粉煤灰改良红层泥岩填料静三轴试验研究

红层泥岩的吸水软化和体积膨胀特性易造成路基翻浆冒泥现象及路基不均匀沉降等病害,在作为公路路基填料时应对其进行改良。本文选用粉煤灰作为改良剂,通过室内X射线衍射试验、化学成分测试和易溶盐等试验,分析红层泥岩和粉煤灰的成分组成及离子含量;通过无侧限抗压强度试验、室内变水头渗透试验和固结等试验分析了试样改良前后物理力学特性;通过常规三轴UU试验,研究了不同粉煤灰掺量对改良试样剪切应力-应变及抗剪强度的影响;分析了粉煤灰掺量为10%时,养护龄期对改良试验抗剪强度参数的影响。结果表明:该地区红层泥岩属低液限黏土,其易溶盐溶液中的SO42-离子含量最高,pH值呈碱性;三轴剪切试验中,改良和未改良试样均呈塑性破坏,试样粉煤灰掺量和龄期均对试样抗剪强度提高具有促进作用,且黏聚力增长幅度远大于内摩擦角;粉煤灰掺量为10%龄期28 d时,试样黏聚力较未改良未养护试样和10%掺量未养护试样分别提升37.9%和6.9%,内摩擦角分别增大了1.2°和0.7°。试样的静力学试验均验证了粉煤灰改良的可靠性。

红石岩堰塞坝新堆积体动三轴试验研究

牛栏江上的红石岩堰塞坝新堆积体以石灰岩和白云岩为主,级配和密度离散性较大。同时,已有研究结果表明,红石岩新堆积体具有黏性粗粒土性质,静力参数具有明显的离散性,需开展其岩土料的动力参数研究,以为将其利用改建为水利枢纽提供基础材料数据。采用GDS动三轴仪,对红石岩新堆积体进行了动剪切模量比与阻尼比试验,研究新堆积体动应力应变特性及其影响因素。试验结果表明:随着剪应变的不断增大,新堆积体动剪切模量比不断减小,阻尼比随之增大。新堆积体动力特性受围压影响较为明显,最大动剪切模量随着围压的增大而增大。在相同剪应变条件下,随着围压、干密度、粗颗粒含量的增大,动剪切模量比逐渐增大,阻尼比逐渐减小。另一方面,新堆积体细粒含量较多,颗粒岩性复杂,风化程度差异明显,导致其动力特性具有一定的离散性,与人工筑坝堆石料存在明显差异。

粗粒土力学特性的大型三轴试验及离散元—有限元耦合模拟

本文旨在探究粗粒土的力学特性,并揭示细观力学组构与宏观变形特征之间的内在关系。综合室内大型三轴试验及离散元—有限元耦合技术,建立还原大粒径块石含量及形状的粗粒土三维数值模型,基于柔性围压加载,考虑Rigid Block刚性块优化块石的细观模型,采用PFC程序对粗粒土试样开展了大型三轴试验数值模拟研究,分析粗粒土试样的宏观变形特征及细观力学组构特性。试验研究表明:该试样呈现出应变强化效应,在围压柔性加载下,试样侧向鼓胀变形,试样中部发育“X”形剪切带,竖直方向接触力链逐渐加强,呈现贯通趋势。结合宏观变形特征和细观力学组构综合分析,发现试样在竖直方向由压缩引发的变形程度较试样径向方向由剪切破坏所引发的变形程度更为显著,且竖直各向异性变化程度大于水平各向异性变化程度,这表明细观力学组构与宏观变形特征的变化趋势具有明显的一致性。

PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验

基于PFC3D软件研究不同纳米材料、掺量、围压、干密度对改良黄土力学性能的影响,确定改良黄土宏细观之间的参数关系,通过建立改良黄土数值模型、三轴试验,获得了改良黄土的应力–应变曲线。将数值模拟的结果与室内试验的结果相比较,通过数值模拟和室内三轴试验,得出的改良黄土抗剪强度指标基本吻合。试验结果表明:(1)围压一定时,改良黄土试样偏应力随纳米黏土掺量的增加而增大;改良黄土的应力与应变正相关,不同围压时,表现为软化型和强硬化型;(2)当凹凸棒土掺量小于2%时,数值模拟得到的抗剪强度总体小于室内试验得到的抗剪强度,材料大于2%时则相反;(3)纳米蒙脱土改良黄土数值试样材料掺量小于等于4%时,数值模拟得到的抗剪强度大于室内试验的抗剪强度,大于4%则相反。

