级配碎石塑性变形特性及其安定

应用颗粒流理论构建了级配碎石动三轴数值试验方法.通过动三轴室内试验验证了数值方法的可靠性,模拟了级配碎石在动荷载作用下的塑性变形规律.通过塑性变形累积方程探讨了级配碎石破坏临界应力与破坏临界应变.结果表明,级配碎石塑性变形数值试验结果与实际安定行为规律吻合;级配碎石的合理破坏临界应变为2.5%,在此临界应变标准下,级配碎石临界应力与围压呈现比例相关关系,比例系数为4.95;提高围压可以显著强化级配碎石的抗塑性变形性能.     

长期动载下级配碎石的塑性变形与临界应力

采用中型动三轴仪,在不同围压、不同动应力条件下,研究了级配碎石基层在长期车辆荷载作用下塑性变形的发展规律和分布状态.结果表明,在围压一定时,随着动应力的增加,级配碎石的塑性变形曲线可分为稳定型、衰减型和破坏型,3类塑性变形的分布确定了2个临界状态;临界动应力随围压线性增加,临界动应力比随围压呈对数递减,且两临界应力比在高围压下有趋同态势;级配碎石的塑性变形与动应力水平为指数关系,稳定临界和破坏临界的动应力水平分别为0.79和1.00;典型路面结构应力分析表明,标准荷载下级配碎石过渡层的应力水平为0.72~0.92,小于破坏临界应力水平,级配碎石在长期荷载作用下的塑性变形处于较稳定状态.     

级配碎石动三轴试验的数值模拟方法

为了高效、深入地研究级配碎石材料动态特性,开发了级配碎石动三轴试验的数值模拟方法.基于PFC2D构建了级配碎石动三轴试验的数值模型,通过数值模拟分析了试验条件和微力学参数对模拟结果的影响规律,提出了模拟方法的试验条件及其微力学参数标定方法.结果表明:当试件高度大于40 cm、直径大于20 cm时,试件尺寸对其轴向应变模拟值影响甚微,建议模拟试件尺寸为20 cm×40 cm;结合汽车荷载对路面作用规律,确定动载作用和作用间隔时间分别为0.2和1.8 s;失稳偏应力随围压增大而增大,轴向应变随法向刚度、切向刚度和摩擦系数的增大而减小;轴向应变与动载作用次数曲线的模拟结果与室内实测结果基本吻合,证明模拟方法是可靠的.     

循环荷载作用下剑麻纤维加筋砂残余变形及刚度变化分析

通过一系列动三轴试验,研究了循环应力水平和围压对纤维加筋砂变形与刚度的影响,分析了不同围压和应力幅值条件下,纤维加筋砂的残余轴向应变、残余体积应变以及动态杨氏模量的动态响应规律.试验结果表明:随着循环应力水平的提高,残余轴向应变的发展呈现出塑性安定、塑性蠕变与塑性破坏3种不同的机制;应力幅值越大,残余轴向应变和残余体积...     

级配碎石双轴数值试验方法及其影响因素

利用颗粒流理论建立了级配碎石(GBS)接触本构模型,同时构建了级配碎石双轴数值试验方法.分析了双轴数值试验的影响规律,并验证了双轴数值试验方法的可靠性.结果表明:采用应变率控制模式比采用位移控制模式所得数值试验结果更稳定;加载速率为0.5%·min-1、试件尺寸为Φ300mm×h600mm时,加载速率和试件尺寸对数值试验结果影响甚微;偏应力随围压的增大呈线性增大;泊松比对数值试验结果影响较小;偏应力峰值随摩擦系数与剪切模量的增大接近于线性增大.     

基于级配方程的粗粒料级配演化预测模型

为了揭示粗粒料级配随应力应变演化的规律,建立粗粒料"应力应变→破碎指标→级配分布"的数学模型(SBG模型)。首先,引入1个适用性良好的级配方程来描述土体的级配,其级配参数为b和m;同时,定义1个新的破碎指标BW,并将BW和破碎指标Bg建议为该模型所需的2个破碎指标。其次,推导并且验证BW和Bg与级配参数b和m的数学关系,实现"破碎指标→级配分布"这一目标。根据粗粒料的三轴试验结果总结三轴试样破坏时BW和Bg与围压σ3之间的关系、三轴试样在剪切过程中BW和Bg与平均正应力p和广义剪应变εs之间的关系,实现"应力应变→破碎指标"这一目标。将以上2个部分联合,即可得到"应力应变→破碎指标→级配分布"的数学模型(SBG模型)。研究结果表明:本文提出的模型可以用来描述三轴应力状态下粗粒料级配随应力应变演化的规律。     

