土石混合料干密度和粒度的强度效应研究

将密度、砾石含量和最大粒径这3个指标作为高速公路路堤室内试验的控制条件和计算分析的基础,进行一系列大型三轴试验研究及控制试验条件与抗剪强度关系的计算分析。试验和计算结果表明:土石混合料的骨架作用明显,抗剪强度主要受粗颗粒、细颗粒和粗细颗粒的共同作用影响;土石混合料的抗剪强度随试验干密度的增加有所提高,咬合力随砾石含量p5值的增加和最大粒径的增大而降低,当p5为50%～60%时抗剪强度最低,p5值的最佳范围为65%～70%;最大粒径最佳范围为40～50 mm,考虑剔除粒径大于50 mm的颗粒会给实际工程施工造成困难,故工程应用中应严格控制压实度。

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.

太行山地区水石流起动及发展的模型研究

通过对河北省太行山地区水石流的起动及发展进行室内试验研究,分别对比了坡度为15°时径流作用与径流、降水共同作用下水石流的起动及发展过程。结果表明:(1)土体中砾粒含量与泥石流起动的临界单宽流量基本呈线性正相关关系,与泥石流起动时的浆体容重基本呈线性负相关关系;(2)由于坡度较缓,因此径流作用下泥石流存在二次起动现象,二次起动时砾粒含量与临界单宽流量和浆体容重的关系不变;(3)降水作用下,由于降水对土体的压实作用和土体中细颗粒的流失,因此土体的平均厚度有所减小,减小值随砾粒含量的增大而增大,基本呈线性上升趋势。

细粒含量对粗粒土冻胀特性影响的试验研究

为了得到同时满足冻胀率和击实效果的最大细粒土含量,通过葡氏击实和冻胀试验,研究了不同细粒土含量、不同干密度条件下细圆砾土填料的冻胀特性。研究结果表明,9%细粒土含量下细圆砾土试样的压实效果最好;细圆砾土试样的冻结过程可以划分为快速冻结区、过渡区、似稳定区和稳定区;细粒土含量低于10%时,细圆砾土属于弱冻胀填料;同时满足冻胀率和压实效果的最大细粒土含量为9%;细粒土含量相同时,细圆砾土试样的冻胀率随干密度的增加,先增大而后减小,即存在一个最不利干密度;冻结48 h后,细圆砾土试样冻土段的含水率均大于初始含水率,其不同位置含水率分布曲线呈S型,且随着细粒土含量的增加逐渐呈现倒三角形分布;细圆砾土试样干密度的增大有效地阻断了水分迁移路径。

考虑排水条件和粗料含量的砂砾石土动残余变形特性

采用改进的GDS循环三轴试验系统对5种级配的饱和砂砾土在不排水、单面排水和双面排水条件下进行了动残余变形试验,系统研究粗料含量P_5(粒径大于5 mm颗粒质量百分比)和排水条件对饱和砂砾土动残余剪应变和动残余体应变的影响。试验结果表明:动残余剪应变随粗料含量和排水面数的增加而显著降低;循环加载30周产生的不排水动残余剪应变是单面排水条件下动残余剪应变的2~3倍,是双面排水条件下的4~9倍。砂砾土的动残余体应变随粗料含量增大而减小,随着排水面数的增加而增大;双面排水动残余体应变是单面排水动残余体应变的2.0~2.5倍。

粗粒土三轴试验数值模拟与试样颗粒初始架构初探

试样颗粒初始架构是粗粒土室内三轴试验中一个难以人为控制的因素。基于元胞自动机方法,结合粗粒土的室内三轴试验开发了能制备不同颗粒初始架构粗粒土试样的HHC-CA模型,该模型制备的粗粒土试样表征了粗粒土各粒组分布的不均匀性和随机性,再借助FLAC3D进行粗粒土三轴数值模拟试验,并探讨了试样剪切带内的砾石含量和试样砾石含量对内摩擦角的影响。数值模拟结果表明,同一粒径级配下,粗粒土的内摩擦角值与剪切带内的砾石含量呈增函数关系;试样砾石含量的增加可能会出现内摩擦角减小的现象,但同一粒径级配下的内摩擦角均值随试样砾石含量的增加而明显增大。

哈齐客专细圆砾土冻结温度测试分析

以哈齐客运专线细圆砾土路基填料为研究对象,通过自制冻结温度试验装置测定了细圆砾土冷却与冻结过程及不同细颗粒含量下细圆砾土的冻结温度,分析了细圆砾土冻结温度随细颗粒含量的变化规律。试验结果表明:粗颗粒土的冷却与冻结过程和细粒土的类似,同样存在过冷、结晶和冻结稳定三个阶段;土样在最优含水率条件下,不同细颗粒含量的细圆砾土冻结温度随着细颗粒含量的增加而降低。

