砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料工程特性试验研究

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料是由工程标准砂和超轻质聚苯乙烯颗粒按一定质量配比均匀混合而成的土工合成材料,研究其变形和剪切强度特性是掌握其工程力学特性的重要内容,也是解决实际工程中变形和稳定的重要依据。根据单向压缩试验和三轴固结排水压缩试验研究了此种轻质填料的压缩变形特性、剪切变形特性及剪切强度特性。在单向压缩试验的基础上,分析了轻质材料的压缩变形规律和机制,提出了适合该材料的广义孔隙比概念,并得出一般压缩曲线方程,该方程能考虑孔隙比随荷载和配比的变化。在三轴压缩试验的基础上,观察了轻质填料在三维应力状态下的偏应力–轴向应变–体变的剪切变形规律及K f线的变化规律,并分析了配比和应力状态对三轴剪切变形及剪切强度特性的影响,同时得出了K f线形态变化的分界点。     

结构性软土三维弹塑性损伤本构模型研究

基于所提出的岩土材料统一各向同性破坏准则,通过引入椭圆–抛物双屈服面模型以及结构性损伤屈服面,结合复合体损伤概念,建立了三维主应力空间中弹塑性损伤本构模型,该模型能够反映结构性软土应力应变的非线性、剪胀剪缩特性、结构性以及中主应力对变形的影响。通过结构性软土试验结果与模型的计算结果对比分析,表明该模型能够较好地预测结构性软土三维空间的应力–应变特性。     

考虑围压影响的深埋圆隧围岩应变软化与剪胀特性分析

 不同围压下岩石应变软化与剪胀特性不同,若在隧洞开挖中考虑围岩塑性区域内变化围压影响,其应力–应变场求解方式将区别于既有文献中的传统方法。根据围压影响下应变软化围岩的临界塑性剪切应变变化特征,给出改进的判断围岩是否进入塑性残余区域的规则;引入考虑围压与临界塑性剪切应变的非线性剪胀模型。基于Hoek-Brown屈服准则,根据一定径向应力增量将围岩塑性软化与残余区域分层,采用有限差分法对围岩应力–应变场进行求解;为分析围压对围岩稳定性的影响,根据临界塑性剪切应变与剪胀系数变化与否,设定4种非线性力学模型,深入分析并比较4种力学模型下临界塑性剪切应变、剪胀系数与围岩变形等在塑性软化与残余区域的分布规律。研究结果表明：地质强度指标GSI较小时,考虑围压影响下的围岩应力–应变场与未考虑时差异明显;此时临界塑性剪切应变的减小对开挖边界的围岩剪胀性具一定抑制作用。     

砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料试验研究

通过单向压缩试验,分析了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料的压缩变形规律和卸载回弹变形规律,提出了适合该材料的压缩应变-荷载曲线方程.通过直剪试验,研究了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料的剪应力-剪位移关系,分析了配比、应力状态等对剪切特性的影响.通过三轴压缩试验,研究了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料在不同围压下的偏应力-轴向应变-体积变形关系,分析了配比和应力状态对三轴剪切特性的影响.该研究为废弃轮胎在工程领域的再利用提供了良好的参考.     

盐岩屈服–破坏特征的试验及理论研究

围岩塑性区及破坏区的范围是盐岩地下储气库群腔体间距设计的重要因素,盐岩屈服及破坏特性的精确描述对于减少腔体间距,以及在有限的盐岩建库区建设更多的储气库具有重要的意义。基于盐岩的单轴、三轴应力–应变试验曲线,分析盐岩的屈服–破坏特征,将腔体围岩分为弹性区、塑性区及破坏区。试验结果表明：盐岩的屈服表现出强烈的线性特征,能够用Tresca屈服准则来描述盐岩的屈服特性,以塑性应变第二不变量为硬化参数研究盐岩的硬化特征,发现盐岩为等向硬化材料。在屈服方面,盐岩表现出金属材料的特征;在破坏方面,盐岩表现出岩土材料的特性。试验观察到剪切破坏以及轴向劈裂破坏,并基于厚壁圆筒理论解释单、三轴压缩试验中出现的轴向劈裂破坏现象。同时发现盐岩的破坏特征具有强烈的围压相关性,当围压≥5 MPa时,盐岩即使达到很大的变形(20%)依然能够承载而不发生破坏。基于莫尔–库仑准则,引入一条与围压相关的坏准则,最终建立包括拉破坏、剪破坏以及不破坏的盐岩破坏准则,基于破坏准则将应力空间划分为3个区：拉破坏区、剪破坏区以及不破坏区。在FLAC中修改本构以及自定义状态参量,通过简单模型得到围岩的弹性区、塑性区以及破坏区,验证屈服准则、破坏准则以及围岩分区的正确性。     

