基于正交设计的风化砂岩流态固化土抗剪强度试验研究

为保护生态环境、降低工程造价,将开挖出的风化砂岩进行破碎后,掺入一定比例的黄土、膨润土、水泥和泵送剂进行固化改良作为流态填筑材料。以兰州某基坑回填工程为依托,通过正交设计,对不同配比的流态固化土进行快速剪切试验,分析抗剪强度的影响因素及其显著性大小,并给出抗剪强度的回归方程。试验表明：对内摩擦角和黏聚力影响最为显著的因素分别是泵送剂和膨润土。各因素对内摩擦角影响大小排序为：泵送剂→水泥→风化砂岩细骨料→黄土→膨润土→风化砂岩粗骨料;对黏聚力影响大小排序为：膨润土→风化砂岩粗骨料→泵送剂→黄土→风化砂岩细骨料→水泥。根据各配比的试验结果,建立预测流态固化土内摩擦角和黏聚力的回归方程。研究结果对评价风化砂岩作为流态填筑材料具有一定的参考价值。     

工程岩体Ⅲ级围岩相似材料配比试验研究

目前超大跨扁平地下洞室模型试验的围岩相似材料缺少合适的配制方法,以工程岩体中Ⅲ级围岩的物理力学参数作为相似材料配比目标,采用重晶石粉和石英砂作为骨料,高强石膏粉和水作为胶结剂,洗衣液作为调节剂,基于正交理论设计了3因素5水平的正交试验方案,制作了25组不同的配比,通过大量的直剪试验和单轴压缩试验分别测得试样的黏聚力c和内摩擦角φ以及试样的抗压强度σ_c和弹性模量E,并采用极差分析法进行了敏感因素分析。试验结果表明:所配制的相似材料物理力学参数变化范围广,能满足大部分岩质岩体模型试验的强度要求;材料含量的变化对物理力学参数的影响规律明显,可为配比不同模型试验的相似材料提供指导。     

基于Burgers模型的软岩流变相似材料的研究

以精铁粉、重晶石粉和石英砂为骨料,酒精松香溶液为胶结剂,液压油为黏滞剂,研制出一种新型软岩流变相似材料(IBSRO)。通过正交试验,研究该相似材料各组成成分对其弹塑性参数和Burgers流变模型参数的影响。试验结果表明,该相似材料的单轴抗压强度σ_c,弹性模量E,泊松比μ,黏聚力c,黏弹性模量E_1,E_2以及黏滞系数η_1,η_2均主要受酒精松香浓度和液压油含量影响;酒精松香浓度越大及液压油含量越小,σ_c,E,c,E_1,E_2,η_1及η_2越大,μ越小;内摩擦角φ主要受(铁粉+重晶石粉)/骨料及液压油含量影响,且两者越大,φ越小;初始蠕变率、稳定蠕变率、衰减蠕变时间以及流变比例均随酒精松香浓度增大而减小,而随液压油含量增大而增大。该相似材料的常规弹塑性参数和流变参数的范围均与实际软岩相对应,可模拟软岩的瞬时力学特性与流变力学特性。最后,采用多元线性回归分析提出该材料配比的确定方法,并在软岩盾构斜井的流变模型试验中得到较好应用与验证。     

粗颗粒盐渍土力学参数的现场直剪试验研究

通过对典型粗颗粒盐渍土场地角砾土进行现场直接剪切试验,研究了粗颗粒盐渍土的强度特性及参数取值。试验结果表明:粗颗粒盐渍土强度参数由黏聚力和内摩擦角组成,盐分的胶结对黏聚力的影响比较明显,颗粒的组成则对内摩擦角影响较大。同时,对于角砾类粗颗粒盐渍土,当存在盐胶结作用时,建议黏聚力值在45~80k Pa、内摩擦角在34~38°之间选取;当角砾类盐渍土结构松散时,建议黏聚力值在9~15k Pa、内摩擦角可在33~38°之间取值。该研究成果可直接为粗颗粒盐渍土地区的工程设计提供借鉴。     

