不同加载应力路径下饱和砂土力学特性试验研究

通过全球数字系统(global digital system,GDS)动三轴测试系统,对砂土进行了常规三轴压缩试验和偏压固结下的等p(平均应力)、等σ3(围压)、等σ1(围压)等不同应力路径的试验。通过对所有的实验结果进行了对比分析,研究了砂土材料在不同应力路径下的应力-应变、变形特性、强度特性。试验研究结果表明,等压应力路径试验中试样都是先体积收缩随后出现体积膨胀现象,这与高围压下砂土的剪胀性变化情况不一样;偏压固结试验中,整个加载阶段前期表现为应变硬化,但是后期的软化现象不是很明显,这与等压固结试验应变硬化-软化现象略有不同。虽然常规三轴和偏压固结下的σ3等试验采用的是两种不同的固结方式,但是达到的峰值强度基本上是一样的,说明固结方式对于试样的强度没有太大的影响。偏压固结试验中,不同的应力路径达到峰值强度时所对应的轴向应变是不同的,而且峰值强度也不一样,说明不同的应力路径会对砂土的强度造成影响,同时也说明了砂土力学特性对于应力路径的依赖性。

砂土剪胀特性的试验研究

为了研究有效应力路径以及围压对砂土剪胀特性的影响,开展了不同应力路径、不同围压下的三轴试验,并对试验结果进行了对比分析。结果表明:初始应力状态相同时,3种应力路径等σ3试验、等p试验、等σ1试验的剪胀性依次增强;常规三轴压缩试验的试样处于低应力水平,而偏压固结的等σ1试验、等p试验、等σ3试验的试样处于中等应力水平。在4种应力路径的整个加载过程中,试样应变硬化阶段的剪缩性随着围压的增大而减小,剪胀性不明显;而在应变软化阶段剪胀性随着围压的增大而减小。高围压下砂土的剪胀性与低围压有所不同。在围压低于p=400 kPa时,围压越小,越快出现剪胀,围压越大剪胀性越大;而围压达到p=533.3 kPa时,体应变相对于p=400 kPa时反而减小了,剪胀性变小。

考虑双模量特性的块系岩体摆型波传播规律研究

摆型波现象是深部岩体工程中的一种独特的岩体动力学现象,极易引发冲击地压等深部岩体工程灾害。针对深部块系岩体的非均匀性特征,基于岩体等级块系构造理论,利用改进的中心差分法,研究具有双模量特性的块系岩体摆型波的传播规律,分析模量比对摆型波传播规律的影响。研究表明:模量比对块体正向位移幅值影响不大,而对负向位移幅值具有较大影响;块体位移最大值在中前区衰减较慢,而在末端快速衰减,不同模量比的块体位移在末端有收敛的趋势;模量比对速度响应的振幅无明显影响,但能使速度响应周期增大;随模量比的减小,加速度响应出现摆型波的“成簇”现象,得到了试验现象的证明。最后,基于摆型波理论提出了预防冲击地压灾害的两点建议:①增强巷道围岩整体性;②改进传统巷道支护方式,考虑支护结构的抗冲击性能和抗疲劳性能;研究具有双模量特性的块系岩体摆型波对研究复杂的不均匀的深部岩体动力学性质、保证工程安全具有重要意义。

纤维素等若干因素对仿钢纤维增强透水混凝土性能的影响

本实验研究了不同仿钢纤维掺量(0%、0.2%、0.4%、0.6%)对透水混凝土抗压强度和透水系数的影响,并分析了骨料粒径、细骨料、纤维素等因素对仿钢纤维增强透水混凝土抗压强度和透水性能的影响。研究表明:仿钢纤维能够在一定程度上提高透水混凝土的早期强度;随仿钢纤维掺量的增加,透水混凝土28 d的抗压强度呈先上升后下降趋势,即存在最优掺量;当仿钢纤维掺量增加时,透水混凝土的透水能力先下降后上升;透水混凝土的抗压强度随骨料粒径的增大而降低,透水系数随骨料粒径的增大而明显增大;细骨料会使透水混凝土的早期抗压强度降低,但会提高透水混凝土28 d的抗压强度;随着细骨料取代量的增加,透水混凝土的透水系数先增大后减小;透水混凝土的抗压强度随纤维素掺量的增加而降低,透水系数随纤维素掺量的增加而增大。本研究可为实际透水混凝土施工过程中外掺料的选择提供参考。

夹层非均匀分布的块系岩体摆型波传播规律

岩体是具有离散性、非均匀性特征的复杂地质体,在这种离散性、非均匀性岩体中会出现摆型波现象,极易引发深部岩体工程灾害。针对岩体的离散性、非均匀性特征,基于岩体等级块系构造理论,研究夹层物理性质非均匀分布对块系岩体摆型波传播规律的影响,分析同一区域夹层黏弹性特性变化对不同区域块体动力响应的影响,以及不同区域夹层黏弹性特性变化对同一块体动力响应的影响。研究发现:当局部软弱夹层弹性系数减小时,与该部分相连接的块体的动力响应受影响较大,出现加速度峰值增大的现象;局部软弱夹层黏弹性特性变化时,对该部位前后位置的块体动力响应的影响是不同的;夹层弹性或黏性发生变化的位置对摆型波传播具有重要影响,黏弹性变化位置越靠前,对块系岩体动力响应的影响越强烈。根据以上分析结果提出对深部岩体工程有指导作用的建议,也为进一步研究离散、非均匀的复杂深部岩体动力现象提供参考。

砂土塑性应变增量方向影响因素分析及原因探讨

以福建标准砂为试验材料,主要研究了不同应力状态下不同应力增量方向对砂土材料塑性应变增量方向的影响及其原因。试验结果表明,随着应力增量方向角增大,塑性应变增量方向角逆时针旋转,但两个角度不重合;应力状态越高,砂土剪胀所对应的应力增量方向角范围越大,塑性应变增量方向角范围越小,并得到砂土处于临界状态时仍有塑性体积应变产生的结论。分别从平均应力增量、广义剪应力增量以及应力状态三个角度阐述了砂土的塑性流动机理,为砂土塑性应变增量方向的相关研究提供理论参考及数值支撑。

基于动三轴试验的橡胶砂动孔压演化规律研究

废旧轮胎颗粒作为新型加筋土材料因其高弹性、耐久性、廉价等特性已被广泛应用于土木工程建设领域中。为了研究橡胶颗粒加筋砂土的动孔压(抗液化性能)变化规律,本文对饱和橡胶砂试样开展了一系列动三轴试验,着重分析了不同橡胶颗粒掺量和粒径对试样动孔压的影响。试验结果表明,纯砂在掺入0.75mm、1.5mm、2.5mm三种橡胶颗粒后抗液化性能随粒径增大而增强,掺入大粒径橡胶颗粒能显著提高试样抗液化性能,当橡胶掺入量超过30%时,试样达到稳定时的动孔压远低于施加的围压此时橡胶颗粒成为受力骨架由此可知橡胶掺入量有一个临界值,当掺入量超过该临界值时试样力学性能将发生改变。通过对动孔压增长图像分析后选取双曲线函数增长模型对试验结果进行拟合并对模型参数a、b进行分析。