两相体模型在评价发泡颗粒轻质土应力-应变特性中的应用

发泡颗粒轻质土是由基材及轻质填充料两种性质不同的材料构成的两相体材料。利用两相体模型建立发泡颗粒轻质土的应力–应变关系,对不同配比轻质土的应力–应变特性进行评价,并利用试验结果对模型的合理性进行验证,为轻质土的工程应用提供必要的理论依据。     

岩石三轴压缩任意围压下应力–应变曲线的预测方法研究

岩石三轴压缩试验中通常只做有限种围压情况下的压缩试验,得到的应力–应变曲线只是岩石在具体围压下本构关系的表现,限制了通过拟合应力–应变曲线得到岩石本构的实用性。认为不同围压下的应力–应变曲线虽然形状差别较大,但都是同种岩石所表现出来的特性,曲线间蕴含着一定联系。对此进行了研究,并提出一套基于有限种围压情况下的应力–应变曲线预测任意围压下应力–应变曲线的方法。通过实例,说明所提方法的可行性。     

渗透压–应力耦合作用下砂岩渗透率与变形关联性三轴试验研究

 为了探讨渗透压–应力耦合作用下岩石渗透率与变形的关联性,采用岩石伺服三轴试验系统,在不同围压和渗透压条件下,利用稳态法对砂岩全应力–应变过程进行渗透率试验研究。根据试样渗透率变化与其破坏过程的对应关系,分析全应力–应变过程中试样渗透率随其脆性、延性变化的特点及渗透率–轴向应变和渗透率–体积应变之间的关联性。试验结果表明：(1) 在渗透压–应力耦合作用下,试样初始渗透率、峰值强度随着围压与渗透压的改变而改变。(2) 在渗流场–应力场耦合作用下连续加载的全应力–应变过程中,渗透率先随着轴向应变的增大而逐渐减小,进入弹塑性阶段后,渗透率变化曲线随围压变化呈现增大、持平及减小3个不同趋势。其中,渗透率曲线持平的现象为三轴渗透试验研究中的新现象。(3) 围压较高时,若形成局部压缩带,则试样进入弹塑性阶段后,渗透率的变化趋势是由岩石微裂隙的萌生、扩展与岩石骨架颗粒压碎这2个主要因素共同决定的。(4) 岩石微裂隙的萌生、扩展对渗透率增大起积极作用,岩石骨架颗粒压碎形成的压缩带对渗透率增大起抑制作用。(5) 岩石进入塑性阶段后,随围压增大,渗透率由上升趋势转变为下降趋势的现象先于脆–延转换的临界状态发生。(6) 岩石的体积应变对渗透率有一定影响,在脆–延转换阶段存在体积应变增大而渗透率减小的现象,这需要其他能够更精确地测量体积应变变化的试验进一步验证。     

堆石流变试验及双屈服面流变模型的研究

通过对两类不同岩性的堆石料作室内三轴流变试验,研究了堆石料的流变特性,试验结果表明流变体积应变和广义剪应变随时间均呈双曲线变化。殷宗泽曾以椭圆–抛物双屈服面弹塑性模型为基础,提出了一个综合反映堆石料瞬时变形和流变的双屈服面流变模型的初步框架。结合堆石流变试验规律,将该模型用于模拟试样在不同应力状态下的流变变形的发展,确定了模型参数的计算方法,初步验证该模型的合理性和有效性。该模型能反映复杂加载情况,反映剪胀、剪缩特性和流变特性。     

