低强度相似材料正交配比试验

为准确地配出满足相似模拟试验需求的低强度相似材料,以沙子为骨料,粉煤灰和石膏为胶结料,采用正交试验的方法进行配比试验研究.试验结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,能满足不同比例模拟试验对相似材料的要求;相似材料的抗压强度和弹性模量皆随砂胶比和胶结物比例的增加呈现明显的减小趋势,砂胶比与材料的抗压强度和弹性模量近似呈线性关系,胶结物比例与材料的强度和弹性模量近似呈现乘幂关系;采用极差分析法分析了砂胶比和胶结物比例的敏感度,并作出了其对相似材料力学参数影响的直观分析图,胶结物比例较砂胶比对材料的抗压强度和弹性模量的影响皆更为显著.该成果对相似模型材料配比的选取具有定的参考价值和指导意义.     

基于正交设计的石膏砂浆高岭土相似材料试验

以隧道Ⅳ级软弱围岩主要力学参数为参考标准,配制出了符合此标准的围岩相似材料——石膏砂浆高岭土相似材料(组成成分:石英砂、高岭土、石膏、水、洗衣液),并采用此相似材料进行了试验研究。采用正交试验和极差分析法分析所得力学参数黏聚力、内摩擦角和重度的试验数据,研究了石膏砂浆高岭土相似材料各组成成分对其力学参数的影响,优选出了适于Ⅳ级软弱围岩标准的最佳配比;采用三轴剪切试验和重复试验分析了相似材料在不同围压下的力学特征。试验结果表明,含水率对石膏砂浆高岭土相似材料的力学参数黏聚力和内摩擦角影响最大,当含水率适量加大时,黏聚力快速降低,内摩擦角缓慢升高;当高岭土含量加大或石膏含量减少时,黏聚力明显升高,内摩擦角降低;含砂量对试验结果影响不大;对于相似材料力学参数重度的影响,石英砂最大,其次是水,最后是高岭土和石膏。     

一种页岩相似材料的配制及其力学性能的研究

以地质力学模型试验的相似理论和相似材料的选择原则为基础,以砂子为骨料,石蜡为胶结剂,石膏为调节剂作为相似材料制成了一批可以模拟页岩的模型试件。该相似材料满足相似原理,且具有取材方便、经济成本低、制作工艺简单、成型时间短以及变形量大等优点。对5种不同配比下的软岩相似材料试件进行了大量的单轴、三轴试验,验证了该相似材料模拟页岩具有可行性。结果表明,该相似材料的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角随砂胶质量比的增大而减小,泊松比随砂胶质量比的增大而增大。该研究为进一步的模型试验提供了理论指导。     

影响巷道变形与破坏节理力学参数的正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究了节理力学参数对巷道变形与破坏的影响.选择法向刚度、切向刚度、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、抗拉强度等6个因素、5个水平的正交试验方法进行了相关的UDEC数值模拟试验.试验结果表明:节理法向刚度和内摩擦角是影响巷道变形与破坏最敏感也是最重要的参数,增大节理法向刚度和内摩擦角可显著提高节理的抗变形能力;节理粘聚力和切向刚度对巷道变形也有明显影响.     

基于正交设计的Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料

为配制满足地质力学模型试验分析的Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料,基于正交设计法,使用水、石英砂、粘土、石膏和洗衣液这5种原材料,配制成9组混合材料。以围岩的重度γ、粘聚力c以及内摩擦角φ作为相似材料参照指标,通过直径、高度测量,称重及三轴压缩试验获得了混合材料的试验数据。将原始数据整理后,通过极差分析方法讨论了原材料各因素对相似材料特性的影响。然后调整材料配制比开展重复试验,并进行回归分析。试验结果表明,配制材料的粘聚力、内摩擦角、重度试验值基本覆盖相似材料指标的要求范围;洗衣液对相似材料粘聚力影响最大,而石膏的影响最小;洗衣液对内摩擦角的影响显著,之后依次是石膏、洗衣液和水;对材料的重度影响最大的是土砂比,其次分别为水和石膏,而洗衣液的影响甚微;重复试验配制成的材料符合Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料指标要求;回归分析得到了相似材料配制经验方程。     

Ⅳ级弱膨胀围岩相似材料的试验研究

为了研制Ⅳ级弱膨胀围岩的相似材料,选取河砂、黏土、膨润土和自来水为原料,利用正交试验设计方法,设计了一个L16(43)三因素四水平正交试验方案,并通过称重、直剪、自由膨胀率和干燥饱和吸水实验,得出了各配比的控制指标值,利用极差法分析影响各控制指标的主要因素;试验结果表明:相似材料正交试验的指标值变化范围很大,能够满足相似材料的各项指标要求;含水率是影响黏聚力、内摩擦角的主要因素,膨润土的含量是影响自由膨胀率和干燥饱和吸水率的主要因素。     

