细粒含量对石墨尾矿液化特性的影响

尾矿坝是一种高势能危险源,在地震作用下易发生液化致使坝体失稳溃坝,影响尾矿坝的使用安全。采用动三轴试验方法,以黑龙江省鸡西市石墨尾矿为对象,研究三种循环应力比(CSR)下细粒含量(F_(c))对石墨尾矿液化特性的影响规律;应用Ishibashi孔压模型对孔压增长过程进行模拟;同时研究固结比、围压以及饱和度对石墨尾矿液化特性的影响规律。研究结果表明,随细粒含量的增加,石墨尾矿的抵抗变形能力提高,孔压增长速率减慢,抗液化能力增强;随着CSR的增大,石墨尾矿的抵抗变形能力降低,孔压增长速率加快,抗液化能力减弱;Ishibashi孔压模型可以很好地模拟石墨尾矿液化过程中孔压的发展,对于不同细粒含量下的石墨尾矿非常适用。结果还表明,随着固结比及围压的增加,石墨尾矿的液化将逐渐被抑制,使其抗液化能力增强;随着饱和度的增加,可促进石墨尾矿的液化,使其抗液化能力减弱;CSR越小,各种因素对液化特性的影响效果越明显。研究结果可为石墨尾矿坝的液化研究提供科学合理的理论依据。

细粒含量和相对密度对饱和珊瑚砂体应变发展特性影响试验

随着珊瑚岛礁基础设施建设的不断发展,其工程应用的安全性已成为学术界重点关注的问题。通过系列排水循环三轴试验,探究细粒含量F_(c)和相对密度D_(r)对饱和珊瑚砂变形特性的影响。试验表明:F_(c)和D_(r)均会显著影响累积体应变ε_(vd,ir)^(N)(N为加载过程中的循环次数)和动弹性模量E_(d,N)的发展。当0%≤F_(c)≤30%时,不同工况下试样变形的发展模式依据安定性理论可描述为塑性安定行为。稳态累积体应变ε^(s)_(vd,ir)随F_(c)的增大而增大,随D_(r)的增大而减小;ε^(N)_(vd,ir)的发展速率随F_(c)的增大而增大。此外,F_(c)的增大会导致初始动剪切模量E_(d,l)和稳态动弹性模量E_(d,s)产生一定幅度衰减,引入无量纲参数相对动弹性模量E_(r),发现E_(r)的增长速率随F_(c)的增大而增大,但几乎不受D_(r)的影响。基于二元介质理论引入等效骨架孔隙比e^(*)_(sk),鉴于稳态累积体应变ε^(s)_(vd,ir)、E_(d,l)和E_(d,s)均与e^(*)_(sk)存在相关性,建立饱和珊瑚砂ε^(N)_(vd,ir)/ε^(s)_(vd,ir)和E_(r)与e^(*)_(sk)相关的预测模型,结合文献中数据进一步验证模型的适用性。

考虑细粒含量的单参数连续级配方程研究

砂土的细粒效应对其物理力学性质具有重要影响,而现有级配方程难准确定量表征砂土的细粒含量。为更准确定量表征砂土的级配特征和细粒含量,提出可考虑细粒含量f_(c)的单参数连续级配方程。分析该级配方程对砂土级配曲线特征的反映能力,论证其对不同类型砂土级配的适用性。同时,构建不均匀系数C_(u)和曲率系数C_(c)与级配方程参数(特征参数m、细粒含量f_(c)和最大粒径d_(max))的关系式,并基于此开展砂土级配试验设计。研究结果表明:1)所提单参数连续级配方程既能完整反映反S形、近似直线形和双曲线形3种典型级配曲线形态,又能准确定量表征砂土的级配特征和细粒含量,相较现有连续级配方程具有更好的适用性。2)d_(max)已知时,通过调整m和f_(c)的组合,单参数连续级配方程可实现对级配曲线形态、特征粒径dP及C_(u)和C_(c)的调控,实现满足工程建设对砂土级配的需求。3)利用C_(u)和C_(c)与级配方程参数的关系式,推导了砂土级配良好条件下对应的m和f_(c)的取值区间,可快速判别砂土级配的良莠情况。4)利用单参数连续级配方程可设计出特定级配特征参数值或参数区间的系列级配曲线,相比传统方法更为准确高效。研究结论可为进一步定量研究砂土级配特征和细粒效应对其相关物理力学性质的影响规律提供理论基础。

