粗粒类土的孔隙特征参数对渗透系数的影响规律研究

通过对若干粗粒类土在不同孔隙特征时的渗透系数的分析,提出了粗粒类土的渗透系数与其孔隙特征参数孔隙比和孔隙率之间的函数关系式,从而揭示了粗粒类土的孔隙特征参数对渗透系数的影响规律.     

连续分布的粗粒土级配方程与压实性能

以Morgan等人提出的生长曲线为基础,提出了可反映粗粒土"S型"以及"上凸型"颗粒分布的2参数级配方程及参数取值范围;当形状参数a趋向无穷大时,则级配方程转化为分形分布公式。在此基础上,提出了采用相对密度试验手段确定最优压实性能级配的方法。建议级配方程对于长河坝、大石峡、两河口等高坝的填筑级配,具有很好的适用性。利用所得研究成果,对大石峡砂砾料进行室内相对密度试验,结果表明:①对于最大粒径60 mm的不同分布规律的粗粒土而言,随着级配参数的变化,其最大、最小干密度均存在极值点或拐点,且对应的临界P5值都在35%附近。②临界P5值对应粗粒土的极优压实性能级配;颗粒级配越接近分形分布,压实性能越好,临界P5值对应的分形分布级配,即为最优压实性能级配。接近分形分布的长河坝堆石料,较低的现场压实参数却获得了较高的填筑干密度,也佐证了这一结论的合理性。③利用临界分形维数的尺度无关性,可以方便地将室内最优压实性能级配的研究成果推广至现场不同最大粒径的工程级配。结论可用于粗粒土的级配设计以及压实性能评价。     

宽级配粗粒土的内部侵蚀试验及其稳定性判别

强降雨入渗条件下宽级配粗粒土中的细颗粒会由于孔隙流体的作用发生内部侵蚀。细颗粒的运移改变了土体的微观结构,土体的水力、力学性质随之变化。利用自行研发的刚性壁渗流侵蚀实验装置,对颗粒粒径介于0.002～10 mm的9种间断及连续颗粒级配粗粒土试样进行渗流侵蚀试验,提出一种新的基于试验的内部稳定性判别标准。实验结果表明:对于宽级配粗颗粒土,内部侵蚀改变了土体的渗透系数,最终导致渗透系数下降;粗颗粒的缺失导致内部稳定性降低,渗流作用下,连续颗粒级配土也可能是内部不稳定土;侵蚀土颗粒累计质量可以度量土体内部稳定性,在容许水力梯度范围内侵蚀量超过总质量5%的土体可划分为内部不稳定土;Kezdi几何标准更适用于评价宽级配粗粒土的内部稳定性。     

粗粒土强度和变形的级配影响试验研究

开展了不同细粒含量的无黏性和含黏粒粗粒土的共8组大型三轴排水剪切试验,研究了级配对粗粒土强度、变形、剪胀特性和颗粒破碎的影响。试验结果表明细颗粒含量的大小、是否含泥是粗粒土力学特性的重要影响因素;分析了无黏性粗粒土的颗粒破碎率随围压大小、级配的变化;研究了剪切峰值随围压、细颗粒含量的变化规律,讨论了不同围压、不同级配特征情况下粗粒土的剪胀特性。根据含黏粒粗颗粒土的试验结果,分析了含泥量对强度和变形特性的影响,并从机理上分析了细粒含量对无黏性和含黏粒粗粒土的力学特性影响的差异性。试验结果表明对于土石坝工程良好的坝体填筑料级配、严格控制小于0.075 mm颗粒含量,有利于提高坝体的稳定性和减小坝体沉降。     

间断级配粗粒土压实特性试验研究

岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d₃₀以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5~2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。     

粗粒土料的防渗特性

将砾质土料、碎石土料、岩石风化料、人工掺合料等粗料赤作为大型高土石坝的防渗体的填筑已被国内外水利工程广泛应用。这种土料填筑防渗体不仅可以比通常填筑均质坝的细料土料更高的填筑密度和具有更好的抗剪强度等力学性质,而且亦可以取得良好的防渗性能。本由沟水电站、硗碛水电站等工程的实例进行了一些探讨,认为：１．当坝工设计对土料抗剪药度不作特别严格要求时,上坝土普中粗普含量Ｐ５不能超过粗料含量第二特征点＾５Ｐ＾     