道砟嵌入路基土三轴试验及离散元模拟研究

有砟轨道道砟嵌入对路基服役性能具有显著影响。基于此设计上层为道砟、下层为路基土的单元试样,通过室内动三轴试验和离散元法(discrete element method,简称DEM)数值仿真研究了动荷载作用下道砟嵌入路基土的宏观变形行为和局部变形特征。研究结果表明:在动荷载作用下,道砟与路基土之间仅通过接触面上有限数量的离散接触传递应力,随动应力幅值增加,道砟嵌入深度也不断增加,嵌入深度与动应力呈指数函数变化。道砟嵌入路基土变形过程分为局部挤压阶段、剪切带形成阶段及剪切带发展阶段,道砟嵌入会使得道砟−路基土接触界面的土样孔隙率显著增加,同时也会使得接触界面发生显著的侧向变形。孔隙率较高的饱和试样在较低的动应力作用下会发生翻浆冒泥现象,道砟嵌入导致的路基面孔隙率升高是既有路线发生翻浆冒泥的重要原因,防治翻浆冒泥需重点防止道砟嵌入导致的土样局部孔隙率升高。该研究成果可加深对道砟嵌入现象以及由此引发的路基表层变形行为的认识。

土工格栅加筋砂土的三轴试验研究

为研究土工格栅的加筋机理,文章设计了3种不同网格尺寸的土工格栅,采用应变控制式三轴仪进行加筋砂土的不固结不排水三轴剪切试验,探究土工格栅网格尺寸、加筋层数及围压对砂土强度特性的影响。试验结果表明:未加筋时,砂土主要表现为中上部鼓胀破坏,随着加筋层数的增加,砂土的破坏形态依次转变为中部鼓胀破坏和剪切破坏;素砂和加筋砂土的偏应力-轴向应变曲线表现为应变软化型。不同网格尺寸的土工格栅对砂土的强度特性影响不同,土工格栅网格尺寸为3 mm×3 mm时,加筋效果类似硬化的“土工布”;1层土工格栅加筋时,随着土工格栅网格尺寸的减小,对砂土的强度影响不大;2、3层土工格栅加筋时,网格尺寸越小,加筋效果越好;加土工格栅可有效提高砂土的黏聚力,当土工格栅网格尺寸较小时,土工格栅还可提高砂土的内摩擦角。

砂柱法制样及剪切速率对黏性粗料三轴试验的影响

对砂柱法和常规方法制备的黏性粗粒土三轴试样进行饱和试验,对比其饱和效果,同时为论证砂柱对土体排水效果、应力-应变关系和强度特性的影响,开展砂柱法试样和常规试样在不同剪切速率下的三轴CD剪试验,并讨论剪切速率对试验的影响。试验结果表明:砂柱法配合反压饱和6 h,试样基本饱水均匀;常规试样的速率敏感度较高,随着剪切速率的增大,强度指标φd减小、Cd增大,同一围压下,峰值偏应力减小;体应变εv与剪切速率呈反比,且围压越大,越不利于土体排水,峰值偏应力减小的幅度越大;剪切速率与Ei呈反比,与Bi成正比,邓肯-张模型参数Rf、k、n、D和F值随剪切速率的增大而减小;砂柱法制备的试样速率敏感度较低,且砂柱法试样在0.3 mm/min剪切速率下具有同常规试样0.03 mm/min剪切速率下相似的三轴应力-应变特征;该方法获取了相近的CD剪强度指标和邓肯张模型参数,同时缩短了试验在饱和-固结-剪切3个阶段的用时,大幅提高了试验效率,具有良好的经济效益。研究结果可为与黏性粗粒土三轴试验相关的实践和研究工作提供参考。

