土工格室加筋碎石复合体大型三轴试验研究

为研究土工格室加筋碎石复合体的力学行为与变形特性,基于大型三轴试验,分析土工格室竖向间距、加筋层数、格室高度、结点距离以及格室类型对加筋碎石复合体强度与变形特性的影响规律,通过引入强度加筋系数评价不同工况条件下土工格室的加筋效果。研究结果表明:不同工况条件下土工格室加筋均可在一定程度上提升碎石填料承载力;2层土工格室加筋条件下最优竖向间距为200 mm;增加土工格室层数或增大土工格室高度对于提升加筋效果较为显著;减小土工格室结点距离仅使加筋效果略有提升;高密度聚乙烯(HDPE)材质无孔土工格室加筋效果优于HDPE有孔土工格室以及聚丙烯(PP)、聚酯(PET)材质的土工格室,PP、PET土工格室加筋效果略高于HDPE有孔土工格室。

粗粒料强度和变形的大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对高低围压下粗粒料的应力应变特性、抗剪强度、内摩擦角和颗粒破碎特性进行了对比分析,并探讨了不同泥岩含量对堆石坝料强度的影响。结果表明:中高围压下粗粒料表现出应变硬化特性和剪缩,强度包线和不同围压下的最大主应力比与剪胀率的关系近似为线性,而低围压下主要表现为应变软化和剪胀,抗剪强度包线等表现为非线性。随着围压的增加,主应力比降低、颗粒破碎率增大、内摩擦角减小。泥岩含量的增加使颗粒表面的摩擦阻力与粒间的咬合力减弱,导致抗剪强度降低。

基于围压柔性加载的土石混合体大型三轴试验离散元模拟研究

综合运用计算机三维扫描与随机模拟技术,建立了不同块石含量和空间分布的土石混合体三维随机细观结构模型和离散元模型,考虑围压柔性加载,基于柔性黏结颗粒膜方法,采用颗粒流程序对不同土石混合体试样进行了不同围压下的大型离散元三轴试验模拟,研究了块石含量和空间分布对土石混合体力学特性和变形破坏规律的影响。数值模拟结果表明:土石混合体的强度和抵抗变形的能力随含量和围压的增大而增强,且在相同含石量下,受内部块石空间分布的影响,试样的内摩擦角和黏聚力虽会表现出一定的离散性,但总体上,内摩擦角随着含石量增加基本呈线性增加,而黏聚力却随着含石量增加逐渐减小;在围压柔性加载下,土石混合体试样表现为鼓胀变形破坏,破坏后形成的剪切带为一个曲折条带,形态上呈非对称的X形分布,厚度约为试样高度的1/3~1/2倍,且试样的破坏形态及内部剪切带大小和分布形态不仅受块石含量和空间分布影响,而且也取决于围压大小;土石混合体试样在破坏过程中内部剪切带的形成是伴随局部颗粒的转动开始的,在应变到达峰值应变时,局部发生转动的颗粒相互连接贯通,此时剪切带已基本形成,此后随着应变继续增加,受峰后鼓胀变形的影响,试样内部颗粒的转动仍会发生一定的变化,同时伴随着剪切带大小和分布形态也发生相应的变化。

粗粒料大型三轴试验的尺寸效应研究

采用大型三轴仪,对双江口高土石坝的砂岩过渡料进行试验研究。通过对不同试样直径D和不同最大粒径dmax的过渡料进行等σ3应力路径试验,分析了D、dmax对应力-应变-强度特性的影响,研究了室内试验存在的尺寸效应。结果表明,对同一种级配试样,破坏主应力差、内摩擦角和初始切线模量随试样直径的减小而增大;在低围压下破坏主应力差和内摩擦角的增大趋势明显,但随围压增大,增大幅度减小;对同样的试样直径,最大粒径增大,破坏主应力差和内摩擦角增大,同样这种增大趋势在低围压下明显。