无粘性土中管涌的毛管模型及其应用

通过对骨架孔隙中细颗粒的受力分析。建立了描述无粘性土中管涌发生、发展的毛管模型。利用该模型。将细颗粒的流失量、土体渗透性和颗粒起动的水力条件三者联系起来。得到了可动颗粒起动的临界水头梯度公式和考虑细颗粒流失的渗透系数公式。通过管涌试验校验证实了有关公式的有效性。计算结果表明，管涌过程中的渗透性显著地受细颗粒流失的影响。而且当有细颗粒流失后。级配不连续的管涌型土比级配连续的管涌型土更易发展成管涌破坏。     

连续级配土的级配方程及其适用性研究

提出了一个描述连续级配土的级配方程,研究了方程的基本性质、对不同土体级配曲线的反映能力,验证了方程对各种连续级配土的普适性。研究表明:该级配方程能够描述出双曲线形、反S形和近乎直线等三种典型的土体级配曲线,而且对于黏土、粉土、砂土和粗粒土等不同土料的级配都具有广泛的适用性。方程参数分析得知b主要决定级配曲线的形状,即双曲线形或反S形,而且,当m较小时,曲线很缓,近似于直线。参数m主要决定曲线的倾斜程度,且曲线主体部分的斜率与m成正相关。和Swamee提出的级配方程相比,本文的级配方程有明显的优越性和更宽广的适用性。对6座国内外土石坝人工爆破堆石料的级配研究表明,级配参数b和m大致在-0.28~0.64和0.45~0.75范围。     

粘性粗粒土击实特性的试验研究

对击实功、含水率、级配三个对击实过程中影响级配改变的因素做了对比试验,同时对试验结果进行了分析。通过试验得出级配变化规律,为工程设计和现场施工碾压提供了准确、可靠的压实特性资料。     

粗粒土抗剪强度的缩尺效应规律试验研究

抗剪强度是评价土体稳定性的重要指标,研究缩尺效应对粗粒土抗剪强度的影响,对高土石坝工程土体强度估算有重要的理论意义和应用价值。根据前人的研究,颗粒最大粒径d_max和级配结构两部分变化是导致缩尺后试样存在缩尺效应的主要原因,其中级配结构可由级配面积S作为特征参数表示。通过改变试样的d_max和S,设计了24组不同级配试样,利用大型直剪仪对各组试样进行直剪试验,从而定量研究颗粒最大粒径和级配结构对粗粒土抗剪强度的影响规律。研究结果表明：粗粒土的抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角φ均表现出随着d_max增大而增大的规律,且c和φ均与d_max呈对数函数关系;黏聚力c和内摩擦角φ随着S的减小而增大,到达某一特定值后呈略微减小的趋势,并根据相应试验数据分别建立c和φ与S的关系式。最后,基于试验结果建立了考虑缩尺效应的粗粒土抗剪强度的预测模型,并用相关文献试验数据验证了该模型对不同类型粗粒土的适用性。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土的剪切强度理论

由于粗粒土的粒径相差很大,通过剪切试验测量粗粒土的剪切强度很麻烦,且剪切试验费时费力、试验数据离散性大;另外,已有剪切强度经验公式中的参数没有明确的物理含义,工程应用中难以确定。本文根据颗粒破碎的分形模型,揭示单颗粒破碎强度的尺寸效应,假设剪切强度是颗粒接触面上的摩擦力,导出用正应力幂函数表示的粗粒土剪切强度公式,幂函数的指数是颗粒破碎分维的函数,并采用垃圾炉渣的颗粒破碎分维和剪切强度试验结果进行验证。     

高速铁路基床表层级配碎石渗透系数试验研究

铁路路基设计规范及高速铁路路基工程质量验收标准对基床表层级配碎石的渗透系数都提出了具体的指标要求,渗透系数是综合反映基床表层级配碎石渗透能力的一个指标,研究渗透系数与边壁处理层黏土薄泥涂抹厚度、压实系数、水泥掺量之间关系,都具有一定的现实意义,有利于准确测定基床表层级配碎石的渗透系数,有利于更好地指导施工,提升工程质量...     