基于正交设计的Ⅳ级弱膨胀性围岩相似材料试验研究

为了研制适用于隧道模型试验的Ⅳ级弱膨胀性围岩相似材料,运用正交试验设计理论,以细砂、黏土、膨润土、石灰和水作为原材料,设计了四因素四水平的正交试验方案,进行了称重、直剪、自由膨胀率和干燥饱和吸水率试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数指标。试验结果表明:相似材料在不同配比下的参数指标变化范围较广,能够满足相似材料所需的参数指标要求;运用极差法分析了各因素对相似材料参数的影响程度和趋势,发现相似材料的重度变化主要体现在随骨料增加而增大,黏聚力与内摩擦角变化主要体现在随含水率增大而减小,自由膨胀率与干燥饱和吸水率变化主要体现在随膨润土减少而减小。     

垂直荷重对不同材料改良膨胀土抗剪强度影响研究

通过不同垂直荷重下的直剪试验,探究石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土的内摩擦角、黏聚力以及抗剪强度随垂直荷重级数的改变而变化的规律,验证不同材料改良时的抗剪强度曲线与莫尔-库伦强度理论的相符程度。研究表明,在改良材料及掺量一定时,随着垂直荷重的增加,改良膨胀土内摩擦角逐渐减小,黏聚力逐渐增大。粉煤灰改良时内摩擦角减小幅度最大,黏聚力增长幅度最小;水泥改良时内摩擦角减小幅度最小而黏聚力增长幅度最大;石灰改良时内摩擦角及黏聚力的变化幅度居中。当垂直荷重级数相同时,掺3种材料对膨胀土抗剪强度提高幅度依次为:水泥、石灰、粉煤灰。当垂直荷重级数相同时,掺石灰对膨胀土内摩擦角的提高幅度最大,而对黏聚力的提高来说,掺水泥效果最好;掺石灰改良时,试验所取的垂直荷重对抗剪强度指标的影响程度较大,而粉煤灰改良时,抗剪强度与垂直荷重的关系接近库伦定律,垂直荷重的取值对抗剪强度指标的影响较小。     

不同黏土矿物对岩石相似材料性质的影响

岩石相似材料配比中水敏材料的合理选择是开展水岩劣化作用下岩体工程大型物理模型实验研究的重要基础与前提。从研制适用于开展水岩作用相关物理模型试验相似材料的角度出发,以石英砂、重晶石粉为骨料,水泥、石膏为胶结材料,分别添加膨润土、伊利石粉、高岭土作为水敏性调节剂来制作岩石相似材料,开展了单轴压缩、直剪以及水理性试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数和水理性质指标,并采用单因素控制法深入分析了不同黏土矿物类型与不同掺入量对相似材料试样物理力学性质与水理性质的影响。结果表明：(1)添加黏土矿物的相似材料,其物理力学参数分布范围广,能满足岩石相似材料的需求;(2)黏土矿物的添加显著改变了试样的物理力学性质,随着其掺入量的增加,试样密度、抗压强度、弹性模量以及黏聚力整体呈下降趋势,内摩擦角呈增大趋势,其中膨润土的影响程度强于伊利石粉和高岭土;(3)含有膨润土的相似材料相对于其他黏土矿物吸水率更大,更易于发生崩解,更适合作为研究水岩相互作用的物理模型试验相似材料的水敏性添加剂。该研究成果可为研制适用于开展水岩相互作用的物理模型试验相似材料提供参考。     

石灰掺量对分散性土工程性质的时效影响分析

为研究不同石灰掺量和龄期对新疆某地分散性土长期力学性能的影响,通过改性研究和力学性质试验,探讨不同石灰掺量和龄期下改性土的变形与强度变化规律。结果表明：随石灰掺量增加,分散性抑制效果越好,最大干密度逐渐降低,内摩擦角增大,黏聚力和无侧限抗压强度先增大后减小,压缩系数先减小后增大,最后趋于稳定;随龄期延长,压缩系数减小,黏聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度增大。当石灰掺量为3%时,分散性土改性为非分散性土,无侧限抗压强度达到峰值,龄期为3d、28d时,其强度提高48.24%、252.74%;当掺量为5%时,黏聚力取得极大值,龄期3d和28d的改性土黏聚力分别增加14.67%、50.05%。龄期越长,强度越高,改性土越脆,适应变形能力减弱。     