纤维和细粒含量对秸秆纤维土抗冻融性能的影响

为了增强秸秆纤维土的抗冻融性能,分别将长9 mm的玉米秸秆和芦苇秸秆纤维掺入到淤泥质土中,经历不同冻融循环次数后进行无侧限抗压强度试验和直剪试验,同时开展细粒含量对纤维土强度影响的常规试验和冻融试验,通过电镜扫描深入分析其内部变化。试验结果表明:冻融对土体强度和黏聚力影响显著,对内摩擦角影响较小。随着冻融循环次数增加,土体受到冻胀效应的影响,土颗粒重新排列,土体结构受到破坏,产生裂缝,导致强度和黏聚力降低,经历5次冻融循环后,土体结构达到稳定,强度和黏聚力也趋于稳定。适量的纤维可以明显提高土体抗冻性,冻融后对比两种纤维土的力学性能,玉米秸秆纤维土强度更高,芦苇秸秆纤维土韧性更好。除此之外,细粒含量对土体冻胀敏感性有较大的影响,细粒含量越高,土体冻胀效应越明显,从而导致土体强度的大幅衰减;但在未冻融时,细粒含量的增加反而能提高土体的抗压强度。

细粒含量对冻结粉质黏土力学特性的影响

季节冻土力学性能对工程影响显著,季节冻土中细粒含量是其力学性质的重要参数。为研究细粒含量对季节冻土强度的影响,通过冻土三轴试验,研究了不同细粒含量(40%、45%、50%、60%、70%)、不同冻结温度(-5℃、-10℃、-15℃)、不同围压(50 kPa、80 kPa、120 kPa)下冻结粉质黏土的力学性质。结果表明:试样的三轴应力-应变曲线均为软化型。同一细粒含量下,随着冻结负温的降低,土样峰值强度逐渐增大,其中-10~-5℃增长比-15~-10℃更加剧烈。随细粒含量的增加,土体脆性指数分布呈现抛物线形,土样黏聚力呈现上升趋势,而土样内摩擦角减小。同时,采用测温法得出了各细粒含量下未冻水含量分布,建立了冻土黏聚力在不同负温下随细粒含量变化的计算模型,能较好地预估任意冻结负温及任意细粒含量下冻土黏聚力。

细粒含量对冻土-桩界面剪切特性影响研究

针对华北北部地区桩土界面的稳定性开展研究,采用往复直剪仪,在不同法向压力下进行常规直剪试验和往复直剪试验,重点探究了在负温条件下6种细粒含量(0%、10%、20%、30%、40%、50%)对冻土-混凝土界面冻结强度和剪切刚度的影响规律.结果表明:随着细粒含量的增大,常规直剪条件下界面的峰值强度变大,冰胶结强度占比随之提高,且割线模量也不断变大;在往复剪切作用下,界面剪切刚度随剪切循环次数的增加不断衰减,30%细粒含量时界面的剪切刚度衰减幅度最大;虽然细粒的加入会增大界面的剪切刚度,提高界面抵抗变形的能力,但在往复剪切作用下细粒会使界面剪切刚度衰减幅度变大,不利于结构的稳定性.通过层次分析法得出往复剪切次数、细粒含量、环境负温对界面剪切刚度的影响权重分别为58.52%、25.40%、16.08%;该分析结果可为相关工程实践提供参考依据.

