红层泥岩击实作用下的破碎分布及破碎率指标的局限性

红层泥岩填料在西南地区的工程建设中使用较为广泛,其压实后颗粒的强度,渗透性与颗粒的破碎和实际分布情况息息相关。通过配置不同含水率,不同粗细比的泥岩试样,从红层泥岩击实后颗粒级配,破碎率等方面对颗粒破碎特征进行了对比研究。结果表明,含水率的增高以及粗颗粒含量的增多均会加剧岩土体的破碎效应。击实后试样的级配更加连续,且在含水率达到10%以后,水对颗粒级配的调节以及对粗颗粒破碎的影响较小。当P5初始值一定时,颗粒的破碎率随着含水率的增大而增大;当含水率一定时,破碎率与P5值呈正比例关系。破碎率在评价水作用影响下的破碎与实际较为符合,但用于评价其他因素对破碎的影响具有一定局限性。     

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。     

废旧回收沥青路面材料的强度特性

为了研究作为路堤填料的废旧回收沥青路面(RAP)材料的抗剪强度特性,通过击实试验确定其最优含水率及最大干密度,考虑不同季节施工环境温度及路堤填筑高度的影响,分别对不同温度下的击实试样进行不同围压下的三轴固结排水剪切试验,探讨围压和击实温度对RAP材料强度特性的影响.试验结果表明:破碎后的RAP材料级配良好,与砾类土相类似,属于较好的路堤填料;击实温度和围压对三轴固结排水剪切强度特性有显著的影响,相同围压下,随着击实温度的升高,击实后RAP材料的孔隙比降低,固结排水强度提高;相同击实温度下,围压越大,RAP的初始切线模量越大,抗剪强度越大; RAP黏聚力随击实温度的升高呈线性增加,内摩擦角受击实温度影响较小.     

间断级配土石混合料力学特性试验和本构模型

为研究山区筑路填料中常见的间断级配土石混合料的力学特性,采用SZ30-40DA大型三轴试验仪对间断级配土石混合料进行三轴剪切试验,分析了不同含石量和围压对间断级配土石混合料的应力-应变关系、抗剪强度参数、刚度、孔压、内摩擦角以及黏聚力的影响,并结合邓肯-张模型和幂律模型对间断级配土石混合料的适用性进行分析。结果表明：不同含石量下土石混合料的应力-应变曲线均呈现出应变硬化特征,无应变软化特征;当含石量较低时,应力-应变呈现出一条平滑的曲线,随着含石量增加,应力-应变曲线呈现出明显的“跳跃”现象;土石混合料的抗剪强度随含石量和围压的增加而增大;不同含石量混和料在剪切过程中,粗颗粒表现出不同的破碎程度,含石量增加破碎率增大;内摩擦角随含石量的增加而增大,而黏聚力随含石量的增加而减小,含石量(质量分数,下同)为70%时,内摩擦角达到最大,黏聚力最小;刚度在前期软化现象明显,随着含石量的增加,土体表现出一定的骨架作用,抵抗变形的能力增强;孔压受轴向应变和围压影响较大,随轴向应变的增大先增大后减小,随围压的增大而增大;邓肯-张模型在应用于间断级配土石混合料时存在一定的差距,而幂律模型的拟合度较邓肯...     

粗粒土大型单剪颗粒破碎试验研究

使用新研制的大型单剪仪,对粗粒土的颗粒破碎及粗粒土一结构接触面进行了系统的试验研究,分析了试验中影响颗粒破碎的主要因素及颗粒破碎对粗粒土一结构接触面应力应变特性的影响.试验结果表明,颗粒破碎率随着法向应力的增大而增大,颗粒破碎受剪应力大小的影响程度随着法向应力的增大而减小.     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩强度特性及其劣化机制

为明确干湿循环对预崩解炭质泥岩强度特性和微观结构的影响,通过三轴剪切、扫描电镜试验,分析其强度特性和微观结构参数随干湿循环次数的变化规律,并结合强度指标和微观结构参数之间的联系,揭示预崩解炭质泥岩强度劣化机制。研究结果表明：6次干湿循环后,预崩解炭质泥岩黏聚力和内摩擦角降幅分别达60.10%和8.83%;随干湿循环次数增加,圆形小孔的数量始终最高且呈增大趋势,平均面积最大为0.010μm²,同时,部分发育汇集成细长形大孔,平均面积最小为0.626μm²;颗粒定向频率F_i(α)整体经历均匀分布、大区间局部优先分布、小区间局部优先分布3个阶段;颗粒定向概率熵、三轴几何平均径降幅分别为4.95%、24.27%;黏聚力主要受小孔、大孔面积影响;内摩擦角主要受颗粒的定向概率熵、三轴几何平均径影响;在干湿循环下,叠聚体反复胀缩,内部应力更加集中,孔隙不断发育,导致黏聚力显著降低;内摩擦角因颗粒定向化及破碎而降低;黏聚力和内摩擦角不同程度的衰减引起预崩解炭质泥岩强度降低。     

