煤矿立井井壁与围土相互作用的实验研究

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上对饱和砾砂、粗砂、中砂、细砂同混凝土界面的剪切特性进行了一系列试验研究.通过对试验数据的分析发现,高应力下界面的本构关系可以采用非线性弹性-理想塑性模型,非线性弹性阶段与双曲线模型较一致,界面的强度准则符合无粘聚力的库仑公式,在此基础上导出了界面单元的弹塑性矩阵.对包括弹性和塑性2个变形阶段的情况,采用初应力法得到了修正的弹塑性矩阵.     

橡胶砂剪切特性的细观数值模拟

为了研究橡胶砂剪切特性的细观机制,利用PFC3 D离散元程序对橡胶砂的直剪试验进行数值模拟,分析了竖向正应力和橡胶掺量对橡胶砂剪切特性宏、细观力学行为的影响.结果表明,宏观层面上,区别于纯砂的应变软化特征,橡胶砂的应力与应变关系曲线表现出应变硬化特征,橡胶颗粒的加入显著改善了纯砂剪切强度特性,剪切强度随竖向正应力的增大...     

不同土工合成材料加筋土界面的静动力直剪特性

为研究不同加筋材料对筋-土界面在静力、动力作用下的剪切特性的影响, 采用大型直剪仪对土工编织布、土工无纺布、土工膜加筋的加筋土界面进行了一系列单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验, 并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行对比分析. 结果表明：单调直剪试验中, 界面剪应力-剪切位移关系由于加筋筋材力学特性与结构特征不同, 呈现出较大差别, 其中筋材在较大竖向应力的剪切过程中容易发生变形; 在循环剪切过程中, 土工编织布、土工无纺布界面抗剪强度发生了软化现象, 而土工膜界面抗剪强度则发生了硬化现象.     

多层复合衬垫界面非线性强度特性的斜面单剪试验

为研究位于垃圾填埋场斜坡上衬垫结构在垂直应力作用下沿斜坡滑移的剪切特性,研制了大型叠环斜面单剪系统。通过砂-无纺土工布-土工网-HDPE膜-黏土结构的大型斜面单剪试验,得到剪切过程中发生破坏面转移位移对应的垂直应力和水平应力,计算得到位移面的转移法向应力。试验结果表明:当界面的法向应力小于转移法向应力时,破坏面为土工网与土工膜界面;当界面的法向应力大于转移法向应力时,破坏面为土工膜与黏土界面。建议破坏面转移前后的界面强度包线用双直线表示,土工膜与相邻材料的剪切强度特性用双曲线表示,破坏面的转移法向应力等参数由试验确定;大型叠环斜面单剪系统为分析多层复合衬垫剪切特性提供新的试验研究方法。      

排水条件下饱和砂土单调剪切特性试验研究

应用大连理工大学研发的土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,控制试验过程的平均主应力和中主应力系数保持恒定,改变主应力方向,针对相对密度为30%、60%的饱和福建标准砂,进行一系列排水单调剪切试验.主要探讨排水条件下主应力方向和相对密度对砂土应力-应变关系、有效内摩擦角及体变特性的影响.试验结果表明:主应力方向对饱和砂土的单调剪切特性具有显著影响;不同主应力方向对应的应力-应变关系所表现出的变化规律取决于水平面与竖直面上受到的剪应力作用,相变及峰值广义剪应力和有效内摩擦角与主应力方向角之间存在抛物线型关系.同时相对密度的影响也不容忽略;同中密砂相比,松砂的剪缩现象明显,其峰值抗剪强度降低.     

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。     

粗砂与结构物接触面的剪切特性试验研究

利用同济大学研制的大型多功能界面剪切仪,对粗砂与结构物的剪切变形特性进行研究.采用在剪切盒内灌注彩色砂条的方法研究剪切带的空间分布特性.结果表明,彩色砂条的变形可以反映剪切带厚度和空间分布.剪切带厚度为6～11 mm,厚度随着法向应力的增加呈增加的趋势;剪切带厚度在空间上的分布呈现出不均匀性,在剪切方向(X轴方向)上呈现中间大两端小的趋势,在垂直剪切方向(Y轴方向)上离散性较小、分布近似均匀.剪切板凹槽的约束作用,使得凹槽内的砂土颗粒带动附近砂土颗粒运动,从而形成剪切带.土体的剪胀特性是由于剪切带内砂土的变形导致的,剪切初始时剪胀速率较快,达到抗剪强度后剪胀速率减慢.     

排水循环剪切条件下砂土体变特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对饱和福建标准砂,在各向均等与三向非均等固结条件下,进行了排水循环扭剪试验.通过试验讨论了初始主应力方向、相对密度和剪应变幅度对排水条件下饱和砂土体积变化特性的影响.研究表明:循环剪应变幅度和相对密度显著地影响饱和砂土体积变化规律,循环剪应变幅度越高,相对密度越大,越易于发生剪胀.在三向非均等固结情况下,饱和砂土在排水循环剪切条件下的体变特性密切地依赖于砂土的初始主应力方向.不同初始主应力方向时应力-应变关系表现出不同的变化模式,体积变化累积规律的具体模式取决于正应力水平与垂直平面上所存在的初始剪应力.     

