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。     

珊瑚砂接触面剪切颗粒破碎特性研究

珊瑚砂与结构物的相互作用广泛存在于岛礁工程中,由于珊瑚砂强度低、易破碎,在受到荷载作用时,容易发生颗粒破碎致使接触面力学特性更复杂。通过珊瑚砂-钢板接触面环剪试验,并使用石英砂进行对比,揭示了珊瑚砂接触面剪切后颗粒破碎演化及颗粒形貌变化规律。结果表明：在相同的条件下,珊瑚砂产生小颗粒的含量明显高于石英砂,0.5～1 mm和1～2 mm粒径的珊瑚砂分别存在300 kPa和200 kPa的临界竖向压力,当竖向压力高于临界压力时,竖向压力对PSD曲线的影响明显降低。珊瑚砂与石英砂破碎率均随竖向压力增大而增加,且分别与竖向压力呈指数函数关系和线性关系。剪切后颗粒形貌由不规则向圆形发展,且竖向压力较大时,珊瑚砂与石英砂整体上颗粒形貌比较接近,都更趋于圆形。     

钙质砂临界状态随颗粒破碎演化规律分析

根据物理试验揭示的钙质砂颗粒破碎特征和发展规律,建立了可进行钙质砂三轴试验的离散元数值模型.首先通过预压均匀级配的钙质砂破碎生成不同初始级配的试样,进行不破碎三轴剪切过程的数值试验,以确定临界状态与固定级配的对应关系.结果表明,一个固定级配对应一条固定的临界状态线,在压缩平面内各固定级配临界状态线基本平行但是位置随颗粒...     

三轴应力路径下珊瑚砂的颗粒破碎模型

基于不同轴向应变下平行试样的三轴试验结果,分析了珊瑚砂在三轴排水与不排水条件下颗粒破碎随加载的演化过程,探讨了现有的颗粒破碎能量模型和基于应力的Hardin破碎模型的局限性.为了更好地分析颗粒破碎中间发展过程的特征,将引起颗粒破碎的机制分解为压缩和剪切两部分,并分别建立了与之相对应的破碎模型.压缩机制是指在等应力比条件...     

砂的颗粒级配对水泥砂浆性能的研究

本文通过使用粒径为1．25mm，0．63mm，0．315mm，0．16mm四种不同的砂，按照不同的质量百分比组合成三种试验用砂，试验研究了砂的颗粒级配对水泥砂浆流动性能和力学性能的影响。试验表明：质量百分比为1．25：0．63：0：315：0．16=45：30：15：10组合成的试验用砂满足密实填充结构，配制出的砂浆流动性能好、不泌水、不离析、强度高、性能稳定。     

冲击荷载下珊瑚砂单颗粒动态破碎模拟研究

利用PFC2D(二维颗粒流程序)建立了考虑内孔隙随机分布的珊瑚砂动态冲击数值分析模型,结合力链分布、裂纹发展及破碎模式,从细观层面阐述颗粒破碎演化规律.结果表明,珊瑚砂单颗粒动态破碎强度符合Weibull分布.冲击荷载下,强力链首先出现在颗粒内孔隙端部和加载端附近,细观裂纹主要沿强力链生成,裂纹处力链发生弱化.裂纹多出...     

考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

临界状态土力学理论在描述细颗粒土应力变形特性方面较为成功,已经成为建立许多黏土和砂土本构模型的基础。对于堆石料,在应力、密度、级配等因素影响下,其变形特性非常复杂,且高应力条件下颗粒易发生破碎,是否存在"唯一"的临界状态值得探讨。通过对不同级配、不同密度的试样在不同围压条件下的一系列大型三轴剪切试验,研究了堆石料的临界状态及其影响因素。研究发现:不同级配、不同密度、不同初始固结应力条件下,当剪应变较大时试样都趋于临界状态,临界状态的值与初始密度、初始级配、颗粒破碎有关;q–p'平面内,堆石料存在唯一的临界应力比M;在e–(p'/p_a)~ζ平面内,临界状态线基本平行,其截距可以根据初始密度和初始级配直接求得。通过对比分析各试样的临界状态,提出了考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态数学表达式。     