基于莫尔–库仑准则的岩石峰后应变软化力学行为研究

 岩石类材料的应力–应变曲线关系分为峰值前区和峰值后区2个部分。在岩石应力–应变曲线峰前部分,一般将岩石视为弹性体,在此阶段采用线弹性本构关系;而在峰后部分,由于不能确定岩石的破坏形态和应力的跌落方式,其力学行为难以用经典理论来描述,因此确定岩石峰后模量的变化是研究岩石峰后力学行为的关键。基于莫尔–库仑强度准则,以内摩擦角?作为中间变量,通过理论推导,将峰后弹性模量 表征为应变 的函数,建立峰后岩体力学非线性应力–应变关系。通过数值算例得到大理岩在不同围压下的全应力–应变曲线,其数值计算结果与试验结果吻合较好,表明所提出的非线性本构模型是正确合理的,同时也表明该模型可以较好的描述不同围压下大理岩的峰后力学行为。     

Effect of different mixing ratios of polystyrene pre-puff beads and cement on the mechanical behaviour of lightweight fill

A laboratory study on the formation of a lightweight fill material by blending soil with polystyrene pre-puff (PSPP) beads and other binders such as cement is presented in this paper. The effects of different compositions and different ratios between PSPP beads and soil, cement and soil, water and soil on the density, unconfined compressive strength and deformation of the lightweight fill formed are studied. It is observed that the density of the lightweight fill can be effectively controlled by the amount of PSPP beads used in making the fill. With the inclusion of merely 2–6% of PSPP beads (to soil by weight), the density of the lightweight fill formed can be reduced to 700–1100 kg/m³. The shear strength and stiffness of the lightweight fill can be controlled by adjusting the amount of cement used. The unconfined compressive strength of the lightweight fill increases considerably if a cement to soil ratio of 10–15% is used. Compared with the expanded polystyrene (EPS) block geofoam, the PSPP beads mixed lightweight fill has a higher density, but higher shear strength and higher stiffness too. It can be used as a substitute of EPS blocks when irregular shaped volumes are to be filled or when stronger fill materials are required.     

干湿循环下复合固废填料配比对强度的影响

通过对不同配比的9组复合固废轻质填料(简称轻质填料)试样在不同干湿循环次数下的单轴抗压强度试验,分析了干湿循环下各组分掺入比对轻质填料抗压强度的影响.结果表明:轻质填料经历8次干湿循环后仍有较好的力学性能,达到或超过水泥土的强度要求.随着水泥掺量的增加,轻质填料在早期干湿循环过程中强度提高,有助于后期抗干湿循环.适量掺...     

密肋复合墙体EPS混凝土材料研究

密肋复合墙体是适应我国墙体改革及住宅产业化要求的产物,开发与密肋复合墙结构匹配的填充材料是解决密肋结构优化设计的前提。本文通过4组不同配比EPS混凝土材料试验,研究砂率对EPS混凝土物理及力学性质影响,并通过实测的应力-应变曲线,推导了EPS混凝土材料的应力-应变曲线方程。     

Modelling and Simulation of Rate-Dependent Stress-Strain Behaviour of Granular Materials in Shear

A constitutive modelling of the elasto-viscoplastic stress-strain behaviour of geomaterials in shear that has been developed within a non-linear three-component model framework is validated by simulating a comprehensive series of drained triaxial compression (TC) and direct shear (DS) tests on a wide variety of granular materials. Illustrative simulations of rate-dependent stress-strain behaviour of geomaterial under typical laboratory test conditions were performed to analyse the structure of the model. The versatility of the proposed model and its applicability to a wide variety of shear loading histories is examined and demonstrated by these simulations. The following results are shown. Commonly with different basic viscosity types, Isotach, TESRA and P&N, the viscous stress component has a positive component that increases with an increase in the irreversible strain rate, which makes feasible stable and realistic simulations of rate-dependent stress-strain behaviour, including creep deformation, based on the proposed model. With different unbound granular material types having similar relative densities, the creep strain in TC tests and creep shear displacement in DS tests that develop by sustained loading at a given shear stress level for a given period tends to decrease with an increase in the particle roundness. This trend of behaviours is explained by a decrease in the viscosity type parameter, θ, associated with an increase in the particle roundness based on the simulations of these tests.     

