改进的膨胀土直剪试验方法研究

通过改变加载板结构和加载形式,改进常规直剪试验装置,使试样在固结过程中保持体积恒定.以广西百色中膨胀土为研究对象,对常规和改进直剪试验结果进行了对比;通过不同干密度下的改进直剪试验,得到了抗剪强度指标随干密度的变化规律;结合研究成果进行了案例工程的稳定性分析.结果表明:改进的直剪试验消除了干密度变化对试验结果的影响,且低应力条件下抗剪强度具有很好的线性特征;膨胀土的抗剪强度和黏聚力随干密度的减小而减小,黏聚力的衰减幅度较大;膨胀土边坡浅层土体发生膨胀后,其干密度明显减小.因此,在稳定性分析时应充分考虑膨胀对抗剪强度的影响.     

考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验离散元模拟

为了分析粗粒土的剪切力学特性,采用离散元软件PFC2D模拟考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验,提供了制备可发生破碎的单颗粒粗粒土试样方法,以及改变离散元试样孔隙率的方法。在不同竖向压力作用下对粗粒土试样模拟直剪试验,分析剪应力、体应变与剪切位移的关系,剪切前后应力状态,剪切后速度分布情况。改变粗粒土试样的孔隙率和颗粒间黏聚力,分析粗粒土剪切强度的影响因素。研究表明,试样先剪缩再剪胀,剪应力峰值、残余强度随着竖向压力的增大而增大。应力场受剪前均匀分布,受剪后分布不均匀。剪切带内外颗粒处于不同的运动状态,剪切带内速度变化梯度较大。在相同竖向压力作用下,剪切强度随孔隙率增大而减小,随黏聚力增大而增大。     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,本文在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1) 钙质砂的抗剪强度与内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下, 颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先增大后减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

宽级配砾质土三轴试验研究

对某宽级配砾质土分别进行了中型和大型三轴固结排水剪试验,研究了不同试样干密度、不同掺砾量下宽级配砾质土的强度、应力应变特性及邓肯-张模型参数,并对中三轴与大三轴2种不同尺寸试验结果进行了分析和对比.结果表明:宽级配砾质土的偏应力峰值强度、抗剪强度及其剪胀性随着掺砾量和试样干密度的变化呈现一定的变化规律;随着掺砾量或试样干密度的增大,中三轴和大三轴试验邓肯-张模型参数的K均随之增大,但n随之减小;在相同掺砾量下,初始弹性模量和体积变形模量均随着试样干密度的增大而增大.     

中国南北过渡带土壤差异化试验研究

通过对中国南北过渡带的山地土壤开展液塑限试验和室内直剪试验,分析了过渡带山地土壤液塑限及抗剪强度的变化规律.试验结果表明:(1)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤液限、液性指数和塑性指数逐渐减小,塑限逐渐增加,土体从可塑状态向坚硬状态转化;(2)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤抗剪强度逐渐减小,随着土样含水率的增大,A、B、C 3类土试样的抗剪强度差异逐渐增大;(3)沿过渡带两侧从北到南,山地土壤粘聚力逐渐减小,随着土试样含水率的增大,A、B、C 3类土试样的粘聚力逐渐减小;(4)随着土试样含水率的增大,除C类土试样的内摩擦角逐渐减小外,A、B类土试样的内摩擦角基本不变.     

模拟不同形态土-岩界面的直剪试验

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。     

重塑玄武岩残积土抗剪强度的试验研究

文章以重塑玄武岩残积土为研究对象,采用直剪试验测定了不同干密度、含水率下土体的抗剪强度及其强度指标,得到了黏聚力和内摩擦角随含水率的变化规律;通过滤纸法测定了不同干密度条件下残积土的土水特征曲线,结合直剪试验结果,分析了基质吸力对抗剪强度的影响规律。结果表明:随含水率增大,黏聚力呈先增大后急剧减小趋势,内摩擦角呈逐步减小趋势;在试验所得基质吸力范围内,随基质吸力增大,抗剪强度先增大后不变,非饱和抗剪强度参数φ~b逐步减小且最终趋于0°,即基质吸力对抗剪强度的贡献是有限的;竖向荷载对φ~b有较大的影响,竖向荷载越大,φ~b越大。     