地基土固结快剪与直接快剪指标相关性规律研究

为探究地基土固结快剪与直接快剪指标之间的相关性规律,该文以安徽华谊化工有限公司液体化工码头还建工程为依托,通过室内土工试验获取了各类地基土的剪切试验结果;定义了剪切比,分别对黏聚力和内摩擦角的固结快剪与直接快剪的相关性规律进行了拟合。研究结果表明:随着直接剪切黏聚力增大,黏聚力剪切比不断降低,随着直接剪切内摩擦角增大,内摩擦角剪切比不断降低;黏聚力与内摩擦角的剪切比-直接剪切拟合曲线均呈幂函数关系,两者拟合精度均超过0.93,表明地基土固结快剪与直接快剪指标之间存在较好的规律性。     

砂岩相似材料制作方法研究

利用正交试验设计法设计多组试验,并利用磁铁矿精矿粉、石英砂、石膏、水泥等组成的混合物制作岩石相似材料。对影响相似材料的四种因素,包括骨料的比例、骨料中成分间的比例、胶结物中成分间的比例以及掺水率,与其物理性质、力学性质参数之间的关系及影响程度进行了分析。结果显示,可以通过提高骨料的比例和骨料中磁铁矿精矿粉的比例来提高相似材料密度。在提高相似材料单轴抗压强度方面,可以通过提高胶结物中水泥的比例来实现。相似材料粘聚力的变化与骨料的比例的变化以及掺水率的变化呈反相关。内摩擦角的变化主要受到掺水率的影响。     

聚丙烯纤维土在冻融循环条件下的抗剪强度分析

为研究冻融循环作用对聚丙烯纤维土抗剪强度的影响规律,采用了全组试验的方法,考虑了3个不同因素(冻结温度、含水率、冻融循环次数)对聚丙烯纤维加筋土的抗剪强度影响,并通过数据分析建立了不同影响因素对聚丙烯纤维土抗剪强度指标的拟合关系式。试验结果表明,在冻融循环作用下含水率对纤维土抗剪强度影响显著性最大,含水率越高,黏聚力和内摩擦角越小;冻融循环中冻结温度越低,内摩擦角越大,黏聚力越低;冻融次数对内摩擦角影响不显著。通过数据拟合,得到一个良好的拟合公式。     

加筋土筋土界面抗剪强度影响因素试验研究

通过室内筋土界面直剪试验,考虑筋土界面抗剪强度的影响因素,进行了不同剪切速度、筋材空隙率及土体含水率下筋土界面直剪试验,分析了不同因素对筋土界面抗剪强度的影响。试验结果表明,剪切速度主要影响筋土界面的内摩擦角,对筋土界面黏聚力几乎没有影响,随着剪切速度的增加,内摩擦角变大,导致筋土界面抗剪强度增大。筋材空隙率主要影响筋土界面黏聚力大小,空隙率越大,筋材肋条对土颗粒的约束作用越小,筋土界面抗剪强度降低。筋土界面抗剪强度受土体含水率的影响较大,随着土体含水率的增加,筋土界面黏聚力和内摩擦角都明显减小,导致筋土界面抗剪强度显著降低。     

岩石破损过程强度变化规律实测研究

 岩石材料强度会随着破裂发展而逐渐衰减,详细介绍自行设计的岩石强度衰减测试方法,试验思路、试件制作及关键技术;通过自行设计的直剪试验,测得常规压缩试验破裂得到的不规则损伤岩块在直剪过程中的剪应力–压应力关系曲线,由其拟合得到库仑强度曲线,并与已有(单、三轴)压缩试验数据线性拟合得到的莫尔强度包络线进行比较,分析讨论岩石在破损过程中材料强度(黏聚力和内摩擦角)变化规律,澄清现有黏聚力和内摩擦角变化规律2种完全相对立观点的适用范围。研究结果表明,由完整岩样进行单、三轴试验测得的黏聚力明显大于不规则岩块直剪试验结果,这主要是岩样在单、三轴压缩破坏过程中产生的损伤所致,而不是试验方法所导致的偏差;黏聚力反映的是岩石本质强度特性,受不同应力状态的影响较小。岩样单、三轴压缩试验测得的内摩擦角小于岩块直剪试验结果,这主要是受到不同应力状态和岩石缺陷分布的影响。在岩石破损过程中,内摩擦角随损伤的发展具有先快速增大至最大值后大幅降低直至保持一定趋势不变的规律。内摩擦角反映的是岩石摩擦强度特性,受不同应力状态的影响较大。黏聚力对应力水平的敏感程度远小于内摩擦角。岩石在破裂前后自身材料强度会产生明显衰减。     

