颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

高应力条件下南京砂破碎特性的试验

对南京砂进行了不同终止压力下的侧限压缩试验,研究其高应力下的破碎特性.对试验前后的试样进行颗粒分析,并运用修正后的Hardin模型对其破碎进行了度量,分析了试样的粒径及级配与破碎率之间的关系.结果表明:当应力从20MPa增加到120MPa时,不同粒径土样发生了不同程度的破碎;粒径为0.5～1mm的颗粒在相同的应力下相对破碎Br明显小于粒径为2～5mm的颗粒;2种不同级配的颗粒,级配良好的试样在应力为120MPa时Br为16%,而级配不良的试样在相同应力下Br为26%.因此,颗粒破碎程度随所受压力和颗粒粒径增加而增大,且颗粒级配越差颗粒破碎率越高.     

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。     

一种基于概率密度函数的DEM 试样生成法

离散元模拟颗粒材料力学性能时,为保证生成数值试样级配曲线的连续性以及与所需级配曲线的吻合性,基于概率密度函数法,提出一种用于制备颗粒流离散单元法数值试样的新方法。定义了级配的不匹配度参数,用来定量描述生成试样的级配曲线与原型级配曲线的偏差。对比了该方法和现有试样制备法,并讨论生成颗粒数目对生成试样级配曲线的影响。结果表明,该试样生成法能够模拟任意级配曲线的试样,且生成的数值试样级配曲线具有良好的连续性和光滑性。随着生成颗粒数目的增大,该试样生成法生成的试样级配曲线收敛于原型试样级配曲线。     

颗粒排列角度对砂土剪切特性的影响试验

为了探讨不同砂土颗粒排列角度可能引起砂土剪切特性变化这一工程问题,选取日本标准砂（丰浦砂）土样开展相关研究。通过可以改变砂土颗粒排列角度的特殊矩形容器来实现不同砂土颗粒排列角度的设置,并采用真空预压方式制备试验土样;利用全自动单剪直剪仪进行直剪试验,并采用不同的竖向压力模拟不同深度土层所受上覆土层的压力,探究不同砂土颗粒排列角度和不同上覆土层深度砂土剪切特性的变化规律。试验结果表明：对于排水条件下的饱和砂土,随着砂土颗粒排列角度与竖向压力的增大,砂土的抗剪强度逐渐增大,当砂土颗粒角度从0°增大至90°时,其抗剪强度增大了14%左右,当竖向压力由100kPa增大到300kPa时,其抗剪强度增大了11%;砂土颗粒排列角度的变化对砂土剪切模量的影响较小,但竖向压力越大砂土剪切模量越大;砂土抗剪强度达到峰值强度后会有一定的强度衰减,随着砂土颗粒排列角度的增大,砂土抗剪强度衰减率略有增大,而不同竖向压力时砂土抗剪强度衰减率基本保持不变。     

颗粒破碎在直剪试验中的研究

通过引入颗粒破碎指标Bg,设计8组室内土体直剪试验,研究直剪过程中颗粒的破碎随试样饱和度以及干密度的变化情况。对试验数据进行分析处理,得出以下结论:1直剪过程中土颗粒总是大颗粒减小细颗粒增加;2随着饱和度增大,颗粒破碎指标逐渐减小,并趋于稳定;3随着试样干密度增大,颗粒破碎指标逐渐增大。     

考虑颗粒破碎的堆石料蠕变特性研究

高土石坝竣工之后,坝体内堆石颗粒会不断发生破碎和重组,这在宏观上表现为堆石体不断产生蠕变变形.过大的堆石体蠕变变形会使得大坝防渗体发生破坏,从而危害大坝的安全运行.颗粒破碎是导致堆石体蠕变的主要因素之一,为研究颗粒破碎效应对堆石料蠕变特性的影响,在堆石料单粒强度的Weibull分布和颗粒分形破碎理论的基础上,引入了考虑时间效应的颗粒延迟破坏强度公式,并推求了蠕变条件下堆石料的级配演化过程.之后通过建立蠕变和破碎参量的关系,实现了对三轴试样蠕变变形的计算.最后通过堆石料三轴蠕变试验验证了方法的有效性.新提出的方法不仅能合理预测堆石料的蠕变变形,而且可以较好地反映蠕变过程中试样级配曲线的演化.     

卸载条件下粉砂的抗剪强度特性研究

为了研究卸载条件下粉砂抗剪强度的特性,采用粉砂试样进行了一系列卸载后的室内直剪试验,分析了卸载作用、超固结比(over-consolidation ratio,OCR)、先期固结压力和剪胀性对粉砂抗剪强度的影响。结果表明:对于同样的卸载后竖向应力,OCR越大,相同剪切位移对应的剪应力越大;当OCR较小时,峰值强度基本上随其增加而增加,当OCR较大时,它对峰值强度的影响较小;当卸载后竖向应力较小时,峰值强度随竖向应力几乎呈线性增加,当竖向应力增加到一定数值以上后,竖向应力变化对峰值强度几乎没有影响;并且得到了OCR为1、2、4时,其内摩擦角分别为22.2°、28.0°和31.9°。     

初始组构影响砂土直剪力学性状的数值模拟

文中基于PFC2D 非圆颗粒单元的二次开发,通过制备两种不同初始颗粒定向的数值试样,分别为水平定向(H试样)和竖直定向(V试样),研究了初始组构对砂土直剪力学性状的影响.数值试验过程在对比分析两种不同颗粒定向试样直剪宏观力学响应的同时,从颗粒尺度层面探讨了不同颗粒定向试样的初始组构特征,揭示了初始组构影响砂土直剪的细观力学机理.结果表明,颗粒竖直定向的试样其抗剪强度要高于水平定向试样,在细观机理上不同颗粒定向试样的初始平均接触数有关.     

