废轮胎颗粒-砂混合物双轴压缩力学特性细观机理研究

轮胎颗粒-砂混合物(简称橡胶砂)是一种典型的二元散体混合材料,关于其细观变形机制的研究还很少。基于颗粒流理论和PFC^2D程序,建立橡胶砂的双轴压缩试验数值模型。通过与室内橡胶砂三轴CD剪切试验的对照,标定橡胶颗粒和砂颗粒细观参数。以砂的体积百分比为配比参数,分析不同配比橡胶砂的偏应力-轴向应变曲线,基于对混合物试样颗粒旋转、力链结构和能量耗散规律的讨论,研究橡胶砂的细观变形机理。结果表明:1)橡胶砂的细观变形机制可归结为具有良好变形能力的橡胶颗粒对砂颗粒的粒间相对错动、翻滚等位移的延缓和抑制作用;2)当橡胶颗粒体积含量在30%~40%之间时,橡胶砂的强力链随着应变的增大而持续增大,其受荷-变形能力关系最为稳定,是橡胶砂的最佳配比。同时,本文对橡胶砂力学特性的参数敏感性研究表明,砂细观泊松比、细观剪切模量、颗粒摩擦系数对橡胶砂应力-应变特性的影响程度大小依次增大,但随着橡胶颗粒含量的增加,三个参数的影响程度均降低。     

路基黏土-砂混合填料的工程特性

为研究路基黏土-砂混合填料的工程特性,本文选取高岭土和石英砂,分别制备不同含砂率与含水率的黏土-砂混合物试件,开展轻型击实、液限塑限联合测定、自由膨胀率、承载比(CBR)、无侧限抗压强度试验。结果表明,随着含砂率增加,黏土-砂的最大干密度升高,最佳含水率、塑限、液限、塑性指数降低。在相同含砂率下,黏土-砂的CBR值随着含水率上升先增后减。若含砂率上升,则黏土-砂的最大CBR值升高,最大CBR值所对应的含水率降低,黏土-砂满足作为路基填料的CBR值要求时,所对应的含水率范围明显收窄。随着含水率或含砂率增加,黏土-砂的自由膨胀率与无侧限抗压强度均减小。相比于含砂率,含水率对黏土-砂无侧限抗压强度的影响更显著。     

盐溶液对膨润土-砂混合物膨胀性能的影响

利用自制固结仪,开展膨润土-砂混合物在蒸馏水及不同浓度的NaCl、KCl和CaCl2溶液下的膨胀变形试验,研究盐溶液浓度和阳离子交换反应对混合物膨胀变形的影响.试验表明,试样在蒸馏水与不同浓度的NaCl溶液下可用同一条em-pe曲线表示,表明NaCl主要通过渗透吸力的作用影响混合物的膨胀变形.K+、Ca2+主要通过置换...     

膨润土-砂混合物缓冲层热传导性试验研究

由于高放废物长期衰变放热,因此缓冲材料的热性能参数对处置库的稳定和安全运营具有重要意义。膨润土-砂混合物中石英砂的掺入可有效改善其热传导性能。本研究采用中粒石英砂作辅料,利用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪对不同干密度、掺砂率和含水率试样进行测量,分析不同参数对导热性能的影响;采用自行设计的装置对按比例缩小后的试样进行不同热源温度下的热传导模拟试验,并对缓冲层热-力耦合过程进行数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和位移的变化及分布情况,对比分析不同热源幅值对其分布影响的敏感程度。研究结果表明,导热系数随着干密度、掺砂率增大而增大,且含水率越高增幅越明显;热源温度越高,缓冲层温度、应力及位移的变化越大,且热-力耦合条件下,径向比轴向变化相对较大。热源温度较低时处置库更为稳定。     

砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料试验研究

通过单向压缩试验,分析了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料的压缩变形规律和卸载回弹变形规律,提出了适合该材料的压缩应变-荷载曲线方程.通过直剪试验,研究了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料的剪应力-剪位移关系,分析了配比、应力状态等对剪切特性的影响.通过三轴压缩试验,研究了砂-轮胎橡胶颗粒轻质土工填料在不同围压下的偏应力-轴向应变-体积变形关系,分析了配比和应力状态对三轴剪切特性的影响.该研究为废弃轮胎在工程领域的再利用提供了良好的参考.     

