泥石流宽级配砾石土中最优细粒质量分数试验研究

宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数可最大限度地降低其渗透性,抑制拦砂坝底扬压力,保障工程安全.通过击实试验和理论分析,研究了宽级配砾石土中细颗粒质量分数对土体干密度(孔隙度)的影响,确定了泥石流堆积物中最优细颗粒质量分数.研究表明,土体干密度与细颗粒质量分数的关系呈抛物线型,抛物线顶点即为最优细粒质量分数.理论分析表明,细粒质量分数在15.5%~20.6%时,粗颗粒孔隙被细粒填满;土体最优细粒质量分数理论值为20.6%,粗、细颗粒均处于最紧密堆积,干密度最大,孔隙度最小.理论计算未考虑粗颗粒的级配和颗粒本身的不规则性,计算结果较实际值偏大.击实试验表明,泥石流宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数在15.68%~16.92%之间;土体干密度趋于最大,孔隙度达到最小.因此,为有效降低泥石流拦砂坝基底扬压力,建议坝基砾石土中细颗粒质量分数保持在16%~20%.     

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.     

水平和竖向渗流情况下砾石土渗透性的对比分析

目前对土料的渗透性和抗渗性能的试验研究多采用竖向渗透仪,土料水平方向的渗透试验开展得很少.然而,土料的水平方向的渗透性一般大于竖向,因此,土体中渗流的优势方向往往是水平方向.基于不同条件下的渗透试验结果,研究水平和竖向渗流情况下砾石土料渗透性的异同,分析探讨不同试验结果的差异及其影响因素.分析结果表明,不同的砾石含量、不同反滤料密度和级配情况下,水平渗透试验测得的试样的渗透性都大于竖向渗透试验的测值.两者的差异随砾石土的砾石含量、反滤料密度和颗粒尺寸的增大而增大.     

紧密堆积优化炸药粒度级配技术研究

以Dinger-Funk模型和可压缩堆积模型为基础,对炸药进行颗粒级配和堆积密实度的计算;并以黑索今炸药进行实验,验证了计算结果的准确性,探讨了炸药体系中细颗粒添加量对堆积密实度的影响。结果表明,经过粒度级配可以实现炸药粒度分布的优化,用可压缩堆积模型可以很好地预测炸药的堆积密实。在满足紧密堆积——Dinger-Funk粒度分布模型条件下,级配后的堆积密实度度提高了16%;只增细颗粒时,堆积密实度与原材料的粒度分布相关联。     

NiFe2O4尖晶石粒度级配对振实效率的影响

根据Furnas模型及线性堆积理论,研究了两种粒径颗粒的级配及细颗粒体积分数对NiFe2O4尖晶石基料振实堆积效率及空隙率的影响,发现随着粗细颗粒粒径比(R)的增大,NiFe2O4尖晶石基料振实堆积效率(E)也相应增大,空隙率减小,且当细颗粒体积分数为30%～40%时,体系的振实堆积效率最大·将粒度分布最宽即粗颗粒尺寸为1 00～0 85mm的试验结果与理论计算值相比较,发现当R≤5时,Furnas模型适用于该体系,但当R≥7时,Furnas模型中的参数C2为6时更适合·     

颗粒粒径和吸附水膜对细粒土渗透性的影响

细粒土的渗透性因受诸多因素影响而难以通过计算准确得到。对此,将其简化为单一粒径球形颗粒的堆积体,建立基于最密实状态下四方堆积方式的土颗粒堆积模型,并采用基本单元对堆积模型的几何特征进行分析。研究发现:只要堆积体和颗粒间的尺寸比超过10 000,细粒土的孔隙率就与粒径无关;但随吸附水膜的增加而减小,渗透系数随粒径减小而急剧减小,随水膜厚度增大而大体呈减小趋势,但不同粒径减小幅度不同,较大颗粒(粒径大于0.05 mm)减小幅度很小,且基本呈线性趋势,极细颗粒(粒径小于0.001 mm)减小幅度很大,且呈非线性趋势。已有渗透试验测试值验证了不同粒径和水膜厚度下渗透系数计算值的变化趋势,且黏粒渗透系数的计算值与实测值吻合很好。     

宽级配砾石土的应力路径试验及其本构模型验证

介绍了宽级配砾石土的几种应力路径试验结果，分析了该土料的变形特征，讨论了目前土的本构模型理论。邓肯非线性模型和修正椭圆抛物双屈服面模型模拟应力路径转折的计算结果表明，它们可用于宽级配砾石土的应力变形计算。     