含水条件变化对云南红土性状的影响

考虑含水率、浸泡等不同含水条件,研究含水条件变化对云南红土性状的影响。结果表明:含水率增大,云南红土呈现出抗剪能力、抗压能力降低的损伤特征;其黏聚力在最优含水率附近存在最大值;偏干状态下,黏聚力随着含水率的增大而增大,偏湿状态下,黏聚力随着含水率的增大而减小;随着含水率的增大,其内摩擦角和抗剪强度逐渐减小,压缩变形逐渐增大。浸泡条件下,云南红土呈现出颗粒减小、相对质量降低、可塑性减弱、胶结能力降低、承载能力降低的损伤特征;随浸泡时间的延长,抗剪强度减小。分析其实质在于含水条件变化损伤了红土颗粒及其颗粒间的连接,其含水条件影响机理可以从吸附作用、软化溶解作用和润滑作用几个方面来解释,这几个方面综合作用的结果造成云南红土的性状发生变化。     

改良粗粒土填料大型三轴试验

为了解路基填料级配改良后的物理力学特性,向素土中掺加3种粒径范围内不同质量比的碎石,制成4种具有不同颗粒级配的改良填料,采用大型三轴剪切仪对素土和复合砾进行三轴剪切试验。在试验基础上提出轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立体积应变与轴向应变的函数方程,并对试样三轴试验的体积应变和切线泊松比进行预测。研究结果表明:粗颗粒质量分数较高的试料在低围压下出现剪胀现象,在高围压下出现剪缩现象;在低围压下,随着粗颗粒质量分数升高,试样体变由剪缩趋势逐渐转为剪胀趋势;应用邓肯-张模型并求得其参数,得出试样的黏聚力c、内摩擦角φ及切线弹性模量Et随粗颗粒质量分数的增加而增大;邓肯-张模型不能很好地反映粗粒土填料的变形特性;预测结果表明改进模型能较合理地描述粗颗粒土填料的体积应变特性。     

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.     

粗粒土级配及颗粒破碎分形特性

验证颗粒质量-粒径分布分形模型用于表示粗粒土级配的适用性,研究粗粒土在不同缩尺粒径的情况下,采用不同缩尺方法缩尺后土体分形维数的变化规律;基于分形维数建立缩尺级配与原始级配之间的联系,分析不同母岩材料、级配和颗粒形状粗粒土三轴试验资料,推算粗粒土的相对破碎率,并探讨分形维数与相对破碎率的关系。研究结果表明:分形维数能定量描述粗粒土的原始级配和缩尺级配,不同缩尺方法得到的粒度分形曲线形态有较大差别,与原始级配的粒度分形曲线有不同程度的偏离,缩尺粒径越小偏离程度越大。在所研究的4种缩尺方法中,分形维数与缩尺粒径的对数呈较好的线性关系;围压越大,破碎分形维数和相对破碎率越大,试验前粗粒土的分形维数越大,剪切试验后相对颗粒破碎率越小。不同母岩、级配和颗粒形状的破碎分形维数与相对破碎率呈幂函数关系,通过分形维数和拟合参数可估算不同围压下的相对破碎率。     

花岗岩残积土抗剪强度及其影响因素试验

为了分析花岗岩残积土路堤边坡水毁的主要内在因素,依托广佛肇高速公路路堤边坡修筑,以该地区花岗岩残积土为研究对象,通过室内颗粒分析试验和直接剪切试验,在不同初始干密度条件下进行了一系列重塑花岗岩残积土的抗剪强度试验研究。试验结果表明,在一般情况下,随着初始干密度的增大,花岗岩残积土的摩擦角变化范围很小,而粘聚力值随着干密度的增大而增大,其中,粗粒土成分对摩擦角的影响较大,细粒土成分对粘聚力的影响较大。分析了剪应力-剪切位移曲线与初始干密度、颗粒成分之间的关系,并归纳了花岗岩残积土在不同垂直压力、不同初始干密度、不同颗粒成分下对抗剪强度指标的影响,试验得到的有效抗剪强度指标c′,φ′值可为路堤边坡的合理设计提供参考依据。     