基于热探针测试的橡胶-砂颗粒轻质混合填料#br# 导热系数影响因素研究

导热系数是岩土材料热学特性的一个重要参数,文章对橡胶-砂颗粒混合物的进行了大量的热针试验。详细分析含砂率、含水率和干密度对导热系数的影响。结果表明：当含砂量小于20%时,橡胶-砂混合物的导热系数逐渐增加,但砂粒含量超过80%后,导热系数立即出现较高的增加速率;随着干密度的增加,导热系数在低含砂率时呈现抛物线增长,在高含砂率时呈现线性增长;橡胶-砂混合物导热系数随含水率的变化可分为增长区域和稳定区域,6%含水率可作为临界含水率。该文可为地热相关结构周围的轻质回填材料提供更合理的热学参数,此外,废旧轮胎的有效利用可以减少环境污染,促进可持续的基础设施。     

石英砂掺量对膨润土–砂混合物泥浆样干缩开裂的控制机制

高放废物地质处置工程中,膨润土–砂混合物作为缓冲回填材料的干缩开裂特征对工程屏障的安全性有重要影响。以混合型缓冲回填材料为研究对象,分别制备掺砂率为0%～50%膨润土–砂的浆状试样,通过室内恒温干燥试验,研究混合物的干缩开裂特征。结果表明:当掺砂率小于30%时,混合物的收缩曲线与径向应变曲线均基本重合,石英砂悬浮在膨润土中,混合物的干缩开裂特性由膨润土决定;当掺砂率大于30%时,混合物中石英砂逐渐相互接触,增加了颗粒间的摩擦力且有大孔隙形成,进而能够抑制混合物的干缩开裂。石英砂颗粒的相互接触显著提高了混合物进气值,略微提高了缩限,限制了混合物的干燥收缩。大孔隙的形成导致毛细水作用力的降低;颗粒间摩擦力的增加,增强了混合物抵抗断裂的能力,进而抑制了混合物干燥裂隙的发展。最终确定了抑制膨润土–砂混合物干缩开裂的最低掺砂率为30%。     

钙质砂和石英砂压缩下的颗粒破碎与形状演化

颗粒破碎现象对土体力学性能具有显著影响。以往关于颗粒破碎的研究多关注于粒径的变化,忽视了颗粒形状的变化。为研究破碎过程中颗粒形状的演化规律,开展了钙质砂和石英砂的侧限压缩试验,对试验过程中颗粒形状参数的进行了量化研究。结果表明两种砂土的相对破碎率均随着单位体积塑性功的增加而增加,表现出明显的双曲线关系。钙质砂的长径比、球形度和圆度会随着破碎程度的增加而增加,凸度变化不明显;随破碎量的增加,石英砂颗粒的长径比和球形度先减少后增加,凸度持续减少至稳定,球形度持续增加。通过定义试样整体的形状值能很好的量化颗粒形状的变化规律。并且钙质砂整体形状值与相对破碎率满足双曲线关系,石英砂则为抛物线关系。     

常含水率下非饱和高庙子膨润土加砂混合物的水力-力学性质

对非饱和高庙子膨润土与砂混合物击实样进行常含水率下的不排水等向压缩和不排水三轴剪切试验,研究非饱和高庙子膨润土与砂混合物的水力-力学特性,拟模拟深层地质处置工程中缓冲/回填材料在不排水状态下受力时的性状。试验研究表明:在不排水等向压缩和不排水三轴剪切试验中,固结应力和剪应力的增大引起非饱和土试样孔隙比减小,饱和度增大,吸力减小;在不排水剪切试验中,应力-应变曲线呈外凸的形状,试样发生体积收缩和侧向膨胀变形,净围压对试样的初始刚度、不排水剪切强度和变形有较大的影响。     

Investigations on secondary compression behaviours of artificial soft sand-clay mixtures

