基于邓肯-张模型下砂卵石土固结排水剪切试验研究

通过对邓肯-张模型对砂卵石土固结排水剪切试验分析研究表明,实际粗粒土的抗剪强度与法向应力之间的比例关系不是一个常数,抗剪强度包线并非一条直线,为了计算上的简便,通常用一条拟合最佳的直线来代替,而没有考虑强度包线的弯曲。虽说与邓肯-张模型下砂卵石抗剪强度包线为直线有一定的出入,但其强度和切线弹性模量可根据邓肯-张模型来合理确定。     

邓肯—张模型对砂卵石土适用性的试验研究

通过三轴试验,本文针对邓肯—张模型对砂卵石土的适用性进行了分析研究。试验结果表明,砂卵石土的体变在经历初始的体缩段后,随着轴向应变增加变为以体胀为主,并且随着围压增大,体胀逐渐减弱;砂卵石土的强度和切线弹性模量可以根据邓肯—张模型来较合理地确定;邓肯—张模型不能够较好地描述砂卵石土的体变特性与泊松比参数,切线泊松比应优选本文所拟合公式。     

论无粘性砂卵石与堆石的力学性质

无粘性砂卵石与堆石,广泛用于土石坝与面板堆石坝的建设。本文根据我院十余年来大量工程的大三轴试验结果,就抗剪强度、应力应变、剪胀性等性质问题进行了讨论,展现了这些材料性质的某些规律。砂卵石的抗剪强度与堆石相近甚至更好,剪胀性对强度与泊松比有明显影响。本文还讨论了邓肯模型的试验结果,归纳了该模型参数的一些变化性质。     

砂卵石土静力特性研究

通过砂卵石土的直剪压缩试验,对试验过程及试验结果进行了深入分析,探讨了非饱和、饱和砂卵石土的强度与变形影响因素,并建立了砂卵石土的抗剪强度与压应力之间的计算公式。     

砂卵石土直剪试验的颗粒离散元模拟研究

砂卵石土作为一种粗粒土介质越来越受到研究者的重视。基于PFC3D颗粒离散元法,建立了砂卵石土直剪试验模型,进行了以强度和剪切变形为主的直剪试验模拟研究,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,模拟结果与试验结果较吻合,直剪试验初始阶段表现为剪缩现象,后续为剪胀现象,抗剪强度除了受表面摩擦力的影响外,还受剪切带区域起伏度的影响。     

砂卵石土直剪试验颗粒离散元细观力学模拟

砂卵石土作为一种特殊的岩土材料越来越受到研究者的重视。以三维颗粒流程序(PFC3D)为工具,建立砂卵石土直剪试验数值模型,并与试验结果进行对比分析,由于砂卵石土是一种三维不连续介质,并具有任意的形状,数值模拟结果相对于试验数据偏低。为更好地研究其抗剪特性,采用多面体颗粒近似模拟砂卵石土,并将其结果与以传统的球形颗粒模拟砂卵石土的结果进行对比分析。结果表明:多面体颗粒相对于球形颗粒而言,能较好地反映砂卵石土直剪试验的剪切破坏现象,与试验数据更加吻合。细观参数敏感性分析表明:抗剪曲线的峰值段主要受接触刚度和摩擦系数的影响,剪切曲线的上升段主要受接触刚度的影响。     

铜矿尾砂强度特性的粒度效应研究

有压作用下铜矿尾砂强度的粒度效应对其处治和应用具有重要意义。首先基于固结不排水(CU)三轴试验,研究了不同围压下不同粒径铜矿尾砂的强度特性,并确定了相应的邓肯-张模型参数,进而讨论了不同粒径对邓肯-张模型参数的影响规律,结果表明:(1)偏应力峰值(σ_1-σ_3)随着围压的升高而增大,其中中砂的主应力差峰值相对提高了37.3%、34.4%,但粗砂和极细砂的增长量相对不均匀;(2)100 k Pa围压中砂试样的主应力差峰值极差为94.5 k Pa,较极细砂增大了97%,而围压为200 k Pa时,极差为96.9 k Pa,较极细砂增大了61%,围压为300 k Pa时,极差为158.1 k Pa,较极细砂增大了85%。(3)中砂的抗剪强度和极限抗剪承载力明显高于其他3种粒径砂,且其邓肯-张模型切线变形模量相对较强,但抗剪强度与极限偏差应力间差值较大,表明中砂对邓肯-张模型具有良好的适应性。研究结果为铜矿尾砂的应用提供了参考。     

基于结构性黄土联合强度的邓肯–张非线性本构模型

基于Mohr–Coulomb强度准则建立的邓肯–张非线性本构模型可以较好地反映土体抗剪强度特性,但是不适宜反映土体的抗拉强度特性。为了合理反映结构性黄土的抗拉强度,首先,通过在邓肯–张非线性本构模型中引入联合强度准则,基于联合强度准则重新确定了土的强度(1 3?-?)f,从而对破坏应力比Rf进行了修正;然后,用修正后的破坏应力比Rf重新确定了切线变形模量Et;最后,用修正后的切线变形模量Et对切线泊松比νt进行了修正,从而建立了基于联合强度理论的邓肯–张模非线性本构模型,为邓肯–张非线性本构模型在结构性黄土边坡的稳定性研究中,合理考虑结构性黄土的抗拉强度特性的作用提供了一种新的方法和途径。     

