骨架颗粒组成对散粒土管涌规律影响的试验研究

利用改进的渗透装置试验研究了细颗粒(0.075～1 mm)含量相同时骨架颗粒组成含量不同对散粒土的管涌发生临界条件以及颗粒侵蚀流失规律的影响,结果表明：不同颗粒级配的试样在管涌发生前,水力梯度与渗流速度呈线性关系,基本符合达西定律;骨架颗粒1～2、2～3、3～5 mm 3个粒径段对管涌发展起到了阻碍作用,其中1～2 mm粒径段颗粒对管涌孔隙的堵塞作用强于另外两个粒径段颗粒;对于不同级配的骨架颗粒,其不均匀系数越大,试样的下限临界水力梯度值就越大,细颗粒越不易起动,发生管涌的时间越晚,而不同级配的骨架颗粒对试样的上限临界水力梯度影响较小。     

新月形沙丘表面粒度特征对沙丘发育规模及风向变化的响应

正新月形沙丘广泛分布于陆地表面,是形态最为简单、分布最为广泛的风沙地貌类型。微观上沙丘表面沉积物刻画了颗粒运动方式的差异,宏观上反映了气流、沙丘形态以及沉积物等耦合作用下的风沙输移、地表蚀积变化,以及随之而来的沙丘形态演化。新月形沙丘表面沉积物粒度特征,是沙丘形态、区域气流和风沙流相互作用的综合反映,是理解沙丘形态变化和动力学形成过程的重要视角,对于揭示沙丘形成演化及空间分异、沙物质来源和沉积环境具有重要指导意义。     

古尔班通古特沙漠侵蚀型新月形沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征的环境意义

在全球变暖和生态保护的背景下，古尔班通古特沙漠风沙活动强度减弱，多数沙丘长期处于侵蚀状态。选取沙漠西部呈侵蚀状态的、不同发育阶段的固定新月形沙丘，采集表层砂样进行粒度与石英砂表面微结构分析，结果显示：(1)沙丘表层砂细砂占比达50%以上，平均粒径范围2.03～2.88Φ,分选性较好、近对称偏度、中等峰度，迎风坡粒度参数多呈不规则变化，丘顶平均粒径最粗；随着沙丘形态成熟、规模增大，表层砂粒级组分波动范围增大、平均粒径变粗、分选性变差；(2)沙丘砂石英颗粒磨圆度普遍较差且有多种原生环境的结构特征，反映物质来源复杂多样，砂物质虽经风力搬运再堆积，但因沙丘的流动性不佳、再搬运距离受限，因此风成砂保存了较多原生环境的作用痕迹；(3)研究区沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征具有侵蚀型沙丘的独特性和植被覆盖影响下的特殊性，粒度参数呈现不规则变化的同时，植被覆盖削弱了不同规模沙丘之间粒度特征的差异，也导致石英砂磨圆度较差、原生作用痕迹丰富。     

腾格里沙漠北缘沙丘粒度特征及区域差异分析

以腾格里沙漠北缘沙丘为研究对象,选取不同形态的沙丘类型,进行系统的野外地貌调查,沙丘形态测量和沙丘沉积物粒度分析,研究了腾格里沙漠北缘沙丘的粒度特征以及空间变化规律.结果表明,沙丘沉积物主要由细沙和中沙组成,细沙含量为63.92%,中沙含量为32.82%.平均粒径为2.20Φ,分选系数为0.40~0.68,属于分选好和分选较好的范围.沙丘断面粒度曲线显示,沿主导风向背风坡和迎风坡沉积物粒度呈现微弱变细的规律,且沙丘高度与平均粒径具有较好的正相关性.说明腾格里沙漠北缘沙物质的粒度特征在空间上表现为从物源区向沉积区沉积物颗粒变细、分选性变好的规律.将腾格里沙漠北缘、孟根布拉格和乌力吉苏木3个沙区样品对比,从南向北沿纬度方向沙丘粒度组成中沙、粗沙和极粗沙含量呈现增加的趋势,细沙和极细沙含量呈现减小的特点.以新月形沙丘和沙垄为例,从南向北沿纬度方向新月形沙丘和沙垄同样具有粗沙含量增加,细沙含量减少,平均粒径变粗的趋势.以上变化表明,植被、风况、沙丘高度是控制沙丘形态及粒度变化的重要因素.     

国内外比重计法颗粒分析试验相关性研究

为了解国内颗粒分析方法与国际上通用的方法之间的相关性,分别根据国际通用规范ASTM(D422)和我国的《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)对多种天然土样和纯粘土矿物开展颗粒分析试验,探讨两者之间的异同.试验结果表明:ASTM法获得的粒径分布曲线位于GB/T法上方,两者之间的差异主要发生在粒径为0.005~0.075mm间,并且差异随粒径的减小而增大,随土样的液限的增加而增加.此外,ASTM法与GB/T法对蒙脱土的影响较大,对高岭土的影响较小.最后,分别建立了采用ASTM法与GB/T法获得的粒径小于0.005mm颗粒含量和粒径小于0.002mm颗粒含量相互间转化的方法.     

