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。      

结构面剪切特性的试验与数值模拟分析

结构面的性质对岩体工程稳定性具有重要意义,通过室内试验和数值模拟,分析了结构面在直剪条件下的应力和变形特征,得到:①直剪试验过程中.剪力一剪切位移之间的关系逐渐从线性关系转化为非线性关系;当剪应力将要达到峰值剪切强度时,切向位移突然增大,岩体已开始沿结构面剪坏;②试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系;数值计算得到的应力应变关系与室内试验得到的结果相同,说明了数值试验的可靠性;③结构面剪应力的分布从结构面施加切向位移速率的一端向另一端逐渐增大:④随着法向应力的增大,最大剪应力分布区域基本上没有变化,说明法向力的大小对结构面剪应力的分布影响较小:并且根据Mohr-Coulomb理论.正应力在结构面上的分布情况类似于剪切力的分布情况.     

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.     

橡胶砂直剪试验的颗粒离散元细观力学模拟

文章基于颗粒流理论和PFC2D程序,对橡胶砂颗粒混合物的直剪试验进行了数值模拟,并与室内直剪试验的结果相比较,分析了不同竖向应力下混合物颗粒变形的细观机制,探讨了颗粒接触刚度、摩擦系数、孔隙率、剪切速率等细观参数变化对宏观力学特性的影响;从能量变化、力链变化、颗粒分布、速度场、位移场等细观角度分析数值试验结果,揭示了直剪试验中橡胶砂的细观力学性质和颗粒变形规律。研究结果表明:数值模拟能够较好地反映橡胶砂直剪试验的变形规律,得到的剪应力-剪切位移曲线和竖向位移-剪切位移曲线接近试验曲线;颗粒接触刚度、摩擦系数、孔隙率的改变对橡胶砂数值试验的结果均有不同程度的影响,满足加载条件的剪切速率对试验结果影响不大。     

考虑界面摩擦和剪切面积变化的直剪试验剪应力修正方法

鉴于已有的直剪试验剪应力修正公式未考虑剪切过程中上下盒未开缝导致的剪切盒与土样间的界面摩擦,开展了铜板-土样界面摩擦试验,获得了饱和状态下的界面摩擦系数为0.2,提出了考虑界面摩擦和剪切面积变化的直剪试验剪应力计算式.评价了直剪试验测定峰值与残余强度的结果表明:1)修正后的剪应力大于修正前的数值;剪应力相对误差随剪切位移增大而增大,最大可达-12.9%;垂直压力越小,剪应力相对误差越大.2)初始密度对峰值强度相对误差影响较为显著,对残余强度相对误差影响不大.3)不同初始密度下,峰值与残余强度有效内摩擦角相对误差均在±5%以内;峰值与残余强度有效凝聚力相对误差变化范围较大,具有更大的不确定性.4)考虑剪应力修正后的峰值和残余强度抗剪强度指标(有效凝聚力与有效内摩擦角)均比修正前值更大,表明采用不考虑剪应力修正的抗剪强度指标偏于安全.     

土工布加筋土界面摩擦特性试验研究

以延安新机场黄土高填方为依托,以工程实际使用的土工布作为筋材,采用与西安亚星土木仪器有限公司共同研制的土工合成材料试验机,进行了黄土加筋土的直剪试验和拉拔试验,测试了不同压实度条件下筋土界面间的直剪和拉拔强度以及摩擦系数。试验结果表明:1剪切位移与剪应力关系曲线为硬化型,而拉拔位移与拉应力关系曲线为软化型;2土工布与黄土的界面强度在直剪和拉拔条件下均符合莫尔库仑强度理论,土工布与黄土间具有较好的摩擦特性,但相同条件下直剪摩擦系数大于拉拔摩擦系数;3剪切条件下筋土界面强度参数对压实度不敏感,而拉拔条件下压实度对界面粘聚力影响显著。     