双向和三向土工格栅筋土界面特性对比试验研究

以双向土工格栅SS20和三向土工格栅TX160为对象,通过开展室内直剪试验和拉拔试验,并对拉拔试验中土工格栅试样4个断面的位移进行量测,研究了SS20和TX160的变形及筋土界面特性,对比分析了SS20和TX160方案的筋土界面剪应力发挥过程和作用机制、土工格栅变形、筋土界面剪胀(缩)特性和强度参数,同时探讨了试验方法对试验结果的影响.研究结果表明:拉拔试验中,TX160的筋土相互作用集中在拉拔端附近,而SS20沿试样全长均能较好地发挥其作用;相比于SS20,增大竖向压力可以更好地增强TX160与周围填料颗粒的相互作用;SS20方案的峰值摩擦角和残余摩擦角均大于TX160方案,但黏聚力刚好相反;竖向压力对直剪试验和拉拔试验所得筋土界面强度参数均有明显影响,实际工程应用中应根据土工格栅的实际应力状态确定合理的试验竖向压力.     

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...     

考虑级配影响的粗粒料压缩破碎特性试验

采用分形维数和级配宽度作为级配的量化指标,通过粗粒料的侧限压缩试验,研究级配对密实粗粒料的堆积、变形以及破碎特性的影响规律。试验结果表明,粗粒料的最大干密度和低应力下的压缩模量均随着分形维数的增大先增大后减小,在分形维数为2.2附近存在极大值;同时,两者均随着级配宽度增大而增大。粗粒料的破碎强度可通过双对数坐标下的拐点表征,破碎强度随着分形维数与级配宽度的增大而增大;破碎强度越高,颗粒破碎率越小;不同级配的粗粒料充分破碎后的最终级配都收敛于唯一的分形分布。     

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。     

大豆粮堆力学特性的直剪试验研究

利用直剪仪针对 6种不同垂直压力(25、50、75、100、125和150kPa)下的大豆粮堆,在0.6、1.0和1.2 mm/min 3种不同剪切速率条件下,进行了系统的试验研究,探讨了剪切速率和剪应力-剪位移曲线规律,分析了大豆粮堆的强度特性和内摩擦特性。结果表明：大豆粮堆剪切变形可分为线弹性阶段、应力强化阶段、颗粒压缩阶段。通过直剪试验测得大豆粮堆抗剪强度符合摩尔-库伦强度准则,大豆粮堆在25至150kPa垂直压力作用下,粘聚力随剪切速率的增大而减小,内摩擦角随剪切速率的增大而增大。在同种垂直压力下,剪切速率越大,剪应力增长越快,但最终会趋于一致。随着垂直压力的增加,大豆粮堆软化程度下降。     

挤压、剪切作用在增稠现象中的作用研究

学者们一般认为浓厚颗粒悬浮液的稠化现象与颗粒间的剪切作用有关,然而有研究者发现,在冲击试验中,颗粒间的挤压作用可能是悬浮液的稠化主要原因。为了区分挤压和剪切行为在浓厚颗粒悬浮液稠化现象中的作用,本文设计了拖球、拖片的对比试验,并且考虑了围压及加载速率的影响。研究结果表明,在稠化过程中,颗粒间的挤压作用占据了主导地位,即颗粒间的挤压作用比剪切作用更容易造成浓厚悬浮液的增稠。围压的存在会影响挤压和剪切的作用力,围压的增大对增稠现象有明显的促进作用;相比于剪切作用,挤压作用对加载速率的促进作用更加敏感。     

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。     

高竖向应力作用下海砂直接剪切特性研究

随着近海工程项目的日益增多,海砂可作为经济性建筑材料,但关于高应力作用下海砂的剪切特性研究未见相关文献。通过研究高竖向应力作用下中等粒径海砂的直剪特性,探究了剪切速率对强度指标的影响,得出以下主要结论:(1)随着竖向应力的增大,海砂应力-位移曲线的软化特性越来越突出。(2)海砂达到峰值应力时的位移大致呈现随竖向应力的增大而逐渐增大的趋势。(3)剪切过程中,竖向位移逐渐减小并趋于稳定,表现出剪胀特性。(4)竖向位移-剪切位移关系曲线在初始过程呈现出轻微的剪缩过程,表现为一个较长的稳定阶段,主要是与材料选择与高竖向应力有关。(5)剪切速率对高竖向应力作用下摩尔-库伦曲线的斜率有一定影响,近似可认为随剪切速率的增大,表现为内摩擦的降低。研究成果对近海工程项目建设有一定的参考价值。     

基于蠕变试验及Burgers模型参数分析的三趾马红土长期强度确定

为了确定重塑三趾马红土的长期强度,首先利用改进的直剪蠕变仪,对甘肃陇东地区三趾马红土进行了剪切蠕变试验,得到了三组固结压力下蠕变曲线。在对各级固结压力蠕变曲线的Burgers模型拟合参数分析的基础上,提出了利用Burgers模型参数中的Maxwell体的黏滞系数与相应的剪应力加载等级之间曲线的最大曲率点确定三趾马红土的长期强度的方法,得到了三趾马红土的长期强度。通过与过渡蠕变法及等时曲线法确定的长期强度值对比,表明基于Burgers拟合参数分析的三趾马红土的长期强度确定方法较为合理。提出的长期强度确定方法及试验结果可对黄土地区受三趾马红土层控制的滑坡的稳定性评价及工程防治提供参考。