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...     

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。     

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。     

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。     

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...     

珊瑚碎屑钙质砂的抗剪特性

珊瑚碎屑钙质砂是海洋沉积物中的一种,其强度低、形状不规则、内孔隙多和易破碎等性质和普通石英砂有很大差异。通过对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行大型剪切试验,分析得到轴压、剪切速率和级配对钙质砂力学特性的影响。试验结果表明,钙质砂的抗剪强度在达到峰值之后都会出现应变软化现象,随后略微增长并且达到稳定。随着剪切速率的降低和轴压增大,试验土体的抗剪强度持续增加,出现的颗粒破碎增多,土体的剪胀量减小;随着级配粗颗粒的增加,土体的最大抗剪强度和颗粒破碎持续增加,并且在P5=65.14%情况下达到峰值,之后随着粗颗粒含量的增多而降低。     

级配对珊瑚砂颗粒破碎与变形特性的影响

珊瑚砂具有典型的颗粒破碎特征,而破碎导致的粒径变化对珊瑚砂力学特性有显著的影响。为探究初始级配和围压对珊瑚砂颗粒破碎及变形特性的影响,选择4种不同初始颗粒级配的试样在4种不同围压下进行了三轴固结排水剪切试验。研究结果表明：在小围压下,剪切过程中不同级配的珊瑚砂试样的应力应变关系均表现出应变软化现象,体变曲线呈现出非常明显的剪胀,而且粒组的颗粒粒径越细,峰值强度越大,体积应变也越大。随着围压的增加,粗颗粒级配砂样表现为应变硬化。研究发现对于某一级配,随着围压的增加加剧了珊瑚砂颗粒破碎的发生,两者之间存在显著的幂函数关系。通过引入级配参数β,建立了颗粒破碎率B_r与级配和围压之间的关系表达式。研究还发现在e-(p’/p_a)^ξ平面内,不同级配的珊瑚砂试样临界状态线为相互平行的直线,其截距eГ与初始孔隙比eic、级配参数β之间存在显著的线性关系,并据此建立了考虑级配影响的珊瑚砂临界状态方程。     

旧水泥混凝土路用再生集料三轴剪切试验研究

本研究采用室内三轴剪切渗透仪对广西废旧水泥混凝土路用再生集料进行了一系列不同围压、含水率条件下的静力三轴试验,并对影响再生集料级配抗剪强度的不同因素进行了系统的分析。     

冻结砂土三轴试验中颗粒破碎研究

压力作用下颗粒发生破碎是引起砂土力学特性变化的重要因素之一,冻结砂土也是如此。对冻结砂土进行了不同温度和围压下的三轴剪切试验,并筛分得到三轴试验前后的颗粒大小分布曲线。通过引入Hardin定义的颗粒破碎率Br,分析了围压与颗粒破碎的关系及颗粒破碎对冻土抗剪强度的影响。结果表明:在温度为-0.5℃,-1℃,-2℃,-5℃和围压为0.5,2,5,10 MPa的条件下,三轴剪切过程中会产生较为可观的颗粒破碎;颗粒破碎率Br随围压增大,到达一定围压后Br不再随着围压的增大发生明显变化,即存在一个颗粒不再发生明显破碎的临界围压σr。结合前人研究发现,-5℃下一般工程关心的围压范围内压融对冻土力学特性没有显著影响,而颗粒破碎起控制性作用。分析表明:-5℃条件下在不同的围压范围颗粒破碎对抗剪强度具有不同的影响。试验所采用的围压范围内,随着围压的增大,颗粒破碎率增大使得冻土的抗剪强度降低;破碎率达到极限以后,由于破碎的颗粒重排列又导致抗剪强度有所提高。     

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。     

不同应力下剪切速率对尾矿砂强度特性影响研究

尾矿库的运行稳定性很大程度上取决于尾矿砂的强度特性。为了分析应力及剪切速率对尾矿砂抗剪强度的影响,利用室内三轴仪对云南某铁矿尾矿库内原尾矿砂进行了不同围压及剪切速率条件下的固结不排水(CU)试验,并对试验后的颗粒破碎进行分析。试验结果表明:尾矿砂的抗剪强度在低应力下(小于500 k Pa)基本符合线性摩尔库伦准则,但在高应力下(大于500 k Pa)符合幂函数强度准则。尾矿砂的抗剪强度及内摩擦角在各围压下均随着剪切速率的增加而减小,其减小速率在剪切速率0.08~2 mm/min范围内先增加后减小。试验尾矿砂在各围压下剪切后颗粒均有破碎,且在高应力下固结过程也会造成颗粒破碎,但相对整过剪切过程中的破碎量比值很小。颗粒破碎主要集中在构成骨架结构的粗颗粒段(粒径大于0.25 mm),粒径小于0.074 mm的细颗粒基本不破碎,且颗粒破碎与剪切速率成负相关,但颗粒破碎在围压低于400 k Pa时很少受剪切速率的影响。     

珊瑚砂微生物固化体三轴压缩声发射试验研究

对不同干密度增量的珊瑚砂微生物固化体进行了三轴压缩声发射试验,研究不同围压条件下固化体的应力应变曲线特征及对应的声发射信号特征。试验结果表明,珊瑚砂微生物固化体的三轴压缩声发射曲线可分为三个阶段,在应力应变曲线的近似线弹性阶段声发射活动不频繁,屈服阶段声发射活动频度增大,延性流动阶段声发射活动频度降低,但仍有少量声发射振铃计数与能量高峰出现;累计振铃计数曲线呈直线型,反映了声发射活动在变形全过程均维持了一定的频度,说明内部的胶结断裂与颗粒破碎持续发生,颗粒发生错动并重新排列,导致固化体表现出延性流动特性。通过声发射试验,可以更好地理解珊瑚砂微生物固化体的宏观变形与破坏过程,为建立珊瑚砂微生物固化体损伤本构模型奠定基础。     

