鄱阳湖地区级配不良偏细砂砾石料力学特性

基于大型三轴试验数据,研究了级配和相对密度D_(r)对鄱阳湖地区级配不良偏细砂砾石料强度和变形特性的影响。结果表明:随着小于5 mm粒径颗粒质量分数的增加,砂砾石料压实性能降低;随着大于5 mm粒径颗粒质量分数P_(5)和D_(r)的增大,强度指标、初始切线弹性模量与体积模量增大;本文研究范围内,随P_(5)和D_(r)的增大,强度指标c、φ、φ_(0)、Δφ线性增大,且P^(5)和D_(r)对强度指标的作用效应几乎不存在相互影响;随P 5和D_(r)的增大,邓肯E-B模型参数K、K_(b)增大,且P_(5)越高D_(r)对K、K_(b)的影响越显著,D_(r)越大时P_(5)对K、K_(b)的影响越强烈,存在相互影响效应;提出了考虑级配与D_(r)双重影响的强度指标和变形参数经验计算公式,该公式能高精度预测鄱阳湖地区级配不良偏细砂砾石覆盖层料的力学指标。

缩尺效应对砂砾石料力学特性及其本构模型的影响

针对三轴仪受颗粒尺寸的限制而存在缩尺效应的问题,以新疆阿尔塔什筑坝料为研究对象,通过大型三轴数值模拟试验,从宏细观角度开展缩尺效应对砂砾石料力学特性及其非线性本构模型影响的研究.结果表明,随着围压的增加,试样偏应力极值增大,剪缩程度显著而剪胀特性被抑制;随着试样尺寸的增大,其峰值强度提高,试样由剪缩向剪胀过渡.随着试样尺寸的增大,邓肯模型的内摩擦角分量、弹性模量参数、体积模量参数均明显增大,其他参数的影响可忽略不计.砂砾石料的内摩擦角分量与颗粒粒径呈对数型函数关系,弹性模量参数、体积模量参数与颗粒粒径均呈线性函数关系.随着试样尺寸的增大,变形集中区的范围更广泛,其形式逐渐由“X”型变为“X+x”或“X+x+x”型变形集中区.初始阶段配位数随着试样尺寸的增大而增加;加载过程中配位数增加,试样以剪缩为主,随着试样尺寸的增大其配位数逐渐呈减小趋势,剪缩性被抑制.

基于改进遗传算法的胶结砂砾石料细观层面参数反演分析

针对传统室内试验无法获取胶结砂砾石料细观层面参数的问题,提出基于改进遗传算法的胶结砂砾石料细观层面参数反演分析方法。以胶结砂砾石料室内单轴压缩试验结果为反演目标值,通过有限元软件模拟建立室内试验的胶结砂砾石试件随机骨料模型,反演分析确定胶结砂砾石细观组分参数,解决了室内试验无法获取参数的问题。研究结果表明:在该试验条件下,通过反演分析确定的细观组分参数进行室内试验数值模拟结果与试验值基本一致,胶结砂砾石料的骨料弹性模量EG最终值为550 MPa,砂浆基质弹性模量Em最终值为40MPa,界面弹性模量Ei最终值为30MPa。

砂砾石料含水率快速检测技术的探析及应用

众所周知,面板堆石坝的大坝填筑施工质量控制是以密度控制为主。在传统的检测方法中,含水率的检测时间较长且对粗粒土含水率的试验没有准确、可靠的方法。因此,面对大坝填筑量大、施工节奏快的具体情况,含水率的快速检测成为解决这一问题的重要因素。阐述了通过试验研究分析得出的一套快速、准确、实用性强的含水率快速检测方法,并予以应用,取得了较好的效果,为大方量大坝填筑保证工程质量、加快工程进度提供了必要的保障。

胶凝砂砾石料静、动力三轴剪切试验研究

通过不同掺量胶凝材料的静动力三轴试验,研究了胶凝砂砾石料的静、动力力学和变形特性,试验结果表明随着胶凝材料掺入量的增加,胶凝砂砾石试样的应力应变曲线逐渐由非线性向线弹性转变,其力学特性宏观上由弹塑性逐渐转变为线弹性,因此采用土工试验测试方法开展其力学特性的研究工作是适宜的。胶凝砂砾料的静、动力力学指标随着胶凝材料掺入量和养护天数的增加产生一定的提高,但增加量随着胶凝材料掺入量的提高而逐渐减缓;胶凝砂砾料的动力残余变形发展过程曲线宏观上与纯砂砾料保持相似,大体上仍符合半对数衰减规律,随围压、固结应力以及动应力的提高,其动永久变形量相应增大,仍可采用沈珠江提出的动力残余变形公式进行描述。

