高程度最大为85%,距离注浆锚杆0.8 m处拉拔力提高程度最大为170%;2.5 m注浆锚杆浆液扩散性能优于2 m注浆锚杆,接近3 m注浆锚杆。比选出较为合适的注浆锚杆长度为2.5 m、间排距为1200 mm×1600 mm。在此基础上,开展现场应用对比试验,结果显示试验段围岩平均收敛量比原支护方案下降低54.9%,锚注补强控制效果显著。     

黄土地区土与混凝土接触界面大型直剪试验研究

通过改进的大型直剪仪进行粘土自身、粘土与混凝土4个含水率3个密度共64个试样的剪切试验.研究黄土地区土与混凝土接触界面抗剪强度随土体含水率以及土体密度变化规律,得到了不同密度土体在不同含水率不同正应力下土与混凝土接触界面的剪切应力应变曲线.由曲线可知土与混凝土接触界面的抗剪强度随土体含水率的增大均呈下降趋势、随土体密度增大呈增大趋势,表明土与混凝土接触界面的抗剪强度、摩擦角、粘聚力等力学参数与土体含水率以及土体密度密切相关.     

土工格栅加筋黏土抗剪强度三轴试验

通过土体三轴受压条件下的无侧向静止土压力系数和摩尔-库仑定理,将加筋黏土体在三轴受压条件下的总体抗剪强度分为加筋土体发生侧向变形前的强度和与土工格栅密切相关的土体发生侧向变形后的强度两部分进行研究.在不同含水量下加筋黏土的三轴试验及其所得相关数据分析的基础上,提出利用加筋土体发生侧向变形后的抗剪强度与极限抗剪强度的比值P2随加筋层数的变化情况作为评价加筋效果的重要指标.试验结果表明,当黏土在最优含水量状态下时,其加筋效果最为显著.     

曼家寨东帮采场石英云母片岩原位直剪试验研究

石英云母片岩在曼家寨东帮采场普遍发育,研究其抗剪强度对于该边坡的稳定性评价具有重要的意义。采用堆载法,选取不同高程下的四个试点进行原位直剪试验,获得石英云母片岩的剪应力与剪切位移关系曲线,采用最小二乘法对不同高程下片岩的抗剪强度指标进行计算,得到对应的黏聚力c与内摩擦角φ。试验结果表明,曼家寨东帮采场石英云母片岩剪切强度随着法向应力的增大而增大,τ与σ呈明显的线性变化趋势,相关系数为0.968~0.998。高程H对石英云母片岩抗剪强度参数有着重要的影响,随着高程的增加,黏聚力c有逐渐降低的趋势,而内摩擦角φ变化无明显特征,即高程H对黏聚力c的影响程度大于其对内摩擦角φ的影响程度。     

聚丙烯纤维加筋尾矿砂力学特性试验研究

为探索加筋尾矿砂用作路堤填料的可行性,将不同长度、不同含量的聚丙烯纤维掺入铁尾矿砂中,开展纤维对尾矿砂单轴抗压强度、黏聚力和内摩擦角影响的室内试验。结果表明,掺加聚丙烯纤维能够显著提高尾矿砂的单轴抗压强度,但连续增大聚丙烯的纤维长度、持续提高纤维含量对尾矿砂抗压强度影响不大;加筋尾矿砂的黏聚力随纤维长度和含量的增加呈先增大后减小的趋势,但掺加纤维后尾矿砂的黏聚力整体上高于未添加纤维的尾矿砂;尾矿砂的内摩擦角几乎不受聚丙烯纤维长度和含量的影响。长度1.5 mm、含量0.20%的聚丙烯纤维是最优的加筋配比,这为尾矿砂用于路堤填料提供了试验依据。     

聚丙烯纤维加筋铁尾矿砂的宏/微观结构特性分析

为研究聚丙烯纤维对聚丙烯纤维加筋铁尾矿砂的抗剪性能、抗压性能和宏/微观结构特性的影响,使用抗剪强度确定其抗剪性能,用无侧限抗压强度确定其抗压性能,并采用宏观破坏和扫描电子显微镜（SEM）微观分析相结合的方法,评价纤维加筋尾矿砂的结构变化。试验研究了纤维掺量和含水率对尾矿砂试件的影响,结果表明：纤维是影响试件抗剪强度和单轴抗压强度的重要因素,且增强效果主要取决于筋/砂之间界面的摩擦和黏结。直剪和无侧限抗压强度试验最佳的纤维含量是0.3%,最佳的含水率为12%。此外,宏观结构破坏分析和SEM微结构试验表明：聚丙烯纤维的作用主要是桥接裂纹,通过筋/砂界面的摩擦和黏结抵消外力,以达到提高强度的目的。     