不同含水率花岗岩残积土-格栅界面剪切特性

花岗岩残积土可作为回填土应用于加筋土结构,含水率对结构的稳定性具有重要影响。以广州市增城区花岗岩残积土为研究对象,通过室内大型直剪试验,研究了不同含水率（13%、19%、25%、32%）、竖向应力（50、100、150、200kPa）对花岗岩残积土-格栅界面剪切特性曲线、抗剪强度、体变特性的影响。试验结果表明：含水率为13%、竖向应力为50kPa时,残积土-格栅界面剪应力随着剪切位移的增大先升后降,降幅较小,其余条件下剪应力随着剪切位移的增大而升高;格栅加筋能够缓解花岗岩残积土剪应力达到峰值后大幅降低的剪切软化趋势;筋土界面抗剪强度随着含水率的升高而大幅降低,界面抗剪强度系数整体上随着含水率的升高先增加后降低,含水率为19%和25%时格栅加筋的增强效果最佳;筋土界面黏聚力随着含水率的增加先增大后减小,界面内摩擦角随着含水率的升高而降低;13%、19%含水率下筋土界面在50kPa竖向应力作用下发生了剪胀,其余条件下体积应变以剪缩为主。     

高应力下干砂与饱和砂单剪特性比较

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上,对饱和粗砂、干粗砂、饱和细砂、干细砂与钢材、混凝土界面的剪切特性进行了正交试验研究.经过对试验数据的回归分析发现,高应力单剪条件下的剪应力-剪切位移关系曲线段与双曲线模型较一致.干砂界面的初始剪切刚度和界面抗剪强度均大于同基底下饱和砂界面的值.通过对试验数据的方差分析知,相对于土性和基底材料两影响因素,砂的干湿状态对剪切特性的影响比较显著.     

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。     

固结煤矸石抗剪强度特征试验

依据现场大型剪切试验和室内直剪试验,研究了固结煤矸石的抗剪强度特性。试验剪应力-剪位移过程曲线表明,一定含水率条件下的固结煤矸石呈现明显的粘塑性体力学特性。以现场大型剪切试验煤矸石作为试样配料进行了室内直剪试验,分析了含水率和密实度对良好固结煤矸石试样剪应力-剪位移试验曲线以及抗剪强度参数的影响,在此基础上探讨了试样内煤及其它细颗粒的状态变化对固结煤矸石抗剪强度的弱化作用机理,最后对比分析了现场大型剪切试验抗剪强度参数值和室内直剪试验抗剪强度参数值的差异及其产生的主要原因。     

标准砂-钢板接触面剪切失效机理的宏细观研究

为探究标准砂-钢板相互作用失效机理,分析接触面受力变形情况,使用特制的带有观察窗的半模直剪仪对标准砂-钢板进行单调剪切试验,对其应力变形特性进行研究,并利用MiVnt和PFC2D进行细观分析。试验结果表明:标准砂-钢板接触面的剪应力-位移曲线呈现加工硬化,可视为理想弹塑性模式,曲线划分为线性增长、缓慢增长和水平发展三阶段;剪切过程中接触带孔隙率的变化规律和孔隙大小的变化规律相吻合;单调剪切过程中,接触面颗粒运动状态分为三类,对应剪应力-位移曲线的三个阶段,接触面通过颗粒的运动传递剪应力。     

城市生活垃圾的力学性能测试与分析

人工处理台州市黄岩区生活垃圾土试样,分析组分后作固结和直接剪切实验。结果表明:在试样的孔隙比一定时,其瞬时沉降量随含水率的提高而增加,前期增加速度更快;e-lg p曲线兼有黏性土和密实砂土曲线特征;剪应力随剪切位移呈现逐渐硬化的曲线;抗剪强度与法向应力基本成直线关系,符合库仑定律;当含水率在40%～50%时,随含水率增加,黏聚力明显增大,内摩擦角减小。     