基于动三轴试验的不同细粒含量尾矿砂地震液化判别研究

对江西德兴某尾矿库的不同细粒含量尾矿砂开展土样的基本物理力学性质试验,得到土样的物理性质指标和颗粒级配曲线,再通过动三轴试验得到土样的时程、动强度和液化应力比曲线。各种关系曲线显示:液化过程中,尾矿砂试样的强度迅速下降,形变和孔压逐渐增大,最终导致液化破坏;在试验中围压越大,细粒含量越少,液化所需要的动应力越大;液化应力比与液化振次之间的归一性良好,近似于线性相关。根据抗液化剪应力法计算出不同条件下土样的液化判别结果可知:在保持单一变量下,35%细粒含量尾矿砂的液化可能性FL和15%、25%细粒含量尾矿砂相比,分别增加了约28.5%、10%;等效振次(烈度)为30(8度区)的液化可能性FL和等效振次(烈度)为8、12(6、7度区)的液化可能性FL相比,分别提高了约160%、73%;深度为12m的液化可能性FL同深度为3m、6m、9m的液化可能性FL相比,分别减少了约14.5%、12%、7%。

砂–粉混合料阈值细粒含量的确定

阈值细粒含量FC_(th)是评价砂–粉混合料颗粒接触状态及力学特性的重要参数。基于14类砂–粉混合料的38组试验结果,总结了用以确定FC_(th)的物理和力学特性指标,确定了各类砂–粉混合料的FC_(th),分析了不同指标确定的FC_(th)的差异。当砂–粉混合料的颗粒粒径差异较大时,由静态试验结果确定的FC_(th)明显大于由动态试验结果确定的FC_(th),且Rahman经验公式对砂–粉混合料平均阈值细粒含量FC_(th)的预测不合理。基于纯砂粒土和纯粉粒土的最大与最小孔隙比的理论法预测的FC_(th)值与类圆状砂–粉混合料的FC_(th)有较好的一致性,而理论法对类角状砂–粉混合料FC_(th)的预测值明显偏低。研究结果表明,平均粒径比R_d是评价砂–粉混合料FC_(th)的一个重要指标,随着R_d的增大,FC_(th)先减小,当R_d>10时,FC_(th)先迅速放大,然后趋于基本不变;基于R_d建立的经验公式可较好地预测砂–粉混合料的FC_(th)值。

细粒含量对饱和砂土液化特性的影响

通过对原状土样进行共振柱和动三轴试验,排除扰动样对原状土体结构性的破坏,研究不同细粒含量对饱和砂土动剪切模量和液化强度的影响。研究结果表明,在细粒含量小于30%时,由于细颗粒赋存于砂颗粒骨架形成的孔隙中,在砂颗粒之间起到类似于"滚珠"的作用,使得饱和砂土的抗液化强度随细颗粒的增加而降低。大于30%时,细颗粒逐渐占据砂颗粒形成的孔隙因而起着土体骨架的作用,并和砂颗粒一起承担由循环荷载引起的剪切变形,表现为抗液化强度随细粒含量的增加而升高。

细粒含量对尾矿工程性质影响分析

由长期工程实践和试验研究可知,尾矿的工程性质除与尾矿的矿石成分、筑坝方式以及矿浆的沉积特性有关外,重要的是与尾矿的颗粒粒度组成有关。为了分析上游式尾矿库尾矿经排放、沉积、分选等作用下颗粒组成的变化特征及其对尾矿工程性质的影响规律,通过对上游式尾矿库沉积滩面不同距离处尾矿进行颗粒级配分析、力学性质和渗透性质试验,重点分析了细颗粒含量(颗粒直径小于0.075 mm)对尾矿工程性质的影响规律。研究表明,随着距离上游式尾矿库滩顶长度的增大,尾矿颗粒组成中的细粒含量逐渐增多,颗粒级配情况由一般到良好再到一般,孔隙比也呈现出随之先减小后增大的变化趋势。受原尾矿颗粒组成的影响,尾矿黏聚力随细粒含量的增加呈逐渐增大,而内摩擦角相对变化较小,其渗透系数受细颗粒含量影响较大,随含量增大迅速减小。

细粒含量对细粒–砂粒–砾粒混合料动强度的影响

从现有文献可以发现,含砾量、制样方法、相对密度和固结比等因素对饱和砂砾土动强度CRR的影响已有较多研究,但鲜有文献涉及细粒含量FC对砂砾土CRR的影响。通过一系列不排水循环三轴试验,研究了FC对细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的影响。基于颗粒接触状态理论,将细粒–砂粒–砾粒混合料分为类粗粒土、类细粒土和中间性态土;引入"循环流动"和"循环液化"描述类粗粒土和类细粒土的循环破坏过程,提出了适用于混合料的循环破坏标准。试验结果表明:随着FC的增大,混合料的CRR呈现出先降低后增大的特征,当FC=30%时,混合料的CRR最低。通过分析发现,细粒–砂粒–砾粒混合料的CRR随骨架孔隙比e_k的增大而降低,且当FC<25%或FC>35%时,两者有较好的指数关系,说明e_k是合理地表征细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的一个物理指标。