不同含水率砂岩单轴压缩力学特性及波速法损伤

为了研究温度—含水率耦合作用下重塑性煤体抗剪强度的变化规律,保障松软煤层安全高效稳定开采,采用直剪试验分析了重塑性煤体在较低温度(20、0、-10、-20、-30、-40 ℃)、一定含水率(0、0.8%、4%、8%、12%、16%)耦合作用下的抗剪强度特性,并通过数学统计分析了温度与含水率对抗剪强度的影响。研究结果表明：含水率为0时重塑性煤体的黏聚力随着温度的降低呈幂指数增加;温度—含水率耦合作用下重塑性煤体的抗剪强度均与垂向应力成正比,均符合莫尔-库仑准则;在温度为10~20 ℃、含水率为12%~16%时,黏聚力达到最大值322.9 kPa,最小值138.0 kPa出现在温度-40 ℃、含水率4%附近;在-20~-40 ℃温度下,重塑性煤体内摩擦角随含水率的增加逐渐降低至最小值18.25°;当含水率为6%~13%、温度为-20~10 ℃时,内摩擦角达到最大值31.45°,对应抗剪强度达到最大值。温度—含水率耦合作用下,重塑性煤体抗剪强度、内摩擦角与黏聚力均受温度的影响较大。

     

加筋粗粒土强度变形特性试验研究

采用大型三轴仪与大型直剪仪, 对粗粒土、加筋土强度变形特性进行了实验研究。直剪试验结果表明: 不同竖向荷载下粗粒土和加筋粗粒土剪切的剪应力-剪切位移关系类似, 应力应变曲线均出现应变软化现象, 但软化特性变化不大; 加筋土法向位移-剪切位移变化曲线表现为法向应力越低, 剪胀现象越明显; 粗粒土加筋后的内聚力增加, 但是内摩擦角却降低。三轴试验结果表明, 不同围压条件下粗粒土和加筋土主应力差与轴向应变关系曲线表现为应变硬化型, 围压越大, 主应力差与轴向应变关系曲线越陡, 应变硬化特性越明显, 最大主应力差越大; 围压越低, 剪胀作用越明显, 越容易由剪缩发展到剪胀, 反之围压越高, 则剪缩作用越明显; 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。加筋土的内聚力明显大于粗粒土, 而内摩擦角基本上相等; 利用三轴试验结果对邓肯-张模型的适用性进行了分析研究, 表明邓肯-张模型能合理地确定粗粒土与加筋土的强度以及切线弹性模量, 但难以描述和确定粗粒土的变形特性和切线泊松比, 且不能反映粗粒土的剪胀性。     

季冻区矿山排土场粗粒土冻融界面剪切性能研究

随着我国西部矿产资源的大力开发,季节冻融作用对于高寒高海拔地区矿山排土场的稳定性影响问题日益突出。以西藏某高海拔多金属矿山排土场为研究对象,利用可控温大型直剪仪开展了排土场粗粒土在全融状态下和冻融交界面的剪切试验,并考察砾粒组含量对两种状态下粗粒土剪切强度的影响。结果表明:对于全融粗粒土,其剪切应力—剪切位移曲线呈现应变硬化特征,而冻融交界面剪切应力—剪切位移曲线呈现应变软化特征。同一砾粒组含量条件下,相对于融土,冻融交界面抗剪强度约是其2倍,主要原因体现在两方面:一是冻融界面处冰的胶结作用增加了土体的粘聚强度,试验条件下这一贡献量值约在50～60 kPa;二是冻融界面处水分的润滑作用有所减弱导致滑动摩擦增加,且粗颗粒表面的冰包裹作用增强了颗粒之间脱离咬合的咬合摩擦,因此其内摩擦强度同样大于融土。随砾粒组含量增加,融土、冻融界面黏聚力显著减小,而内摩擦角显著增加,但相较于融土,冻融界面处黏聚力减小幅度较小而内摩擦角增加幅度较大。     

降雨淋滤下废弃尾矿土重金属迁移及其与抗剪特性相关性研究

废弃尾矿在经过降雨淋滤作用后重金属含量会沿垂直剖面呈现出明显的规律性,对其抗剪强度也有较大的影响,探究它们之间的变化规律有较大理论和现实意义。以辽宁省辽阳县某铜铅锌共生废弃尾矿库为背景,在实验室配制与现场实际分层情况相符的尾矿土壤样品,通过自制的大型土柱分层装填,开展淋滤试验。分析分层土壤中重金属元素在不同降雨p H值、降雨强度、降雨历时综合影响下的垂向迁移特征基础上,通过直剪试验进一步探究淋滤作用对尾矿的抗剪强度的影响以及重金属污染物含量与抗剪特性之间的相关性。结果表明:(1)酸性降雨下,土壤中重金属Cu和Zn含量在0～20 cm深度显著降低,而碱性淋滤下含量稍有增大;随着p H值的增大土壤的抗剪强度总体是变小,内摩擦角逐渐变大、黏聚力逐渐变小;(2)同一土柱中,Cu、Pb和Zn浓度随分层深度增加逐渐减小;随降雨强度的增大而增大;淋滤作用能有效增大尾矿的抗剪强度;尾矿淋滤后的抗剪强度指标与降雨强度呈正相关;(3)分层土壤中Cu、Pb和Zn浓度随淋洗时间的增加,三者相比初始水平均有大幅度的减少,铅没有出现表层累积的情况;尾矿淋滤后的抗剪程度与降雨时长也呈正相关;但尾矿流量组的抗剪强度指...