三轴剪切下珊瑚砂颗粒破碎规律及强度特征

珊瑚砂广泛分布于我国南海岛礁,其性质与普通砂有明显的差异,主要体现在颗粒具有显著的破碎特征。为进一步研究珊瑚砂的破碎特征和破碎对其强度特征的影响规律,本研究通过控制相对密实度、含水率和围压等多种初始条件展开三轴固结排水(CD)的剪切试验。结果表明:珊瑚砂颗粒破碎会根据相对密实度以及围压的逐渐增大而增大,随着含水率的增大而先增大后减小,但是随围压的增大,颗粒的破碎不会无限制增大,当到达一定程度时会逐渐趋于停止;在相对密实度保持一定时,珊瑚砂的内摩擦角会依据含水率的增大而先增大后减小。珊瑚砂大颗粒破碎形成小颗粒并嵌固在孔隙中,大小颗粒之间的相互作用及级配趋于良好,颗粒的破碎一定程度上增大了珊瑚砂的强度。此试验成果可以为岛礁珊瑚砂工程建设提供参数依据,为深入研究珊瑚砂颗粒破碎的理论提供借鉴。     

煤矸石颗粒破碎及其对工程力学特性影响研究

对徐州北部地区路用煤矸石的基本粒度特性及其颗粒破碎细化规律进行了试验研究,并综合分析了其对各种工程力学特性的影响,主要是压实、渗透、水稳、压缩、承载、变形与强度特性等。在此基础上,提出了适合于煤矸石的强度与变形本构模型。     

颗粒破碎对钙质砂变形及强度特性的影响

利用人工钙质砂和三轴剪切试验手段，就颗粒破碎及其对钙质砂变形和强度特性的影响进行分析研究。结果表明，颗粒破碎程度与对其输入的塑性功密切相关；颗粒破碎的发生使钙质砂剪胀性减小，体积收缩应变增大，峰值强度降低。     

考虑钙质砂颗粒破碎的分数阶边界面本构模型

钙质砂作为海洋工程中广泛应用的建筑材料,颗粒破碎会导致其强度和剪胀性降低,压缩性增加,影响构筑物的安全和稳定。通过引入破碎应力建立考虑颗粒破碎的临界状态线来描述破碎对临界状态线位置和形状的影响;并基于分数阶微分和状态相关理论建立了统一的状态相关分数阶塑性流动法则;在边界面塑性理论和临界状态理论框架下建立了考虑钙质砂颗粒破碎和状态相关特性的分数阶塑性边界面本构模型。模型能够模拟不同初始密实度和围压条件下钙质砂三轴排水试验结果和颗粒破碎影响下的状态相关行为,并验证了模型的适用性。     

三轴试验条件下钙质砂颗粒破碎影响因素研究

针对钙质砂颗粒易破碎的特点,对取自南海某礁的钙质砂进行大量三轴试验,研究钙质砂在不同围压、粒径、级配、密实度、排水条件和含水率条件下的颗粒破碎情况,分析以上因素对钙质砂颗粒破碎的影响。试验结果表明:钙质砂颗粒破碎受围压影响显著,与粒径并没有明显相关性;级配越好的钙质砂破碎越小;密实度增大会导致颗粒破碎加剧;不同排水条件下钙质砂颗粒破碎受有效围压影响;颗粒破碎随含水率增加而变大。     

饱和方式对珊瑚砂力学特性影响试验研究

由于珊瑚砂特殊的形成环境,造成了其多孔隙且存在内孔隙、颗粒强度低、易破碎等特征,致使其饱和过程中难以达到较高的饱和度.针对易忽视的珊瑚砂饱和问题,利用三轴剪切试验对不同饱和方式下珊瑚砂的力学特征进行研究.结果表明:使用抽真空饱和法达到饱和状态的珊瑚砂峰值强度和滑动摩擦角最大,浸泡饱和法居中,反压饱和法最小;随有效围压的...     

用计算机评定砼用砂的颗粒级配

用计算机评定砼用砂的颗粒级配于俊荣（丹东纺织工业专科学校）马英俊（中国建研院机械化所廊坊）砼中砂粒之间的空隙是由水泥浆填充的。为达到节省水泥和提高砼强度的目的，应尽量减小砂粒之间的空隙，所以一般用大小不同的砂颗粒搭配。砂的颗粒级配是指集料中不同尺寸颗...     