爆破振动作用下断层破碎带抗剪强度的劣化规律试验研究

结合大冶铁矿露天转地下开采边坡工程背景,基于相似理论和振动台模型试验,对爆破振动作用下高陡边坡断层破碎带抗剪强度变化规律进行研究。研究结果表明:1)爆破振动加载强度在小于5.0 m/s~2时,断层破碎带峰值抗剪强度随加载时间的增加呈现出累积渐进破坏的变化规律,爆破振动加载强度在7.0 m/s~2时,断层破碎带峰值抗剪强度随加时间的增加呈现出惯性失稳破坏的变化规律;2)断层破碎带黏聚力和内摩擦角随加载时间的增加呈现出二次函数的衰减关系,且其累积渐进破坏过程表现出渐变弱化、加速弱化和塑性区贯通破坏3个阶段的变化规律;3)断层破碎带黏聚力和内摩擦角随加载强度的增加呈现线性函数的衰减关系;4)断层破碎带黏聚力和内摩擦角弱化幅度随加载强度的增加而增大,随加载时间的增加呈现先增大后减小的趋势,且黏聚力对于加载时间的敏感程度较内摩擦角的大。     

青海东西部典型盐渍土抗剪强度对比试验研究

为了探究青海省不同区域盐渍土强度特性的差异,以西宁硝湾和察尔汗万丈盐桥附近的盐渍土为研究对象,利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,研究了两个区域盐渍土在最优含水率状态下,不同围压和压实度条件下的强度特性,并通过微观机理阐述两个区域盐渍土抗剪强度产生差异的原因。结果表明:(1)在相同试验条件下,压实度为90%、93%、97%时,西宁硝湾盐渍土的黏聚力分别为119. 6、131. 7、140. 6 k Pa,而察尔汗地区盐渍土的黏聚力分别为31. 1、41. 3、42. 6 k Pa,因此两个区域盐渍土的黏聚力随压实度的增加逐渐增大,在相同压实状态下,西宁硝湾盐渍土的黏聚力大于察尔汗盐渍土的黏聚力,且增幅较大;(2)两个区域盐渍土内摩擦角均先减小后增大,且在93%时最小;西宁硝湾盐渍土的含盐量为0. 56%,察尔汗地区盐渍土的含盐量为5. 3%,含盐量是造成两个区域抗剪强度差异性的主要原因之一;(3)同一压实度状态下,西宁硝湾盐渍土的颗粒和土颗粒之间的间隙较小,西宁硝湾盐渍土的强度大于察尔汗盐渍土的强度。     

含水合物细粒土的强度和变形特性

天然气水合物是一种巨大能源,深刻刻画水合物储层的力学性质是安全开采气体的重要前提。目前对含水合物沉积物力学特性的研究主要针对粗粒土,而对于细颗粒沉积物研究较少。然而,中国南海神狐海域水合物储层区的沉积物是泥质粉细砂型。基于此,参照神狐海域水合物赋存区沉积物的物理性质配制了试验土样,形成了含四氢呋喃(THF)水合物细粒土,对其进行了三轴剪切试验。结果显示:在低围压和高水合物饱和度下,含水合物细粒土试样的应力应变曲线呈现应变软化,而在高围压和低水合物饱和度下表现为应变硬化;含水合物细粒土随剪切作用表现出剪缩效应;强度和刚度随着水合物含量和围压增加而提高;水合物含量的增加明显提高了黏聚力,但是对内摩擦角的影响很小。基于摩尔库伦强度准则,建立了破坏强度与围压和水合物饱和度间的关系,该关系式可以较好地预测强度的变化。     

击实功对全风化泥质砂岩填料压实破碎特性的影响

为研究击实功对德遂高速TJ4标段沿线全风化泥质砂岩填料压实特性与破碎特性的影响,采用不同击实功对该填料开展室内击实试验.结果表明,不同击实功下全风化泥质砂岩填料最大干密度为1.839～1.932 g/cm3,最佳含水率为10.84%～11.78%.随着击实功的增大,最大干密度随之增大,最优含水率则呈减小的趋势.无论击实功多大,含水率对破碎率的影响均很小.击实后,全风化泥质砂岩填料平均破碎率为20%～40%,级配曲线大幅度向上方偏移,粗颗粒抗变形能力较差而破碎导致细颗粒含量增多,并引起0.075～0.25 mm粒径组含量变化率最大,为击实前的3～4倍,级配由良好变为不良,因此在施工填筑过程中需要控制好填料级配以及碾压次数.     