原状黄土的剪应变速率效应及数值模拟

为探究不同剪应变速率下非饱和原状黄土的变形性状与强度特性,利用南京土壤仪器SLB-1型三轴剪切渗透试验仪器,通过不同围压、不同剪应变速率条件下的室内三轴UU试验,对非饱和原状黄土在不同初始应力状态的剪应变速率效应进行分析,并结合PLAXIS 3D数值模拟研究,以期为数值模拟室内试验提供参考从而节约时间和成本。研究结果表明:非饱和原状黄土偏应力随应变的增加前期迅速增加,随后增加缓慢,呈现出应变硬化型,硬化程度随着围压的增大而增大,模拟结果的硬化程度小于试验结果的硬化程度。在试验范围内,原状黄土偏应力-应变曲线随着剪应变速率的增加不断上移,破坏强度随剪应变速率的增加而增大,模拟结果中剪应变速率对破坏强度的影响范围小于试验结果。     

砂土单调剪切力学性状的颗粒流模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(PFC2D),采用了两种不同接触刚度模型对福建标准砂常规三轴试验结果进行了细观数值模拟,并探讨了不同围压水平下两种接触刚度模型的适用性.研究结果表明:对于Hertz-Mindlin接触模型,细观剪切模量影响数值试样的宏观变形模量,颗粒摩擦系数影响试样的峰值强度,细观泊松比变化对试样宏观响应影响不大.当考虑一个确定围压水平下的三轴试验模拟时,两种接触刚度模型均能得到较理想的结果;而当考虑不同围压条件时,由Hertz-Mindlin接触模型得到的结果要比线性接触模型更加符合实际砂土的性质.     

基于内聚力模型的沥青混凝土-无机结合料层间剪切试验数值模拟

基于一种本文提出的考虑摩擦的PPR内聚力模型,采用试验与数值模拟方法,针对无机结合料稳定基层沥青路面层间连接薄弱,引起的层间滑移、拥包等病害的问题进行研究。首先,通过直接剪切试验测试沥青面层和无机结合料稳定类基层之间的连接特性,包括：抗剪强度、摩擦系数、剪切位移-剪切应力关系。然后,对层间连接效果进行数值模拟仿真分析,并与试验结果进行比对。结果表明：在法向荷载作用下,层间剪切应力随位移的增大分为三个阶段：剪切应力强化阶段、软化阶段、残余阶段,数值分析结果与试验数据吻合程度较高,证明PPR内聚力模型能够准确的描述半刚性基层沥青路面的剪切行为,也能准确的预测法向荷载作用下复合试件的抗剪强度,在涉及层间行为的路面结构计算中此模型具有应用价值。     

污泥壁面滑移特性检测研究

为了检测城市脱水污泥(含水率80％)是否存在和聚合物HDPE一样的壁面滑移特性,采用旋转流变仪和毛细管流变仪对其壁面滑移现象进行分析研究.结果发现,在旋转流变仪试验的总应力波形中,当应变γo=6.28时应力幅值随时间逐渐下降,不同角频率在三种间距下的剪切应力/速率曲线对间距有明显依赖性,发生壁滑现象.在毛细管流变仪试验...     

对改进西原模型的再认识

从岩石的物理变形机制出发,对改进西原模型的物理意义进行了理论探讨,得出改进西原模型蠕变变形机制是一个强化作用有限发挥、弱化作用累积的过程的结论.分析表明:改进西原模型能够描述简单应力状态下不同应力水平的岩石蠕变特性曲线,在同一应力水平下,可以用蠕变加速度作为判定模型的稳定性判据;将改进西原模型用于直剪蠕变试验,需考虑有效法向应力对长期强度极限的影响,用于三轴蠕变试验,需考虑长期强度极限与围压的关系;对于应变局部化问题,采用改进西原模型必须考虑黏性效应与其他正则化机制的耦合作用.     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

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。