含水率和干密度对残积土抗剪强度参数的影响

在分析闽东南地区花岗岩残积土物理力学特性的基础上,对3类非饱和残积土的含水率(ω)和干密度(ρ_d)与抗剪强度指标(c、φ)进行相关分析,建立了针对闽东南地区花岗岩残积土含水率和干密度与抗剪强度指标之间的经验公式。研究结果表明:粘聚力的对数与含水率呈负相关,随着含水率的增大,残积土黏聚力总体呈减小趋势;内摩擦角在含水率增大过程中具有非线性衰减的趋势,且集中在一个范围内变化;3类残积土在高密实度下的ω~φ具有峰值点,土体密实度对粘聚力的影响可用线性正相关来反应;一般情况下,干密度值越大,残积土粘聚力值和内摩擦角也越大。利用建立的经验公式,可为花岗岩残积土边坡的勘察、设计和施工过程中土性参数的合理选取及可靠性分析提供参考。     

广东沿海地区花岗岩残积土力学参数的回归分析

以广东银洲湖高速公路为研究背景,采用现场勘查、室内试验和数理统计相结合的方法,开展了广东沿海地区花岗岩残积土的粒度级配分析和物理力学指标之间的关联性研究,建立了孔隙比和含水率与压缩模量之间的回归模型,并结合工程案例对回归模型进行了验证。研究结果表明:广东沿海地区花岗岩残积土粒径大于2 mm的颗粒含量为16%,根据工程地质手册规定可命名为残积砂质黏性土;孔隙比和含水率对残积砂质黏性土抗剪强度参数无显著影响,对压缩模量影响显著,并且随着孔隙比和含水率的增加,压缩模量逐渐减小;孔隙比作为参变量的模型预测误差小于含水率为参变量的预测误差,建议优先采用孔隙比作为参变量对广东沿海地区花岗岩残积土的压缩模量进行预测,可快速掌握现场岩土参数,对现场施工具有一定的参考价值。     

不同干密度花岗岩残积土的三维孔隙结构特征

为了研究不同干密度花岗岩残积土的孔隙结构特征,首先采用高分辨率三维X射线显微镜采集花岗岩残积土CT图像,再利用Avizo软件重构花岗岩残积土孔隙三维结构,定量分析了3种干密度花岗岩残积土的孔隙连通性、孔隙曲折度、孔径分布、孔隙方向、分形维数等孔隙结构特征。结果表明:通过三维重构方法可以完整而精准地表征花岗岩残积土的孔隙结构特征;随着花岗岩残积土干密度增大,孔隙度减小、孔隙曲折度增大、连通性减弱、孔隙方向越接近水平方向;压实花岗岩残积土的孔隙主要由较大等效直径的孔隙提供。     

花岗岩残积土在高应力作用下物理力学特性探讨

采用人工方法,从某排土场基底采取花岗岩坡残积土进行室内常规直剪固结快剪试验与中压三轴固结不排水试验。在试验中,分别测定每个试样应力应变曲线及试验前后的密度、含水率。经数据整理发现,CU试验各级固结围压下,试样固结后的密度、含水率与固结围压间呈规律性变化;通过统计分析得到了花岗岩坡残积土c、φ值与固结围压之间的变化关系。利用试样固结后的密度、含水率与固结围压之间的变化规律估算排土场基底花岗岩坡残积土在不同堆高时的物理特征;利用c、φ值与固结围压之间的变化关系,估算排土场基底花岗岩坡残积土在不同堆高时抗剪强度取值。     

花岗岩残积土抗剪强度参数影响试验研究

以福州软件园的花岗岩残积土为研究对象,通过SDJ-I型三速电动等应变直剪仪器展开直剪试验。研究当试样的含水条件和干密度条件改变时,花岗岩残积土的抗剪强度参数变化规律。由试验结果可知:当干密度维持恒定,而含水率相对偏小时,黏聚力、内摩擦角和含水率之间呈正相关关系。当含水率超过某一临界值时,二者之间的关系变为负相关关系,该临界值和最优含水率的差异很小。在含水率保持不变的情况下,黏聚力、内摩擦角和干密度之间呈正相关关系,符合线性变化趋势。试验所得的成果对福州地区的设计与勘察工作具有实用价值。     