胶凝砂砾石料弹塑性本构模型研究

为了建立合理的胶凝砂砾石料弹塑性本构模型,对胶凝掺量60 kg/m3的胶凝砂砾石料进行了三轴剪切排水与加卸载试验研究,结果可描述不同围压下的胶凝砂砾石料的应力–应变特性。基于试验数据及一些专家的研究,确定模型的弹性部分,提出了胶凝砂砾石料的剪切屈服与体积屈服方程,引入广义塑性理论,建立了适用于胶凝砂砾石料的弹塑性本构模型。模型共有9个参数,参数较少且确定简单。利用三轴剪切排水试验数据验证该模型计算结果,表明其能够较准确地反映胶凝砂砾石料应力应变关系。

胶凝砂砾石料动力特性试验

为研究胶凝砂砾石料的动力特性,采用大型动力三轴试验仪进行胶凝掺量为60 kg/m3的胶凝砂砾石料的动力试验,分析了材料最大动弹性模量与围压之间的关系,推导了非线性动弹性模量及阻尼比的表达式。试验结果表明:胶凝砂砾石料的动应力动应变关系具有明显的非线性特征,且受围压的影响较大;材料动弹性模量随动应变的增大而减小,而阻尼比则相应增大,并趋于某最大值;动应变一定时,围压增大引起材料动弹性模量增大,而阻尼比则随之减小。

深水抛投砂砾石料的渡汛保护研究

三峡工程大江截流是一、二期工程的转折点 ,平抛垫底是确保大江安全截流的重要举措。由于戗堤部位平抛石渣料、围堰防渗墙区平抛砂砾石料数量巨大 ,需在 1997年汛前抛投一部分 ,因此存在安全渡汛问题。从现场实际情况出发 ,运用动、定床模型试验 ,并从理论上加以分析论证 ,提出了付诸工程实践的高低坎渡汛保护措施 。

基于大型动三轴试验的筑坝砂砾石料动模量和阻尼比研究

为获得筑坝砂砾石料的动模量、阻尼比参数及其影响因素和影响规律,采用大型动三轴试验仪,对某沥青混凝土心墙砂砾石坝的筑坝砂砾石料进行了动模量、阻尼比试验,研究了筑坝砂砾石料的动应力-动应变特性,分析了围压对最大动模量、动剪切模量比和阻尼比的影响,并以修正等效线性模型为基础,确定坝壳料和过渡料的动模量和阻尼比等特性参数。试验结果表明:随着围压增大,筑坝砂砾石料的动剪切模量增大,阻尼比减小;随着动应变的增大,动剪切模量比逐渐减小,阻尼比变大;修正等效线性模型引入归一化动应变,能较好地消除围压对动模量衰减规律和阻尼比的影响,能较准确地反映筑坝砂砾石料的动力变形特性。研究成果可为类似工程提供借鉴和参数。

应力状态下覆盖层不良级配砂砾石料渗透稳定特性试验研究

为探讨不同级配和应力条件对渗透系数及抗渗破坏水力比降的影响,通过覆盖层不良级配管涌土料在不同级配、应力条件下进行渗透稳定试验。试验结果表明,细粒含量对渗透系数及破坏水力比降的影响较大,随着细粒含量的增加,破坏型式从管涌型向过渡型转变,破坏水力比降也增大;考虑应力状态下土样的渗透系数略小于常规渗透试验得到的渗透系数,而且土样的启动比降比常规垂直渗透试验的启动比降大,细颗粒流失量很少,这是由于围压使得颗粒间的磨擦力增大和孔隙率变小,启动时所需的渗透压力增大,相应的启动比降也增大。