加筋粗粒土大型三轴试验研究

采用大型三轴剪切仪,对粗粒土、加筋粗粒土强度变形特性进行了试验研究。试验结果表明:不同围压条件下粗粒土和加筋粗粒土剪切的应力-应变关系类似,应力应变关系表现为应变硬化型;当轴向应变较小时,加筋效果不明显,随着轴向应变的逐渐增大,加筋效果逐渐发挥;粗粒土加筋后的内聚力c有明显增加,但是内摩擦角φ基本不变,侧向变形减小,体积变形增大;对邓肯-张模型的适用性进行分析,表明邓肯-张模型中切线弹性模量能很好适用于加筋粗粒土,但不能很好地反映加筋粗粒土变形特性。在试验的基础上提出了轴向应变与侧向应变的二次函数关系,建立了粗粒土的体积应变与轴向应变的函数方程,并对粗粒土以及加筋粗粒土的三轴试验体积应变数据进行了预测。

堆石料剪胀特性大型三轴试验研究

基于不同初始孔隙比e0和不同固结压力σc情况下筑坝堆石料大型三轴固结排水剪切试验,分析了堆石料应力应变关系与体积应变关系以及剪胀率ζ与塑性剪应变εsp关系的变化规律。研究表明:对于颗粒级配确定的堆石料,剪胀剪缩转化关系由临界初始孔隙比(e0)crit与临界固结压力(σc)crit共同决定;堆石料破坏时的剪胀率ζf可以成为材料剪胀性的判断标准。通过试验数据非线性拟合分析,提出了堆石料应力应变关系与塑性体积应变关系的统一表达式以及初始物理力学状态依赖的应力-剪胀方程和破坏时剪胀率ζf表达式,并由此获得了堆石料剪胀剪缩转化的判断准则。

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.

巨粒土大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对巨粒土在低围压下的应力-应变特性、抗剪强度特性以及水对强度和变形的影响进行了分析。结果表明:在较低围压情况下,应力-应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要决定于围压的大小,而其体变特征首先表现出体积收缩,随着轴向应变的增加,逐渐转为体积膨胀,随着围压的增大,剪胀逐渐减弱并过渡到完全体缩,但体缩率逐渐减小直至趋于稳定;巨粒土的抗剪强度随着应力水平的变化,表现出非线性特性,一般随着围压增大,强度参数?降低;水对巨粒土的压缩特性和剪切特性有重要影响,主要表现为压缩系数增大,抗剪强度降低。

粗粒料大型三轴试验中橡皮膜嵌入量对体变的影响及校正

在围压变化的应力路径上对粗粒料进行大型三轴试验时,需要有效地消除橡皮膜嵌入量对试样体积变形量测的影响.橡皮膜的嵌入量由试样侧表面的孔洞、膜间自由水、试样表面的疏松层以及橡皮膜张力的变化等复杂因素产生,通过试验的方法要精确地确定其大小、消除其影响是非常困难的.采用等向固结试验校正法,对多种不同筑坝堆石料的橡皮膜嵌入量进行了大型三轴试验研究,得到橡皮膜嵌入量的大小及其试验规律,发现橡皮膜嵌入量大部分在低围压的情况下发生,其与围压的关系可用双曲函数来表示,橡皮膜嵌入量占量测排水总量的百分比在30%～50%之间.通过对橡皮膜嵌入量校正前后一组等应力比三轴试验成果合理性的讨论及该试验结果同压缩试验结果对应关系的分析,论证了等向固结试验校正法对粗粒料大型三轴试验的合理性.

加筋软岩粗粒土路堤填料大型三轴试验研究

为研究加筋粗粒土填料的强度变形特性及加筋效果,进行加筋强风化软岩粗粒土固结不排水和固结排水大三轴试验。试验表明:加筋填料的应力–应变关系表现为应变硬化型;轴向应变较小(εa<1%)时,加筋填料效果不明显,随着轴向应变的逐渐增大加筋效果逐渐发挥。加筋填料的孔隙水压力均高于素填料,随着加筋层数的增加均有不同程度的提高。加筋效果系数均>1.0,一层加筋填料加筋效果系数为1.09～1.21,二层加筋填料加筋效果系数为1.30～1.71,三层加筋填料加筋效果系数为1.31～1.72。加筋前后填料的内摩擦角?基本不变,填料的黏聚力增大。加筋填料的本构关系可以用Duncan-Chang模型来描述,依据试验结果求得模型参数。

