高应力作用下不同颗粒特征的钙质砂压缩破碎特性

对南海不同岛礁处的钙质砂开展一系列终止压力为8MPa的高压固结试验，研究不同颗粒形貌及不同粒组的钙质砂的颗粒破碎演化规律。试验结果表明，两种钙质砂试样S₁和S₂的矿物组分基本相同，但不同的沉积环境造成了颗粒形状具有显著差异；以片状颗粒为主的钙质砂试样S₂的压缩性和颗粒破碎程度会显著高于以块状颗粒为主的钙质砂试样S₁，且颗粒相对破碎率B_r均随着颗粒粒径的增大而增大；对两种不同的钙质砂而言，相对破碎率B_r与压缩变形量之间呈良好的幂函数递增关系，表明颗粒破碎大小与压缩变形量密切相关。     

中国南海珊瑚钙质砂压缩特性

中国南海珊瑚钙质砂地基在荷载作用下的压缩沉降直接决定着上部构筑物安全,通过室内侧限压缩试验对珊瑚钙质砂的压缩特性展开研究,确定了含水率、碳酸钙含量与颗粒粒径对其压缩性的影响.试验结果表明:珊瑚钙质砂中的碳酸钙含量越高,土样的压缩量越小;中粗颗粒(2～0.25 mm)越多,其压缩量越小,承载力越高;随着含水率增大,土样的...     

循环荷载下钙质砂单颗粒破碎试验研究

钙质砂是长期在饱和的碳酸钙溶液中经物理、生物化学及化学作用过程而形成的海洋沉积物,是人工岛建造常用的岩土工程材料,其力学特性直接影响人工岛的安全使用.海洋环境下钙质砂不间断承受海洋动荷载的影响,因此有必要探究循环荷载作用下钙质砂单颗粒动强度特征.为此采用自行设计研制的单颗粒循环加载仪器对不同形状、粒径的南海钙质砂进行单颗粒破碎试验,利用Weibull统计函数描述每种粒径下的单颗粒动强度分布规律.基于试验所得力-位移曲线,发现钙质砂单颗粒在动荷载试验过程中的破坏模式分为两种:一种是颗粒破碎发生在加基值力之前,一种是颗粒破碎发生在加基值力之后.对不同粒径单颗粒动强度统计分析,发现单颗粒动强度的分布与粒径有关,粒径越大则强度越低;相同粒径下不同形状的单颗粒动强度规律为:块状颗粒条状颗粒片状颗粒;同一形状下单颗粒强度服从Weibull分布,在双对数坐标轴下,特征单颗粒动强度与粒径呈线性关系.     

颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

高应力条件下南京砂破碎特性的试验

对南京砂进行了不同终止压力下的侧限压缩试验,研究其高应力下的破碎特性.对试验前后的试样进行颗粒分析,并运用修正后的Hardin模型对其破碎进行了度量,分析了试样的粒径及级配与破碎率之间的关系.结果表明:当应力从20MPa增加到120MPa时,不同粒径土样发生了不同程度的破碎;粒径为0.5～1mm的颗粒在相同的应力下相对破碎Br明显小于粒径为2～5mm的颗粒;2种不同级配的颗粒,级配良好的试样在应力为120MPa时Br为16%,而级配不良的试样在相同应力下Br为26%.因此,颗粒破碎程度随所受压力和颗粒粒径增加而增大,且颗粒级配越差颗粒破碎率越高.     

南海钙质砂单颗粒破碎试验研究

采用自制的高精度单颗粒加载仪器,对不同粒径、形状的南海钙质砂颗粒进行了单颗粒破碎试验,探究静载作用下钙质砂单颗粒强度特征.运用Weibull经验公式对钙质砂单颗粒强度进行统计学分析,对单颗粒强度进行归一化.试验结果表明:钙质砂单颗粒的力-位移曲线形式可分为类"硬化"型、类"软化"型与"平坦"型三种;单颗粒强度的分布与粒径有关,粒径越大,强度越低;粒径相同时,块状颗粒的单颗粒强度高于片状颗粒;单颗粒强度分布服从Weibull分布,Weibull模量m介于1～3之间.     

循环荷载作用下宕渣颗粒破碎行为及累积变形预测

动载作用下宕渣低路堤沉降较大，而真实公路荷载下宕渣的累积变形模型匮乏，且宕渣易破碎，颗粒破碎行为与累积变形相关性有待厘清，故建立了可破碎宕渣动三轴离散元模型，基于颗粒破碎率进行细观动态表征，探讨颗粒破碎的时域演化规律.分析围压、荷载频率和循环动偏应力对颗粒破碎及累积变形的影响，研究颗粒破碎与累积变形的相关性，建立累积变形预测公式，并利用SBZ30型振动器开展现场激振试验进行对比，验证模型准确性.结果表明：动载作用下，宕渣颗粒破碎方式以破碎、研磨为主，加载初期破碎率大幅增加，随振次增加破碎率增速减缓；围压、荷载频率和动应力幅值与颗粒破碎率正相关，颗粒破碎对累积应变有双重影响，相同围压下线性相关；累积变形公式能合理预测宕渣填筑路基累积应变的发展趋势.研究结果可为宕渣路基运营期动力沉降计算提供理论参考.     