砂卵石土动力特性的动三轴试验研究

砂卵石土在自然界分布广泛,并具有抗剪强度高、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,因此在工程建设中得到广泛应用。为反映其在复杂应力状态下的动力变形强度特性,通过砂卵石土室内动三轴试验,对不同饱和度的砂卵石土的动力特性进行研究。主要分析围压、固结比和振动频率对砂卵石土动强度的影响。试验结果表明:(1)砂卵石土的动应力随固结比的增大而略有增加,随振动频率的增大而有较大增幅,而且其动强度随着围压的增大而显著增大;(2)在相同围压下,随动应力增加,破坏振次减小;(3)砂卵石土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压增大而增大;(4)其阻尼比随动应变的增大而增大,明显表现在微小动应变中。     

MBT垃圾的三轴试验结果

采集杭州天子岭垃圾填埋场的MBT垃圾,在环境土工实验室进行了成分分析、试样制备、三轴快剪、固结快剪和慢剪试验,对MBT垃圾的剪切强度特性进行了系统地研究。结果表明:①MBT垃圾的组分主要以塑料、纺织物、玻璃、灰土和无法识别的材料为主。②随着轴向应变的增大,偏应力逐渐增大,轴向应变超过30%后仍没达到峰值,是一条应变硬化曲线。③得到了三轴快剪、固结快剪和慢剪试验条件下抗剪强度参数(黏聚力和内摩擦角)的取值范围。④MBT垃圾的抗剪强度参数与轴向应变的关系可拟合为直线关系,建立了抗剪强度参数与轴向应变的线性关系表达式。⑤MBT垃圾的应力–应变关系符合邓肯–张模型,得到了模型参数a,b的取值范围,建立了模型参数a,b与围压的幂函数关系表达式。研究结果可为MBT垃圾填埋场的稳定性分析提供理论基础。     

EPS 粒径对轻量土抗剪强度的影响规律

为了确定 EPS 粒径对轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了水泥掺入比 12% 、 20% , EPS 颗粒体积比 40% 的 3 种 EPS 粒径 混合土的抗剪强度特性。结果表明： 轻量土的剪应力–剪切位移关系曲线有硬化、软化两种形态,取决于水泥掺入比、法向应力等因素。抗剪强度包线为折线型包线,与传统结构性土体包线形态一致。水泥掺入比与 EPS 颗粒体积比相同时,随着 EPS 粒径增大,轻量土密度不变,抗剪强度减小,单价降低,但强度衰减率远远低于单价降低率;剪切面上 EPS 发生剪缩与剪断,受水泥掺入比、 EPS 粒径的控制;黏聚力随 EPS 粒径增大而减小,内摩擦角没有显著变化规律。轻量土剪切破坏过程,可以划分为变形协调、逐渐破损、纯摩擦 3 个阶段。提出了固化土、 EPS 3 界面接触抗剪强度模型,从理论上证明了混合土强度随 EPS 粒径增大而衰减的规律。根据混合土的强度衰减率低于单价降低率,推荐实际生产过程中可以采用 3 ～ 5 mm 的 EPS 球粒,进行配方寻优,适当降低造价。     

石头河土石坝砂卵石抗剪强度

本文结合石头河高土石坝的设计与施工,用自行设计制造的2×2×1m双盒装配式大型直剪仪,对大粒径砂卵石坝壳材料抗剪强度的试验方法及试验成果进行了分析总结;并参考国外已建工程的研究成果,提出了选择大粒径砂卵石原型材料抗剪强度设计值的建议标准--“类比法”。据推荐的强度指标设计值,修改了原设计坝断面（上游坡由1:2.4减为1:2.2;下游坡由1:2减为1:1.75）。不仅改善了枢纽布置条件,而且减少了坝体石方量,加快了工程进度。     

非饱和土的峰值强度特性及破坏包线模型

针对非饱和压实土,在不同含水率下,通过三轴压缩试验及抗拉强度试验,研究了非饱和土的峰值破坏点及破坏包线。基于试验结果,讨论了非饱和土破坏包线模型的构成方法。首先,按照土体的破坏模式,破坏包线可表征为两段Mohr–Coulomb型直线。其次,非饱和状态对峰值强度的影响主要表现为剪胀作用和颗粒间作用力两方面,按照非饱和时峰值强度的主要组成部分及其表示方法,给出了黏聚力–剪胀作用型和颗粒间作用力–剪胀作用型两种物理意义明确的曲线型破坏包线。基于分段线性破坏包线,讨论了曲线型破坏包线参数的确定方法。最后,给出并分析了非饱和时不同含水率下土体的破坏包线及其变化特性。     

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.     

