碎石尺寸对碎石土强度影响的大型直剪试验研究

以田师府—桓仁铁路大前石岭隧道边坡碎石土为研究对象,配置了3组含碎石尺寸不同的重塑碎石土样并采用大型直剪仪进行了剪切试验研究,探讨了碎石尺寸对碎石土抗剪强度的影响作用规律。在此基础上,利用现代非线性理论-分形理论,采用分形几何方法研究了该碎石土重塑样的粒度分布特征,得出了不同碎石尺寸下碎石土的分形维数,并探讨了碎石土的强度特征与粒度分形维数之间的关系。研究表明在粗粒含量相同的情况下,碎石土的抗剪强度随着碎石尺寸的相对增大而增大;内摩擦角随着碎石尺寸的相对增大而增大;而黏聚力呈现相反的趋势,随着碎石尺寸的相对增大而降低;随着碎石尺寸的相对增大,分形维数增大,分形维数越大,其颗粒粒度分布越不均匀,反之分形维数越小,其颗粒粒度分布越均匀。碎石土抗剪强度和粒度分形维数有一定的相关性,黏聚力随着分形维数的增大而减小,而内摩擦角呈现相反的趋势,随着分形维数的增大而增大,黏聚力和内摩擦角均与粒度分形维数近似呈现抛物线函数关系。     

基于加权法的砾类土含水率检测

砾类土在工程建设中有着广泛的应用,其含水率是一项非常重要的指标,但现有测试方法耗时较长。以砂砾石料的砾类土为试验对象,基于加权法思想,将饱和面干含水率替代法和虚拟比重法进行结合,开展砾类土含水率快速检测方法的研究,并对现有的饱和面干含水率测定操作进行一定的改进和优化。采用多种数学方法(绝对误差、均方偏差平方和,相关曲线的相关系数和F显著性检验分析法)对加权法和烘干法的结果进行对比分析。通过试验统计数据分析,证实加权法与烘干法的测定结果基本一致。该分析结果为现场土料含水率快速测定提供了一种新的思路和手段。     

水泥改性膨胀土强度与变形特性试验研究

以驷马山中-弱膨胀土为研究对象,以水泥作为改性材料,通过室内常规三轴试验,研究水泥改性膨胀土的强度与变形特性。试验结果表明:掺入水泥后,能提高膨胀土的塑限,降低塑限指数和自由膨胀率;水泥改性膨胀土三轴应力-应变曲线存在弹性、非线性强化、应力软化等三个阶段,并随围压的增大,由软化型逐渐向硬化型发展;峰值强度、残余强度均随围压的增大而增大,试样为剪切破坏形态,剪切破坏角符合摩尔-库伦理论计算值。     

含水率对高液限细粒土砾与粉质黏土抗剪强度影响比较研究

近年来,随着极端气候的变化,土石坝安全性问题日益突显。为了研究不同筑坝材料对土石坝安全的影响,利用应变直剪仪对粉质黏土和高液限细粒土砾土样在不同含水率和实施不同正应力下进行不排水不固结快剪试验,研究不同含水量和不同应力情况对土的抗剪强度的影响。试验结果表明,粉质黏土在最大干密度和最优含水率时抗剪强度最大,在最优含水率以前随含水率越大抗剪强度越大,在最优含水率以后随含水率越大抗剪强度越小;而高液限细粒土砾的含水量越大抗剪强度越小。     

直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

[目的]为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,[方法]通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律.[结果]结果显示:轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低.随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小.其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15％、EPS颗粒体积比由20％增长至40％和60％时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20％、44.73％.[结论]结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感.与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获取轻量土抗剪强度.     

应用GA-BP神经网络预估砾类土的最大干密度

建立砾类土最大干密度预估模型,为控制砾类土工程填筑压实质量、选取满足工程压实性能要求的砾类土提供最大干密度预估参考。颗粒级配是决定砾类土最大干密度的关键因素,收集并整理得到92组砾类土数据,以全级配(d₁₀～d₁₀₀)作为BP(GA-BP)神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的砾类土最大干密度预估模型,并与BP神经网络进行对比。86组训练样本预估结果的平均相对误差为0.54%,决定系数为0.983;6组检测样本预估结果的平均相对误差为0.57%,证明该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配能较好地预估砾类土最大干密度,收敛速度、预估精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。     

苯板与土的界面摩擦特性试验研究

采用ZJ型应变控制式直剪仪与非散粒体摩擦角测定仪进行了苯板与土的界面摩擦特性试验,试验过程与结果表明:随正应力的增大,采用ZJ型应变控制式直剪仪测得的苯板水平变形、垂直变形增大产生的偏心作用增大,随着剪切位移增大苯板与细砂、黏土的接触面积减小,上下剪切盒的边界条件对结果影响也较大;采用非散粒体摩擦角测定仪所测苯板与细砂、黏土的界面摩擦角大小与竖向应力无关,只与它们之间接触面的粗糙程度有关,苯板在滑动过程中与细砂、黏土完全接触并且没有产生变形.     