基于大型直剪试验的重塑花岗岩残积土剪切特性研究

以福建省永安地区花岗岩残积土为研究对象,借助大型直剪仪,综合考虑含水率和干密度等因素,设计并开展花岗岩残积土重塑土样的大型直剪试验。试验结果表明：重塑花岗岩残积土的剪切应力总体上随着轴向压力的增加,而增加;同时其剪切应力-位移曲线形态与发展趋势复杂,部分试样表现出应变硬化特征,但部分试样也存在明显的应变软化现象;含水率和干密度显著影响重塑花岗岩残积土的抗剪强度参数,重塑花岗岩残积土的内摩擦角和黏聚力随含水率的增加呈现先增加后减小的趋势,同时又随干密度的增加近似呈线性增加。研究成果有助于深化花岗岩残积土剪切特性的认识和理解。     

肇庆地区花岗岩残积土工程特性研究

在肇庆地区广泛分布着花岗岩残积土,由于花岗岩残积土孔隙较为发育,又含有高岭土、蒙脱石等矿物成分,吸水性强,遇水易软化崩解,其工程性质特殊,会对工程建设产生不利的影响。花岗岩残积土的粒度组成、结构性能及其物理力学性质与一般黏性土不同,属于特殊性岩土。在确定地基土承载力及基桩设计参数时应考虑其特殊性。     

中山地区花岗岩残积土抗剪特性相关性研究

为研究中山地区花岗岩残积土抗剪特性,就中山地区不同干密度的花岗岩残积土采用不同围压下的三轴压缩试验,分析不同围压下围压与残积土干密度与抗剪强度参数的变化关系.研究结果表明:不同初始干密度的残积土随围压增大,残积土越固结,其抗剪强度越接近;相同初始含水率条件下,随着干密度的增大黏聚力先增大后减小,内摩擦角先减小后增大,呈...     

含水率和压实度对花岗岩残积土电阻率的影响研究

花岗岩残积土常用作铁路、公路路基土，但由于其特殊的物理和力学特性，常常引发自然事故。电阻率法具有连续、快速、无损伤等操作优点，能够更快捷地获取原状土的相关参数。通过室内土工实验，利用控制变量，探究了花岗岩残积土的含水率、压实度与初始电阻率之间定性关系。结果表明，当压实度一定时，随着含水率的提高，土对应的初始电阻率逐渐降低，并趋于平缓；当含水率一定时，初始电阻率随着压实度的增大，呈现出先增大后减小的趋势。     

高液限花岗岩残积土的物理特性和剪切特性

高液限花岗岩残积土广泛分布于华南地区,针对其中的含粗粒细粒土进行了物理特性和剪切强度特征的试验研究,包括土的组成和微观结构、土的物理状态、土的峰值强度和残余强度等。基于试验结果分析了细粒含水率及对土体物理状态的影响,归纳了土中粗粒含量与天然含水率之间、土的天然状态指标与抗剪强度参数之间的统计规律,探讨了应用反复剪切试验方法确定此类土残余强度的注意事项及大剪切位移时的剪应力特征。由于此类残积土具有高液限土和粗粒土的综合特征,因而需基于粗粒含量的影响来认识有关基本特性。     

厦门残积土的静动力学特性与震陷特性研究

用GDS应力路径三轴试验、振动三轴试验和振动台模型试验研究了厦门2种残积土的静动力学特性与震陷特性.发现花岗岩残积土具有剪缩特性,回弹体积模量随偏应力增大而显著提高;确定了花岗岩残积土的变形强度参数,并首次得到该土的液化曲线;建立了火成岩残积土的振动残余变形与模拟地震加速度及荷载之间的关系,并用其预估厦门填海地基的震陷量.     