粗粒土类别的分形图解

基于分形理论,同时考虑粗粒土的随机性、非规则性,应用随机模糊方法研究了粗粒土的粒度分布分维,讨论了粒度分布分维与粗粒土的均一性、粗度和级配的相互关系。研究发现粗粒土是分形粒子,具有分形效应,细粒土是以分形分布的方式充填到粗粒土之间的,粗粒土组成的结构为分形结构,据此给出了5种粗粒土的典型分形图形并揭示了其特有的性质。结果表明,粒度分布分维是刻画粗粒土特征的有效参数,应用该参数可以控制集料颗粒粒径,达到优化级配、增大集料密度的目的。最后给出了应用粒度分布分维控制颗粒粒径的理想分形级配图形。     

粗粒土级配及颗粒破碎分形特性

验证颗粒质量-粒径分布分形模型用于表示粗粒土级配的适用性,研究粗粒土在不同缩尺粒径的情况下,采用不同缩尺方法缩尺后土体分形维数的变化规律;基于分形维数建立缩尺级配与原始级配之间的联系,分析不同母岩材料、级配和颗粒形状粗粒土三轴试验资料,推算粗粒土的相对破碎率,并探讨分形维数与相对破碎率的关系。研究结果表明:分形维数能定量描述粗粒土的原始级配和缩尺级配,不同缩尺方法得到的粒度分形曲线形态有较大差别,与原始级配的粒度分形曲线有不同程度的偏离,缩尺粒径越小偏离程度越大。在所研究的4种缩尺方法中,分形维数与缩尺粒径的对数呈较好的线性关系;围压越大,破碎分形维数和相对破碎率越大,试验前粗粒土的分形维数越大,剪切试验后相对颗粒破碎率越小。不同母岩、级配和颗粒形状的破碎分形维数与相对破碎率呈幂函数关系,通过分形维数和拟合参数可估算不同围压下的相对破碎率。     

粗颗粒含量对粗粒土密实程度影响研究

粗颗粒土的工程特性与其密实程度紧密相关,而紧密堆积程度是粗颗粒土密实程度的直接体现.根据以往实验结果,粗颗粒土的密实度受到颗粒级配的影响,而P_5含量(大于5 mm粒径颗粒含量)常常作为体现粗细颗粒比例的重要指标.为此,绘制10种不同级配的粗颗粒的累计曲线,使之与Fuller曲线对比以分析不同P_5含量的粗颗粒土的紧密堆积程度,并对所有土样进行分层击实,分析其在不同级配下的密实程度.研究发现:粗颗粒土的P_5含量在75%时其累计曲线与Fuller曲线最接近,可视作是最紧密堆积状态;粗颗粒土P_5含量为75%时具有最大密实程度且具有相对较低的含水率;P_5含量为75%时的级配为良好级配.     

管道回填土粒径级配对土体侵蚀影响试验研究

为了深入探究排水管道回填土颗粒粒径与级配对土体侵蚀的影响，文章搭建长0.5 m、宽0.2 m、高0.7 m的排水管道沟槽试验模型，研究干燥状态下4种单一粒径均质砂层和3种不连续级配砂层的侵蚀敏感性。试验结果表明，对于均质砂层，随着颗粒粒径减小，依次出现直接阻塞、不完全侵蚀、完全侵蚀3种不同侵蚀类型，且不同侵蚀类型可以用临界孔口颗粒尺寸比来划分。通过对临界颗粒粒径砂层的50次重复试验，得出发生3种不同侵蚀类型的概率分别为0.38、0.26、0.36。对于不连续级配砂层，侵蚀量与细颗粒质量比呈正相关关系，和粗颗粒与细颗粒的粒径之比(反映粗颗粒粒径的作用)呈负相关关系。研究成果可为排水管道周围地面塌陷灾害防治及风险评估提供理论依据。     

矸石充填料浆流变特性与颗粒级配相关性试验研究

为了明确矸石充填料浆流变参数与颗粒级配指标的相关性,通过开展不同级配骨料、静置时间条件下的充填料浆流态变化规律试验,研究静置时间、颗粒级配对料浆流态变化的影响。以山西省孝义市新阳某矿矸石胶结充填采煤为工程背景,基于料浆流变特性,分析管道堵塞、磨损机理,得到最优的骨料颗粒级配(2号料浆骨料级配);建立料浆不沉颗粒临界粒径公式,明确2号料浆中不沉临界粒径为14 mm。试验结果表明:料浆的初始剪切力和表观黏度均随着静置时间的延长而增加;料浆的流变特性是个多种模型复合特性的综合体现,随着剪切速率的增加,料浆流变曲线呈上凸状;粒径d10(即粒径累积分布中累积粒径含量达到10%时对应的粒径)、d30(即粒径累积分布中累积粒径含量达到30%时对应的粒径)与料浆的表观黏度和初始剪切力相关性最强,表明0~30μm粒径颗粒对料浆的流变性能影响最大;料浆静置时间越长,表观黏度与粒径d10,d30的相关性强度逐渐降低,而初始剪切力与之相关性则增强。