考虑级配效应的粒状材料本构模拟

粒状材料被广泛应用于岩土工程中,其颗粒级配变化特性会影响材料的力学性能特别是承载力特性。为了更好地描述级配对粒状材料力学性能的影响,基于弹塑性力学和临界状态土力学,将依赖颗粒级配的临界状态线引入到一个简单的本构模型中。应用此模型来模拟不同粒状材料(DEM理想球体、人工材料玻璃球和天然砂土Hostun砂)的三轴排水/不排水实验。结果表明:此模型仅采用一组级配相关的临界状态参数就可以统一描述不同颗粒级配粒状材料的力学响应。     

考虑颗粒破碎的砂土临界状态特性描述

近年来,随着土石坝和高填方等工程的兴建,粒状土得到了广泛的应用。粒状土在高应力作用下会发生颗粒破碎的现象相当严重,因此粒状土的颗粒破碎问题不容忽视。为了更合理地描述颗粒破碎对粒状土中砂土力学特性的影响,首先分析砂土试验结果,得出了砂土颗粒分别在平均正应力和剪应力作用下的破碎特性。其次,基于UH(unified haedening,统一硬化)模型,引入可以表示砂土压缩破碎和剪切破碎的相关参数,建立了可以考虑颗粒破碎的砂土本构模型。该模型不仅能够反映砂土的剪胀、剪缩、应变硬化和软化等特性,而且可以反映在平均正应力的作用下,不同的压缩曲线最终会归一的特点,同时还能够反映剪应力作用下砂土临界状态线下移的现象。最后,使用模型预测了Lade的常规三轴试验,模型预测结果与试验结果符合良好,说明该模型能够合理地描述砂土的力学特性。     

堆石混合料临界状态与颗粒破碎特性

文章开展了5组不同混合比的堆石料的大型三轴固结排水剪切试验,研究了随混合比变化堆石混合料颗粒破碎率与临界状态应力比的变化规律。试验结果表明：(1)随弱风化料占比增加,堆石料的峰值强度及临界状态强度均提高,剪胀程度增大。(2)Hardin相对破碎率较好地描述了堆石混合料的颗粒破碎规律,破碎率越大,p′-q平面上临界状态线表现出越明显的下弯。(3)峰值状态内摩擦角随Hardin相对破碎率的增加总体呈线性减小;临界内摩擦角随Hardin相对破碎率Br的增加开始缓慢减小,而后快速减小,最后趋于平稳。     

泥石流拦砂坝坝基土颗粒级配对扬压力影响实验研究

颗粒级配是影响坝基渗透的重要因素,并影响扬压力的大小和分布特征。采用自制装置对不同颗粒级配的6种土样进行坝基渗透实验和竖向渗透实验,研究了细颗粒含量和最小粒径对坝基渗透和扬压力分布的影响,并建立了细颗粒含量与坝基渗透系数和扬压力之间的关系。研究结果表明:坝基土细颗粒含量530%P40%时,最不易发生沉降变形和渗透变形;不同颗粒级配下坝基扬压力沿中轴线均呈线性衰减;坝基土发生渗透变形前扬压力折减系数与渗透系数存在对数变化关系,与细颗粒含量呈线性负相关关系,渗透变形后,扬压力出现大幅波动。     

珊瑚砂液化后再固结体应变试验研究

南海岛礁建设作为我国"海上丝绸之路"的战略工程,其上覆建构筑会遭受波浪、地震等环境循环荷载,地面沉降将会产生严重的地震灾害.利用GDS三轴仪,研究了珊瑚砂动加载液化后的再固结体应变的变化规律.试验结果表明:珊瑚砂液化后再固结体应变随着有效围压的增加、颗粒级配平均粒径的增加也逐渐增加,而循环应力比对于珊瑚砂的再固结体应变...     

钙质砂的耦合变形机制与本构关系探讨

针对低应力下钙质砂的颗粒破碎现象具有特殊性，分析了围压对钙质土颗粒的破碎的影响，揭示其变形过程的力学机制；然后考虑钙质土的颗粒破碎与滑移两种变形机制的耦合作用，并分别采用损伤模型和边界模型予以描述。理论计算与试验结果吻合较好。