土的强度指标与试验方法探讨

土的力学性质指标中对建筑物稳定与安全关系最大的是抗剪强度指标。归纳性介绍了地基土的强度指标性质、孔隙水压力、有效应力法与总应力法及应用，对室内3种试验方法以及3套强度指标的适用性进行了评价，同时强调了岩土工程师对强度指标选取时应注意的一些问题。     

水泥改性膨胀土的非饱和强度试验研究

改性膨胀土的主要目的是减小膨胀土的膨胀潜势和提高膨胀土的强度。选取南水北调中线工程河南南阳段膨胀土,采用非饱和直剪仪进行素土与水泥改性土控制吸力条件下的直剪试验。试验表明,3%的水泥掺量使得膨胀土的自由膨胀率由51%下降到30%。在不同的基质吸力和竖向压力下素土试样由于结构性遭到彻底的破坏应力应变关系表现为应变硬化特性,而水泥改性膨胀土的应力应变关系表现为应变软化特性。水泥改性在提高膨胀土饱和抗剪强度参数c′、φ′的同时,也使得非饱和抗剪强度参数φb有所增大。试验成果为膨胀土现场水泥改性的设计施工提供了科学的、有价值的依据。     

含石量对砂卵石土的颗粒破碎及强度与变形的影响研究

为探究含石量对不同围压下砂卵石土的颗粒破碎及抗剪强度与变形特性的影响,利用室内大型三轴试验仪开展了固结排水剪切试验。试验设计了0~100%之间5级含石量,在0.5 MPa、1.5 MPa、2.5 MPa三种不同围压条件下进行固结排水三轴剪切试验。基于试验结果,分析了含石量及围压对砂卵石土抗剪强度和剪胀、剪缩特性的影响,并分析了相应的颗粒破碎情况。试验结果表明,在相同含石量下,砂卵石土抗剪强度随着围压的升高不断增加,体变初期表现为明显剪缩,之后剪胀性随围压升高而降低,颗粒破碎率随围压升高而增加;在相同围压下,含石量在50%~75%时,颗粒破碎率最大,并出现最大抗剪强度,而围压越高,试样剪胀越不明显。     

砾石土强度和变形的平面应变试验研究

平面应变试验至今仍属于非常规试验。采用新研制的大型平面应变仪和常规三轴仪对砾石土进行了两组对比试验。由于考虑了中主应力,平面应变试验更加逼真地模拟了工程实际。试验结果表明:①平面应变试验验证了土体的非线性、应力硬化特性和剪缩性;②对于平面应变问题,实际工程在选取强度指标时,可采用稍高于三轴试验测得的强度指标;③由广义胡克定律推导的,用大主应力与中主应力算出的泊松比仅为土体固有泊松比的弹性部分。     

无粘性粗粒土的渗透试验研究

无粘性粗粒土颗粒组成具有较大分散性特点,其渗透系数受颗粒组成影响较大.为了探寻无粘性粗粒土级配对渗透系数的影响,通过室内试验方法进行不同级配的无粘性粗粒土渗透试验研究,试验结果表明,无粘性粗粒土渗透系数与其颗粒级配具有相关性.以太沙基公式为例,将原有公式修正为与级配参数相关的函数表达式,从而体现出无粘性粗粒土渗透系数与级配的关系,为无粘性粗粒土的工程特性进行了有益的探索.     

滇黔地区黄褐色玄武岩风化土强度试验研究

为了全面探索分析黄褐色玄武岩风化土的抗剪强度,通过现场原位水平推剪试验和室内三轴压缩试验以及直接剪切试验等一系列土工试验,得出了黄褐色玄武岩风化土体的抗剪强度指标变化规律,还分别在天然含水率条件下和饱和含水条件下进行室内土工相关试验,研究了含水量变化对土体抗剪强度参数的影响。     

含水率对红砂岩粗粒土压实变形特征的影响

为研究含水率对红砂岩粗粒土静力压实变形特征的影响,利用自制装置在电子万能试验机上进行静力压实试验,得到6种不同含水率红砂岩粗粒土压实试验的压力-位移关系,分析含水率对静力压实变形特征的影响。结果表明:红砂岩粗粒土在静力压实过程中的应力与应变符合指数关系;红砂岩粗粒土的压缩模量随对应应力范围终值的增大而增大,两者之间呈线性关系;红砂岩粗粒土的静力压实过程可分为3个阶段:压密阶段、破碎阶段和稳定阶段;在静力压实过程中,应变增长存在拐点;应变拐点的出现,标志着红砂岩粗粒土静力压实过程由压密阶段转向破碎阶段。     