逐级降温工况下道基含盐砾质土盐-冻胀特性

为探明多因素影响下道基含硫酸盐砾质混合料的盐-冻胀变形特性及特征温度，基于天然级配、剔除大于60 mm粒径颗粒级配及添加5%含量(质量分数)细颗粒级配3种试样，分别开展3种含水率、7种不同含盐量条件下的盐-冻胀试验及冻结温度测定试验，结合PFC3D数值模拟，探究颗粒级配、含水率、含盐量对道基含硫酸盐砾质混合料的盐-冻胀变形规律及冻结温度特性的影响，并揭示其作用机理。研究结果表明：含硫酸盐砾质混合料的冻结温度主要受土体含盐量、含水率所对应的等效硫酸钠质量分数的影响；由于受试验降温方式及试样低含水率、低含盐量的综合影响，试验中未能监测到土试样的过冷温度；道基含硫酸盐砾质混合料的宏观盐胀温度低于冻结温度，添加5%含量细粒土试样的冻结温度略低于其他2种试样，3种试样的冻结温度为-1.58℃～0℃;试验土体的盐-冻胀变形率整体随含盐量、含水率的升高而增大，仅剔除大于60 mm粒径颗粒级配的盐-冻胀变形率与天然级配整体相差不大，而添加5%含量细颗粒使土体的盐-冻胀变形率提高3%～30%,提高程度受土试样含水率和含盐量的影响较大；5%含量细颗粒填充了试样中的大孔隙，减小了孔隙体积，对道基含硫酸砾质混...     

基于PFC3D的复杂结构颗粒体的计算机模拟

影响土的渗透性因素有很多,其中最主要的一个因素是孔隙的大小.构成混土的骨料、砂、矿物、碎石等颗粒在不考虑水化作用形成的堆积体的孔隙特征与土的渗透性系数密切相关,利用PFC3D研究了颗粒级配特征对在自重作用下达到密实颗粒堆积体系孔隙率的影响.     

泥石流源区宽级配砾石土渗透特性试验研究

对泥石流启动机理的研究表明,源地土的渗透特性具有重要的作用。通过原位双环渗水试验,对汶川地区典型泥石流沟源地土进行了原位测试,得到了初渗率与稳渗率值。对张家坪沟源地土入渗过程分析表明试样颗粒粒径较大,块石含量较多,细颗粒含量较少,孔隙裂隙较为发育,土体结构较为松散,是该区域入渗过程中达到稳定渗流的时间较长、渗透率较大的主要原因。各区域渗透系数间的差异主要由土体结构、级配特征和物质来源不同所造成。国内外相关研究根据不同土体的入渗规律提出了Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型,使用Kostiakov、Philip和Horton三种入渗模型对入渗过程进行拟合,结果表明Kostiakov模型相关性最好,能准确的反映源地土的渗透过程;同时Kostiakov模型参数计算表明,a值在26.62~65.94之间,表明入渗过程中渗透速率衰减较快。除张家坪沟外,n值均大于0.4,表明入渗过程中土体结构变化较大,张家坪沟土体块石骨架作用较强,因此土体结构变化较小,较为稳定。     

伊朗德伊高铁沿线高中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性

为了探究高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性,依托伊朗德黑兰至伊斯法罕高速铁路项目,通过沿线盐渍土地基的现场浸水载荷试验与原位渗透试验,结合室内重塑盐渍土试验结果,对高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透特性进行研究分析。试验结果表明:中溶盐的含量对盐渍土渗透特性起着显著的影响,高含量中溶盐粗颗粒盐渍土的渗透溶滤变形主要由渗流场作用下石膏结晶颗粒遇水软化崩塌造成,与级配相似且中溶盐含量较低的盐渍土相比渗透系数均有大幅度降低;中溶盐含量越高,在荷载作用下渗透系数减小越明显;盐渍土粗颗粒所起的骨架作用越强烈,浸水过程中中溶盐含量对地基土的渗透特性的影响作用越不明显;对于不同颗粒粒径的盐渍土,在1%、3%、5%等不同中溶盐含量的范围内随着其含量的变化,渗透系数变化规律也不同;中溶盐含量超过一定范围时,呈现出中溶盐对盐渍土渗透性具有抑制作用的特征;中溶盐含量越低,易溶盐含量对其渗透性影响越显著。可见盐渍土颗粒粒径、中溶盐含量以及易溶盐含量对其渗透特性影响显著。     

砾粒掺入对黏土断裂韧度的影响

以探究土体断裂韧度特性为目的,采用改进后的标准三点弯曲试验,消除了自重对试验结果的影响,在掺入不同含量和不同粒径大小的砾粒的情况下,制备相同含水率、干密度和初始裂缝的试样,测试其断裂韧度的变化以及观察裂缝扩展规律.结果表明:当掺入砂砾含量在0%~20%的时候,断裂韧度随着砂砾含量的增高而逐渐降低;当掺入砂砾的粒径在2~40mm的时候,在相同砂砾含量情况下,其断裂韧度随着掺入粒径的增加而增加;当掺入砂砾的粒径在0.75~2mm的时候,在相同砂砾含量情况下,其粒径大小对断裂韧度值没有明显影响;掺入颗粒的粒径大小会影响裂缝的扩展方向和发育数量,与掺入粗砾的试样相比较,掺入细砂的试样在裂缝区域更易于出现细小的网状裂纹,而掺入粗砾试样中的裂缝在扩展过程中更容易出现弯折现象.     

粗颗粒土颗粒破碎影响因素试验研究

通过室内粗颗粒土的大型三轴和单轴试验,对粗颗粒土的颗粒破碎特性进行了研究,并分析了粗颗粒土母岩性质、级配、围压及应力状态对颗粒破碎的影响.结果表明:粗颗粒土的母岩强度或细颗粒含量越高,或粗颗粒土的浑圆度越好,颗粒破碎率越小;随着围压和应力的增大,粗颗粒土的颗粒破碎率也呈增大趋势.     

