砒砂岩重塑土力学特性及本构模型试验研究

为研究含水率和围压对砒砂岩重塑土力学特性的影响,采用TSZ-6A全自动静三轴仪进行三轴剪切试验.试验结果表明:随着围压的增大,土体抗剪强度逐渐变大;含水率越大,土体抗剪强度越小,并且两者都近似呈线性变化的趋势.以含水率、围压为影响因素,依据邓肯-张模型建立了砒砂岩重塑土的本构模型.应用该模型对不同含水率、围压下砒砂岩重塑土的应力-应变关系进行预测,预测结果与实测结果接近,表明以含水率、围压为参数建立的预测模型能较好地反映砒砂岩重塑土的本构关系.研究可为砒砂岩土在工程建设中的应用提供基础理论依据.     

冻融循环对鄂尔多斯砒砂岩重塑土样力学性能影响

为了分析内蒙古南部鄂尔多斯市准格尔旗砒砂岩重塑土的力学性能,采用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数的三轴压缩试验,研究冻融对砒砂岩重塑土力学性能的影响.在不同冻融循环次数(0~7次)和不同围压(50~300 kPa)条件下,得到了砒砂岩抗剪强度、内摩擦角和黏聚力、弹性模量的变化规律.结果表明:在相同的冻融循环次数下,随着围压的增大,抗剪强度峰值呈线性增长.在相同的冻融循环次数下,砒砂岩黏聚力均随含水率增大而减小,内摩擦角随着含水率的增加呈现上下波动,因此冻融循环对抗剪强度的影响主要表现在对黏聚力的影响.在饱和含水率之前,弹性模量基本保持不变,含水率和冻融对其弹塑性的影响可以不考虑.达到饱和含水率后,偏应力-应变曲线不再存在直线段,砒砂岩弹性消失,全面进入塑性阶段.此研究可以为鄂尔多斯砒砂岩冻融侵蚀的破坏机理研究以及治理提供基础依据.     

基于三轴剪切试验的原状黄土结构性研究

利用常规三轴剪切试验对陕西杨凌原状黄土的结构性进行研究。基于邓肯-张双曲线模型,对邵生俊提出的结构性参数进行改造,这样就避免了计算时人工插值求参数的繁琐和不准确性,以及克服了该公式在ε1=0和ε1=15%时没有意义的缺点。然后以此改造后的结构性参数为基础分析围压和含水率对黄土结构性的影响。结果表明:非饱和原状黄土的结构性参数随应变增大先降低后趋于稳定。在相同的含水率下,围压越小,结构性参数越大;在相同的围压下,含水率越低,结构性参数越大。最后,在原状黄土的应力应变关系中引入结构性参数后该曲线表现出了较好的归一性,说明了此结构性参数的合理性和可靠性。     

不同初始条件下分散性土动强度特性的试验研究

分散性土颗粒较细,透水性较弱,在低含盐量水或纯净水中细颗粒之间的联结力大部分甚至全部消失,在动荷载作用下容易产生超静孔隙水压力,导致强度减小或丧失。通过动扭剪试验,研究分散性土在不同的含水率（10％～22％）、围压（50-150kPa）和干密度（1．35～1．65g／cm。）条件下的动力特性。结果表明：含水率、围压和干密度影响土颗粒间的接触作用,从而影响试样的动强度。试验发现：其他初始条件相同的情况下,试样的含水率越低,其抗剪强度越大;围压越大,其抗剪强度越大;干密度越大,试样的抗剪强度越大;三者中以含水率对试样的动强度的影响最为显著。动强度参数丸和已的值随试样的干密度的增加而增大;在围压相同的情况下,分散性土的动强度随破坏振次的增加而减小。     

动荷载下EPS颗粒混合轻量土的动强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的动强度特性,以黄土作为原料土制备试样,对EPS颗粒掺入比为0.14%、0.31%、0.54%、0.86%、1.31%,水泥掺入比为10%、15%、20%的EPS颗粒混合轻量土进行室内动三轴试验。试验结果表明:EPS颗粒混合轻量土在动荷载作用过程中,动应变增长比较平稳,没有出现变形急速陡转的情况,而且压应变明显大于拉应变。选择5%压应变作为破坏标准进行分析。随着围压和水泥掺入比的增大,EPS颗粒混合轻量土动强度增大;随着EPS颗粒掺入比的增大,EPS颗粒混合轻量土动强度减小。相比较于本试验配制的重塑黄土动强度,不同配比的EPS颗粒混合轻量土的动强度增大幅度为20.8%~232.9%。该结论可为EPS颗粒混合轻量土在地基改良方面的应用提供参考和理论支持。     