细粒含量对泥石流斜坡失稳模式与规模的影响

为了研究泥石流土体的细粒组分(d≤0.075 mm)在降雨入渗和渗流过程中对泥石流孕育与启动机理的影响,利用自制的泥石流模型槽,采用3种细粒含量的土体制作室内斜坡模型,进行了人工降雨诱发斜坡泥石流试验,研究了泥石流土体斜坡在降雨入渗过程中坡面产流的形成特点、水土流失特征以及斜坡失稳模式。试验结果表明:斜坡细粒在雨水入渗过程会发生分散流失而使坡面表层土体粗化;细粒含量较高斜坡中分散的细粒会随雨水入渗向深部运移堵塞孔隙而降低土体的渗透性(入渗容量),湿润前锋未扩展到下卧土-岩界面就发生坡面产流与坡体破坏,且破坏面距湿润前锋较近(仅数厘米),破坏模式先为块体的滑动-流动破坏,然后为沟道侵蚀,土体流失规模与雨强、细粒含量有关;细粒含量较低斜坡的破坏模式为牵引式的滑塌,但试验过程中未发生大规模的土体流失,细粒分散运移作用对低细粒含量土体孔隙的堵塞效应不明显,而在土-岩界面处形成了较稳定的携细粒水流。斜坡土体细粒含量对斜坡破坏模式和坡面产流的形成有重要作用,考虑坡面产流影响的斜坡稳定性分析模型得到的安全系数更接近实际情况。

细粒含量对粉土动孔压发展模式影响的试验研究

采用多功能静动液压剪切仪进行了粉土动荷载下的孔压试验,探讨了黏粒含量和粉粒含量对重塑粉土动孔压发展的影响。试验模拟大震时细粒含量影响的孔压发展规律,对已有的指数形式孔压模式进行修正,以便模拟初始液化发生后达到一定液化程度的实际情况,该模式包含2个参数a和b。研究结果表明,细粒含量对粉土动孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数b上。粉土中粉粒含量与孔压参数b的关系呈单调的线性关系,而黏粒含量与孔压参数b的关系则不是单调的线性关系,是在黏粒含量为8%时孔压参数b达到的最大值,试验数据验证该修正的动孔压模式有更广泛的应用性。

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明:细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。

冻融及细粒含量对粗粒土力学性质影响的试验研究

以粗粒土填料在冻土地区铁路路基中的应用和推广为研究背景,针对冻融作用及细粒含量对粗粒土填筑路基稳定性的影响,通过室内三轴试验深入研究和分析了冻融次数、细粒含量以及围压对粗粒土试样强度特性的影响规律。研究结果表明,随着细粒含量的增加,粗粒土的应力应变曲线由冻融前的应变软化现象过渡到冻融后的应变硬化现象;同时,随着细粒含量的增加,未经历冻融时,细粒土的黏结性有效地提高了粗粒土的剪切强度,而经历冻融后,细粒土的冻胀性反而削弱了粗粒土的剪切强度;粗粒土的剪切强度和抗剪强度指标随冻融次数的增加而减小并在经历6次冻融后达到稳定状态;围压的"围箍"作用有效地提高了粗粒土的抗剪强度;通过讨论和分析,建议冻土区铁路路基粗粒土填料的合理细粒含量为5%,并将粗粒土填料经历6次冻融后的力学指标作为工程设计值。