堆石体的填筑标准与级配优化研究

基于分形理论,进行了大量堆石料室内相对密度试验、压缩试验以及三轴试验,对堆石料级配与干密度、压缩模量、破坏强度、颗粒破碎等工程特性之间的关系进行了深入研究。结果表明:(1)级配对堆石料的物理力学性质影响明显,且随着试验应力的增加,其差异性越来越大。如粒度分形维数D在2.22~2.63的良好级配范围内,制样相对密度取1.0时,堆石料干密度在2.026~2.311 g/cm~3之间,相差14%;在3.2~6.4 MPa压力范围内的压缩模量相差2.47倍;制样相对密度取0.8时,在1.6 MPa围压时的三轴试验破坏剪应力相差23%。(2)相同相对密度条件下,随着粒度分形维数的增加,堆石料的极值干密度或孔隙率、压缩模量、破坏应力均表现为先增大、后减小的规律,在D=2.56~2.62附近均存在极值点,对应P5含量在35%左右,细粒含量过多时的"砂化"现象,导致颗粒骨架效应减弱,堆石的工程性质劣化,极值点对应的临界分形维数控制堆石料的工程性质。(3)堆石料的粒度分形维数与颗粒破碎之间存在良好的规律,即粒度分形维数越高,颗粒破碎越小,可通过级配优化设计控制堆石料的颗粒破碎。(4)基于堆石体的孔隙率可描述为粒度分形维数和相对密度的函数,首次提出了基于变形控制的孔隙率和相对密度双控指标,作为高坝堆石体的填筑标准,并结合如美300 m级堆石坝,提出了堆石料级配优化确定的方法。     

基于岩屑分形破碎特征的钻井工程能效评价模型

通过分析岩屑的分形破碎特征及钻井工况特点,应用分形岩石力学理论建立钻井工程能效评价模型,模型包括能耗评价模型和能效评价模型2个部分,目的在于研究钻井工程中破岩能耗及能效与岩屑分形破碎特征的关系。研究表明:岩屑粒度分布分形维数、最大粒径尺寸及岩石特性常数是破碎能耗的主要影响因素;水力净化系数、岩屑粒度分布分形维数是破岩能效的主要影响因素,分形维数越大能效就越高,水力净化系数越高能效就越高,影响规律呈现指数变化趋势,岩屑相邻粒度相似比对能效影响不大。     

厦门花岗岩风化残积土物性指标与压缩特性研究

对厦门市地铁某站点基坑的未扰动原状土土工试验数据的统计规律进行分析,并结合传统的回归分析方法研究了该地区花岗岩风化土层物性指标(含水率、孔隙比与天然密度)与变形指标之间的相关关系,给出了指标之间的关系式及相关系数,并从花岗岩残积土的属性对结果进行了评价与解析;研究表明,采用常规物性指标预估压缩系数具有一定的可靠性,但仍需考虑花岗岩残积土的结构强度对压缩系数的影响。研究成果可为花岗岩残积土地区资料欠缺的工程提供参考,为基础设计、土性判断等方面提供依据。     

动压荷载下含水率对混凝土破碎块度及分形特征影响研究

本文为研究在动态压荷载作用下,混凝土力学破坏特征受含水率的影响规律,通过开展室内试验,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统与含水率控制法,分析了不同含水率混凝土试样的动态力学参数变化特征,并引入块度分析法与分形理论,探究了受动载混凝土试样的破坏特征随含水率的变化规律。研究表明:在不同应变率下,随着含水率增大混凝土试样的动态峰值应力与动态弹性模量逐渐减小,试样动态峰值应变增大;含水率会对混凝土试样造成损伤劣化,随着含水率增大,试样破碎块度粒逐渐减小,且在105. 93s~(-1)中高应变率下含水率的影响效果最大;混凝土试样破碎体的分形维数特征表现出与块度分布相似规律,动压荷载作用下,碎体分形维数D随含水率增大而减小,且在应变率105. 93s~(-1)时分形维数D受含水率的影响最明显。     

岩体裂缝面数量三维分形分布规律研究

采用计算机仿真的数值试验方法,首先证明了岩体裂隙面数量服从三维分形分布规律这一自然现象。然后根据大量的计算以及理论推演,得到了裂隙面的2个重要的分形参数(分形维数和分形分布初值),以及分形维数DS和分形分布初值NS与二维剖面裂隙迹线分形参数DL,NL的相关关系。即二维分形维数与三维分形维数遵循:DL = DS-1,二维分形维数DL与裂隙面的其他参数无关;二维分形分布初值NL与三维裂隙面的倾角ST,方位角SP遵循投影关系;二维分形分布初值NL与三维分形分布初值NS遵循正比关系:NL = kNS,k值决定与岩体剖面和三维裂隙面的投影关系。实测结果证实了这些关系的正确性。这些结论为研究裂隙岩体的其他物理力学性质奠定了基础。     

