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...     

颗粒破碎对于珊瑚砂液化特性的影响

利用GDS动三轴试验系统,对南海珊瑚砂进行了不同破碎度和不同动剪循环应力比下的等幅循环荷载试验,研究了破碎度,动剪循环应力比对南海珊瑚砂的液化特性的影响。试验结果表明：在一维固结试验条件下,随着固结围压的增大,珊瑚砂破碎度逐渐增大;对不同破碎度的珊瑚砂试样进行GDS动三轴试验,随着振动周次增加,在相同的破碎度下,随着动剪循环应力比的增加,试验孔压的发展速度逐渐加快,在相同的动剪循环应力比下,随着破碎度的增加,试样的孔压发展速度逐渐加快;饱和珊瑚砂动孔压的发展在动剪循环应力比为0.2的条件下的运用改进Booker模型拟合有较好的效果。     

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。     

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。     

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。     

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...     

复杂应力条件下饱和珊瑚砂各向异性试验研究

各向异性是珊瑚砂的固有属性.对饱和南沙珊瑚砂开展了一系列不排水单向剪切试验,探究了固结应力方向角α0和单向加载方向角αm对饱和珊瑚砂不排水反应的影响.α0和αm对饱和珊瑚砂的不排水反应均有显著影响,且α0与αm的耦合作用对其不排水反应的影响更为复杂.对所有试验的应力条件,饱和珊瑚砂的超静孔压ue均呈现出先增大后减小的趋...     

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...     

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。     

珊瑚砂混凝土性能试验研究

利用珊瑚砂取代天然河砂进行混凝土的配合比设计,系统研究了珊瑚砂混凝土的抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉强度、干燥收缩以及早期抗开裂性能,同时用相同配合比参数的河砂混凝土进行对比。此外,还对珊瑚砂混凝土的抗氯离子渗透性、抗碳化性等耐久性以及水化产物的微观结构进行了分析。试验结果表明,珊瑚砂混凝土的抗压强度要低于河砂混凝土,而抗折强度、劈裂抗拉强度则相差不大;珊瑚砂混凝土的干燥收缩性能、早期抗开裂性能、抗氯离子渗透性以及抗碳化性均要好于河砂混凝土。珊瑚砂混凝土和河砂混凝土的28d水化产物基本相同,都含有Ca(OH)_2,钙矾石AFt,CaCO_3和C-S-H凝胶。珊瑚砂由于其凸凹多孔,使得其界面过渡区的黏结力要大于河砂混凝土,这极大改善了其界面的结构性能。     

加载频率对饱和珊瑚砂剪切模量硬化和衰退特性的影响

为探究循环加载频率f对珊瑚砂动剪切模量硬化和衰退特性的影响,采用不同f(0.01Hz、0.05Hz、0.1Hz、0.5Hz、1Hz)的分级和单级加载模式,开展中密、均等固结、应力控制的饱和珊瑚砂不排水循环剪切试验。珊瑚砂的孔压门槛剪应变(低于该应变不会产生超静孔压)和模量门槛剪应变(低于该应变不会产生剪切模量衰退)的大小基本相同,可统一称为门槛剪应变γ_th,且γ_th值的大小不受f的影响。低应变(≤γ_th)时,动剪切模量G随循环剪应变幅值γ_a的增大而增大,与施加的循环应力比(CSR)呈二次多项式关系,模量硬化指数δ_s最大可达1.2;高应变(>γ_th)时,G-γ_a关系曲线不受f的影响,模量衰退指数δ_d可表示为γ_a的负幂函数;G随循环次数N增大而衰退的速率随f的增大而减小,与f相关的δ_d可表示N的显式表达式。     

珊瑚钙质砂颗粒形貌研究进展

与由岩石风化形成的陆源砂土不同,钙质土由海洋中的生物遗骸经过长期的风化作用形成,保留了生物遗骸的部分结构与组分特征,如:碳酸钙含量>50%;形状不规则;易破碎;颗粒易胶结、高内摩擦角、高孔隙比、粒间咬合力大等。其在工程力学性质上不同于一般的陆相、海相沉积物的原因,无非是组分和形貌,针对颗粒形貌方面的研究进行分析,提出了亟待解决的问题。     