Special soft soils with notable coarse and fine fractions are not only naturally deposited in ravines or interactive marine-terrestrial sedimentation areas but also artificially formed in land reclamation projects via the hydraulic filling method and excavation cuts of different soil layers in open pit mines. The behaviour of these soils is not like that of similar normal sands or clays but rather exhibits the characteristics of transitional mixtures. A sand-clay mixture was prepared in the laboratory to simulate these special soil types, and an incremental loading oedometer test was performed. Thereafter, a secondary compression coefficient (C_α) was determined to investigate the long-term rheological properties of the mixture. The results in the C_α-log σ_v′, C_α-e, C_α-e/e_L and C_α-C_c planes revealed that a threshold e/e_L value (i.e. approximately 0.45) in the case of sands. Note that in a traditional C_α-C_c analysis system, the soils with sand exhibited the same secondary compression behaviour (SCB) as that without sand before reaching the transformation threshold, whereas after this threshold, they appeared to behave much like sandy soils. Hence, a four-phase frame of sand-clay mixture was further introduced to clarify the mechanism of the SCB of soils with and without sand. An updated C_αc/C_cc reflecting the creep mechanism of the clay phase can be effectively adopted to exclude the influence of sand particles. Because the quantitative relationship between C_αc and C_cc for soils with sand was consistent with that without sand, it can be assumed that the SCB of clay-sand mixtures was dominated by the creep of fine fractions. It is porposed that the existence pattern of the sand particles in the mixtures undergoes three stages with an increasing vertical stress, i.e. non-skeleton, partial skeleton and complete skeleton. A further discussion on the mutual relationship between phases on the behaviour of mixtures with sand revealed that isolated sand had no effect on the compressibility and SCB during the initial stage. When a partial skeleton of the sand was established in the second stage, characterized by less stress on the clay matrix, the compressibility and SCB were suppressed. When the vertical stress continuously increased or additional sand content was supplied, a complete skeleton formed. Hence, the behaviour of mixtures (regardless of compressibility and secondary compression) was completely governed by the sand fractions. Generally, the same relationship was observed between C_αc and C_cc during the first and second stages with sand, indicating that the influence of sand fractions on the compressibility and SCB can be counterweighted.     

高含水率疏浚淤泥平板贯入剪切强度试验研究

针对中国缺乏高含水率疏浚淤泥不排水强度的有效测试方法的现状,引进了Tan课题组提出的平板贯入剪切试验方法,对分布于中国不同地区的3种疏浚淤泥进行了系列平板贯入剪切试验,分析了加载速率对不排水强度测试结果的影响以及贯入深度随贯入时间的变化规律,完善了平板贯入剪切试验测试方法。基于平板贯入剪切试验数据,分析了疏浚淤泥的不排水强度性状和主要影响因素,导入含水率与液限之比对各种疏浚淤泥的不排水强度进行归一化分析,验证了平板贯入剪切试验测试方法的有效性,为该测试方法应用于中国疏浚淤泥的强度测试奠定了基础。     

高掺砂率膨润土混合土膨胀特性及其膨胀量预测

膨润土与砂混合土中掺砂率的高低会引起混合土膨胀特性的差异。对纯膨润土及其低掺砂率混合土,浸水膨胀完成后蒙脱石孔隙比em与竖向应力σv在双对数坐标内呈唯一线性关系。对高掺砂率混合土,在较小荷载下浸水,不会形成砂骨架,em–σv线性关系仍成立;在较大荷载下浸水,会形成砂骨架,砂骨架形成后,em与σv间不再满足该线性关系。利用砂骨架孔隙比的概念可确定不同掺砂率混合土形成砂骨架时对应的起偏应力及混合土能够形成砂骨架的临界掺砂率。砂骨架形成前,砂颗粒被蒙脱石包围,外力由蒙脱石承担,最终变形量由试样中单位体积蒙脱石的含量决定。砂骨架形成后,竖向应力最终由砂骨架和蒙脱石共同承担,提出了确定不同掺砂率下两者承担比例的方法,进而可确定砂骨架形成后的膨胀变化量,预测结果与膨胀试验结果吻合较好。该方法可以预测高掺砂率混合土的浸水膨胀量。     