基于分形理论的堆石料级配设计方法

根据分形理论,推导了堆石料级配的分形分布公式。利用6座心墙坝和5座200 m级面板坝工程的现场级配检测资料进行验证,相关系数基本在0.95以上,吻合较好;相对于不均匀系数Cu和曲率系数C_c指标,粒度分形维数可以更客观地反映堆石料填筑级配平均特性;对英安岩、凝灰岩和混合岩等不同母岩特性的缩尺堆石料进行了室内干密度试验研究,同时结合水布垭等4座大坝原级配堆石料的检测资料,研究了级配(粒度分形维数)与压实干密度的关系,认为级配是影响堆石料压实性能的主要因素;利用粗粒土级配的Cu,C_c与分形维数的关系,首次提出了堆石料、过渡料等大粒径筑坝材料的良好级配范围,其粒度分形维数在2.22~2.63之间。研究结论可为堆石料的级配设计与优化提供依据。     

基于分形理论的北京地区砂砾石地层细观建模

 土石混合体材料及相应地层中地下结构的力学行为及变形规律受到颗粒粒度组成与分布规律的影响。采用分形几何学对土石混合体的粒度分布进行描述,进一步明确了质量–粒径级配曲线与粒度分形维数之间的关系。在双对数坐标系 下对34组砂砾石土进行粒度分形,结果表明：北京地区砂砾石土粒度分布满足分形结构,其粒度分维区间值为2.4～2.6。根据统计的粒度分维区间,分析了颗粒级配随分形维数及最大粒径的变化规律,对土石混合体的力学性质及稳定性给出了新的认识。并将分形理论与室内试验颗粒级配分布结合,反演出土石混合体完整的颗粒级配分布。基于Monte-Carlo原理,结合分形理论,采用圆形或球体表征块石的形状,编写砂砾石地层模型生成程序,建立砂砾石地层模型,并针对隧道的开挖问题展开了数值分析。     

黄土的构度及其与粒度、密度、湿度之间的关系

土的粒度、密度、湿度和构度是其固有的物质组成和状态特性指标,用来描述土的力学性质及其变化规律。土的构度是其结构性的定量描述指标,它不仅与土物质组成和存在状态的粒度、密度和湿度有关,而且与土骨架结构中土粒空间排列的组构和粒间联结特征有本质的联系。土骨架结构的土粒排列和粒间联结具有抵抗外荷作用的可稳性和遭受破坏的可变性,从比较黄土结构的可稳性和可变性出发,建立的构度指标实质上包括了原状黄土与其饱和条件下抗压强度比较确定的浸水灵敏度及原状黄土与重塑黄土抗压强度比较确定的扰动灵敏度。揭示黄土具有浸水灵敏度随含水率增大呈显著衰减的变化规律和不同含水率黄土的扰动灵敏度基本保持不变的特征。通过黄土构度随含水率和塑限差值的变化规律,构度随塑限、液限的变化规律,以及构度随液性指数的变化规律分析,揭示了构度与粒度、密度、湿度的之间的本质联系。通过黄土构度与液性指数、干密度和孔隙比表征的综合物理特征量之间的关系分析,揭示了干密度相近条件下黄土构度随综合物理特征量的单调变化规律。论证了黄土构度指标的可靠性与合理性。     

云母对花岗岩残积土力学性能影响的机理

本文对云母质残积土开展了微观结构测试与物理力学试验，分析了云母的结构特征及含量对花岗岩残积土物理力学特性的影响，并提出其微观作用机理。结果表明：云母的加入导致残积土的级配组成更粗，界限含水率和渗透性增加，但可塑性减小；高云母含量的残积土具有较差的力学性能，表现为较高压缩性和回弹性、以及较低的抗压强度。云母对花岗岩残积土力学性能的不利影响源于云母本身的固有性质和云母与矿物聚集体的接触形式，这是因为云母以片状层叠的形式存在于残积土中，形成具有高压缩性和回弹性的海绵状结构，层间孔隙使土壤具有高吸水性；同时颗粒排列形成的桥接和有序效应产生大量孔隙，增加了土壤的渗透性；云母板插入黏土基质后，土的强度和破坏类型也发生改变。