应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究

依据宜兴抽水蓄能电站上库主坝主堆石料原型级配,联合采用相似级配和等量替代的级配模拟技术制备大型三轴试样,利用YS–30型应力路径大型试验机开展应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究。研究结果表明:应力路径与固结应力共同作用,成为影响堆石料剪切特性的主要外部因素。堆石料抗剪强度具有显著的非线性特征,而应力路径对其抗剪强度影响极小。随着σc与k的增加,应力–应变关系由低压应变软化、高压应变硬化型向完全应变硬化型转变;体积应变关系由低压剪胀、高压剪缩型向完全剪缩型转变;随着应力比k的增加,堆石料塑性变形性质逐渐由剪切塑性变形变化为主转变为压缩塑性变形变化为主,破坏形式则由剪切破坏转变为压缩破坏。堆石料剪胀剪缩转化关系由临界应力比kcrit与临界固结应力(σc)crit共同决定。

加筋红土大型三轴试验研究

为充分考虑试验中加筋材料的比尺效应,采用大型三轴剪切仪研究了CAT钢塑复合带加筋红土和对应素土的应力-应变关系。并使用规格化强度指标和准粘聚力原理分析了其加筋机理,表明使用CAT钢塑复合带加筋能够提高红土的强度。而红土加玻璃纤维土工布复合体的三轴试验结果显示,该加筋土强度较素土有可能反而降低。故对于红土等粘性类土,应当慎重选择加筋材料。

堆石料应力-应变特性大型三轴试验研究

通过对水布垭筑坝堆石料进行0.2~3.5 MPa围压下的大型三轴固结排水剪(CD)试验,分析了不同围压下堆石料的偏应力-轴应变关系及体应变-轴应变关系的变化规律;引入破坏强度和体变与围压的关系,采用临界偏应力σ_(cre)和临界体应变ε_(vcre)作为归一化因子对不同围压下的应力-应变关系试验结果进行归一化处理,建立了不同围压下的应力-应变关系表达式,并将计算预测与试验结果进行对比验证。研究表明:对于颗粒级配确定的密实堆石料,初始变形期存在一定的弹性增长阶段,且该直线段的斜率受围压的影响较大;低围压时表现为应变软化,先剪缩后剪胀为主的力学特性,且围压越低,剪胀效应越明显;高围压(0.8 MPa≤σ_3≤3.0 MPa)时表现为应变硬化、剪缩为主的特性;剪胀消失的临界围压处于0.45~0.8 MPa之间;超高围压(σ_3>3.0 MPa)条件下,虽表现为应变软化、剪缩的特性,但其应变软化的机制与低围压下不同;分析认为,超高围压下剪切过程中颗粒的相对破碎率达15%以上,颗粒破碎引起的堆石料强度降低大于围压的增大对堆石料强度的提高。峰值主应力比随围压的增大而降低,且随轴应变的增大而趋于一致。堆石料的破坏强度与围压呈线性相关。最后,通过计算预测结果证明了该应力-应变关系表达式的正确性。

粗粒土体变规律大型三轴试验研究

采用粗粒土大型三轴剪切仪,对饱和粗粒土进行固结排水剪切试验,提出了拟合三轴剪切试验中轴向应变与侧向应变的函数方程,利用此关系式对三轴试验中试样的体积应变进行了预测。预测结果表明:改进模型能合理地描述粗粒土的体积应变规律,尤其是高围压下剪缩、低围压下剪胀的特性。由体积应变方程导出以轴向应变为自变量的切线泊松比表达式,通过与邓肯张模型及由数值方法求得的切线泊松比对比,讨论了该表达式的合理性。

积石峡面板堆石坝材料大型三轴试验研究

针对积石峡水电站砼面板堆石坝的筑坝材料,在清华大学2000 kN大型静/动三轴试验机上进行了大型三轴试验。概述了清华大学的2000 kN大型静/动三轴试验机的主要功能及性能指标,并就大型三轴试验所需用到的试验材料以及所采用的试验方法、步骤进行了详尽的阐述。对积石峡水电站砼面板堆石坝的主堆石和次堆石两种筑坝材料分别进行了3组大型三轴试验。基于已取得的试验结果,分析了坝料的应力应变和体变应变的关系,主要讨论了孔隙率对筑坝材料力学特性、变形特性等性能的影响,试验结论为该工程的应力变形计算和设计施工提供了试验依据。

