考虑颗粒破碎的粗粒料数值试验研究

粗粒料在外力作用下易发生颗粒破碎,对其力学性质有较大影响。为了从细观层面上分析颗粒破碎影响粗粒料力学特性的机理、研究影响颗粒破碎的因素,在二维颗粒流软件(PFC2D)中引入"簇颗粒"模拟颗粒破碎,对古水筑坝料进行一系列物理试验与数值试验对比,发现数值模型能较好地体现颗粒破碎特性。在轴向应力达到屈服应力后,颗粒破碎逐渐开始发生,之后破碎速度持续增长,颗粒间接触力的改变是导致颗粒破碎的主要原因。试验围压、颗粒形状、细观参数等均对颗粒破碎有一定影响。     

冲击能对钙质砂砾颗粒级配影响试验研究

岛礁工程中常规模化采用冲击法加固钙质砂砾回填料地基。对钙质砂砾试样进行冲击试验,研究不同总冲击能对试样颗粒级配、变形、颗粒破碎的影响,结果表明:随着总冲击能的增大,试样孔隙比逐渐减小,并最终呈稳定趋势,二者满足指数函数关系;试样相对破碎率随总冲击能的增大而逐渐增大,但存在一临界总冲击能,超过该值后,相对破碎率增幅逐渐减弱;冲击能能改变试样粒径的构成,其不均匀系数、曲率系数随总冲击能增大而增大,并呈二项式函数关系;试样平均粒径随总冲击能的增大而减小,二者呈线性负相关;钙质砂砾经过冲击作用后,粒组百分含量变化较为明显,含砂量增大,砂砾比例发生变化,其中原粒组下一级粒径区间质量百分含量增量尤为明显。利用钙质砂砾进行规模化地基填筑时,应充分考虑冲击能对其颗粒级配、砂砾比变化的影响,选择合理的施工工艺。     

石英砂砾破碎过程中粒径分布的分形行为研究

荷载作用下粒状土的颗粒破碎改变土的粒径分布,从而影响其力学特性。试验证据显示随着颗粒破碎的增加,任何初始分布的土粒都将趋向一种自相似的分形分布。为了揭示土的粒径分布的分形转变机制,利用侧限压缩试验研究高压应力下石英砂砾的粒径分布演化规律和颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布实测数据研究破碎过程中粒径分布的分形行为。研究发现:颗粒破碎增长导致粒状土趋向分形分布的过程与颗粒破碎量密切相关,并可以通过增大的分形维数来描述。尽管石英砂砾的初始分布和粒径有所不同,分形维数大于2.2的粒径分布实测数据均展示了较为严格的自相似性,因而该数值可作为分形分布的分形维数下限值。研究还发现:相同破碎状态下Hardin相对破碎率小于Einav相对破碎率,但二者对应力和体应变的响应规律是一致的。颗粒破碎发展至粒径分布成为分形分布时,体应变与相对破碎率的比值将保持恒定,并且受初始分布的均匀性和颗粒大小的影响很小。这一特点可用于分形分布的识别,并意味着试验中如果粒径分布是分形的,则无须为了粒径分析而终止试验,只需测量到体应变就可估计相对破碎率。     

粗粒料颗粒破碎三轴试验研究

随着粗粒料在高土石坝等工程中广泛应用,颗粒破碎逐渐成为粗粒料工程特性研究的一个重要方面。通过三轴颗粒破碎试验,研究了某粗粒料等压固结、峰值以及不同应力水平下的颗粒破碎规律,分析了干湿状态的影响。结果表明:等压固结颗粒破碎率与围压之间以及峰值内摩擦角与颗粒破碎率之间均呈幂函数关系;相同围压下颗粒破碎率随应力水平增加而加速增加;相同应力水平下颗粒破碎率随围压增加而增加;不同围压下的颗粒破碎率与应力水平之间可进行归一化处理;同应力状态下湿态颗粒破碎率较干态大,二者差异的决定因素为材料软化系数。同时,对以上结论进行了理论分析,提出了一个颗粒破碎的估算方法,探讨了干湿状态对颗粒破碎影响与材料软化系数之间关系。     