压实后砂砾石料渗透特性试验研究

砂砾石料细颗粒含量多、易于压实,在重型碾压机具作用下,压实后砂砾石料的孔隙结构和渗透特性可能发生改变,将影响高混凝土面板砂砾石坝坝体渗流安全。开展压实后砂砾石料渗透试验,分析砂砾石料特征粒径与等效孔隙直径的关系,以及不同孔隙率对砂砾石料渗透特性的影响,并对常用的渗透系数经验计算式进行验证。研究表明:砂砾石料孔隙率的减小对其渗透特性影响较大,由于砂砾石料细颗粒含量较多,压实后颗粒填充紧密,渗透试验得出的渗透系数比常规经验公式计算值小1~2个数量级,出现较大偏差;随着孔隙率减小到一定程度,砂砾石料表现出黏性特性,内部无效孔隙增加、渗透系数大幅降低。基于中国水科院公式引入有效孔隙折减系数对公式进行修正,修正后公式计算得到的结果更加准确。研究成果可为高混凝土面板砂砾石坝坝体排水设计提供依据。

砂砾石料渗透特性试验研究

砂砾石料由于浑圆度较好,施工易离析,其渗流特性是工程界关心的重点。本文开展了砂砾石料分别在水平方向、从上向下以及从下向上三种水流方向下的渗流特性试验研究。试验结果显示,砂砾石料在水流方向水平向状态下的渗透系数明显高于垂直向渗透系数、水流方向从上向下状态下的破坏坡降明显高于水流方向从下向上的破坏坡降,同时对不同水流方向对砂砾石料渗流特性影响的的原因进行了初步的分析。坝体渗流计算时应根据水流方向的不同选择相应的试验参数。

基于LDPM模型的胶凝砂砾石料细观力学性能

通过室内单轴抗压强度试验,探究不同水泥掺量对胶凝砂砾石料力学性能的影响。结果表明:随着水泥掺量的提高,胶凝砂砾石料弹性模量及抗压强度逐渐增大,其力学性能由类似于堆石料逐渐演变为类似于碾压混凝土。为了研究材料的破坏机理,采用细观格构离散粒子模型(lattice discrete particle model,LDPM),建立材料细观模型,对胶凝砂砾石料单轴受压状态下细观裂缝扩展情况进行模拟,数值模拟得到的应力-应变曲线与实验数据相吻合;通过裂缝开度云图可以看出,在弹性阶段几乎没有裂缝产生,直至轴向应力达到抗压强度值后,裂缝逐渐萌生、扩展,最终形成平行于压力方向的多条裂纹,导致试件破坏。裂缝主要延砂浆与骨料之间的界面层扩展,骨料基本未破碎。通过LDPM模型可以有效模拟胶凝砂砾石料细观裂缝的形成与发展机理。

胶凝砂砾石料蠕变试验及大坝长期变形预测

为了建立合理的胶凝砂砾石料蠕变模型,进行了大坝长期变形预测,并研究了胶凝材料掺量对胶凝砂砾石料蠕变特性的影响。采用Burgers模型描述胶凝砂砾石料颗粒间的界面特性,通过细观力学均匀化方法得到胶凝砂砾石料蠕变本构模型。进行了4组不同胶凝材料掺量的胶凝砂砾石料单轴压缩蠕变试验,分析了不同胶凝材料掺量下胶凝砂砾石料的蠕变特点,进而依据试验数据拟合出所得模型相关参数。将蠕变本构模型植入ANSYS软件平台,进行了胶凝砂砾石料试件的蠕变模拟,结果表明提出的蠕变模型能较好地预测胶凝砂砾石料的蠕变变形。应用所提模型与参数对某胶凝砂砾石坝进行了长期变形计算分析。

胶凝砂砾石料剪胀特性试验

为探究弹性和塑性对胶凝砂砾石料(CSG)应力应变特性的影响,建立了适用于CSG的剪胀方程,参考粗粒土或堆石料剪胀特性的研究方式开展了一系列不同掺量和围压下的三轴压缩试验、三轴等向加卸载试验和三轴轴向加卸载试验,对CSG的剪胀特性进行了系统研究。试验结果表明:CSG加载过程中弹性和塑性应变都不可忽略,CSG在低围压下具有剪胀性,随着围压的增大逐渐向剪缩性过渡;由试验数据得到CSG的弹性体积应变和弹性剪应变,对比分析了考虑和不考虑弹性应变的CSG剪胀特性曲线,发现弹性应变对CSG剪胀特性影响较大,仅在高掺量、高围压、大应力条件下可以忽略弹性应变的影响;二次函数可以很好地描述CSG的剪胀特性。