不同应力条件下饱和尾粉砂的静力学特性

为了得到饱和尾粉砂在高应力条件下的静力学特性,通过不排水静三轴试验分析了饱和尾粉砂在不同围压下的应力-应变规律、孔压-应变曲线的增长规律以及应力路径。结果表明：在低应力条件下孔压增长相对缓慢且土颗粒间的相对作用力较小,剪胀现象明显;当围压升高后土体被逐渐压密则表现出了应力增量引起的应变增量越来越小的现象;当围压到达一定值后表现出类似于脆性材料的破坏形式;随着围压的升高土样孔隙水压力逐渐增大;破坏时的偏主应力随着围压的增大先增大后减小;高围压和低围压的应力路径破坏线斜率相反。     

粗粒土路堤填料力学特性及其细观模拟研究

为了研究粗粒土填料在荷载及降雨入渗作用下的力学特性变化规律,采用Autotriax全自动三轴试验系统对粗粒土填料进行静三轴试验。基于试验所得力学参数,结合颗粒流软件PFC3D对试验进行细观模拟研究,通过自编程序引入接触黏结模型,对比分析粗粒土在不同围压、含水率和压实度下的力学特性及变形规律。研究结果表明:运用PFC3D软件进行静三轴试验模拟,通过数值分析得到的应力-应变曲线变化趋势与室内试验结果变化趋势较一致;试件的体应变在高围压时表现为整体剪缩,低围压时表现为先剪缩后剪胀;随着应变增加,黏结断裂点快速发展,试件由单一的中间部位挤压呈现出多个潜在的剪切面,且颗粒间的黏结破坏具有滞后性,试件内部演变规律与应力-应变曲线变化规律相一致。     

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明：改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。     

钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验

针对相同粒径和级配的钙质砂与石英砂,通过单粒径三轴渗透试验和混合粒径三轴剪切渗透试验,对比分析单粒径砂渗透性受围压的影响规律,以及三轴剪切过程中混合粒径砂渗透性演化行为的差异.三轴渗透试验结果表明:钙质砂渗透性随围压的升高而降低,随粒径的增加而增加,与石英砂规律相似,钙质砂渗透系数与围压表现出较好的指数关系;在同级配条件下,钙质砂的渗透性小于普通石英砂;在给定围压和渗透压的条件下,钙质砂渗流量和时间呈现线性关系,依然服从达西定律.三轴剪切渗透试验结果表明:在较低围压下,钙质砂变形由剪缩到剪胀,渗透系数随应变的增加先下降,后升高,石英砂变形规律及渗透规律与钙质砂相似;在较高围压下,二者差异明显,钙质砂变形表现为剪缩特性,且伴有一定量的颗粒破碎,渗透系数降幅由快变慢直至稳定,而石英砂无论是变形规律还是渗透规律,均与较低围压下一致.     

甘孜地区高填方回填土三轴试验研究

对甘孜地区非饱和高填方回填土(灰岩碎石土、全风化变质砂岩、粉质粘土)进行三轴不固结不排水试验研究,对不同压实度、不同含水量、不同围压下试样的破坏形态、破坏点轴向应变、应力应变关系、残余强度、抗剪强度指标等进行对比分析。试验结果表明:试样破坏形式与含水率和围压有关,含水率越高,围压越大越容易出现鼓胀破坏、越不容易出现剪切面;破坏点轴向应变与含水率和围压大小有关;分析三种土的粘聚力和内摩擦角随含水率的变化趋势发现甘孜地区粉质粘土遇水稳定性最差,灰岩碎石土遇水稳定性最好。     

低围压下埕北海域重塑粉土动强度特性

为了探讨低围压下粉土的动强度特性,利用低围压条件下固结不排水振动三轴试验,对埕北海域3种不同黏粒质量分数的重塑粉土进行研究。结果表明:低围压条件下埕北海域重塑粉土的破坏准则采用以往的破坏准则不合适,将应变达到2%～3%作为低围压条件下粉土的破坏准则;低围压条件下粉土动应力曲线具有幂函数曲线特征;粉土动强度受固结比的影响,动强度的最大值出现在固结比约为1.5;低围压条件下埕北海域重塑粉土内摩擦角介于8.6°～15.26°,内聚力介于1.20～4.86 kPa,临界循环应力比为1.45。     

液压轴压作用下陶瓷的统计损伤本构模型

基于陶瓷内部缺陷分布的随机性,建立Mises破坏准则液压和轴压共同作用下陶瓷材料的损伤本构模型.利用泰勒级数将本构方程中的exp[-((ε1)/(ε*))~m]项展开,由于陶瓷的应变仅为10~(-3)量级,只取展开后的前四项,将本构方程简化.利用Al_2O_3陶瓷的准静态轴向压缩试验确定模型里面的参数,并得出与峰值应力对应的累积损伤度(即临界损伤度D_c).结果表明:模型参数少且易于确定;模型能反映围压效应,即可以体现陶瓷材料强度随液压变化的规律,可以通过不同围压下陶瓷应力—应变全曲线特征及在不同围压下峰值应力与应变确定模型参数;模型参数确定方法揭示了模型参数的物理意义;临界损伤度D_c与峰值应力一一对应,因此,D_c可以作为与强度参数类似的量表征破坏与否.     