轻量砂抗剪强度特性三轴试验研究

为了开发利用轻量砂,在对国内外具有明确物理含义的土的破坏取值标准进行系统研究的基础上,通过三轴试验对轻量砂的抗剪强度特性进行研究.研究结果表明:土的破坏取值标准有变形标准和强度标准,二者统一于有效应力原理,都与孔压发展路径有密切关系.应力-应变曲线的软化、硬化是轻量砂剪胀和剪缩的外在表现,软化型宜采用最大有效主应力比或最大主应力差标准,二者不会导致轻量砂抗剪强度指标的显著差别,硬化型宜采用轴向应变15％标准.轻量砂的Mohr破坏包线形态是由其原生结构强度与围压共同决定的,当围压大于试样的结构屈服应力,破坏包线可以用直线表示.黏聚力和有效黏聚力随着EPS球粒掺入比的增大而减小,随着水泥掺入比和龄期增大而增大;内摩擦角和有效内摩擦角随着EPS球粒掺入比的增大而减小,随着水泥掺入比和龄期增大而增大.EPS球粒的空间置换效应与水泥的结点固化效应共同决定轻量砂的抗剪强度特性.     

基于含水量和干密度影响的压实土抗剪强度试验

为准确评价填土强度,对某高填方机场不同深度、不同方位原状土,不同土石比、不同压实度、不同含水量的重塑土进行直剪试验,建立考虑含水量和干密度共同影响的填土强度公式.结果表明:随着含水量的增加,土体抗剪强度降低,黏聚力和内摩擦角均下降,且含水量对黏聚力的影响比内摩擦角大;土体抗剪强度受含水量和干密度共同影响.原状土剪切方位不变时,随着深度的增加黏聚力先增大,之后基本保持不变或略微减小.含水量不变时,黏聚力随着剪切方位角度的增大而增大,内摩擦角相对黏聚力变化不大.重塑土在不同含水量状态下,干密度不同时抗剪强度指标变化差异较大,土石比为4∶6的土样抗剪强度略低于2∶8的土样.     

膨胀性泥岩抗剪强度与含水率相关性机理

为探讨膨胀性红层泥岩在不同含水率状态下抗剪强度的变化规律,分别对不同含水率的重塑样、黏土单矿物样、配土样进行直剪试验.依据抗剪强度参数值的变化规律及微结构特征对其相关性进行分析,得出以下结论:①重塑泥岩黏聚力随含水率的增加,呈先增大后减小的趋势;内摩擦角随含水率的增加呈非线性递减的趋势.②蒙脱石随含水率增加,抗剪强度呈先增大后减小的趋势,含水率在22％附近出现抗剪强度峰值;伊利石和绿泥石在含水率分别为18％和19％时,黏聚力出现峰值,而两类黏土矿物的内摩擦角受水的影响相对较小.③蒙脱石含量在30.42％时,基本体现该类矿物的抗剪特征;绿泥石含量达到18.3％时,对试样内摩擦角的主控作用相对较强.④孔隙数量越多,膨胀性相对减弱;结构越密实,胶结度越好,其黏聚力值相对增大.     

平均粒径和粗糙度对砂-玻纤网格布界面剪切特性

为了探究平均粒径和粗糙度对砂-玻纤网格布界面剪切特性的影响,开展了5种平均粒径砂(D₅₀)和4种粗糙接触面(R_a)的直剪试验。根据直剪试验结果得到平均粒径和粗糙度影响下抗剪强度-位移曲线、轴向位移-剪切位移曲线,并且通过示意图分析砂体的剪缩剪胀现象及抗剪强度的变化。结果表明：在砂剪切中,多为剪缩现象,随着D₅₀的增加,抗剪强度增大,内摩擦角增大,黏聚力为0 kPa,当D₅₀大于0.54 mm时,抗剪强度增长较快;在砂-玻纤网格布界面剪切中,多为先剪胀后剪缩现象,随着D₅₀的增加,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均增大;随着R_a的增加,抗剪强度总体增大,黏聚力和内摩擦角均增大,当R_a大于0.16 mm时,抗剪强度增长缓慢;在砂-玻纤网格布界面剪切中,砂颗粒与格栅界面咬合,使得界面上不可移动的颗粒增多,剪切面范围增加,导致抗剪强度增大。该成果以期丰富砂-结构物界面剪切特性研究。     

碱污染下红黏土强度指标变化的微观角度分析

为了研究碱性环境条件下桂林红黏土强度指标变化机制,对不同质量分数NaOH溶液污染下的红黏土开展直剪试验、物化分析试验、颗粒分析试验以及比表面积试验,进而探究地基土体宏观力学指标与微观结构之间的关系.研究结果表明:随着NaOH质量分数的增加,黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小.随着孔隙溶液中Na+质量分数的增加,微小土颗粒...