基于PPR数据建模技术的砂砾石料应力应变规律拟合

土的本构关系是岩土工程界备受关注的重要理论之一,其应力应变关系的准确描述是本构模型的关键问题。本工作基于大型静三轴试验,研究了两种不同级配砂砾石料的应力应变关系,采用PPR无假定数据建模技术对试验结果进行了建模拟合,并与邓肯-张E-B双曲线模型进行对比分析。结果表明:PPR数据建模技术能够较好地拟合砂砾石料在三轴试验下的应力应变关系,计算值与试验值的相对误差小于6%时的合格率达到90%以上,偏应力与体应变的最大相对误差分别为13.2%和20.9%,相较邓肯-张双曲线模型具有更高的精度;PPR模型能准确描述砂砾石料受剪切过程中的体胀特性,并且对三轴试验结果具有较好的预测功能。本工作提出了一种数据建模方法来表示土体应力应变关系,研究结果为岩土工程材料的应力应变关系描述提供了新的思路。

面板堆石坝砂砾石料填筑碾压试验研究

利用天然砂砾石进行大坝填筑,其碾压参数直接影响到大坝施工进度和沉降变形,也直接影响到大坝施工成本和安全稳定,碾压参数的优化一直是大坝填筑施工技术研究重点。为有效地指导现场施工,以某一工程为案例,通过面板堆石坝砂砾石料填筑碾压试验研究,分析数据成果,提出大坝填筑碾压参数。

胶凝砂砾石料换填技术在某橡胶坝坝基处理工程中的应用

针对泰安市大汶河综合开发工程中橡胶坝坝基处理存在的问题,通过方案比选,设计人员创新性地应用了碾压胶凝砂砾石料换填技术。经过合理选择配合比、严密组织碾压方案、科学施工、针对性地处理施工中存在的问题、认真检测,取得了较好效果,达到了加快进度、节约投资的目的,为今后类似项目建设的推广应用起到一定的参考借鉴作用。

胶结砂砾石料三轴卸载—再加载力学特性试验研究

了解胶结砂砾石坝坝料卸载—再加载路径下的力学行为,有助于提高水库蓄、泄水时该坝应力、变形预测结果的准确性。利用大型三轴剪切仪开展了胶凝掺量100 kg/m3的胶结砂砾石料在不同围压与应力水平下的三轴卸载—再卸载试验,并结合相应的一次加载三轴剪切试验结果,系统分析了胶结砂砾石料三轴卸载—再加载路径下的应力变形特征。结果表明:胶结砂砾石料受应力卸载—再加载作用后,其内摩擦角与黏聚力均有所提高,增强了该材料的峰值强度;在同一围压下,不同应力水平对胶结砂砾石料卸载回弹模量值的影响较小,随着围压的增大,卸载回弹模量增加且增幅逐渐减小,不同围压下平均回弹模量与初始模量的比值基本相同,直接取其平均值;不同围压下胶结砂砾石料在加载阶段的体积变化规律与一次加载试验的体积变形规律基本相同,均呈先增大后减小,试件出现先剪缩后剪胀现象;在同一应力水平下,随着围压的增大,试件卸载时发生的体胀现象逐渐变为体缩。研究成果可为构建更加合理的胶结砂砾石料本构模型提供了重要试验依据。

特高面板坝砂砾石料工程特性试验研究

利用室内大型试验设备,系统进行了某特高土石坝砂砾石填筑料的工程特性试验研究。试验结果表明:P<5含量是砂砾石料压实性能的重要因素,起始随P<5含量的提高,最小干密度和最大干密度增加较快;其后增长趋缓,当超过某临界值后又有所降低,该临界值略大于30%。随P<5含量的提高,相同相对密度砂砾石料的强度、初始切线弹性模量和切线体积模量增大,但超过该临界值后,又有降低的趋势。渗透系数测试结果表明,P<5是影响渗透性能的重要因素,室内模拟试验时宜采用等量替代法进行超粒径处理。压实后的砂砾石料力学指标较优,是较为理想的高土石坝填筑料,但由于砂砾石料渗透系数低,抗冲刷能力差,采用砂砾石料填筑时应重视坝体排水和反滤设计。