变水头下管涌细颗粒迁移试验

为研究洪峰过境堤基发生管涌时内部细颗粒运动及迁出规律,采用变水头模拟洪水,对间断级配无黏性土进行室内管涌试验。以常水头下管涌规律作为对照组,使用彩砂追踪管涌过程中细颗粒的迁移,依据试验结果对不同细颗粒含量和不同孔隙比试样的渗透系数、细颗粒流失量等进行了分析。结果表明:变水头作用下,细颗粒在下降段存在逆流运动;细颗粒流失主要集中在下游,相同试验条件下,变水头流失的细颗粒比常水头多,迁移通道贯通范围大;细颗粒含量越大,孔隙比越小,在水头循环后最大破坏水力梯度差越大,细颗粒流失越严重。     

基于浸水载荷试验的粗粒填土地基工程特性研究

以贵州省凯里市某建筑场地的大区域粗粒填土地基土为例,对填土的物源组成、粒度级配、最大干密度、最优含水率、压实度、密实度等物理力学指标进行了室内实验和原位测试研究的基础上,选择3个代表性试验点开展了初始浸水压力为200 k Pa的浸水载荷试验研究。研究发现粗粒填土地基浸水载荷试验的荷载与沉降关系曲线表现出四个不同变形特征的变形阶段,即细颗粒压缩变形阶段、细颗粒软化蠕变变形阶段、粗颗粒压缩变形阶段和粗颗粒剪切滑移变形阶段。结合填土地基的粒度组成和结构特征,分析了各变形阶段对应的内在变形机理。研究认为,揭示粗粒填土地基的变形机理对建筑物地基采用变形控制设计具有重要的指导意义,有利于克服填土地基上因填土不均匀性造成建筑物不均匀沉降的传统难题。     

双酚A在不同级配土壤中的吸附特性试验

通过土壤吸附试验研究不同级配土壤对双酚A(BPA)的吸附特性,并分析了土壤颗粒特性、水力特性与土壤吸附特性间的相关关系。试验结果表明:不同级配土壤对BPA的吸附均为非线性吸附,可用Freundlich吸附等温模型描述;粒径小于0.075 mm的土壤颗粒对BPA的吸附接近线性吸附,非线性因子为0.979;粒径0.01 mm以下颗粒质量分数与土壤吸附能力成正比;土壤吸附能力与土壤渗透系数大小成反比,随着渗透系数增大,土壤对BPA的吸附能力趋于恒定值。     

基于人工神经网络的砂石混合体密实度计算方法

提出基于人工神经网络的砂石混合体密实度预测模型,建立砂石混合体密实度与砂、小石子和大石子掺量及密实度之间的映射关系.研究结果表明:随着砂率的增大,混合体的密实度先增大后减小,这与试验结果相符合.     

堤(坝)基层状粗粒土发生渗透变形的颗粒运移规律

堤(坝)基常出现强弱互层的土层结构,具有代表性的主要由强透水砂砾石层、弱透水细砂层和强透水砂砾石层组成,渗透时各土层微观的颗粒运移规律对于揭示堤(坝)基渗透变形和破坏机理至关重要。采用三维颗粒流程序并结合"反演模拟法",准确对颗粒细观参数进行了标定,有效的模拟了该多层堤(坝)基渗透变形的发展过程,获得了堤(坝)基渗透变形过程中的颗粒运移特点及颗粒流失情况。结果表明:渗透破坏主要发生在上部砂砾石层中,随着渗透破坏的持续发生,逐渐影响下部土层,该层中细颗粒在粗颗粒孔隙间移动而后逐渐流失,属于典型的管涌破坏。中间细砂层在上部砂砾石层管涌破坏后,其颗粒最先在管涌口正下方Z4区发生流失,其余区域颗粒流失相对较晚,且颗粒流失量均随着计算时间步的增加而增加,导致细砂层出现小范围的变形。随着计算时间的增加,上部砂砾石层的下沉量是逐渐增加的,当上部砂砾石层细颗粒流失达到一定程度,堤(坝)基发生破坏,将对上部建筑物产生重大危害。为从微观角度认识多层堤(坝)基流渗透破坏提供了一定参考。     

基于离散元理论的自然崩落法放矿细颗粒渗移过程研究

为探讨自然崩落法放矿过程中废石细颗粒的渗移规律及诱因,利用离散元软件EDEM分别从粗细颗粒数量比、直径比及矿岩含水率三个方面对细颗粒的渗移过程进行模拟,并设置标志颗粒对不同区域的相邻粗细颗粒进行跟踪。研究结果表明：放矿提前贫化率随粗细颗粒数量比的增大不断降低;废石细颗粒渗移速率随粗细颗粒直径比的增大而增大,且受含水率影响显著;相邻位置的细颗粒的渗移速度大于粗颗粒的下降速度。研究结果为进一步探讨矿石损失贫化、确定采场结构参数及优化放矿管理制度提供理论支持。