自然湿度及围压作用下的混凝土率效应试验研究

利用大型多功能静动力三轴仪系统地进行了混凝土常规三轴静动态抗压性能试验,分析了混凝土在不同水压(0、2、5、10 MPa、)中受不同加载速率(10~(-5)、10~(-4)、10~(-3)、10~(-2)/s)作用下的力学与变形特性。试验结果表明,混凝土的强度随应变速率的增大而增大,随围压增大而增大;峰值应变总体随应变速率增大而增大,随围压增大变化不明显;弹性模量随加载速率的增加总体呈增大的趋势,与加载环境的相关性较小;混凝土的破坏形态与应变速率及加载环境的相关性均较小。     

Q3黄土的三轴蠕变试验研究

采用改进的应力型三轴蠕变仪对Q3黄土进行了三轴剪切蠕变试验,对比分析了围压、干密度、含水率的变化对蠕变特性的影响,并通过对试验数据的分析,建立了Q3黄土的经验蠕变模型。试验结果表明：在同等条件下,饱和原状样的蠕变变形量大于重塑土样的蠕变变形量,且两者都大于天然含水状态的原状土样的蠕变变形量。围压越大,蠕变变形量越小;干密度越小、含水率越大,蠕变变形量越大。将模型计算出的结果与试验数据进行对比,两者基本吻合,从而验证了该模型的正确性。     

含水率变化对伊犁黄土变形和剪切特性的影响

通过研究伊犁黄土含水率变化对变形、剪切特性的作用效应,揭示含水率的变化对伊犁黄土变形、剪切性能作用规律,对今后伊犁建设工程具有一定的指导意义。试验采用新疆伊犁地区重塑黄土、原状黄土作为研究对象,制备不同含水率条件下的黄土试样,对其进行压缩试验和直剪试验,分析含水率变化对伊犁黄土变形及抗剪强度指标的影响。随着含水率的增大,相同垂直压力条件下伊犁黄土的孔隙比逐渐减小,压缩模量逐渐减小;而伊犁黄土抗剪强度逐渐减小,抗剪强度指标中凝聚力逐渐减小,内摩擦角变化不大。     

基于三轴试验的根土复合体抗剪性能试验研究

以沙地柏群落中的土壤及其根系为研究对象,模拟采样地含水率与土壤密度,制备根土复合体。对试样进行常规三轴试验中的不排水不固结试验(UU试验)。分析不同根系分布形式及根系直径大小对根土复合体抗剪强度的影响。结果表明,沙地柏根系的加入能够提高土体抗剪强度。各级法向应力下,在特定的含根量下,且根系直径相同时,根土复合体抗剪强度与布根方式之间关系为:水平布根方式下抗剪强度最小,垂直布根居中,复合布根最大。在相同的布根方式下,根土复合体抗剪强度大小与所含根系直径间的关系为含1mm根的根土复合体抗剪强度最小,含2mm根的根土复合体抗剪强度居中,含1.5mm根的根土复合体抗剪强度最大。     

渠道边坡稳定的盐敏感性特征研究

工程中灌排渠道在运行多年后,随着土中含盐量的增加,会造成渠道边坡不同程度的滑塌、变形及结构的破坏。通过对盐化土的剪切试验和界限含水率试验,得到不同含盐量下土的抗剪强度指标和稠度界限,运用单因素试验分析含盐量对土的抗剪强度和稠度界限的影响规律。随着含盐量的增加,土体的团聚体稳定性降低,增加了粘粒的分散性,土的抗剪强度有所下降;同时土的稠度界限也会降低,增大了土的流动性,明确地说明含盐量增加也是影响灌排渠道边坡稳定性重要因素。     