Mechanical properties of expanded polystyrene lightweight aggregate concrete and brick

In this study, mix proportion parameters of expanded polystyrene (EPS) lightweight aggregate concrete are analyzed by using Taguchi’s approach. The density, compressive strength and stress-strain behavior were tested. The optimal mixture of EPS lightweight aggregate concrete was selected among experiments under consideration to manufacture the lightweight hollow bricks. The results show that EPS dosage has the most significant effect on compressive strength of EPS lightweight aggregate concrete, then water and cement ratio, while the content of cement and sand ratio play a comparatively less important part. The relationship between density and compressive strength of EPS lightweight aggregate concrete is proposed as f_c = 2.43 × γ^2.997 × 10⁻⁹. The legitimacy of the use of EPS lightweight bricks made by EPS lightweight aggregate concrete is confirmed.     

泡沫塑料混合轻质土在循环荷载下的力学性质

泡沫塑料混合轻质土是一种性质优良的轻质土,能够有效提高路基稳定性,减小路基的沉降。材料在道路循环荷载下的强度低于静力强度,以静力强度作为设计参数偏于危险。通过室内试验研究了循环荷载下泡沫塑料混合轻质土的力学性质,发现在循环荷载下泡沫塑料混合轻质土的应力应变关系有稳定型和破坏型两种,临界加载比建议取0.75,即在循环荷载下的强度宜取为无侧限抗压强度的0.75倍;破坏应变大于一次加载的情况,且随加载比的增加而减小;回弹曲线和再压缩曲线斜率相近,而且随循环次数的增加基本不变。     

软土循环扭剪应力应变响应的弹塑性分析

为了分析笔者提出的增量弹塑性模型对描述一般应力状态土单元循环应力应变响应的适用性,进行了软土不排水循环三轴压缩试验与无初始轴向偏应力的循环扭剪试验,得到了两种应力状态土单元的循环应力应变响应。进而依据循环三轴压缩试验结果确定模型参数,再利用模型预测软黏土循环扭剪试验土单元的应力应变响应,并与试验结果进行对比分析。结果表明,预测出的无轴向静偏应力作用的循环扭剪土单元环向剪应力应变滞回曲线与试验结果相比偏小,但是总变化趋势与试验结果较为一致;预测出的循环扭剪土单元环向累积剪应变随循环次数的变化与试验结果基本一致。研究工作表明,该增量弹塑性模型能够较好描述不同应力状态土单元的不排水循环应力应变响应,特别是循环累积应变响应。     

不同固结路径温州黏土固有不排水强度性状试验研究

为研究初始条件和应力状态对重塑黏土固有不排水强度性状的影响,采用应力路径三轴仪对室内制备的温州黏土进行一系列不同固结路径下的三轴固结不排水剪切试验。通过室内试验研究探讨温州黏土不同固结路径下不同平均有效应力固结后三轴不排水剪切应力应变关系和不排水强度特性;引入不同平均有效应力p’下的孔隙指数I_v与不排水强度比R^*_su=S_u/ p’,分析不同固结路径下不排水强度S_u的变化规律,并与Chandler提出的固有强度线IS_uL进行比较分析。结果表明：相同平均有效应力p’下,不同固结路径下不排水剪切强度S_u和不排水强度比R^*_su=S_u/ p’随固结路径的变化而变化;当不排水强度比S_u/ p’=0.33时,孔隙指数I_v与固结不排水强度S_u之间的关系与Chandler的固有强度线IS_uL一致。