加载方式和锚固长度对钢筋套筒灌浆连接性能影响试验研究

考虑三种加载方式(重复拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压)与锚固长度(6.5d、7d、8d)对接头连接性能的影响,对40个试件进行拉伸试验,研究其破坏形态、力-位移关系曲线、应变分布等,分析该连接试件的约束机理与灌浆料裂缝开展过程,确定其光滑段与变形段的应力分布及钢筋临界锚固长度。结果表明:试件破坏模式包括钢筋拉断和螺纹端钢筋拔出破坏;循环荷载作用下,接头刚度退化严重;随钢筋锚固长度减小,试件耗能能力减小。套筒表面纵向与环向峰值应变位置和光滑段与变形段的黏结应力分布受钢筋锚固长度影响显著。钢筋直径为12 mm和20 mm的试件临界锚固长度分别为5.42和5.48倍钢筋直径。     

侧限条件下高压对钙质砂颗粒破碎影响研究

高应力环境中钙质砂的颗粒破碎会影响其工程稳定性,利用液压万能试验机在侧限条件下对0.25mm~0.5mm、1mm~2mm、2mm~5mm粒径和混合粒组钙质砂进行高压加载,研究终止压力、平均粒径、干密度等因素对其颗粒破碎影响。试验结果表明:终止压力P值对钙质砂颗粒相对破碎率Br值影响显著,用Slogistic函数拟合后相关性良好,根据拟合曲线可将破碎分为渐增和缓增阶段;同时相对破碎率Br与试样平均粒径d50呈线性负相关;控制变形速率和终止压力相同,干密度大的试样加荷速率更快,相对破碎率Br比干密度低的试样略大;同等终止压力水平下混合粒组钙质砂相对破碎率Br远小于单粒组;高压加载导致级配和粒组百分含量变化十分显著,工程中应充分考虑其对钙质砂工程性质的影响。试验结论对海相钙质砂区域工程建设具有参考意义。     

NaCl盐溶液对珊瑚钙质砂导热系数的影响试验研究

作为海岛工程的常用建筑材料,珊瑚钙质砂在海水环境中的热传导特性变化是一个值得关注的问题.基于热探针法测定模拟海水作用试验条件下珊瑚钙质砂的导热系数变化特征,探讨了盐溶液浓度、盐溶液含量、浸泡养护时间等因素对钙质砂导热系数的影响规律.试验结果表明:(1)珊瑚钙质砂导热系数λ值随着NaCl盐溶液浓度M、浸泡养护时间T的增加分别递减,减少幅度逐渐变缓;(2)NaCl盐溶液含量ω极大地影响着珊瑚钙质砂导热系数λ的变化,λ值随ω值的增加而递增,二者具有较好的指数增长关系;(3)上述规律发生的本质原因在于室温下NaCl盐溶液的导热系数λ小于蒸馏水的导热系数λ值,且前者的λ值随着盐溶液浓度M的增加而递减;(4)考虑NaCl盐溶液作用(海水环境)下珊瑚钙质砂导热系数λ的计算模型具有很好的适用性.     

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。     

早期应力加载对混凝土后期性能影响的试验研究

本文通过设计特殊的持荷试验装置,对C30及C50混凝土试件在标准养护3d和5d后以及持续加载至28d后强度的变化进行了研究。试验结果表明,由于混凝土有较强的自愈能力,早龄期受荷对其后期强度并无显著影响。     

细粒含量对饱和珊瑚砂动力变形特性影响试验研究

为了满足南沙珊瑚岛礁及近岸军事与民事功能设施建设对珊瑚砂动力特性参数的急迫需要,系统而深入地研究珊瑚砂动力变形特性已是一项紧迫的科学任务。利用共振柱对取自南沙群岛某岛礁的珊瑚砂开展了系列动剪切模量和阻尼比特性试验研究,探究相对密度D_r、初始有效围压σ’_m、细粒含量F_C对南沙珊瑚砂动力变形的影响。试验结果表明:反映σ’_m对最大动剪切模量G_max影响程度的应力指数n是与土性相关的常数;结合文献中3类砂类土的G_max试验数据,发现随等效骨架孔隙比e_sk~*的增大各砂类土的应力修正最大动剪切模量G_max/(σ’_m/p_a)~n单调减小,且两者呈现较好的幂函数关系;在同一应变水平下,珊瑚砂动剪切模量G随Fc的增大而减小,随D_r、σ’_m的增大而增大;当剪应变γ<10^-4时,F_C、D_...     

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。