南阳黄褐土力学特性实验研究

运用应变控制式直剪仪,对不同含水率及粗颗粒砂含量的南阳重塑黄褐土开展直剪实验,分析含水率、粗颗粒砂含量对土体抗剪强度、黏聚力及内摩擦角的影响;实验结果表明:抗剪强度都随着垂直压力的增大而增大;随着含水率的增加而降低;黏聚力、内摩擦角随土样的含水率的增加而减少;含水率低于16%,对内摩擦角影响较小;在16~22%间,含水率对内摩擦角影响明显;含水率大于22%,含水率对内摩擦角影响较小。黄褐土含水率在15%情况下,粗颗粒砂含量影响对其力学特性影响明显:黄褐土和砂粒的含量分别为60%和40%时,重塑土的抗剪强度达到最大值;粗砂粒含量由20%增加到60%,由粗颗粒砂与黄褐土组成混合体的粘聚力迅速减小到最小;粗砂粒含量由60%增加到80%,混合体的粘聚力迅速增加,其粘聚力在砂粒含量60%达最低;砂粒含量由20%增加到50%,其內摩擦角迅速增加到最大,砂粒含量由50%增加到80%,其內摩擦角迅速降低到32.92°。     

秸秆灰渣——大理石灰改良膨胀土试验

利用秸秆灰渣及大理石灰作为添加剂,进行室内改良膨胀土试验,研究改良后的胀缩特性及强度特征.秸秆灰渣含量为0%、5%、10%、15%、20%,根据直剪、无侧限抗压强度特征得到秸秆灰渣的最佳含量10%;在秸秆灰渣最佳含量的基础上继续添加大理石灰,大理石灰含量为10%、15%、20%.在试验过程中综合考虑法向应力、固废物含量对膨胀土抗剪强度的影响,总结出膨胀土改良后的抗剪强度、粘聚力显著提高;秸秆灰渣、大理石灰和素土的最佳质量配比为10:15:75.同时进行了自由膨胀率试验、膨胀量试验、膨胀力试验和强度耐久性试验.研究中涉及的所有配比及含量均为质量分数.     

风化砂改良高液限红粘土强度特性试验研究

针对高液限红粘土易收缩、可压实及水稳定性差等不良性质,该文开展了风化细砂改良高液限红粘土研究。分别研究了不同比例风化细砂改良的高液限红粘土的抗剪强度、加州承载比(CBR)、无侧限抗压强度和回弹模量,得到了不同掺砂比例下高液限红粘土的黏聚力、内摩擦角、CBR值、无侧限抗压强度和回弹模量。研究结果表明,掺砂能够明显提高红粘土的CBR值、回弹模量和内摩擦角,但降低了改良土的抗剪强度、无侧限抗压强度和粘聚力;掺砂对红粘土内摩擦角的影响小于对粘聚力的影响;抗剪强度指标随着掺砂比例的改变呈现不同的变化趋势,掺砂比例从0%增加到10%时,抗剪强度指标的变化幅度较小,当掺砂比例从40%增加到50%时,抗剪强度指标变化幅度最大。掺砂后改良土无侧限抗压强度平均值和代表值均降低,且二者随掺砂比例的变化趋势一致,掺砂比例从0%增加到40%时,抗压强度急剧下降,掺砂比例大于40%时,抗压强度下降平缓。改良土的CBR值和回弹模量随掺砂比例的变化趋势一致,当掺砂比例从0%增加到10%时,改良土的CBR和回弹模量增加幅度较小;当掺砂比例从10%增加到30%,改良土的CBR和回弹模量急剧增加,增加幅度最大;当掺砂比例大于30%时,CBR和回弹模量的增加趋势趋于平缓。研究结果还表明,掺入风化砂可有效降低红粘土的液限、塑性指数及收缩特性,当风化砂掺量超过10%后,红粘土的胀缩总率小于0.7%,达到了路基填料的标准。综合考虑掺砂比例对强度指标的影响,认为掺砂比例为30%时效果最好。     

沥青稳定碎石混合料的抗剪性能

为了评价沥青稳定碎石混合料的抗永久变形能力,通过对三轴受力模型进行分析、简化,利用无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验,对沥青稳定碎石混合料的力学性能和抗剪强度参数进行研究.结果表明:随公称最大粒径、粗集料含量的增大,内摩擦角增大,而粘聚力减小;提高结合料粘度可以明显提高粘聚力,而对内摩擦角影响不大;采用基于无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验得到的抗剪强度参数,可以用于沥青稳定碎石混合料设计.     

剪切速率及二灰掺量对改良风化砂抗剪指标的影响

以石灰、粉煤灰改良风化砂抗剪强度指标为研究对象,通过对风化砂中掺入不同量、不同比例的二灰,进行室内直接剪切试验,改变剪切速率,得到不同剪切速率及二灰掺量对抗剪强度指标的影响规律.试验研究表明:剪切速率对二灰改良风化砂的粘聚力、内摩擦角有较大影响;在相同的二灰比例下,二灰改良风化砂粘聚力随着剪切速率的增大而增大,内摩擦角随着剪切速率的增大而减小;垂直荷重较大时,抗剪强度随着剪切速率的增大而显著减小,垂直荷重较小时,剪切速率对抗剪强度影响较小;在相同的剪切速率下,风化砂的粘聚力均随着二灰掺量的增加而有显著增大,且剪切速率大的粘聚力增幅要大于剪切速率小的粘聚力增幅.随着二灰掺量的增加,风化砂的内摩擦角会先增大后减小,但总体差别不大.     