高应力下石英砂与不同结构接触面抗剪强度的试验研究

通过对标准石英砂与不同基底的界面剪切特性进行的试验，确定了高应力作用下峰值剪应力、残值剪应力与正应力的数学模型与变化规律。提出高应力作用下石英砂与结构接触面的剪切特性的研究应充分考虑基底材料的刚度大小和土体颗粒的破碎效应。     

高庙子膨润土和砂混合物膨胀变形特性及其预测

以高庙子钠基膨润土为试验材料, 利用单向固结仪进行一维浸水膨胀、浸水湿陷以及膨胀力试验, 分析了该膨润土在不同掺砂率下浸水膨胀和湿陷变形特性等问题, 并根据蒙脱石孔隙比的概念, 分析了饱和时的膨润土及其掺砂混和物的变形特性. 试验结果表明, 在低掺砂率下充分吸水膨胀湿陷或不变形时, 膨润土与砂混合物的蒙脱石孔隙比与垂直应力的关系在对数坐标系中是一条直线, 并且可据此预测膨润土及膨润土掺砂混和物在不同的干密度、掺砂率下吸水至饱和时的变形量及膨胀力. 分析砂骨架孔隙比对高掺砂率膨润土混合物的试验结果, 可预测形成砂骨架时的垂直应力值.     

砾砂与混凝土管界面剪切力学特性试验

基于数字图像相关技术,通过自主研制的可视化直剪容器,对砾砂与混凝土管接触面在常法向应力作用下的剪切力学特性进行较系统的试验研究.试验结果表明:砾砂-混凝土管界面初始剪切模量随法向应力的增大而增大;D_r=0.8的砾砂土样与混凝土接触面的摩擦系数较D_r=0.4时增大约17.5%,相对密实度每增大0.2,摩擦角平均增大2°;砾砂-混凝土接触面的剪应力-剪切位移曲线软化程度随法向应力增大逐渐减小,硬化程度逐渐明显;土体剪切位移随着与接触面距离的增加而增大,剪切变形主要发生在剪切错动带内,剪切错动带厚度约为3D₅₀.     

尾矿酸化及其对尾矿砂抗剪强度的影响研究

为揭示尾矿酸化本质及其对尾矿砂抗剪强度的影响,开展了动态浸渍试验.从湖南省某铅锌矿采取了尾矿砂试样,采取加入双氧水的方式促使尾矿砂中的硫化物(主要为黄铁矿)发生氧化产酸.在浸泡试验的基础上开展了MLA(矿物解离分析仪)矿物成分分析、颗粒分析、抗剪强度等一系列实验.试验结果表明:尾矿矿物成分中随着黄铁矿氧化程度的增加,黄铁矿含量减少、碱性物质(方解石、白云母)减少、砂粒(粗粒)含量减少、粉粒(细粒)含量增加、粘聚力C增大、摩察角φ减小、尾矿砂土抗剪强度降低.     

大型拉拔直剪仪剪切盒的改装

针对现有大型拉拔直剪仪剪切盒不能进行土工合成材料之间或土工合成材料和颗粒材料之间直剪试验的状况, 在现有大型拉拔剪切仪的基础上, 根据试验要求和试验影响因素, 分别对该设备的上下剪切盒进行了改装. 在下剪切盒内放置可固定土工合成材料的Ⅱ字型板架,并通过在上剪切盒内放置内置挡板或可固定土工合成材料的钢板2 种方式, 使加载方式能实现柔性承压和刚性承压. 利用改装后的设备, 对光面土工膜-砂土界面、光面土工膜-土工布界面进行了直剪试验, 试验结果与其他同类材料直剪试验结果较为吻合, 证明对该设备的改装是合理可行的. 最后, 对加肋土工膜-砂土界面、加肋土工膜-土工布界面进行了一系列直剪试验,进一步验证了该设备改装后的稳定性.     

不同泥皮粗粒土与结构接触面力学特性实验

进行了粗粒土与结构面分别在夹膨润土泥皮、粘土泥皮以及无泥皮条件下的大型单剪试验,揭示了不同泥皮情况下接触面的力学特性与机理。试验结果表明,不同泥皮种类对粗粒土与结构面的强度有重要影响,夹有膨润土泥皮时,粗粒土与结构面的剪切强度显著减小,最大减幅可达45%,而夹有粘土泥皮时其最大减幅只有10%,远小于膨润土泥皮;试验测定的夹有膨润土泥皮时的摩擦角仅为夹有粘土泥皮时的60%左右。剪切破坏时,同一高度处,切向位移随法向应力的增大而增大;同样的法向应力及高度处,夹有膨润土泥皮时的切向位移小于夹有粘土时的切向位移,而法向位移相对要大些。此外,无泥皮低法向应力下,出现明显的剪胀现象,而泥皮条件下均表现为剪缩。     

粗粒盐渍土大型冻融循环剪切试验

针对冻融循环后粗粒盐渍土的强度将直接影响盐渍土地区路堤的稳定性,而采用常规剪切试验将导致粗粒盐渍土的颗粒效应问题,基于西北地区粗粒盐渍土的冻融特点和剪切试验原理,设计研发了将冻融循环试验和剪切试验结合的大型粗粒土冻融循环剪切试验装置,可有效测试在不同温度条件下材料的强度特性。依托某公路盐渍土试验段项目,采用天然粗粒盐渍土模拟下路堤,测试其在经过冻融循环后的强度变化特点,并利用测试数据进行实际工况的数值计算。结果表明：随着冻融循环次数的增加,靠近冷端土体的粘聚力逐渐增大,内摩擦角先减小后增大;靠近暖端的土体强度逐渐减小,9次冻融循环后,靠近暖端的土体内摩擦角有一定增大;采用该天然粗粒盐渍土填筑的下路堤的强度变化量较小,路堤强度基本稳定。     

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。     

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明：HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.