级配碎石基层填料回弹模量特性及预估模型研究

采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比设计不同的透水性级配以及用于对比的常规骨架密实型级配,通过控制剪应力比设计不同水平的围压和循环偏应力组合,开展不同应力路径下的重复加载三轴试验,研究级配和应力状态共同影响下级配碎石基层填料回弹模量的变化规律;针对60组室内重复加载三轴试验数据,对比分析14种回弹模量预估模型的预测效果,进而提出可同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型,并验证模型的准确性。研究结果表明：同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型的准确性较高,对级配碎石基层填料回弹模量的预测精度更高,可为透水性基床级配碎石填料的高效利用和可持续推广提供理论依据和技术参考。     

饱和重塑黄土动力反应的数值模拟

将具有粉质黏性的马兰黄土重塑后制成饱和试样,进行了一系列的固结不排水动三轴剪切试验,得到不同动应力幅值下的应力应变曲线.以双曲线型骨干曲线为基础,以动态骨干曲线假设为条件,推导了复杂动荷载下用轴向动应力应变表示的卸载、再加载曲线方程.从应力应变曲线和能量消耗两方面对固结不排水动三轴试验进行了数值模拟分析,并与试验结果进行比较,结果表明:当动应力幅值与固结围压之比在一定范围内时,两者的阻尼比接近;当动应力幅值较大时,两者的卸载曲线较为一致.提出的数值方法能较好地模拟重塑饱和马兰黄土的固结不排水动力反应,可为马兰黄土地区的土动力反应分析提供参考.     

深埋隧洞饱和原状Q2黄土三轴剪切特性试验

为进一步探讨饱和原状Q₂黄土在三轴应力状态下的变形、孔隙水压力变化以及强度特性,利用GDS多功能三轴仪,对甘肃引洮输水工程15^#隧洞原状黄土进行了常规三轴不排水剪切试验.通过对试验数据的整理与分析发现:在常规三轴不排水剪切试验下,原状Q₂黄土的应力-应变曲线呈应变软化型,表现为脆性破坏;随着围压的增大,曲线的软化性状减弱;在土的峰值强度出现前,变形几乎近似"弹性".土在剪切过程中产生正孔隙水压力,曲线在低围压下具有峰值压力,变化似软化型;在高围压下孔隙水压力随着轴向应变的增加而增大.随着围压的增大,原状Q₂黄土的破坏应力随之提高,有效应力路径曲线形态呈相似的直线形.     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力的影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常被设置在隧道路面下以排出基岩渗水.文中利用动三轴试验模拟了基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型以表征其力学特性,并采用非线性有限元法分析了路面受力.结果表明:动三轴试验可较好地模拟级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映级配碎石在隧道路面中的应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数的变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面底的最大拉应力变化率越小;为了兼顾级配碎石层的排水渗透功能和改善路面受力状态,应严格控制级配,特别是粒径0.075mm以下的含量宜控制在5%～7%,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间.     

级配土的力学性能试验

为了确定振动压实仿真分析时土壤的本构关系(应力-应变关系)及性能参数,对级配土的动三轴试验数据和直剪试验数据进行回归分析,研究了级配土的强度参数和应力-应变关系.试验结果表明:级配土的粘聚力c和内摩擦角φ均随干密度的增加而增加,随含水量的增加而减小;取对数后,lg(c)、lg(φ)与级配土干密度、含水量具有较好的线性关系;振动荷载下,级配土的动应力-动应变关系受固结应力、干密度和含水量的影响较大,在低固结应力时,级配土的动应力-动应变近似呈线性关系.     

黄土的含水量对结构性的影响试验研究

以西安地区黄土为试验材料,通过室内三轴试验,分析黄土在不同含水量下的应力应变关系,得出了土在不同含水量下的应力应变关系.并通过对应力应变关系分析,得到黄土结构性和强度主要受初始含水量、围压和密度等的影响,这些因素决定黄土的应力应变关系和黄土破坏的形式.     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性，采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明，未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线，在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性；冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势，200 kPa围压时，初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时，初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律，轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大，8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大；应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。