刚性与柔性边界下砂离散元三轴试验力学特性对比分析

为更好地从细观角度探究砂的变形破坏规律,对比不同围压加载方式下离散元三轴试验模型的有效性。采用颗粒流软件(PFC),考虑刚性和柔性两种围压加载方式,对不同密实度的HST95砂土试样建立离散元三轴试验,并结合相关室内三轴试验结果,讨论两种围压加载方式下砂土试样的力学特性、变形特性和剪切破坏过程。研究结果表明:柔性围压加载条件下模拟效果更好,且对于相对密实度越大的试样,柔性围压加载方式优于刚性围压加载方式:与室内试验结果相比,柔性围压加载下的应力应变结果误差均在10%以内,刚性围压加载结果误差在7%~53%范围内;30%密实度与70%密实度试样在刚性围压加载下,20%轴向应变时体积应变分别约为室内试验结果的0.6倍和1.1倍,且大剪切应变下试样体积缩小与实际不符。柔性围压加载下两种密实度试样的体积应变误差在1%以内;柔性围压加载下的试样可以更好地还原侧向鼓胀变形下的剪切破坏特征,并揭示剪切带的形成发展过程。

两种气体作用下非饱和江边吹填砂三轴试验研究

为了研究非饱合土体中充入空气或CO_(2)气体所导致的土样不同物理力学性质,以长江边的吹填细砂为对象,通过改变细砂的含水率,往土样通入空气和CO_(2),采用固结不排水三轴试验分析了两种不同气体作用下细砂的应力-应变曲线及抗剪强度指标。研究结果表明:两种气体在低围压下使得细砂的应力-应变曲线表现为应变软化型,高围压下曲线为硬化型。围压作用下充CO_(2)细砂具有低孔隙率和高密实度特征,导致充CO_(2)细砂的抗剪强度大于充空气的细砂。在高围压下,细砂颗粒联系更加紧密,更多依靠颗粒骨架传递应力,使得两种气体作用下细砂抗剪强度的差别变小。细砂含水率从4%增至12%时,充CO_(2)细砂的黏聚力是充空气细砂黏聚力的2.62~4.37倍,据此可在工程建设中对有机质含量高的非饱合细砂充入CO_(2)气体,以起到加固土体的效果。

三轴试验橡皮膜与滤纸修正比较分析

为了补充国内土工试验规范没有关于橡皮膜与滤纸的修正规定的不足,本文通过对比分析美标ASTM、英标BS及国际标准ISO不同规范中对橡皮膜与滤纸修正的规定,总结其修正要点,并结合试验数据分析得出相关的结论。ASTM、ISO修正偏大,BS修正偏小。橡皮膜与滤纸的修正对软土的影响较大,对硬土的影响较小。c_(uu)<50 kPa时,内聚力c值变化不大,基本小于5%。修正后的内摩擦角j修正值最大可达85%总体上比修正前小,数据更为合理。c_(cu)<50 kPa时,进行橡皮膜与滤纸修正后的内聚力c值均变小,总体上ccu越小,内聚力c值修正比例越大,修正后的内摩擦角j变化不大。

不同温度条件下三峡茅坪溪沥青混凝土三轴试验研究

沥青混凝土具有温度敏感性,不同温度下力学性能差异较大。针对三峡茅坪溪沥青混凝土进行了基本力学性质试验及不同温度条件下的三轴剪切试验,探究温度对沥青混凝土力学性质的影响规律。结果表明:茅坪溪沥青混凝土的劈裂抗拉强度偏低,拉伸强度较小,拉伸应变较大,最大弯拉应变、挠跨比较大,单轴抗压强度较小;随着试验温度的升高,沥青混凝土的黏聚力增大,内摩擦角减小,试样破坏偏应力降低,且偏应力随着围压的增加而增大,试验结束时应力-应变关系曲线均为硬化型;变形模量数K、n及初始切线泊松比G均随试验温度的升高而降低。试验成果可为大坝沥青混凝土心墙运行状态评价提供参考。