粒度分析与渗透系数关系的BP网络分析

针对不同颗粒粒径分布对渗透系数影响的非线性特征,利用BP人工神经网络模型,对14个典型样本进行学习并预测4组不同级配的粒组样本的渗透系数,结果证实该模型能很好地反映出分选性和粘粒含量对渗透系数的影响,运用神经网络预测的渗透系数充分考虑到土体本身的结果。因此,预测值应较现有的计算公式得出的计算值更接近于自然状态下的真实值。     

对粗粒料4种级配缩尺方法的统一解释

利用连续级配土的级配方程,对规范建议的剔除法、相似级配法、等量替代法和混合法缩尺后的级配计算进行了理论推导,并得出了一个统一的计算方程,同时揭示了该方程的4个参数d_(max),b,m和C与原级配方程参数d_(0max),b_0和m0之间存在的定量关系。结果表明:4种方法的新参数m=m0,剔除法和相似级配法C=0,剔除法和等量替代法b=b_0×P_(dmax)~0/100,等量替代法C与P_(dmax)~0和细颗粒含量P_5有关;与规范相比,可以简化级配缩尺计算,特别是对于混合法,可以先直接确定缩尺后的细颗粒含量P_5,通过一次计算即可得到缩尺后的级配方程,且其参数b和C都与所确定的P_5有关;缩尺后的统一方程揭示了各缩尺后的级配参数与原级配参数间的关系,在一定程度上使得定量、系统地研究缩尺效应成为可能。最后,利用该统一方程对糯扎渡堆石料的4种缩尺级配进行了计算演示,本方法与按规范计算结果基本一致。     

土石料粒径与级配的图像智能识别研究

土石料的级配直接影响着土石坝的质量与防渗,为解决传统人工筛分和目测超粒径剔除的低效率与随机性。采用基于MaskRCNN算法的图像识别技术,从标准球体的图像识别入手,研究了不同组别粒径下识别球体数量与真实数量间的关系,提出了将颗粒平面识别向空间体积扩展的椭球计算方法,建立了基于指数函数的图像识别与级配之间的转换方法。采用该方法应用于碎石料和砂石料的粒径与级配识别中,相关系数均提升10%以上,级配曲线所反映的C_u,C_c准确度最高提升35.26%。该研究为土石料级配的图像识别提供了新方法。     

粗粒土颗粒强度和弹性力学参数的试验研究

粗粒土的强度和变形特性直接影响堆石坝的变形规律,为从细观层面研究粗粒土的变形机理,离散元法作为一种有效手段被广泛用于粗粒土力学特性的模拟中.而颗粒强度和弹性力学参数对于离散元模型的构建至关重要,如何获取这些参数的分布规律是当前一项十分必要的工作.对一系列不同尺寸的大连石灰岩颗粒进行了单轴压缩试验,利用荷载—位移曲线的特...     

考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数模型

 相对渗透系数是土体非饱和渗流分析的重要参数,Mualem统计模型在土体相对渗透系数预测中得到广泛应用。然而,Mualem统计模型假定土体具有刚性的孔隙结构,因而无法反映变形对非饱和渗透系数的影响。笔者最近提出的变形土土水特征曲线模型为基础,建立考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数的修正Mualem统计模型。修正模型引入某一饱和度条件下被水充满的平均孔隙半径这一参量,来反映有效饱和度及土体变形过程中孔隙形态变化对其非饱和渗透特性的影响。采用4种不同类型土体的非饱和渗透试验数据对修正模型进行验证。结果表明,修正模型给出的相对渗透系数预测值与实测值的均根误差相比Mualem统计模型减小27%,说明修正模型对于变形条件下土体的相对渗透系数具有更强的预测能力。研究成果为非饱和土渗流规律以及水–力耦合数值模拟等研究提供了更为可靠的理论模型。     

无粘性土粒径特征对其渗透性的影响

通过渗透试验，研究了无粘性土的孔隙率、平均孔隙直径、有效粒径、平均颗粒直径及较粗颗粒粒径等因素对其渗透特性的影响，并用所得修正公式的计算结果与前人的计算结果进行比较。     

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。     

粗粒土试验研究

粗粒土是土石坝的主要筑坝材料,也是土力学的主要研究对象之一。介绍了粗粒土剪胀性、蠕变性、试验成果的不确定性方面的研究成果,并根据球形颗粒三轴试验成果论证了一般粗粒土的变形机理。试验成果表明,作为一种散体材料,土颗粒间的位置排列和粒间作用对粗粒土的力学性质有重要的影响,许多问题都涉及到粗粒土组构问题。