孔隙填充型深海能源土的离散元成样

针对孔隙填充型水合物的赋存形态,提出了一种新的制备孔隙填充型能源土试样的数值成样方法.孔隙填充型水合物的砂性能源土试样是由砂粒和水合物颗粒混合而成的特殊的散粒体材料,具有明显的非连续特征.在土骨架的孔隙中,将水合物块体视为由颗粒通过强胶结作用凝聚而成的团簇整体,随机填充生成不同水合物饱和度的沉积物试样,开展能源土宏观力学特性的离散元固结排水三轴压缩试验模拟,并从应力应变、体变、接触组构等方面进行分析.结果表明,水合物饱和度的增大对低饱和度的孔隙填充型能源土试样的初始弹性模量和强度影响较小.有效围压相同时,孔隙填充型能源土试样的体积剪缩量随着水合物饱和度的增大而减小;而水合物饱和度相同时,能源土试样强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大.能源土试样的剪胀角随有效围压的增大而近似线性减少,随水合物饱和度的增大而趋于线性增大.颗粒间接触方向随着轴向应变的增大而朝竖直方向偏转.     

海底强风化花岗岩K_0固结三轴试验尺寸效应

为了研究海洋地质条件下土体的尺寸效应及工程特性,采用三轴试验仪器对福建平潭某近海区海底的原状强风化花岗岩开展不同试样尺寸的K_0固结三轴不排水剪切试验,分析试样尺寸对强风化花岗岩的应力-应变特性、临界状态线、抗剪强度指标的影响及土体颗粒破碎情况。研究结果表明:不同尺寸试样的应力-应变关系相似;尺寸较小试样的临界状态线斜率小于尺寸较大试样的临界状态线斜率;尺寸较小试样的抗剪强度指标大于尺寸较大试样的抗剪强度指标;颗粒破碎率随着试样尺寸的增大而增大;在工程实践中,应注意尺寸效应。     

循环前后不同颗粒粒径下sandwich形加筋土筋土界面单调直剪特性

采用3种不同颗粒粒径石英砂作为sandwich加筋土中薄砂层,使用大型直剪仪分别对不同薄砂层厚度的sandwich形加筋土进行了单调直剪、循环剪切及循环后直剪试验.试验结果表明:在单调直剪和循环后直剪过程中,不同颗粒粒径下都存在一个最优厚度,使筋土界面内剪应力最大,且颗粒粒径越大,最优薄砂层厚度越大;在循环剪切过程中,随着颗粒粒径增大,界面强度呈先增大后减小的趋势;相比单调直剪结果而言,在循环后的直剪过程中筋土界面的峰值剪应力更大,体积变更小.     

粗砂直剪试验与离散元细观机理分析

为了研究了粗砂的临界状态及临界状态下颗粒的运动规律,利用室内大型单剪试验设备以及颗粒流软件PFC2D,对粗砂进行了等体积条件下的单剪试验与数值模拟。室内试验结果表明,粗砂的临界状态摩擦角为36.4°~37.4°,在本次试验条件下,初始正应力、初始相对密实度对临界状态摩擦角基本无影响;数值模拟结果显示,发生较大速度、位移、旋转量的颗粒均位于剪切带范围内,剪切过程接近临界状态时,剪切带内的颗粒累计旋转量分布趋于稳定即在临界状态下,剪切带内颗粒的旋转量非常小;剪切带的宽度约为45倍的平均粒径。     

高碳镀锌钢丝的组织演变及对扭转性能的影响

针对钢丝镀锌后扭转值波动很大的实际问题，本文系统表征分析了钢丝拉拔—热镀锌—扭转生产过程中的微观组织演化.研究结果表明：钢丝的微观组织在生产过程中会发生较大的变化.拉拔和扭转过程中索氏体片会发生扭曲变形使得片层间距减小，渗碳体片发生破碎，小尺寸的渗碳体颗粒发生溶解，钢丝中的位错密度会显著增加；而热镀锌过程使得小尺寸的渗碳体颗粒发生溶解，同时能消除钢丝内部的应力，使得位错密度降低.渗碳体片破碎、渗碳体颗粒溶解、索氏体片层间距、位错密度等因素综合作用，导致了钢丝扭转过程中的性能差异.     

垃圾焚烧炉渣的力学特性和破碎特性试验研究

在不同的最大竖向压力(100~3 200 k Pa)下,对上海某生活垃圾焚烧厂炉渣进行了室内压缩试验和直剪试验,并在试验前后对所有试样进行了颗粒筛分。结果表明:炉渣的压缩破碎变形属于不可逆变化,在初始孔隙比一定的条件下,试样的最终压缩量受初始颗粒级配和颗粒大小的共同影响。此外,当炉渣受到的最大竖向压力小于其屈服应力时,压缩后试样的级配曲线较初始级配曲线变化不大;当炉渣受到的最大竖向压力超过其屈服应力时,颗粒破碎明显加剧,压缩后试样的级配曲线受最大竖向压力的影响较大。最后,对直剪试验后炉渣的破碎进行了分析,表明当压力达到一定大小后,由剪切作用产生的颗粒破碎将不再增长。     

