土石混合料力学特性的试验研究

土石混合料的强度与变形特性对于灾害防治及工程安全具有重要意义。该文以理想铝棒材料模拟砾石,对土石混合料进行了系列化的平面应变试验。试验结果表明:土石混合料的强度和变形特性与含石量及砾石的形状密切相关,含石量增加以及砾石磨圆度变差都会增加混合料的峰值强度和剪胀特性。试验过程中观测了砾石运动情况,结果表明:砾石主要通过提供转动阻力来阻碍剪切带的形成与发展,从而提高土石混合料的峰值强度。     

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...     

土石混填体变形力学特性大型三轴试验研究

为了进一步研究土石混填体的变形力学特性,全面考虑含水量、含石量、岩性及土性等因素的影响作用,采用YS30-3型应力路径三轴剪切试验机,基于正交试验方法进行了一系列土石混填体大型三轴压缩研究.试验结果表明,在三轴受力条件下,土石混填体在低围压下的应变软化特征不明显,试样的粘聚力普遍较低而内摩擦角则比较高,且内摩擦角更容易受其他因素的影响而发生显著变化.含石量对土石混填体的抗剪强度影响程度最大,随试样中的含石量从25%增加到70%,其内摩擦角从34.54°近似线性增长至46.39°.含石量和围压分别是影响土石混填体体变特性最主要的内因和外因,即在含水率、岩性、土性相同的情况下,含石量越低试样高压剪缩性越明显,含石量越高其低压剪胀性越明显.     

基于大三轴试验的土石混合体强度特性与影响因素

为更为详细地探讨山区土石混合体的力学特性,综合考虑含石量、含水量与岩石完整性等因素的影响,采用正交试验方法对土石混合体填料的大型三轴剪切试验进行设计,并运用邓肯-张模型对得到的三轴试验参数进行反演研究。结果表明:土石混合体中影响内摩擦角的因素从大到小分别为含石量、含水量、岩石完整性;试件在各围压下剪切时,开始阶段偏应力与轴向应变近似成比例关系;当轴向应变超过2%时,偏应力增长速率减小,呈现出明显的应力-应变非线性;当混合体达到最大偏应力之后,仍可以保持在增加轴向应变的同时,偏应力不减小,表明土石混合体材料的软化特性不明显;含石量对试样体应变的影响较含水量与岩石完整性更显著,在含石量较低时体现为剪缩性,含石量较高时更多体现为剪胀性;邓肯-张模型的拟合结果与大三轴试验数据的相似度较好,表明邓肯-张模型能模拟土石混合体在不同围压下的应力-应变关系。     

不同含石量条件下砂卵石土特性试验研究

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,盾构在此类地层施工中常遇到出土困难、刀盘磨损和地下水喷涌等问题.针对此类地层物质组成和结构的复杂多变性,选择洛阳地铁2号线某站点附近砂卵石地层进行取样,进行不同含石量下砂卵石土的大型直剪试验、坍落度试验和渗透试验,系统地研究了含石量对砂卵石土抗剪强度、流动性和渗透性的影响.试验结果表明:砂卵石土抗剪强度和内摩擦角均随着含石量的增加而呈非线性增大,且含石量小于30%时抗剪强度和内摩擦角增大较小,含石量位于30%～70%时抗剪强度和内摩擦角增大显著,含石量大于70%时抗剪强度和内摩擦角变化不明显;砂卵石土坍落度随着含石量增大而减小,且存在一个减小速率明显不同的分界含石量约为50%;砂卵石土渗透系数随着含石量的增加而增大,且表现出与抗剪强度和内摩擦角一致的规律.     

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.     

土石混合体粒度分形特性及其与含石量和强度的关系

利用分形理论论证土石混合体的层次性,建立土石混合体的二维分形结构模型,提出粗、细料无标度区间粒度分维值的概念;通过100组筛分析实验分析土石混合体的粒度分形特征并分析其与含石量的关系;通过大型三轴试验分析土石混合体的粒度分维值与抗剪强度的关系。研究结果表明:土石混合体具有统计意义上的自相似性,一般存在2个粒度无标度区间,具有2个粒度分维值,但对于最优级配土石混合体是一维分形;土石混合体粒度分维值与含石量及强度之间均呈抛物线性关系,对于只具一维分形的土石混合体具有最大的密实度和抗剪强度。     

土石混合填料大型三轴剪切试验研究

为研究土石混合填料在不同土石混合比情况下的力学响应,以国道316旬阳至安康二级公路改建工程中的填石高路堤工程为依托,利用大型三轴剪切试验仪,在4种不同围压条件下,分别对土石混合质量比为3∶7和3∶2的试样进行固结不排水剪切试验。发现当土石混合比为3∶7时,在低围压(200 kPa)条件下,试样应力-应变曲线为应变硬化型,在高围压(400,600和800kPa)条件下,试样应力-应变曲线在达到峰值应力后有所下降,表现为弱应变软化。在4种围压条件下,试样体应变均表现为随轴向应变先增大后减小,即试样先剪缩后剪胀,且表现为随着围压的增大,剪缩量不断增大,然后达到峰值,随后体应变减小,表现出剪胀趋势,且随着围压的增大,剪胀趋势减弱。当土石混合比为3∶2时,在4种围压条件下,试样应力-应变曲线均表现为应变硬化,无明显的峰值强度。试样体应变均随轴向应变增大而增大,即试样一直表现为剪缩,且围压越大,剪缩趋势越明显,剪缩量越大。体变速率(dεv/dε1)能较好地反映试样变形特性和应力-应变特性。结果表明:土石混合比的变化对土石混合料剪胀性影响很大,对应力-应变特性的影响主要体现在加载后期。     