堆石料颗粒破碎特征的大型三轴试验研究

针对多个堆石料进行的大型三轴剪切试验,研究了颗粒破碎情况。结果表明,在试样制备过程所发生的颗粒破碎不可忽视。为了在固结开始前保持初始设计的级配,应将设计级配相应下调一定数值来制备试样。分析试验数据表明,大颗粒主要发生的是表面破碎,而整个试验过程中在剪切完成后的颗粒破碎率与围压之间呈线性增加关系,且风干样的颗粒破碎率小于饱和样的破碎率。

粗粒料抗剪强度和颗粒破碎大型三轴试验研究

试验材料采用原料场颗粒级配进行缩尺制备,通过大型三轴试验对同一种试样在饱和与干燥的试验条件下进行对比分析,得到干燥试样的内摩擦角大于饱和试样的内摩擦角;且试样的0φ(当围压与大气压比值为1时的φ值)也存在相同的变化规律;干燥试样的颗粒破碎率小于饱和试样的颗粒破碎率;表明对于同一种试样,不同的试验条件对颗粒破碎有一定的影响。

不同应力路径下土石混填体变形力学特性大型三轴试验研究

为更加全面地掌握土石混填体的变形、力学特性,采用大型三轴剪切仪分别在常规路径、等应力比路径和等p路径下对不同含石量的土石混填体进行了一系列试验研究。试验结果表明,在低围压下土石混填体的应变软化特征并不明显,其黏聚力普遍较低,而内摩擦角则较高,随试样的含石量从25%增加到70%,其内摩擦角和变形模量亦会随之增加。土石混填体在常规路径和等p路径下的应力-应变关系曲线比较相似,其所求得的抗剪强度指标亦比较接近;而等应力比路径下的应力-应变关系曲线的形态和发展过程均与之存在明显差别。土石混填体在常规路径下具有低压剪胀和高压剪缩的特性,含石量越高,低压剪胀性越明显,反之,则高压剪缩性更为显著;等应力比路径下试样的体积应变与轴向应变之间近似呈线性关系,其斜率随应力比增加而减小;等p路径下试样则是以剪胀性为主,尤其在平均主应力较低时更为显著。

陡坡寺中微风化料的大型三轴试验研究

随着西部山区的基础设施建设进入迅速发展的阶段,越来越多的高填方工程正在或将要兴建,而对填料力学性质的认识也就成为决定这些高填方工程安全性的重要因素。通过一系列大型三轴试验,对分布于云南等地的陡坡寺中微风化料的剪切力学特性进行了研究。结果表明,陡坡寺中微风化料与典型堆石料的力学特性有很大不同,其强度较低,并且应力-应变关系、强度和刚度等特征都比较接近于细粒土。另外,水对陡坡寺中微风化料的力学特性有着显著的影响,其遇水后强度大为降低,因此,在设计和施工中必须予以充分考虑。对试验数据的拟合表明,邓肯-张模型能较好地模拟陡坡寺中微风化料在不同围压下的应力-应变关系。

高速铁路路基粗粒土B组填料剪胀特性的大型三轴试验研究

采用大型三轴试验剪切仪，对高速铁路路基粗粒土 B 组填料的剪胀特性进行试验研究。结果表明：围压和粗粒含量对粗粒土 B 组填料的剪胀性有显著影响，整体表现为粗粒含量低或围压高时剪缩，粗粒含量高且围压低时先剪缩后剪胀；当围压小于200 kPa，粗粒含量大于49．31％时，粗粒土 B 组填料存在明显的剪胀趋势，且围压越低、粗粒含量越高，剪胀时轴向应变越小。验证了轴向应变ε21与侧向应变ε3的二次函数对粗粒土 B 组填料的适应性，并在此基础上根据试验结果建立粗粒土 B 组填料关于粗粒含量、围压的剪胀判据方程。ROWE 剪胀方程能很好地反映粗粒土 B 组填料剪胀特性，参数K 可取7～12。