粗粒土等压固结与K_(0)固结三轴试验对比研究

对不同密度砂卵石料进行等压固结和K_(0)固结条件下的排水剪切试验,并分析固结应力条件对砂卵石料强度和应力—应变特性的影响。结果表明,峰值偏应力与高围压下密实土体结构改变有关,干密度较小时K_(0)固结条件下的试验值较大;干密度较大而围压较小时,K_(0)固结条件下的试验值较大;干密度和围压均较大时,等压条件下的试验值较大。两种固结条件下的应力应变特征相似,随试样密度的增大由应变硬化向应变软化过渡,但K_(0)固结条件下试样剪胀性更加明显,两种固结条件下试样所得的邓肯-张模型、南水双屈服面模型参数相近,说明采用等压固结排水剪切试验确定深厚覆盖层坝基相关模型参数是可行的。

基于动三轴试验的软黏土软化系数的分析与预测

在长期循环动力荷载下,软黏土这类工程性质不良的土的变形和动弹模量等力学参数会产生变化。为了讨论长期动力荷载对软黏土的作用,收集了软黏土在动三轴试验中的动力特征参数,分析了软化系数、累积塑性应变与循环应力比CSR的关系。基于逻辑回归分类算法,以土体是否破坏作为分类预测标准进行了参数影响分析。结果表明,CSR越小,频率越大,软化系数越大,土体越不容易破坏,但频率的作用相对于CSR的影响较弱。进一步利用随机森林模型将软黏土的动静力特征相结合,对不容易直接获取的软化系数进行回归预测,模型训练集精度为0.93,测试集精度达0.79,通过显著性水平检验。模型表明,累积塑性应变相对于原状土或重塑土、超固结比OCR、加载波形、频率、CSR和根据变形曲线判断的土体状态类型(稳定/破坏)等指标对软化系数的预测有较大影响,体现了机器学习技术的良好应用前景。

循环三轴试验加载频率和压实度对重塑砂土液化行为的影响

通过对各向同性固结不排水试样进行循环三轴试验,研究了饱和重塑砂土的液化行为。试验采用恒幅正弦载荷,通过测量剪切模量、阻尼比、轴向应变和超孔隙水压力比的变化,评估了加载频率(分别为0.1、0.5、1.0 Hz)和压实度(分别为0.95、0.90和0.80)对砂土液化行为的影响。试验结果表明,对于压实度为0.95的砂样,在5000次加载循环中,0.1 Hz的加载频率对液化过程影响甚微;而对于压实度为0.90和0.80的砂样,此频率的影响显著。对于压实度为0.80的砂样,当频率增加到0.5 Hz时几乎一加载就直接发生液化。这表明增加加载频率会加快液化速度,而增加压实度则会减慢液化速度。因此,通过一系列的试验可以模拟现场砂土在不同频率下的动荷载条件。试验结果表明,饱和砂土的液化行为由以下因素决定:(1)试样的压实度越低,液化越容易发生;(2)加载频率越高,液化越容易发生;(3)循环轴向应变越大,发生液化所需的循环次数越少;(4)超孔隙水压力随加载循环次数增加,直至试样完全液化。

基于离散元法的三轴试验数值仿真分析

基于离散元法的思想,利用Fish语言编写程序在PFC软件上实现了三轴试验的数值模拟。实现了土体细观参数和宏观参数的标定,对于内摩擦角2°-30°的土体,可以从文章的数值模拟结果中找到大致对应的细观参数。得出细观摩擦系数、法向粘结强度和切向粘结强度等细观参数会影响应变的峰值强度与宏观内摩擦角和粘结力,细观摩擦系数与内摩擦角成正相关,与粘结力成负相关。根据数值模拟的结果,提出粘结力与细观摩擦系数关系公式和内摩擦角与细观摩擦系数关系公式,利用室内试验结果验证了拟合公式的准确性和可行性。