抽水蓄能电站堆石坝料抗剪强度参数统计分析研究

堆石料抗剪强度参数是堆石坝抗滑稳定计算最主要的参数。每个堆石坝工程均进行堆石料抗剪强度试验,进一步掌握堆石料抗剪强度参数量值大小、规律性及主要影响因素,根据北京勘测设计研究院勘测设计的7个工程101组试验资料,在对堆石料进行风化程度分类的基础上,采用数理统计分析方法,统计分析石渣料、碎砾石土、砂卵石土作为主堆石料、次堆石料、垫层料、过渡料的抗剪强度参数及规律性。进一步分析浸水饱和、密实度、颗粒级配(5 mm含量)、磨圆度、风化程度、岩性对堆石料抗剪强度参数的影响。结果表明,堆石料风化程度对抗剪强度参数影响最为明显,其他因素则均有不同程度影响。     

卵石土力学强度特性试验研究

本文通过对不同深度分布的卵石土进行原位剪切试验,研究表明:随着深度增加,土体的孔隙减小,密实度增加,卵石土发生屈服破坏时,剪切位移逐渐减小,卵石土更易发生塑性变形破坏;泥质微胶结卵石土剪切破坏后,其残余抗剪强度没有明显衰减,应力应变曲线属于应变硬化型;试验场地中,卵石土中卵、砾石含量在60%~80%之间,以卵砾石含量70%为界限,卵石土的抗剪强度主要受到粗粒土控制,细粒土产生的黏聚力占次要作用;由于卵石土颗粒大小相差悬殊,在剪切过程中颗粒之间的咬合力随土体密实度对表观黏聚力影响较大,卵石土的颗粒级配情况对剪切面力学性质起控制作用。     

非饱和膨胀土变形和强度特性的三轴试验研究

为了研究吸力变化对非饱和膨胀土变形和抗剪强度特性的影响,利用三套新研制的双压力室非饱和土三轴仪,进行一系列吸湿试验、等吸力压缩固结试验和等吸力剪切试验。试验土样取自鄂西北的中膨胀性土,采用静力压实方法制备试样。试验成果表明:该非饱和膨胀土在低围压吸湿过程中的体变性状呈明显的屈服特性,因此验证了Barcelona膨胀土本构模型中SD屈服包线的存在。在等向压缩固结过程中,该非饱和膨胀土的屈服应力随吸力增加而增大,而屈服后的压缩系数随吸力增大而减少,表明吸力对土体具有硬化作用。该非饱和膨胀土的有效内摩擦角不随吸力变化而变化,吸力对抗剪强度的贡献(似凝聚力)随吸力呈非线性增加,吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献明显高于压实高岭土和砂性土。     

低应力及拉应力条件下非饱和土强度及剪胀特性

利用宽广含水率变化范围内非饱和压实土低应力下的直剪试验和抗拉强度试验,研究非饱和土的强度及剪胀特性。试验结果表明:含水率低于塑限时,非饱和土剪切时出现应变软化型破坏和剪胀性;宽广含水率变化范围内,非饱和土峰值剪切强度、最小剪胀率及单轴抗拉强度均随着含水率的增加先增加后减小,变化趋势相同。基于试验结果,首先,对非饱和土拉应力区的Mohr-Coulomb强度包线进行修正。其次,验证修正的Bishop非饱和土抗剪强度模型预测性较差,并分析这种模型广为流行的原因。最后,得到吸力对非饱和土峰值抗剪强度的贡献来源于吸力引起的颗粒间的拉应力和剪胀作用两方面,其中吸力应区分毛细和吸附作用,并可用单轴抗拉强度近似表征拉应力的大小。     

基于修正邓肯–张模型的堆石料颗粒破碎研究

堆石料在剪切过程中有明显的强度软化和剪胀现象,传统邓肯–张模型无法对其进行有效描述。通过对邓肯–张模型进行改进,能得到更好的拟合效果,并给出模型参数b-c=0.25作为材料处于硬化还是已进入软化阶段的判别标准。通过Hardin破损指标的引入,将颗粒破碎程度和材料强度和变形联系起来,分析结果表明,随着破碎程度增加,强度降低比较明显,而变形则主要受围压控制。基于改进邓肯–张模型给出剪胀率d与应力比η之间的关系,与已有理论的比较说明了其合理性和便利性。     

重塑黏土真三轴试验强度特性及本构模型研究

土体的强度特性是岩土工程稳定性分析的重要依据。本文分析了不同含水率重塑粘土在复杂应力路径下的强度变化规律,获得以下主要结论:含水率较小时重塑粘土的应力应变曲线呈强硬化型,含水率较大时呈弱硬化型,含水率一定时随着中主应力比的增加应力应变曲线向外扩张;重塑粘土强度随着中主应力比的增加而增大,中主应力比小于0.5时增幅较大,大于0.5时增幅有所减小;不同含水率下重塑粘土强度在π平面上的破坏线为一族相似曲线,随着含水率的减小破坏线向外扩张且圆润度增强,破坏曲线的形态逐渐接近加权双剪强度理论。鉴于考虑轴对称应力条件下的邓肯-张模型不能反映中主应力变化的影响,通过重塑粘土的真三轴试验结果结合邓肯-张双曲模型建立了能够考虑中主应力比的改进邓肯-张模型,并与复杂应力路径的试验结果进行比较,验证了改进邓肯-张模型的有效性。