纳米氧化镁改性黏土强度特性试验

为了研究纳米氧化镁对黏性土强度的影响情况,将纳米氧化镁均匀地掺入到黏性土中进行直接剪切试验,并通过扫描电镜试验对剪切面上的微观颗粒进行观察。在含水率分别为10%,16%和22%的情况下,将纳米氧化镁按照0,2%,4%和6%的掺量（质量分数）加入到黏性土试样中进行试验。直剪试验结果表明:当含水率相同时,随纳米氧化镁掺量的增加,纳米氧化镁改性黏土的黏聚力逐渐增大,但是掺量对改性土内摩擦角的影响并不明显;当纳米氧化镁掺量相同时,随含水率增加,改性土的黏聚力呈现出先增后减的趋势,而内摩擦角则逐渐减小。扫描电镜试验结果表明:纳米氧化镁的掺入会降低土体孔隙比,增强颗粒间胶结作用,从而达到改变黏性土剪切强度的目的。     

膨胀土膨胀变形试验研究

为了研究不同注水方式对膨胀土膨胀量的影响,以及大尺寸重塑膨胀土浸水膨胀的变化规律,取某高速铁路地基膨胀泥岩重塑土样,进行开孔与不开孔的膨胀土浸水膨胀试验,并对不同厚度的大尺寸膨胀土试样进行浸水膨胀变形试验。试验结果表明:开孔注水与不开孔注水的膨胀土膨胀时程曲线有很大不同,开孔注水的土样膨胀时程曲线可以分为初始快速膨胀、减速膨胀、趋于稳定3个阶段;不开孔注水的土样膨胀时程曲线可分为初始缓慢膨胀、快速膨胀、减速膨胀和趋于稳定阶段4个阶段。分析得到土样损失体积率与膨胀量损失量的关系。不同厚度的大尺寸膨胀土试样膨胀时程曲线整体呈外凸形增长趋势,并且每级注水后,膨胀量也呈外凸形增长趋势;大尺寸膨胀土试样的真实膨胀量随着厚度的增加而增大,但增幅减小,真实膨胀量随着上覆荷载的增大而减小,减幅也降低。     

含水率对麦秸秆加筋土强度影响的试验研究

通过直剪与无侧限抗压强度试验,研究了含水率对麦秸秆加筋土抗剪强度指标与无侧限抗压强度的影响。研究结果表明:一定的含水量是麦秸秆发挥加筋性能的必要条件。随着含水率的增加,麦秸秆加筋土的粘聚力呈现先增大后减小的趋势,以最佳含水率时粘聚力最大;然而,加筋土的内摩擦角却随含水率的增加而逐渐减小。在合适的含水率条件下,麦秸秆加筋土的最佳质量加筋率在0.1%至0.3%间。     

季冻区草炭土直剪特性研究

选取吉林省敦化市江源镇的半纤维草炭土和高分解草炭土,通过室内快剪和固结快剪试验,分析了季冻区纤维草炭土直剪特性及其力学机理。结果表明：草炭土快剪试验的法向应力与峰值剪应力的关系曲线呈线性,符合摩尔-库伦定律。固结快剪试验的法向应力与峰值剪应力的关系曲线以法向应力200 kPa为分段转折点,呈两段直线形式;基于摩尔-库伦强度准则建立了相应分段函数,得到了符合草炭土固结快剪规律的表达式。所得直剪特性及强度参数可为季冻区草炭土路基稳定性评价参数取值提供参考。     

饱和黏土循环剪切强度与变形特性的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在不固结、不排水条件下对黏土的单调和循环剪切应力-应变关系与剪切强度特性进行了研究.单调剪切试验表明剪切强度随应变速率的增加而增大,在双对数坐标下,剪切强度与应变速率之间近似地符合线性关系;循环剪切试验表明对于某一给定的初始剪应力,循环剪切强度大小是循环软化效应和应变速率效应共同作用的结果,结合单调剪切强度应变速率之间的对应关系,提出了近似消除速率效应的循环剪切强度归一化方法,通过归一化表明,不同循环次数的循环剪切强度与初始剪应力之间的试验数据点分布在一个狭窄区域内,通过一个二次方程即可拟合表示.以此为基础,提出了循环剪切强度的简便确定方法,可减少海洋地基稳定性分析中的试验工作量.