Attempt to reproduce the mechanical behavior of cement-treated soil using elasto-plastic model considering soil skeleton structure

The improvement of sand and clay using lime or cement to control solidification is common practice. Among the many constitutive models for solidification proposed for clay and sand, few can reproduce the combined behavior of cement-treated clay and cement-treated sand. Here, four typical experimental results for cement-treated soil have been chosen from the literature to consider the shear and consolidation behavior for clay and sand, especially for a low cement mixing ratio. The elasto-plastic constitutive model was used to simulate this behavior considering the soil skeleton structure.The simulation results obtained using the model agreed with the experimental test results both for the cement-treated clay and the cement-treated sand. In the case of the clays, the experimental results were reproduceable using material constants for elasto-plastic and evolution parameters and only required changes in the initial state values, regardless of whether the soil was treated or untreated. In the case of the sands, the structure decay index of the treated sand became smaller than that of the untreated sand. Moreover, the cement-treated loose sand did not exhibit softening behavior. This was attributed to the slow rate of decay of the highly structured cement-treated loose sand due to the solidification of the cement. The degree of structure and the overconsolidation ratio both increased with higher amounts of admixed cement. The model developed in this study was capable of describing the mechanical behavior of both cement-treated clay and cement-treated sand.     

钢管混凝土X形交叉柱轴压性能研究

为研究圆形和长圆形截面钢管混凝土柱交叉相贯形成的变截面不规则钢管混凝土组合柱,即钢管混凝土X形柱的轴压性能,采用有限元软件ABAQUS建立上述两种截面钢管混凝土X形柱的轴压模型,并通过与试验结果对比验证有限元模型的合理性,在此基础上,对圆形和长圆形截面钢管混凝土X形柱的受力全过程进行分析,并对钢管混凝土X形柱进行参数分析。研究表明,钢管混凝土X形柱在节点交叉区域钢管对混凝土产生不均匀的约束作用,混凝土中心区域受到的约束作用最大,其次是左右区域,钢管相交部位的混凝土受到约束最小,部分截面甚至在混凝土与钢管之间发生脱离。随着混凝土强度提高、钢材强度提高、钢管壁厚增加以及交叉角度加大,钢管混凝土X形柱的轴压承载力相应提高。     

深圳软土变形特性与工后沉降

根据软基处理工程实测资料研究深圳软土的固结变形特性 ,给出了深圳粘土卸载后的次固结系数的计算式。结合一系列次固结试验提出了卸除超载后软基在永久荷载下的工后沉降的分析方法。结果表明 ,对于深圳软土 ,室内试验得到的固结系数和压缩指数与实测推算的相关指标是相近的。超载预压通过减小次固结系数和推迟次固结发生时间来减少一定时间内软基的次固结沉降     

季冻区公路路基中粗砂冻胀性研究

对不同含泥量的中粗砂在不同含水量、饱和度和密实度状态下进行了一系列闭式冻胀模拟试验,用数理统计方法分别研究了不同含泥量中砂和粗砂的冻胀率随含水量变化规律,将中粗砂结合在一起进行综合分析,并将试验结果与现行规范和其他文献进行比较,指出两者不同之处。     

掺合料对海水海砂混凝土强度的影响研究

掺加不同掺合料到海水海砂混凝土中,进行了不同原材料配比、不同养护方式和不同龄期条件下的强度试验,试验结果表明,掺加掺合料后的海水海砂混凝土的强度下降趋势明显延缓,其中掺加矿渣的海水海砂混凝土后期强度增长趋势最为明显,而掺加粉煤灰的海水海砂混凝土后期强度增长量是最大的。     

钢骨-钢管混凝土柱的偏压承载力研究

介绍了钢骨-钢管混凝土柱是一种新型的结构组合柱,它是综合钢管混凝土和钢骨混凝土的优缺点而提出的一种新模式的重载柱,对钢骨-钢管混凝土柱的偏压极限承载力进行了试验研究的同时,采用ANSYS有限元软件对钢骨-钢管混凝土柱的偏压承载力进行了模拟分析,结果证明了有限元分析的有效性。