尾矿砂动力特性的动三轴试验研究

尾矿库是堆存选矿后尾矿的场所,尾矿砂主要为细砂、粉砂等无黏性土,往往处于饱和状态,因此在地震作用下易发生液化并造成尾矿坝的失稳破坏。以某尾矿库为研究对象,通过现场勘察取样,对4种类型尾矿砂即尾中砂、尾细砂、尾粉砂和尾粉质黏土的特征进行了描述和物理参数测试。采用STX-200液压伺服式动三轴试验仪对尾矿砂试样动弹性模量、动剪切模量和阻尼比等动力学参数进行了试验测试。结果表明:试样的初始动弹性模量和初始动剪切模量均随动应变的增大先减小后趋于稳定,且受试样固结围压影响很大;随着动应变的增大,试样最大阻尼比呈明显的非线性增大,即先迅速增大后缓慢增大并趋于平稳,但其受围压的影响较小。试验结果可为尾矿库在地震作用下的动力液化分析提供数据支持。

垃圾焚烧炉渣在三轴试验中的力学特性和破碎特性

以上海某生活垃圾焚烧厂产生的炉渣为研究对象,对垃圾焚烧炉渣进行X射线荧光光谱分析,得到炉渣的化学成分组成。然后对干燥状态下的炉渣进行三轴试验,并在试验后进行颗粒筛分,得到垃圾焚烧炉渣在三轴试验中的力学特性和破碎特性。最后,将三轴试验数据和直剪试验数据进行对比,分析炉渣在不同试验中的强度指标和颗粒破碎程度,定量描述炉渣颗粒的破碎率。研究发现,当三轴试验的围压达到一定大小后,由剪切作用产生的破碎率将不再增长,此时剪切面处的颗粒已经全部破碎,即如果用更大的围压力进行三轴试验,实际增加的只是压缩破碎率。

基于三轴试验的水泥土抗剪强度参数分析

针对现有文献中关于水泥土三轴抗剪强度参数的研究总体上较少,而黏聚力和内摩擦角对水泥土边坡稳定分析至关重要这一问题,采用室内三轴剪切试验,对胶凝材料的总掺量、龄期、围压和粉煤灰掺量等因素及其对三轴抗剪强度参数的影响进行分析。研究结果表明:黏聚力随着龄期的增加而增加,且二者之间大致为线性关系;总掺量越大,相同龄期下的黏聚力也越大。内摩擦角总体上随着龄期的增大而减小,且龄期越小,内摩擦角减小得越快;总体上总掺量越大,相同龄期下的内摩擦角越小。黏聚力随着粉煤灰掺量的增加而增加,内摩擦角与粉煤灰掺量之间无明显的关系。黏聚力增量、内摩擦角增量与龄期之间均无明显的关系。当总掺量较小时,黏聚力增量随着粉煤灰掺量的增大而增大;当总掺量较大时,黏聚力增量随着粉煤灰掺量的增加先增大再减小。该研究成果可为珠三角软土区水泥土的设计与施工提供试验依据。

动荷载作用前后级配碎石桩力学特性变化三轴试验研究

为探究动荷载作用前后级配碎石桩力学特性变化规律,利用SDT-20三轴试验仪,进行2种级配碎石桩在振动前后的三轴剪切试验。根据力学理论及试验数据,详细分析了动荷载作用对级配碎石桩内摩擦角和似黏聚力的影响。结果表明:动荷载作用对大粒径碎石桩的似黏聚力影响较大,对小粒径碎石桩内摩擦角和似黏聚力影响均较大;动荷载作用会使得碎石桩颗粒产生从自组织硬化到软化的循环往复的过程。

基于数值仿真的三轴试验研究与应用现状

三轴试验是研究岩土的强度、变形的基础试验,可以完整地反映试验试样受力变形直到破坏的全过程,随着我国工程建设蓬勃发展,弄清场地的工程地质条件是工程建设前期的必要准备,其中三轴试验是研究岩土体性质的重要手段之一。以数值仿真的三轴试验为研究内容,先简要总结当前室内三轴试验存在的不足之处;再引出数值仿真的应用现状,主要介绍了有限元方法的ABAQUS软件和离散元方法的PFC软件在三轴试验中的应用;最后总结了数值仿真在三轴试验研究中的优势之处。数值模拟方法结合实际物理试验,相互印证、促进,该方法有利于学科交叉发展,为工程建设的可行性提供一定的参考依据。