考虑颗粒级配影响的高聚物改良钙质砂抗剪强度特性试验研究

基于南海某岛礁典型回填工程面临的钙质砂问题,提出采用环保固化剂高聚物对钙质砂地基进行加固。制作不同级配、不同高聚物含量的固化钙质砂试样,开展一系列直剪试验和SEM微观结构试验,研究高聚物固化钙质砂的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角等参数随着高聚物掺量和颗粒级配变化的演变规律,以及高聚物改良钙质砂力学性能的微观机理。试验结果表明,随着高聚物掺量的增加,高聚物改良钙质砂的抗剪强度明显增大,试样的剪应力-位移曲线由硬化特征逐渐呈现为软化特征;高聚物主要通过影响钙质砂的粘聚力来改变其抗剪强度,对内摩擦角的影响十分有限;钙质砂中粗颗粒含量越多,其孔隙越大,高聚物改良钙质砂的反应越明显,对其强度的提升作用也越明显; 高聚物主要包裹在钙质砂颗粒表面或填充于颗粒之间,从而改变钙质砂材料原本的力学性质,使得土体的抗剪强度明显增长。     

制样方法对砂土液化力学性质影响的离散元模拟

基于PFC2D软件对湿捣法和落砂法制备的砂土试样进行不排水循环剪切试验模拟,分析了砂土颗粒在动力加载过程中细观结构的变化规律。结果表明,施加荷载后,试样颗粒长轴方向在压缩侧偏向水平,拉伸侧趋向竖直,而接触法向的趋势则与之相反,二者的各向异性系数均逐渐上升。试样整体配位数随荷载的作用逐渐下降,液化后于0～3范围内波动。湿捣法试样比落砂法试样的各向异性程度更小,液化所需的加载循环数更多,即具有更高的抗液化强度。密实度越高,两种试样的液化强度差别越大。     

轻质橡胶颗粒-砂混合土的压缩性试验研究

通过单向压缩试验,研究了橡胶颗粒-砂混合土中橡胶颗粒的压缩性以及不同橡胶掺量混合土的压缩性.为确定混合土中橡胶颗粒自身的压缩性,配制了与橡胶颗粒同级配的纯砂试样,将纯橡胶试样压缩量减去纯砂试样压缩量,得到了混合土中橡胶颗粒自身的压缩量.同时,依据混合土中橡胶颗粒和砂颗粒各自的压缩曲线,考虑混合土的压缩量等于橡胶颗粒自身压缩量与孔隙减小量之和,采用更为合理的体积分数来表达橡胶颗粒的掺量,建立了一种混合土的压缩模型,并与试验结果进行了对比验证.结合模型和试验结果发现,橡胶颗粒掺量的界限质量分数为20%,工程应用中不应超过此临界值.     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,本文在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1) 钙质砂的抗剪强度与内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下, 颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先增大后减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

聚氨酯加固南海钙质砂静力特性试验研究

为评价聚氨酯泡沫胶黏剂对钙质砂的加固效果,通过单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了聚氨酯对钙质砂强度和变形特性的影响;并采用Duncan-Chang模型对三轴试验结果进行拟合,分析了聚氨酯胶凝钙质砂的变形及应力规律。结果表明:将聚氨酯掺入到钙质砂中可以稳定地提高钙质砂的承载能力,且增加掺量可提高固化效果;聚氨酯的掺入,不仅提高钙质砂的抗剪强度,而且减少了相同应力条件下钙质砂地基的沉降量;聚氨酯填充砂颗粒间的孔隙,使松散的钙质砂形成不规则的连续体或不连续体,增强了钙质砂的整体性,从而达到提高强度的目的。     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率的增加而增大,饱水试样具有显著的应变率效应;冲击荷载下,饱水试样应力-应变曲线具有显著的体积压缩现象,峰值应变最大,塑性变形明显,而干燥试样弹性变形最大,峰前塑性变形最小;受孔隙水影响,饱水试样颗粒结构疏松多孔,胶结物质被溶蚀而使胶结作用弱化.根据最大周向正应力理论,对含水岩石的微裂纹起裂条件和扩展方向进行了讨论,并对裂尖的动态应力强度因子进行了修正.     