含石量与含水率对土石混合体抗剪特性研究综述

土石混合体因其本身具有碎石和土的二元要素的特性,是一种介于均质土体和碎裂岩体之间的特殊的工程地质材料,对其工程特性研究尤显重要。首先对土石混合体的组成结构和定义进行了总结,分析了含石量与含水率对于土石混合体抗剪特性的影响。整合多组试验数据,发现随着含石量的增大,抗剪强度、内摩擦角、黏聚力呈现先增大后减小的趋势,内摩擦角变化幅度较小,黏聚力经历减小-增大的变化过程;高含石量时黏聚力先增大后减小,预测在(0.6～0.7)w_p之间取到最大值,低含石量时内摩擦角先增大后减小,预测在(0.6～0.8)w_p之间取到最大值,黏聚力达到最大值时,含水率可能介于塑限与液限之间。对土石混合体的抗剪特性进行探索,以期服务于工程实践。     

不同改良材料对膨胀土工程性能影响的对比试验

以石灰、水泥、粉煤灰、风化砂四种材料改良同一种膨胀土,掺入不同的比例后,进行室内试验研究。试验表明:四种材料的掺入均能改善膨胀土的抗剪强度,其中掺水泥能大幅度提高膨胀土的黏聚力和内摩擦角;其次,掺石灰也能显著提高膨胀土的抗剪强度指标;掺入风化砂和粉煤灰后,膨胀土的黏聚力会有所下降,内摩擦角会随着掺量的增加,先逐渐增大后缓慢降低。掺入这四种材料均能有效改善膨胀土的膨胀特性,从对有荷膨胀率的影响效果来看,掺石灰对抑制膨胀效果最好,其次是水泥,而后是粉煤灰和风化砂。     

基于正交设计的红砂岩改良土抗剪强度试验和回归分析

兰州地区地铁深大复杂基坑日益增多,为了保护生态环境和减少工程造价,通过试验将开挖后的红砂岩添加黄土和水泥进行改良作为路基填料。基于兰州某地铁工程,采用正交试验,对不同配合比下的改良土展开了击实试验和快剪试验,分析了红砂岩改良土抗剪强度的影响因素及其影响大小,给出各因素最佳配合比,并得出了红砂岩改良土抗剪强度的回归模型。试验结果表明:黄土对内摩擦角的影响显著,水泥和含水率对黏聚力影响显著,各因素对黏聚力影响的主次顺序为:水泥掺量→含水率→黄土掺量,对内摩擦角影响的主次顺序为:黄土掺量→含水率→水泥掺量。针对不同配合比下的试验数据,建立回归方程预测改良土的黏聚力和内摩擦角。试验结果对评价红砂岩作为路基回填料具有一定参考价值。     

黄土节理抗剪强度特性试验研究

试验得出表面形态、干密度和含水量对黄土节理的强度特性的影响,揭示出黄土节理表面形态对抗剪强度参数c、φ值的影响规律。在相同含水量和干密度的情况下,粗糙表面的节理粘聚力c值较平整表面节理的大,而节理的摩擦角φ值相差较小,说明黄土节理形态特征对节理粘聚力c值有较大影响,而对摩擦角φ值影响较小。干密度对黄土节理粘聚力c值的影响较大,而对内摩擦角φ值的影响较小。当试样含水量在一定范围之内,黄土节理的摩擦角随含水量的增加呈二次曲线变化。但当试样含水量较大时,测得试样抗剪强度稍有增大,是因为节理表面部分土体在法向压力作用下发生重塑,破坏面已不是原有节理面,重塑土体自身的抗剪强度发生作用,引起试验所测抗剪强度的增大。     