粗粒料三轴湿化颗粒破碎试验研究

颗粒破碎是引起粗粒料湿化变形的重要因素，有必要对其进行深入研究。利用改进的应力控制三轴仪，对坝的粗粒料进行不同围压和湿化应力水平下保持应力水平不变的三轴湿化变形试验，同时对湿化前后的试样进行颗粒分析试验。依据试验结果，分析湿化颗粒破碎的原因，得到湿化变形最及Hardin的颗粒破碎指标表示的颗粒破碎量。对粗粒料湿化变形和湿化颗粒破碎试验结果的分析表明：湿化变形与围压及湿化应力水平有关；湿化引起颗粒破碎，对颗粒级配曲线有较大的影响，湿化前后级配曲线的颗粒累积百分比的差值随粒径呈驼峰状分布，驼峰位于25％含量粒径左右；湿化引起的颗粒破碎使得级配曲线的曲率系数、不均匀系数和60％含量粒径减小；湿化颗粒破碎随着围压和湿化应力水平的增加而增加；湿化变形与湿化颗粒破碎之间有很好的相关性，湿化轴变与湿化颗粒破碎近似成线性关系；湿化变形的基本规律可以根据湿化颗粒破碎规律加以解释。     

侧限压缩下石英砂砾的颗粒破碎特性及其分形描述

利用侧限压缩试验研究高压应力下石英粗砂和细砾的颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布资料,研究颗粒的破碎分形。结果表明:颗粒破碎量随着压力的增加而增加,并与粒径大小有关。随着破碎量的递增,粗砂的内摩擦角逐渐增大,细砾的内摩擦角先增大后减小,二者最终均趋于稳值;石英砂砾破碎后的粒度分布具有良好的分形特性,破碎分维数的数值大小反映了破碎量的变化,破碎量愈高,分维数愈大,并与Hardin破碎率有较为显著的线性关系。破碎分维数和Hardin破碎率与压应力之间分别存在着双曲线关系和半对数线性关系,因而通过压应力和土粒参数就可估计破碎分维数和破碎率。破碎分维数为粒状材料的颗粒破碎分析提供了一个新的量化指标。     

饱和砂砾料液化后应力与变形特性试验研究

利用高精度静–动两用三轴仪(试样尺寸φ200 mm×510 mm)进行了砂砾料液化后静力再加载试验,研究了其应力应变特性。文中探讨了各种因素对砂砾料液化后静剪切强度的影响。结果表明:砂砾料液化后静剪切强度主要取决于围压,与液化前相对密度无关。     

基于大型直剪试验的粗粒料颗粒破碎对比研究

采用大型直剪仪对钦寸水库洞渣料与盂溪水库卵砾石料这两种粗粒料进行颗粒破碎试验,将裂离参量引入直剪试验结果的处理分析中,从粒组与粗粒料整体2个层面对比研究了2种土料的颗粒破碎发展规律。结果表明:对于2种粗粒料,在所研究的法向应力变化范围内,不同粒组颗粒的裂离比随法向应力的变化均呈现出线性化的递变规律,且2种粗粒料颗粒破碎水平的差异主要体现于较大粒径的粒组颗粒中。随着粒组粒径的减小,2种粗粒料的颗粒破碎水平趋于接近。对于粗粒料整体,当法向应力为0~300 k Pa时,2种粗粒料的颗粒破碎水平较接近,当法向应力为300~1 200 k Pa时,钦寸水库洞渣料的颗粒破碎水平比盂溪水库卵砾石料显著,且2种粗粒料的颗粒破碎水平均有随法向应力增大而继续提高的明显趋势。     

粗粒料颗粒破碎模型研究

结合三轴试验资料,对粗粒料在不同围压和应力水平下颗粒破碎进行了研究,结果表明,相对颗粒破碎率与围压的关系可以用反双曲函数拟合;一定围压下,相对颗粒破碎率随应力水平的增长呈非线性的指数关系.在试验分析基础上,借鉴湿化变形理论,认为处于某一应力状态下的粗粒料的破碎分别由球应力和偏应力两部分引起,偏应力部分从应力水平的角度加以研究,建立了适合于粗粒料颗粒破碎率的计算模型.探讨了粗粒料颗粒破碎模型参数与围压以及应力水平的关系,建议了相对破碎率计算经验公式,并结合有关试验结果拟合出了粗粒料的颗粒破碎模型参数.对比分析表明,拟合结果与试验成果吻合较好,说明了该模型的合理性.     