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

水泥加固粗粒土试样尺寸效应及强度特性

通过导入试样尺寸效应评价参数和评价指标,定量研究了试样尺寸对粗粒土水泥土无侧限抗压强度的影响。研究结果表明,石英砂水泥土强度和钙质砂水泥土强度,分别在评价参数D/dmax（试样最小尺寸与土样最大粒径的比值）大于5和大于2.5时,随D/dmax单调减小,并逐渐趋于稳定;这种递减关系能够被指数函数能够较好地反映,其中的唯一待定参数,对于石英砂水泥土可取12.5,钙质砂水泥土可取8.5,则只需知道D/dmax和对应的无侧限抗压强度,即可推算出相同试验条件下无试样尺寸效应的强度值及尺寸效应的程度。利用尺寸效应评价指标与D/dmax的关系,可给出合理的试样尺寸建议。在本试验条件下,无试样尺寸效应粗粒土水泥土强度随水泥掺入比呈线性增加趋势,随养护龄期在短期提高幅度较大,28d龄期后增长速度逐渐变缓,石英砂水泥土强度远大于相同条件的钙质砂水泥土强度。     

垃圾焚烧炉渣的力学特性和破碎特性试验研究

在不同的最大竖向压力(100~3 200 k Pa)下,对上海某生活垃圾焚烧厂炉渣进行了室内压缩试验和直剪试验,并在试验前后对所有试样进行了颗粒筛分。结果表明:炉渣的压缩破碎变形属于不可逆变化,在初始孔隙比一定的条件下,试样的最终压缩量受初始颗粒级配和颗粒大小的共同影响。此外,当炉渣受到的最大竖向压力小于其屈服应力时,压缩后试样的级配曲线较初始级配曲线变化不大;当炉渣受到的最大竖向压力超过其屈服应力时,颗粒破碎明显加剧,压缩后试样的级配曲线受最大竖向压力的影响较大。最后,对直剪试验后炉渣的破碎进行了分析,表明当压力达到一定大小后,由剪切作用产生的颗粒破碎将不再增长。     

玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱受压破坏研究

为了研究玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱的受压性能。将玄武岩纤维(basalt fiber,BF)加入沙漠砂混凝土中,设计了12根试验柱。对BF质量掺量为0、0.05%、0.1%、0.15%的沙漠砂混凝土柱分别进行轴压和偏心距为0、60、120 mm的静力加载试验,对玄武岩纤维沙漠砂混凝土柱的表观特征、破坏形态、承载力、侧向变形、混凝土和钢筋荷载压应变曲线等进行分析。结果表明:BF的掺入可以有效阻止受压柱浇筑初凝时表面出现的开裂;随着BF掺量增加,其抗压强度、承载力、压应变和柱中侧向变形呈先增后减趋势;且偏压试验表明在一定程度上能提高沙漠砂混凝土的抗拉强度;经分析发现普通混凝土的一些规律以及相关规范同样适用于沙漠砂混凝土,且偏心受压基本符合平截面假定。当BF质量掺量为0.1%时,各组受压柱力学性能均达到最优。     

扩径桩抗压抗拔性能的颗粒流数值模拟

在地下水位以下较深的地下工程中,常采用扩径桩来承担结构今后受到的浮力．为了研究承担竖向受压荷载对抗拔桩今后承担上拔荷载的承载力的影响需要开展研究．采用二维颗粒流分析程序PFC2D对载荷试验中同一扩径桩先受压后抗拔进行了数值模拟分析．通过研究扩径桩在单纯承担上拔荷载和先受压、后受拔的过程中不同受荷阶段桩时步．位移曲线、桩土颗粒排列变化、颗粒位移的变化及荷载～沉降（上拔量）的对比分析,得出桩在下压和上拔到达极限荷载时的破坏性状,并与现场试验结果进行了对比．对先承担竖向受压然后抗拔的桩,与直接承担上拔的桩相比较,得知桩下压过程中桩周土体结构的破坏对桩随后的抗拔承载力有较大的影响．     

单个土工格室加筋效果的影响因素分析

通过定速度压缩试验,研究了不同形状(圆形、六边形、正方形)及受不同侧限(柔性侧限、刚性侧限、无侧限)约束的单个土工格室加筋试样在圆形荷载作用下的承载力和变形特性,分析实验所得的荷载-位移曲线,探索不同形状、不同侧限约束作用对土工格室加筋效果的影响.结合试验,采用FLAC3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)对不同工况下的加筋土体进行了数值模拟,比较分析不同工况下的云图.结果表明:不同形状的格室单元对土体均有加筋效果,且圆形格室的加筋效果最好;侧限可以减小土工格室加筋土的水平位移,约束土体的变形,且侧限材料的模量越大,加筋土体的刚度越大.