颗粒物质三维直剪实验的数值模拟

为了获取断层物质的受压剪切特性,用离散元法生成5种非规则颗粒单元来模拟自然条件下断层物质的直剪过程,以实验数据为参数,探讨了不同法向应力、摩擦系数、颗粒形状、试样颗粒组构对断层物质的剪应力的影响。结果表明,剪应力随法向应力、摩擦系数、非规则颗粒含量的增加而增大,不同法向应力、颗粒形状、试样组构下孔隙率的变化反映了剪应力的变化。     

考虑颗粒破碎的堆石料大型三轴试验

通过高应力下的三轴剪切试验,分析了堆石料在不同孔隙率、级配及应力状态下的颗粒破碎情况,研究峰值点处颗粒破碎与其剪胀性、软化性及强度特性的关系.结果表明:颗粒破碎以60～20 mm粒径含量降低、小于5 mm粒径含量增加为主,20～5 mm中等粒径颗粒含量变化较小;颗粒破碎率与塑性功之间存在良好的双曲线关系,在当前试验围压...     

基于离散元法的长短轴之比对散粒材料抗剪强度影响分析

杆状颗粒由于其形状与砾石、药品和谷物等真实颗粒的形状接近而受到研究者们的关注,其形状特征常用长短轴之比进行表征.以往许多学者曾通过离散元法研究过在相同孔隙率下杆状颗粒长短轴之比对其抗剪强度的影响,但在相同相对密度下的研究并不多见.通过控制颗粒摩擦因数形成具有相同相对密度的试样,研究了0%、35%、65%及100%相对密度下颗粒的长短轴之比对试样抗剪强度的影响规律.另外,还进行了相同孔隙率下的试验以进行结果对比.研究结果表明,相同相对密度下,峰值状态和临界状态时试样剪应力随长短轴之比增大而增大,与相同孔隙率下的结果一致,但峰值剪应力增大幅值要比相同孔隙率下的小.另外,对不同长短轴之比下试样内摩擦角进行分析,发现临界状态时内摩擦角随长短轴之比增大而增大,而峰值状态时内摩擦角受长短轴之比的影响相对较小.最后从试样剪胀性方面进行了分析,阐述了以上现象发生的机理.     

建筑垃圾在高速公路路基填筑中的现场直剪试验研究*

采用一种适用于大颗粒的新型现场直剪试验仪,对建筑垃圾进行了直剪试验,分析建筑垃圾的剪切强度特性。建筑垃圾的现场组分分析结果表明,建筑垃圾主要由碎砖、碎石、混凝土等废料组成。对碾压成型后的建筑垃圾进行筛分试验,分析了建筑垃圾级配,得到了建筑垃圾颗粒破碎的分维。根据现场大型直剪试验结果,得到了不同正应力下剪应力-剪切位移和剪应力-正应力的关系曲线,确定了建筑垃圾剪切强度的峰值和残余值参数,峰值黏聚力和内摩擦角分别为40 kPa和36°,残余黏聚力和内摩擦角分别为23 kPa和32°,相比于普通填土,建筑垃圾的剪切强度较大。     

干密度及细颗粒含量对滑坡坝溃决影响的试验研究

为研究坝体物质组成对滑坡堰塞坝溃决过程的影响,本文针对不同干密度、细颗粒含量,配制8组不同的坝体材料,开展人工堰塞坝的水槽模型试验,分析模型试验中不同坝体材料的浸润线发展过程、纵向侵蚀过程及溃决破坏特征。结果表明：(1)堰塞坝浸润线发展速率随着干密度减小而增大,随着细颗粒含量减小而增大。(2)干密度较小的坝体其溃决历时明显小于干密度较大的坝体,并且干密度较小的坝体其侵蚀速度明显大于干密度较大的坝体;细颗粒含量较大的坝体侵蚀速度慢,溃决达到稳定时的时间更长。(3)随着干密度减小,堰塞坝抗侵蚀能力减弱,易形成冲沟,冲沟两侧壁越早形成悬空面,溃口处易失稳坍塌,溃决持续时间越短;细颗粒含量越大,砂土堰塞坝面抗侵蚀能力越弱,越易形成冲沟,溃口处易多次失稳坍塌,溃决持续时间越长。研究成果不仅深化对堰塞坝灾害的认识,还为进一步揭示外界诱发因素与堰塞坝的内在响应机制提供依据。