中等压缩性粉质黏土不排水剪切强度试验研究

为获得原状中等压缩性粉质黏土的剪切刚度和抗剪强度,开展了直剪固结快剪和固结不排水三轴剪切(CU)对比试验,分析了偏应力随整体、局部轴向应变的发展,研究了整体、局部变形测量获得抗剪强度的差异,探讨了刚度衰减特征,提出了固结快剪和CU试验抗剪强度之间的关系。结果表明:变形测量方式对粘聚力c′影响显著,与整体相比,局部粘聚力c′提高2.9~11.1 kPa,局部内摩擦角φ′低0.4°~1.7°。剪切刚度E_sec随轴向应变ε₁增加呈反“S”形衰减。应变ε₁＜0.005%时,局部测量刚度E_sec高于整体,其衰减幅度显著,但随轴向应变增加,二者刚度差值缩小。直剪试验与CU试验抗剪强度差值随着竖向应力的增加而增大,CU试验抗剪强度明显高于直剪,建立了抗剪强度参数的修正关系。     

基于大型直剪试验的高炉矿渣粉煤灰混合料力学特性研究

依托包钢新体系2 250 mm热轧车间的地基处理工程对混合料的力学特性进行研究;借助大型直剪仪对不同围压和含水率的混合料进行直剪试验,分析了混合料在不同条件下的抗剪强度、力学参数以及从混合料剪切“翻滚 跳跃”现象的角度对相应的剪应力 剪切位移关系曲线上下波动情况进行分析;通过线性回归分析得到含水率与粘结力和内摩擦角的关系曲线。结果表明:当含水率相同时,随着法向应力的增加,混合料的抗剪强度峰值逐渐增大;相同法向应力作用下,随着含水率的增加,混合料的抗剪强度逐渐降低;随着含水率的增加,粘结力和内摩擦角逐渐降低,并且含水率的变化对粘结力的影响程度较内摩擦角大;当剪切位移处于试样长度的1/60~1/10时,剪切“翻滚 跳跃”现象最为明显,相应的剪应力 剪切位移曲线所出现的上下波动幅度也最大。     

振动荷载对厦门地区红黏土抗剪强度影响的试验与分析

以厦门某建筑工地红黏土为试样,进行振动荷载作用前、后三轴剪切对比试验。通过对试验数据的分析,对振动荷载对试样的黏聚力、内摩擦角、抗剪强度方程、抵抗侧向变形能力等的影响特性进行研究。研究结果显示,在其他试验条件相同的情况下,经振动荷载作用后的红黏土试样黏聚力降低51.72%,内摩擦角减少50%,抗剪强度线向下显著偏移,表明振动荷载不利于红黏土的稳定和承载。研究结论对防治岩土工程和地质灾害等具有一定的理论和现实意义。     

基于单轴剪切破坏的岩石M–C准则参数反演分析

基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与试验结果差值在6%~10%之间。采用实例进行岩石黏聚力和内摩擦角的反演分析,以岩石实际单轴剪切破坏形式和试验结果为依据,两两结合联立计算得到岩石的黏聚力和内摩擦角。实例表明:基于单轴剪切破坏形式和单轴抗压强度值计算岩石黏聚力和内摩擦角的方法准确,具有实用价值,该关系式也揭示了岩石试样破坏类型与岩石力学参数间的内在关系。     

常州市浅层粘性土两种抗剪强度试验指标分析

对常州市区浅层Q3al粘性土不固结不排水三轴试验与直剪快剪试验抗剪强度指标粘聚力c、内摩擦角φ值进行了统计分析,建立两者间的相关关系方程,对该地区土工试验人员具有一定指导意义。     

不同压实度下粉土的三轴压缩试验研究

通过三轴压缩试验对黄河粉土的压实度与抗剪强度关系进行了探讨,并分析了不同压实度与土的内聚力和内摩擦角间的变化关系,研究表明在相同的围压下,抗剪强度与压实度成正比,而在相同的压实度下,抗剪强度与围压成反比,且随着压实度的提高,内聚力逐渐降低而内摩擦角则逐渐增大。