粗粒含量对砾类土直剪过程中强度与变形特性影响的离散元模拟研究

粗粒含量对砾类土的工程力学特性具有重要的影响。本文对4组不同粗粒含量的强风化玄武岩砾类土进行了大型直剪试验,并获取相关的强度与变形参数,基于离散单元法颗粒流理论,采用粒间作用为平行黏结模型的圆球模拟土颗粒,建立了4种不同粗粒含量砾类土直剪的离散单元模拟的计算模型,并进一步校正了颗粒单元细观参数,模拟了不同粗粒含量砾类土100kPa垂直压力时的应力应变关系、垂直变形以及剪切带上的土颗粒运动与颗粒间作用力传递的影响特性,分析了粗粒含量对砾类土宏观及细观力学性质的影响机理。结果表明:砾类土表现出的粗粒含量越大强度越高的本质是由于随粗粒含量增加时,土颗粒间平均刚度增加及颗粒间的咬合作用使得摩擦系数增加,采用平行黏结模型能较好的拟合峰值前剪应力-剪位移曲线,但是峰后曲线段尤其对软化现象的适应性不是十分理想;垂直位移-剪位移模拟值与试验值存在一定的偏差;随着粗粒含量的增加,最大剪应力时粗颗粒对力链的控制表现得愈明显,相应的剪切带厚度约为剪切盒高度的1/3～1/5,并随粗粒含量增加而增大。

基于大型直剪试验的强风化粗粒料剪胀特性试验研究

剪胀性是岩土材料的重要特性之一,为研究不同工况条件下粗粒料室内大型直剪试验中的剪胀特性,采用新型室内大型直剪仪对3组不同含水率、4组不同剪切速率、5组不同含砾率等3种不同影响因素的试样进行了室内大型直剪试验,分析了剪切时试样的垂直位移与水平剪切位移及垂直应力的关系。试验结果表明:在保持其他影响因素相同条件下,垂直应力的增加导致相同水平剪切位移对应的剪缩量增加;试样的最大剪缩量随着含水率的增加有一定程度的增大,而随着剪切速率的增加而减小;含砾率低于30%试样的最大剪缩量较含砾超过于30%试样的剪缩量大很多,最大剪缩量差别为3倍。当试样含砾率小于50%时,由于试样中富含细颗粒的影响,使得应力-应变曲线具有应变软化属性以及剪胀性趋于一固定值。峰值强度前的应力比-位移增量关系采用非线性的二次项拟合比线性关系的拟合度更好,认为Matsuoka提出的二维剪胀公式不适用于粗粒料,将其修正成二次多项式并给出试验中的经验参数μ的取值区间。

含水率对高液限细粒土砾与粉质黏土抗剪强度影响比较研究

近年来,随着极端气候的变化,土石坝安全性问题日益突显。为了研究不同筑坝材料对土石坝安全的影响,利用应变直剪仪对粉质黏土和高液限细粒土砾土样在不同含水率和实施不同正应力下进行不排水不固结快剪试验,研究不同含水量和不同应力情况对土的抗剪强度的影响。试验结果表明,粉质黏土在最大干密度和最优含水率时抗剪强度最大,在最优含水率以前随含水率越大抗剪强度越大,在最优含水率以后随含水率越大抗剪强度越小;而高液限细粒土砾的含水量越大抗剪强度越小。

砾粒质量分数对泥石流启动影响的试验研究

泥石流形成过程复杂,所以泥石流启动受很多因素的影响.太行山区泥石流中砾粒质量分数较高,即以太行山区泥石流为原型,在室内进行人工模拟泥石流的试验,分析在坡度一定的情况下,土体中砾粒质量分数对泥石流启动的影响.通过筛分,配成5组不同砾粒质量分数的土体(分别为65%,70%,75%,80%,85%),对不同砾粒质量分数土体的启动流量进行分析.试验结果表明:砾粒质量分数高的土体启动流量大;砾粒质量分数不同,泥石流暴发形式也不同;砾粒质量分数为65%,70%的土体,伴随着表面出水,土体整体突然垮塌形成泥石流;砾粒质量分数为75%,80%和85%的土体,在整体垮塌前,总是伴有局部的塌陷和表面径流.研究结果可为太行山区泥石流的防治提供理论依据.