砒砂岩重塑土强度和应力-应变曲线试验研究

以内蒙古鄂尔多斯市南部准格尔旗作为研究区域,以当地紫红色砒砂岩重塑土为研究对象,使用TSZ-6A全自动静三轴仪,在常温下进行不同冻融循环次数、不同围压下的三轴剪切试验来分析砒砂岩的变形情况.研究结果表明:在每个冻融循环次数的不同围压下,砒砂岩重塑土试样的应力-应变曲线都呈现出应变硬化的特性,并且从应力-应变曲线分布上,大致都经历了3个阶段:近似完全弹性阶段、应变硬化阶段、屈服阶段.为了定量地分析了不同冻融循环次数下砒砂岩的强度参数,引入强度参数劣化系数K_C和K_φ,通过劣化系数曲线拟合得出强度参数劣化趋势函数.通过比较不同冻融循环次数下,砒砂岩重塑土峰值强度与残余强度的大小关系,分析了砒砂岩重塑土的应力-应变曲线软、硬化特性,并引入系数K_q来更直观地分析砒砂岩的变形情况.     

草地切根下根土复合体本构关系研究

为降低切根作业过程中的阻力,对不同盖度草地复合体的坚实度、容重、含水率、孔隙度、含根量、根系直径等物理特征及根系分布特征进行了数学统计分析;通过草地原状土及重塑土的三轴试验,对不同退化程度的草地复合体的本构关系进行了研究,并利用ABAQUS仿真软件验证了不同退化程度草地复合体的本构关系。结果表明,不同盖度草地复合体的物理特征及根系分布特征差异较大,盖度为30%～50%的退化草地物理状况最好;草地原状土试样的黏聚力、抗剪强度、弹性模量及割线模量均随草地退化程度的加剧而减小,切根刀对草地的剪切强度应大于243.03 kPa;仿真三轴试验与实际三轴试验所得偏应力极限值的相对误差均小于8%,所确定的本构参数可直接应用于草地土壤的数值建模。研究可为草地切根作业及切根刀的优化设计提供理论依据。     

基于宏细观耦合的塑性混凝土力学特性模拟研究

为揭示塑性混凝土细观破坏机理,基于PFC-FLAC3D耦合建立了柔性膜边界三轴试验模型,深入分析了塑性混凝土在围压效应和尺寸效应下的细观变形破坏特征,采用多元非线性公式定量描述了塑性混凝土宏观单轴力学强度-围压-三轴力学强度的经验函数关系,并结合室内试验结果验证了经验公式的准确性。研究结果表明：围压越大,对内部颗粒运动约束越强,低围压下的剪切带形态更明显。高围压有利于提高结构整体性,弱化抗压强度的尺寸效应。随着尺寸增加,试样中部侧向鼓胀变形减小,斜截面贯通连接的颗粒减少,导致X形剪切面特征逐渐减弱。最后,采用多元非线性拟合方法定量描述了单轴力学强度-围压-三轴力学强度联合关系,为后续研究提供理论基础。     

结构面倾角对岩块力学特性影响的离散元模拟

结构面的存在对岩块力学性质具有弱化作用,为揭示硬岩岩样单结构面倾角α大小对其力学性质影响的变化规律,同时检验Jaeger单结构面理论模型的可靠性,基于PFC2D建立了完整岩样及α分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°的双轴模型进行试验。研究表明:1α介于45°~75°时,试样沿结构面滑动,其余均为贯穿结构面的剪切破坏,围压增大使α=75°试样的破坏模式向贯穿结构面剪切发展;2α=60°时,位移场与完整岩样存在明显差别,其破坏模式不受围压影响;3试样微裂纹主要由切向黏结破坏引起,当强度超过峰值后法向黏结破坏逐渐增加,相同围压下贯穿结构面破坏引起的微裂纹数比沿结构面滑动的多;4结构面倾角和围压对试样峰值强度、轴向等效弹性模量和峰值前应变具有明显影响,理论的结构面倾角阈值并不明显存在。     

安阳膨胀岩重塑样三轴加卸荷试验研究

对取自河南安阳不同深度处的膨胀岩重塑样进行了三轴加载和卸荷试验。结果表明:加载过程中,随着围压的增大,试样的应力应变曲线形态由应变软化型逐渐向应变硬化型转变,峰值强度以及残余强度随围压的增加呈线性增大。不同卸荷量卸荷时,试样的残余强度与卸荷量呈线性正相关,相关系数在0.9左右;峰值强度和弹性模量Eur与卸荷量呈线性负相关,相关系数在0.95左右。循环加卸荷过程中,试样表现出明显的应变软化性质,试样弹性模量Eur随着循环加卸荷次数的增加而增大,且增加幅度越来越小,最终增加幅度趋近于0,稳定弹性模量Eur比初始弹模增加10%左右。因此,在膨胀岩渠道开挖、蓄水及水位降落时,应该考虑其对膨胀岩渠道稳定性的影响。     