基于颗粒破碎耗能的粗粒料剪胀方程研究

粗粒料颗粒破碎和应力变形的内在联系可以用颗粒破碎耗能反映.研究了三轴试验过程中粗粒料的颗粒破碎变化规律,根据此规律对Ueng等提出的考虑颗粒破碎的能量平衡方程中的摩擦系数M进行了修正,以此解决依据该能量平衡方程计算出的颗粒破碎耗能违反热力学定律的问题.在此基础上,发展了一个形式简单且适用于粗粒料的剪胀方程.主要结论如下...     

考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态与本构模型研究

临界状态是土力学中一个非常重要的概念,是许多土体本构模型建立的基础。对于珊瑚砂,由于显著的颗粒破碎,其变形特性和临界状态值得深入探讨。通过不同密度和不同围压组合的一系列三轴试验,研究了颗粒破碎对土体变形特性和临界状态的影响,建立了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态数学表达式,并将其引入砂土状态相关剪胀方程,提出了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂状态相关剪胀方程和本构模型。该模型仅采用一套模型参数就能较好地反映珊瑚砂在不同密度、不同围压条件下的应力变形特性,并且可以考虑珊瑚砂的颗粒破碎特性。     

循环三轴应力路径下钙质砂颗粒破碎演化规律

钙质砂广泛分布于中国南海区域,是吹填造陆的重要材料。钙质砂颗粒容易破碎,使得其力学特性相比于普通的陆源硅质砂有显著差异。对取自中国南海西沙群岛某岛礁的钙质砂开展了三轴排水循环剪切试验,研究了围压、循环应力比、循环振次对钙质砂颗粒破碎发展过程的影响。在试验所采用的围压范围内,钙质砂在固结过程中产生的颗粒破碎较少,但是在随后的循环剪切过程中产生了显著的颗粒破碎。在循环剪切作用下,钙质砂的颗粒破碎形式主要是尖角的磨损,剪切后试样的颗粒中出现了一些碎屑和微细颗粒,大颗粒的棱角有一定程度的磨圆,但粒径无明显减小。在常围压下的等幅循环剪切中,颗粒破碎程度随着循环剪切次数的增大而增加,增长速率逐渐降低,可以采用对数曲线来描述相对破碎指数的发展过程。再考虑围压和循环应力比的影响规律,初步建立了一个描述颗粒破碎演化过程的数学模型。     

离散元中破碎自组织对颗粒破碎影响研究

从数学领域的阿波罗填充法入手,建立了4种破碎自组织,并借助线性膨胀法保证破碎前后质量守恒。在此基础上,开展了不同破碎自组织的数值试验,研究了破碎自组织对级配演化以及材料的宏细观力学特性等的影响。结果表明:颗粒级配曲线的分形维数和颗粒间的平均应力随破碎自组织中颗粒数目增多而下降,而相对破碎率B_r和材料的压缩性随自组织中颗粒数目增多而增大。加载过程中的法向接触和接触力玫瑰图表明,自组织中颗粒数目愈多,材料的各向异性程度愈低,颗粒法向接触数目愈多,而法向接触力愈小。另外,配位数及接触力的概率密度也与破碎自组织存在密切联系。     

考虑粒间法向接触力作用的粗粒土颗粒破碎试验研究

利用岩石双轴流变试验机,采用砂岩、石灰岩和板岩3种材料模拟粗粒土进行了球-球法向接触的颗粒破碎力学试验,对粗粒土颗粒破碎的过程、破碎形态、弹性核和力-位移曲线进行了研究,分析了不同粗粒土材料和颗粒尺寸对法向接触力学特性及颗粒破碎规律的影响。通过试验研究,发现粗粒土颗粒在法向接触力作用下,先在颗粒接触点处开始产生局部破碎,形成弹性核,继而产生贯通裂缝,最后颗粒发生整体破碎。通过拟合,分别建立了球形颗粒破碎准则和弹性核尺寸的经验公式。本文从粗粒土颗粒接触角度研究颗粒破碎的力学机理,开辟了研究粗粒土颗粒破碎的新途径,也可为离散元数值模拟直接提供接触力学参数。     

砂砾石垫层的施工工艺试验研究

砂砾石垫层换填地基可以提供较高的地基承载力,有效地控制建筑物变形.施工工艺包括材料选择,最大干密度确定,单层虚铺厚度及碾压遍数,施工质量控制等.试验研究表明,砂砾石料选择应达到级配合理,细粒含量(<5mm颗粒含量)控制在25%～35%,单层虚铺厚度一般在40～60em,含水量控制在3%～6%之间,振动碾压6～8遍后,压...