软岩砾石料填筑防渗心墙的工程应用研究

云南省楚雄州青山嘴水库大坝防渗心墙料以当地沙邑村砾石料为主,由于料源构成复杂、物理性能存在较大差异,为此进行了大量的试验研究。研究结果表明,由于料源母岩以软岩为主,在碾压和击实过程中,砾石破碎率较高,无明显砾石土的含砾量特征值(P5Ⅰ和P5Ⅱ),压实最大干密度及最优含水率不需作校正,压实度满足设计要求;通过控制上坝料砾石含量、细粒含量及砂岩含量,并按碾压试验确定的参数施工,防渗性能满足设计要求。针对该土料崩解速度快、崩解彻底的问题,通过严格控制反滤料的级配,心墙料得到了很好的保护,具有较高的抗渗透变形稳定性。经复核试验验证及蓄水检验,证明此种砾石土料在青山嘴水库工程上的应用是成功的。

黏土质砾强度特性与影响因素研究

通过对黏土质砾土样进行室内物理力学试验,研究了黏土质砾抗剪强度和承载强度的主要影响因素。研究表明,细粒土含量、含水率对黏土质砾土样的黏聚力、内摩擦角和加州承载比CBR强度有显著影响。含水率研究范围覆盖最佳含水率和天然含水率。随着细粒土含量增多,黏聚力逐渐增大,而内摩擦角逐渐减小;随含水率增大,黏聚力和内摩擦角均减小,细粒含量增多对黏聚力下降明显,而对内摩擦角影响较小;细粒土含量越多,CBR越小;当含水率超过最大CBR含水率时,击实功效果随含水率增大逐渐减弱,细粒土含量越多,不同击实功之间差异性越小。建立了黏聚力、内摩擦角及CBR同含水率和细粒土含量的关系,提出的经验公式可为现场填料的强度预估提供理论依据。

冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究

通过室内循环冻融循环试验和三轴不固结不排水(UU)压缩试验研究了循环冻融作用与细砾组含量(P2-5)对黏质粗粒土抗剪性能的影响。结果表明,冻融循环作用对黏质粗颗粒土的应力-应变曲线性状具有一定的影响,可使其由未冻融的应变软化向应变硬化转变的趋势,但随着细砾组P2-5含量的增加,冻融作用对其影响逐渐减弱。随着冻融循环次数的增加,土样剪切强度呈现逐渐衰减,且在5~9次冻融循环次数后基本保持不变,多次循环冻融作用后剪切强度最大衰减幅度可达40%。弹性模量随冻融循环次数的增加上下波动较大但整体呈现下降趋势。在抗剪强度指标方面,冻融作用对黏聚力影响比较显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力逐渐减小,最大衰减幅度可达65%,而内摩擦角上下波动较大无明显趋势。此外,随着细砾组P2-5含量的增加,剪切强度、弹性模量及抗剪强度指标均呈现不同程度的减小,这与粗粒土内部粗颗粒和细颗粒占比及其强度发挥机制有关。

冻融循环对黏质粗粒土单轴抗压性能影响的试验研究

循环冻融作用下粗粒土的力学性质对于高寒地区边坡稳定性分析意义重大。以藏区某一排土场土体作为依托,开展了不同冻融循环次数后不同级配黏质粗粒土的单轴压缩试验,研究冻融循环作用对黏质粗粒土单轴抗压性能的影响。结果表明:冻融循环作用对黏质粗粒土应力-应变关系曲线性状及破坏模式有一定的影响,可使其应变呈现由脆性破坏(软化)向塑性流动(硬化)变化的规律。当提高冻融循环次数时,该类土体的弹模和抗压强度均显著减小,其中5~9次冻融循环前减小幅度较大,之后基本保持不变。单轴抗压性能的弱化与土样循环冻融过程中伴随的细颗粒团聚、大中孔隙增多、密实度下降有关。20次冻融循环后,该土质土样抗压强度、弹模最大降低幅度各自高达43%和77%。可见随着提高细砾组的含量,土样的抗压强度和弹模均呈现下降的趋势,这与该土样内粗、细土颗粒的比例及强度发挥机理密切相关。粗粒土单轴抗压破坏应变随冻融循环次数和细砾组含量的增加有一定的增加趋势。

青海大通河纳子峡水电站堆石坝碾压参数试验研究

在青海大通河纳子峡水电站混凝土面板堆石坝砂砾石料填筑碾压试验中,对其场址、用料和仿真施工布置进行了分析,根据沉降试验、颗粒试验和含水率试验结果,确定了砂砾石料填筑最优碾压施工参数。

新疆干旱荒漠区砾类土回弹模量影响因素的试验分析

砾类土具有较好的力学性能，一直是公路建设部门、设计部门及养护部门选材的热点。文中选取G30线小草湖～吐鲁番段典型砾类土地基土样做颗分、含水率、压实度以及回弹模量试验，分析了不同含水率、压实度以及细粒土含量对回弹模量的影响。结果表明：含水率、压实度以及细粒土含量对砾类土回弹模量影响很大，当砾类土土样压实度为100％时，含水率与回弹模量之间存在线性关系；天然状态下，砾类土的压实度与回弹模量间存在幂指数关系；地基土样在最佳含水量、100％压实度状态下，细粒土含量与回弹模量间存在线性关系。