堆积体直剪试验颗粒流细观数值模拟研究

作为一种非均匀、非均质、多相体系的松散岩土介质,堆积体力学性质的研究颇受国内外众多学者关注和重视。以室内重塑样直剪试验结果为依据,可确定基于现场试验颗粒粒度累积曲线和三维颗粒离散元方法建立的堆积体直剪试验模型土石颗粒细观力学参数。在此基础上进行不同岩性、不同含石量的堆积体直剪试验模拟研究,结果表明:堆积体直剪试验剪切屈服面并非一个平面,而是存在一个带内变形以设计剪切平面为基准呈S形变化的剪切带,块石最大粒径越大剪切面影响范围越广,块石刚度越大剪切面则越粗糙;介质抗剪切强度特性在很大程度上受控于岩块的含量和岩性,块石和块石间的咬合力是造成介质内摩擦角较高的根源;在高围压下介质特性表现为应变硬化、低剪胀率,但不排除表现为剪缩的可能,而在低围压下则容易发生剪胀、软化现象,这与重塑样试验结果基本一致;颗粒摩擦系数与含石量呈二次抛物线递增关系,但剪切过程中应变能随摩擦能增加先升后降;黏聚力随基质颗粒刚度增加而提高,而随充填介质颗粒刚度增加而降低;数值试验与室内试验吻合程度较好表明,该方法可作为工程堆积体确定力学参数的有益补充。     

考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析

为研究低含石率情况下,由土体主导的土石混合体的力学特性,采用分层欠压和随机生成多边形相结合的建模方法,建立土石混合体颗粒流模型,提出不均匀系数作为衡量土石混合体非均质性的指标。通过室内试验校核了颗粒模型的细观参数,并开展双轴数值模拟试验,研究在低含石率情况下,含石率、土体孔隙率和不均匀系数3个因素对土石混合体力学特性的影响。结果表明:在低含石率情况下,土石混合体的强度受土体孔隙率影响较大,随着土体孔隙率的减小,土石混合体的强度有较大提高;块石的存在破坏了土体的均匀性和连续性,反而在低含石率情况下,随着含石率增大,土石混合体整体强度有微小减小的现象;土石混合体的不均匀系数对体应变影响较大,不均匀系数越大,体应变的膨胀现象越明显。     

山区高填方机场土石混合料的强度实验

针对影响高填方工程最重要的两方面地基工后沉降和边坡稳定性,分别对原地基及填筑体在不同土石比、不同含水率、不同压实度下的压缩变形、抗剪强度进行实验研究.结果表明:强夯作用使得压实度和压缩模量的有效加固深度并不相同.土石比4∶6时的压缩模量较大,压缩模量随含水率的增大而减小.原地基的抗剪强度随深度增加而降低,而黏聚力c值随深度增加而增大.填筑体c、φ值及抗剪强度由土石比、压实度、含水率共同控制,在最优含水率时土石比影响较压实度影响大;达到塑限含水率时,c、φ值及抗剪强度均较小且压实度和土石比对抗剪强度影响很小,含水率为决定因素.     

碎石土地基的大型原位水平推剪试验与单环注水试验研究

为研究广州地铁十八号线陇枕停车场碎石土地基的力学强度特性及渗透规律,在典型的碎石土地基上选取了7个原位试验点,分别进行了颗粒级配分析、大型水平推剪试验和单环注水试验。研究结果表明:陇枕停车场碎石土地基呈现出缺乏中间粒径的不连续级配特征;碎石土地基强度指标与含石量关系密切,当含石量小于63%时,有效黏聚力随着含石量的增加迅速下降,有效内摩擦角随着含石量的增加迅速增加;当含石量超过临界值63%时,有效黏聚力和有效内摩擦角几乎没有变化;碎石土地基的渗透系数和含石量呈正相关关系;含石量为63%是陇枕停车场碎石土地基抗剪强度参数和渗透稳定性的关键特征值。     

碎石土地基的大型原位水平推剪试验与单环注水试验

为研究广州地铁十八号线陇枕停车场碎石土地基的力学强度特性及渗透规律,在典型的碎石土地基上选取了7个原位试验点,分别进行了颗粒级配分析、大型水平推剪试验和单环注水试验。研究结果表明:陇枕停车场碎石土地基呈现出缺乏中间粒径的不连续级配特征;碎石土地基强度指标与含石量关系密切,当含石量小于63%时,有效黏聚力随着含石量的增加迅速下降,有效内摩擦角随着含石量的增加迅速增加;当含石量超过临界值63%时,有效黏聚力和有效内摩擦角几乎没有变化;碎石土地基的渗透系数和含石量呈正相关关系;含石量为63%是陇枕停车场碎石土地基抗剪强度参数和渗透稳定性的关键特征值。     