帕色河粉砂岩的三轴强度特性及微观结构研究

为了研究帕色河水库的坝基粉砂岩强度和微观结构特点,对不同粒级的砂岩开展三轴剪切试验和CT扫描试验,旨在获取不同粒级砂岩的强度特征和微结构特征。结果表明,不同粒级砂岩的三轴剪切试验结果有明显差异,细砂岩试样的强度最大,中粒砂岩次之,粗粒砂岩最小,即粉砂岩强度存在"粒度效应";相同粒级的砂岩抗剪强度与固结围压值存在较好的线性关系;由CT扫描试验获得砂岩孔隙的二维截面图像,对图像信息进行统计,发现孔隙度和平均孔隙半径随着颗粒粒径的增大而增加;砂岩强度存在"粒度效应"的原因是:随着砂岩颗粒粒径的减小,其内部的孔隙数量和尺寸均减小,粉砂岩的致密程度有所增加从而使得其强度特性相对提高。     

根土复合体的抗剪特性研究

为了研究根系对土体的加固效应,模拟矿区排土场边坡恢复植被油松样地的含水率与土壤密度,以根径和埋根方式为控制因素,制备根土复合体,利用全自动三轴仪,进行了固结不排水(CU)剪切试验。结果表明,与素土相比,根系能够提高土体的极限主应力差,增强土体抵抗破坏的能力。根土复合体是一种特殊的弹塑型材料,其主应力差与轴向应变曲线呈光滑非线性特征,随着围压的增大,表现出由应变硬化型向应变软化型转型的特征;围压对极限主应力差影响显著,埋根方式、根系直径对极限主应力差的影响不显著。随着根径的增加,不论是水平埋根还是垂直埋根,根土复合体的粘聚力均为增加的趋势;垂直埋根的根土复合体则随着根径的增加内摩擦角增大,而水平埋根的根土复合体的内摩擦角则有轻微的减小。根土复合体的Wu-Waldron根粘聚力模型修正系数K″范围为0.11~0.37。     

压实黄土三轴湿化变形特性试验研究

采用常规三轴试验研究压实黄土浸水湿化变形特性,分析了不同初始含水率、压实度、围压、主应力差及湿化水头条件下黄土浸水湿化变形特点及原因.结果表明:土样固结稳定后进行浸水湿化再次达稳定状态所需时间随主应力差和初始含水率的增大而增大,随压实度、所加围压及湿化水头的增大而减小;土样湿化轴向应变随主应力差、湿化水头的增大而增大,随围压、初始含水率、压实度的增大而减小;而体变则随湿化水头增大而增大,随主应力差、围压、初始含水率、压实度的增大而减小.     

复合土工膜与粗粒料的摩擦特性试验研究

土工膜作为工程防渗处理的一种主要材料[1],在土石坝的防渗中已广泛使用.复合土工膜有时作为一种防渗材料铺设在坝体的上游坡中,达到防渗的目的.斜坡面上土工膜与垫层结构面的抗滑稳定直接影响到工程的安全运行.摩擦试验模拟了复合土工膜与粗粒料垫层结构面之间的摩擦特性,得到复合土工膜与粗粒料垫层结构面之间的剪应力和摩擦角.试验中剪应力具有明显的峰值和破坏后的残余值.试验结果表明,复合土工膜与坝体粗粒料垫层结构面的剪应力-剪应变关系为应变软化型.     

植物根系对重庆紫色土抗剪强度的影响分析

土体滑坡与土体的沉降有关,另一方面是由于土体的强度遭到破坏引起的.而土体的强度破坏一般都是剪切破坏,因此研究土的抗剪强度也就有着重要的意义.为此,进行了测定土的抗剪强度试验,分析了植物根系对重庆地区紫色土壤的力学影响,为重庆地区的生态边坡防护提供一定的理论基础.