细粒含量对饱和砂类土液化强度的影响

为研究细粒含量FC对不同密实状态饱和砂类土液化强度CRR的影响,将不同FC的砂类土试样分为3组:(1)相同的相对密实度Dr=50%;(2)相同的孔隙比e=0.90;(3)相同的骨架孔隙比e_(sk)=1.20,对不同FC和密实状态(Dr、e和e_(sk))的砂类土进行了一系列不排水循环三轴试验。试验结果显示:e或Dr相同的砂类土CRR随着FC的增加逐渐降低;具有相同e_(sk)砂类土的CRR随FC的增加迅速增大,砂类土的CRR与D_r、e或e_(sk)都没有较好的相关性。分析表明:不同FC和密实状态砂类土的CRR随等效骨架孔隙比e_(sk)~*的增大而降低,两者呈现较好的负幂函数关系,这表明考虑细粒影响程度的e_(sk)~*是合理表征不同种类砂类土CRR的一个物理状态指标。通过对比已有的砂类土的试验结果发现:砂类土中的砂粒是影响CRR的重要因素,且随着砂粒的形状从圆状向角状变化,砂类土的总体CRR逐渐增大。

细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响研究

利用GDS循环三轴试验系统,进行一系列不同细粒含量砂土的不排水动三轴试验,研究细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响。试验结果表明,砂土的动弹性模量随细粒含量的增加而减小,但当超过细粒含量的临界值30%后,变化趋势则相反;阻尼比随着细粒含量的增加呈现先增大后减小的趋势,其细粒含量的临界值也为30%。当细粒含量小于30%时,砂土的动力特性主要由粗粒决定,粗粒间形成的骨架孔隙比随细粒含量的增加而增大,相同应变水平下抵抗变形的能力随之减弱,从而使动弹性模量减小。同时,土颗粒间接触点的减少使应力波在土中传播速度变慢,使得土体对动荷载反应的滞后性增强,阻尼比随之增加;当细粒含量大于30%后,砂土的动力特性主要由细粒决定,细粒间孔隙比随着细粒含量的增加而减小,从而使砂土的动弹性模量与阻尼比呈现出相反的变化趋势。

细粒含量对尾矿材料液化特性的影响

为了模拟沉积分选后颗粒组成的变化对尾矿材料的动力特性的影响,尾矿筛分后按不同的细粒(颗粒直径小于0.074 mm)含量制备尾矿试样,并进行了大量的土动力学试验。分析了细颗粒含量对尾矿材料的动力液化特性的影响规律。研究表明,对于铜矿类尾矿坝的尾矿材料,当细颗粒含量占到总量的35%时其抗液化性能最佳。根据尾矿材料动力特性试验的研究结果,并结合现场的标准贯入试验成果,提出了适用于尾矿材料的细粒含量对标准贯入击数的修正式。该式可以分析不同细粒含量的尾矿材料的抗液化强度,提高尾矿坝液化判别方法的判别准确程度。

不同细粒含量下高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征与冻胀特性

采用自行研发的水气迁移试验装置开展单向冻结试验,研究在气态水迁移和水气混合迁移2种水分迁移模式下,不同细粒含量粗颗粒填料的温度场与冻结深度、外界补水量、水分重分布、液态水迁移高度及冻胀变形的变化规律,分析细粒含量对高铁路基粗颗粒填料水气迁移特征及冻胀特性的影响。结果表明:细粒含量和水分迁移模式对粗颗粒填料冻结过程和深度的影响不显著;温度梯度是外界水分向粗颗粒填料试样内部补给的主要内在驱动;增加细粒含量,有利于液态水迁移,一定程度上阻碍气态水迁移;水气混合迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越大,而气态水迁移模式下,细粒含量越高,外界补水量越小;相同水分迁移模式下,细粒含量越高,粗颗粒填料试样冻胀变形越大。

细粒含量P_c<25%渗透变形类型为非管涌碎砾石的颗粒级配特征及判别方法

细粒含量判别法是无黏性粗粒土渗透变形类型主要判别方法,但细粒含量Pc〈25%渗透变形类型为流土和过渡的碎砾石,其渗透变形类型不符合细粒含量判别准则.通过对46个工程310个试样（其中Pc〈25%的试样数214个）,渗透变形试验结果统计分析发现,该类土虽然仅占同级配段（Pc〈25%）比例为6.1%,但其颗粒级配曲线均具有独特特征,即各粒径级颗粒含量均较均匀,即Cu均大于5,Cc多数为1.0~3.0之间,即该类土大多数为优良级配,进一步分析发现其D15/d85之比均小于等于5,进而提出用D15/d85≤5作为判别该类土的方法.