基于FLAC3D强度折减法的边坡稳定性研究

目的针对影响边坡稳定的几个关键因素:粘聚力、坡角、内摩擦角和土体密度,分析各种影响因素对边坡稳定性的影响程度。方法利用FLAC3D数值计算方法,模拟计算出特定结构中各因素变化时的安全系数,并分析了各个影响因素对安全系数的影响程度。结果计算结果表明,对于边坡坡角变化范围较小的情况下,在粘聚力、坡角、内摩擦角、土体密度4个主要影响因素中,粘聚力对边坡安全系数影响最大,土体密度影响最小。结论说明黏聚力对边坡稳定性的影响最大。     

粗粒含量对砂卵石土宏细观力学特性影响分析

摘 要: 砂卵石土粗粒含量对基坑及隧道围岩等稳定性影响较大,然而不同粗粒含量砂卵石土宏细观力学特性尚不明确。采用室内大型粗粒土三轴试验与数值三轴试验相结合的方法,对不同粗粒含量砂卵石土宏观及细观力学特性开展研究。研究结果表明：随着粗粒含量增加,砂卵石土的应力应变曲线表现为应变软化性;围压不变时,砂卵石土随着粗粒含量增加,应力峰值增大而达到峰值时的应变逐渐减小;建立了砂卵石土粗粒含量与内摩擦角和粘聚力等力学指标之间函数关系,随着粗粒含量的增加,砂卵石土的内摩擦角与粘聚力呈线性增大;提出了不同粗粒含量砂卵石土的接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、接触粘结强度等颗粒离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层工程精细化设计及施工提供理论支撑。     

冻结温度对砂质泥岩力学特性的影响

为了研究冻结温度对砂质泥岩峰值强度、粘聚力、内摩擦角及残余强度的影响规律,分析围压与峰值强度、残余强度的关系,从甘肃新庄煤矿采集砂质泥岩,对加工后的岩样进行干燥和饱水处理,开展常温(+20℃)和不同冻结温度(0℃、-5℃、-10℃、-20℃和-30℃)条件下单轴、三轴力学试验。研究结果表明:冻结温度对饱和状态下试件力学特性影响较大,温度由-5℃降到-30℃时,峰值强度提高了138.13%~161.60%,粘聚力提高了97.52%,残余强度提高了174.94%~324.30%,内摩擦角提高了15.09%,相对而言,冻结温度对内摩擦角影响小;冻结温度对干燥状态下岩石试件力学特性影响相对较小;同一温度条件下,试件峰值强度、残余强度均随围压增大而增大,经拟合呈线性关系,饱和状态下试件峰值强度、残余强度增加幅度大于干燥状态下的相应值。     

低强度相似材料参数敏感性正交试验研究

用相似模拟试验进行低强度相似材料参数敏感性试验,选择铁矿粉、重晶石粉、砂及石膏用量4因素5水平进行正交试验。结果表明,铁矿粉和石膏用量分别对相似材料的容重和抗压强度有显著影响,随铁矿粉用量增大,相似材料容重呈增大趋势,随石膏用量增大,相似材料抗压强度逐渐增大;模拟铁矿体合理配比为:m(重晶石)∶m(铁矿粉)∶m(砂)∶m(石膏)=21∶78∶40∶8。     

含水率和干密度对重塑黄土抗剪强度的影响

干密度或含水率对黄土抗剪强度的研究屡现文献,但二者对抗剪强度影响孰大孰小的报道并不多见,在工程应用中也只是粗略地认为含水率的影响是最大的,缺乏试验和理论依据。基于此,针对含水率和干密度对重塑黄土抗剪强度的影响进行了详细研究,每个影响因素选取4个水平并制定了L16(4~2)的正交试验方案,通过直接剪切快剪试验测定了重塑黄土样粘聚力和内摩擦角并记录了100k Pa竖向压力下抗剪强度的大小,建立了粘聚力和内摩擦角在含水率和干密度作用下的关系式,分别对粘聚力和内摩擦角进行了极差分析及对100k Pa竖向压力下的抗剪强度进行了方差分析。分析结果表明粘聚力在最优含水率附近时最大,低于或者高于最优含水率时减小;粘聚力和内摩擦角随着干密度的增加而增加;相比干密度,含水率对抗剪强度及粘聚力和内摩擦角的影响更大。