质量密度及围压影响的堆积碎石土变形特性分析

考虑质量密度(不同含石量、含水率)及围压对碎石土变形特征的影响规律,对具有级配代表性的湖南昭山区某斜坡堆积碎石土进行试验研究。研究结果表明:质量密度和围压有着联合影响,堆积碎石土在不同质量密度下应力-应变曲线表现为台阶状,即应变先硬化再软化,对于7%含水率的则只出现应变软化;随着围压的增大,初始切线模量和剪切峰值都增大,但不随质量密度的变化而线性增长,屈服轨迹成平行线;在低围压下发生剪缩,高围压发生剪胀;堆积碎石土压硬性对含石量更敏感,剪胀性对含水率更敏感,存在一个最佳含水率和最佳含石量;剪胀率及有效应力比可以成为剪胀性的判断依据。同时发现不同质量密度及围压下的体应变主要集中在2条曲线之间,可以作为连续强降雨雨后滑坡失稳临界状态的一个判断依据。     

土石混合料压实特性的离散元分析

填料性质是影响土石混填路基压实效果的主要因素.本文用离散元程序PFC2D建立土石混合料振动压实模型,从颗粒粗糙度、颗粒刚度、最大粒径、含石量对土石混合料压实效果进行分析.结果表明:以压实度为指标控制土石混填路基压实质量时,必须用最大粒径、含石量对标准干密度修正.研究弥补了宏观试验无法反应的微观问题,对工程实践有重要的指导意义.     

不同膨胀比下高聚物抗剪强度试验研究

高聚物材料作为一种优良的注浆加固材料被逐步运用于岩土工程的众多领域,了解其强度和变形特性对深入了解高聚物注浆加固体的加固机理和综合强度有重要意义.基于此,采用直剪仪进行了不同膨胀比条件下高聚物的抗剪强度试验,研究了不同膨胀比下高聚物剪应力-位移、变形和强度特性.结果表明:高聚物膨胀比和竖向压应力对高聚物强度和剪胀特性影响较大;高聚物的剪应力-位移变化规律与黏土和砂土较为类似,剪切位移较小时剪应力快速上升,随后保持稳定;高聚物有与砂土十分接近的剪胀性,膨胀比和竖向压应力越低则剪胀性越明显;随着高聚物膨胀比的增加,其黏聚力和摩擦角均逐渐减小,近似呈幂函数关系.     

沥青混合料剪胀力学行为研究综述

为了分析沥青混合料剪胀力学行为,阐述了沥青混合料剪胀行为,回顾了剪胀相关试验及剪胀模型的现状和问题,并对其研究方向进行了展望。研究结果表明:沥青混合料剪胀行为在车辙产生中起着关键作用;采用X-ray CT技术、离散元方法等对颗粒空间分布、大小、接触方式、破碎等进行定性及定量地分析沥青混合料变形机理和力学特性;通过建立微观力学模型,联系宏观力学变量与微观力学变量,使得微观测试、力学试验和数值模拟连为一体,预测沥青混合料剪胀行为,可为抗车辙沥青路面设计提供指导,开拓沥青混合料设计新思路。     

水泥改性膨胀土试验研究

以水泥为改性材料对中强膨胀土进行改良,对不同掺灰量膨胀土的界限含水量、自由膨胀率、击实性、抗剪强度等进行了室内试验研究.结果表明,随着水泥掺量增加,膨胀土的胀缩性显著改善.     

沥青混合料抗剪强度的影响因素

为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素,基于单轴贯入试验,在温度为60℃时,直接对集料级配、集料性质、沥青性质、含油量、空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研究.研究结果表明:集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响;沥青混合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大,集料中针片状含量增大,沥青混合料抗剪强度减小;结合料的性质,特别是针入度、软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响,随着针入度减小,软化点和粘度增大,沥青混合料抗剪强度增大;含油量对沥青混合料抗剪强度有较大影响,随着油石比的增大,沥青混合料抗剪强度减小;沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较大,一般随着空隙率的增大,其抗剪强度减小;沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数值间没有明显的关联,而与数值间的变异性有着很好的相关性.     

基于单轴贯入试验的沥青混合料抗剪性能影响因素分析

为了确定沥青品种及用量、级配类型、公称最大粒径和孔隙率等因素对沥青混合料抗剪性能的影响,采用了单轴贯入试验分析。得出了各项因素对沥青混合料抗剪性能的影响规律。结果表明,采用改性沥青后混合料抗剪强度可提高22%~25%;2.36 mm筛孔通过率为35%,0.075 mm筛孔通过率为5.5%时混合料抗剪强度达到最大值;沥青混合料抗剪强度与公称最大粒径具有线性相关性,增大混合料粒径有助于提高其抗剪强度。