玻璃砂透明土与标准砂土强度特性对比三轴试验

制备了不同级配的玻璃砂透明土,对其进行了三轴固结不排水剪切试验和直接剪切试验,并与同等条件下的标准砂土试验结果进行了对比分析.结果表明：玻璃砂透明土的抗剪强度随相对密度的增大而增大;标准级配玻璃砂透明土的抗剪强度比05~10mm粒径玻璃砂透明土大;相同级配下,玻璃砂透明土与标准砂土的抗剪强度相近,可用玻璃砂透明土模拟天然砂土.     

基于三轴试验的非饱和土抗剪强度影响因素分析

已有的研究成果表明,含水量和干密度等物性指标对非饱和土的抗剪强度具有较大的影响,因此,有必要从试验的角度探讨含水量和干密度对非饱和土的抗剪强度的影响规律。通过三轴剪切试验,开展了控制含水量和干密度的重塑非饱和土的试验测试,试验结果表明,含水量和干密度是影响非饱和土抗剪强度的重要因素,最佳含水量和最大干密度是应力-应变关系相互转化的临界点。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

三轴剪切下黄土结构特性试验研究

为了研究原状黄土结构性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了原状与重塑黄土的应力—应变曲线和结构强度qs的变化规律。试验结果表明:重塑黄土与控制吸力为50kPa的原状黄土呈塑性破坏,而吸力为100kPa、200kPa的原状黄土试样则呈脆性破坏;三轴剪切条件下,黄土结构强度发挥曲线分为三个阶段,当轴向应变ε1为2%左右时,瞬时结构强度τε达到峰值,即为原状黄土结构强度qs。含水量w是影响黄土结构性的主要因素,吸力s是非饱和土中重要的应力变量,利用数学函数拟合,分别建立了黄土结构强度qs与含水量w、黄土结构强度qs与吸力s的数值关系。     

珊瑚砂浆的力学性能与微观结构特征

研究了珊瑚砂-水泥砂浆(珊瑚砂浆)的力学性能,以及复合矿物掺和料对珊瑚砂浆的改性作用,并与标准砂浆进行对比.采用扫描电子显微镜-能量弥散X射线谱(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),对砂浆力学性能、体积稳定性和水化作用的微观机理进行了研究.结果表明:珊瑚砂浆的力学强度低于标准砂浆,加入复合矿物掺和料后可改善水泥石基体及界面过渡区的微观结构,提高珊瑚砂浆的力学性能,使其28d抗压强度较标准砂浆提高了2.1%;珊瑚砂凹凸不平的表面能与硬化水泥浆体形成紧密的啮合状态,有助于提高砂浆的体积稳定性;珊瑚砂的内养护作用使砂浆的力学性能和抵抗收缩能力得到了提高;粉煤灰和矿粉的微集料填充作用和火山灰效应,提高了珊瑚砂浆的力学性能和抗氯离子扩散能力;珊瑚砂持续释放出的Ca^2+、Mg^2+参与了水泥的水化反应,有助于生成更多的水化产物.     

珊瑚砂混凝土热湿物性参数研究

利用微粒学水银孔隙度仪,分析了珊瑚砂混凝土(CSC)的孔隙率及孔径分布,研究了热湿对CSC导热系数的影响,得到了CSC的导热系数随相对湿度变化的函数关系式、CSC的吸水系数及等温吸湿曲线.结果表明:CSC总孔隙率为28.76%,孔径为30～40nm的孔体积增速最快;在-20～50℃下,温度对CSC干燥状态的导热系数影响较小,最大变化率仅为0.55%;在25、35℃,相对湿度0%～100%下,CSC导热系数随相对湿度的变化过程可分为平稳上升、趋于平缓和迅速增加3个阶段,与其等温吸湿过程相符合;当相对湿度从0%增至100%时,CSC在25、35℃下的导热系数分别增长29.5%、49.0%.     

初始干密度及掺砂比对膨胀土抗剪强度指标影响

研究了风化砂改良膨胀土对抗剪强度及其指标的影响。通过改变风化砂的掺量,研究了风化砂对膨胀土物理性质的影响。试验表明,随着掺砂比例的增加,最佳含水率逐渐下降,渗透系数逐渐增大,说明风化砂能有效降低膨胀土的塑性指数,增大膨胀土的透水性能,使之更适合用作公路路基填料。通过研究风化砂掺入比例及初始干密度对膨胀土抗剪强度指标c、φ值及抗剪强度的影响,可以得出:在掺砂比例一定时,改良膨胀土的粘聚力随着初始干密度的增大而增大,内摩擦角随着初始干密度的增大先增大后减小再增大,抗剪强度值总体逐渐增大;在初始干密度一定时,改良膨胀土的粘聚力随着掺砂比例的增大而减小,内摩擦角随着掺砂比例的增大先增大后减小,抗剪强度总体变化趋势减小。当初始干密度为2.0 g/cm³,掺砂比例为30%时,抗剪强度达到最大值。