加载速率对密砂应力-应变特性影响的试验研究

【目的】砂是一种常见的建筑材料,在水利水电工程、交通、海洋和其他土木工程中应用广泛。在不同的工程应用中,砂土经受不同的加载过程和加载速率。因为加载速率效应,砂在相同幅值荷载作用下产生的变形有一定差异。这项研究旨在深入了解不同应变速率三轴剪切条件下砂的应力应变特性。【方法】采用相对密度为0.9的密砂,开展了一系列三轴固结排水剪切试验,在两种不同围压(750 kPa和2000 kPa)下对试样进行固结后,分别采用三种不同的常应变速率(0.00625%/min,0.0625%/min和0.625%/min)进行应变控制排水剪切。根据试验数据,绘制了应力-应变关系发展曲线,分析了应变速率对砂土偏应力和体积应变演化的影响。【结果】结果表明,在本试验采用的恒定应变速率和围压条件下,密砂在轴向应变约为2%时将发生屈服。屈服前,相同轴应变增量对应的土样偏应力增量和体积应变增量对剪切速率比较敏感,特别是体积应变,即加载应变速率较小时获得的土样剪应力较低,但体积应变(收缩)发展量较大。【结论】在屈服前,砂土的模量随着加载速率的增加而增大;但是屈服后,当加载达到大应变(ε1=15%)条件时,应变率对砂土应力变形的影响不明显。另外,在相同围压下,以不同应变率加载的砂样在加载过程中的应力比(q/p)-偏应变关系呈现出一致性。该研究可以提高对砂土力学特性的认识,并为砂土地基上的结构设计和安全评价提供参考。

砂柱法制样及剪切速率对黏性粗料三轴试验的影响

对砂柱法和常规方法制备的黏性粗粒土三轴试样进行饱和试验,对比其饱和效果,同时为论证砂柱对土体排水效果、应力-应变关系和强度特性的影响,开展砂柱法试样和常规试样在不同剪切速率下的三轴CD剪试验,并讨论剪切速率对试验的影响。试验结果表明:砂柱法配合反压饱和6 h,试样基本饱水均匀;常规试样的速率敏感度较高,随着剪切速率的增大,强度指标φd减小、Cd增大,同一围压下,峰值偏应力减小;体应变εv与剪切速率呈反比,且围压越大,越不利于土体排水,峰值偏应力减小的幅度越大;剪切速率与Ei呈反比,与Bi成正比,邓肯-张模型参数Rf、k、n、D和F值随剪切速率的增大而减小;砂柱法制备的试样速率敏感度较低,且砂柱法试样在0.3 mm/min剪切速率下具有同常规试样0.03 mm/min剪切速率下相似的三轴应力-应变特征;该方法获取了相近的CD剪强度指标和邓肯张模型参数,同时缩短了试验在饱和-固结-剪切3个阶段的用时,大幅提高了试验效率,具有良好的经济效益。研究结果可为与黏性粗粒土三轴试验相关的实践和研究工作提供参考。

粗粒土等压固结与K_(0)固结三轴试验对比研究

对不同密度砂卵石料进行等压固结和K_(0)固结条件下的排水剪切试验,并分析固结应力条件对砂卵石料强度和应力—应变特性的影响。结果表明,峰值偏应力与高围压下密实土体结构改变有关,干密度较小时K_(0)固结条件下的试验值较大;干密度较大而围压较小时,K_(0)固结条件下的试验值较大;干密度和围压均较大时,等压条件下的试验值较大。两种固结条件下的应力应变特征相似,随试样密度的增大由应变硬化向应变软化过渡,但K_(0)固结条件下试样剪胀性更加明显,两种固结条件下试样所得的邓肯-张模型、南水双屈服面模型参数相近,说明采用等压固结排水剪切试验确定深厚覆盖层坝基相关模型参数是可行的。

关于用室内三轴(CD)试验方法确定基床系数的探讨

根据基床系数的理论结合现场平板载荷试验方法结果,对用室内三轴(CD)试验测定基床系数测定结果的处理方法进行分析。

南昌重塑红土变形特性三轴试验研究

对南昌市东华理工大学附近工地取得的红土,按天然含水率23%,制取了密度为1.75,1.80,1.85,1.90,1.95 g/cm^(3)的三轴重塑土样,开展了围压分别为50,100,200,300 kPa的5组20个固结排水三轴剪切试验。绘制了不同密度时各组南昌压实红土的应力-应变、体应变-应力关系曲线,对南昌重塑红土CD条件下剪切变形特性进行分析并对剪切变形进行了分段,探讨了红土中团聚体对其剪切变形的影响。绘制了ε_(v)-q,ε_(v)-p,ε_(v)-q/p曲线,讨论了土样的体应变与平均主应力p、偏应力q之间的关系。结果表明:南昌重塑红土CD条件下的三轴剪切变形可分为三个阶段,这主要与土样中团聚体破裂程度有关。在剪应力q=50 kPa时,团聚体破裂,而土体的剪切变形是平均主应力、偏应力耦合作用的结果,在q/p=1.5时,土样破坏。

土体渗蚀对基坑工程的影响研究

富水地层中地下水渗流易造成土体颗粒迁移,引发土体内部侵蚀,进而改变土体内部结构及力学性质,甚至引起土体的渗蚀破坏。基坑工程中的开挖卸载和非稳定渗流场易引发土体内部的渗流侵蚀,但其发生和发展过程难以进行实时观察与精确测量,因而在当前基坑工程的设计与施工过程中较少考虑土体渗蚀的影响,存在一定的安全隐患。本文基于已有的文献研究成果,从基本理论、试验研究与计算模型3个方面揭示土体渗蚀发生和发展机理,再从土体土骨架结构、渗透系数和变形情况3个方面明确渗蚀对基坑工程土体受力与变形的影响,然后通过改造GDS三轴仪开展恒定剪应力渗透侵蚀试验,探究渗蚀对基坑工程土体力学特性的影响情况,最后对基坑工程中的土体渗蚀研究提出建议和展望。

城市固体废弃物应力–应变模型研究

根据我国杭州市城市固体废弃物(MSW)的组成,在室内人工配置了MSW试样,采用静三轴CD试验研究了不同组成MSW在加载–卸载–再加载条件下的变形及强度特性。在三轴试验结果的基础上,分析了MSW应力–应变关系的特点,建立了双线性应变硬化模型,得到了包括卸载模量和泊松比在内的一套完整模型参数。研究表明,MSW的应力–应变关系受MSW组成及压实程度影响较大。采用有机物与无机物含量的比值作为垃圾组成的分类指标,有机物和无机物的比值较大时采用双线性模型更加符合实际情况;比值较小时,MSW的应力–应变关系表现出与一般土体相似的规律,可用双曲线模型表示。

尾矿坝中尾砂的强度特性试验研究

通过尾砂的三轴固结排水试验(CD试验)和压缩试验,对尾矿坝中尾砂的力学特性进行研究,讨论了2种试验中尾砂在不同密实程度条件下的强度特性和应力应变关系。三轴试验结果表明,随着尾砂相对密实度的增加(由0.47增加到0.73),尾矿砂的强度指标(黏聚力和内摩擦角)均有所增加;压缩试验表明,同一孔隙比的尾砂,随着竖向压力的增大(从100 kPa增加到400 kPa),尾砂的压缩系数减小、压缩模量增大,但是压缩指数几乎保持不变。随着尾矿料孔隙比的增大,砂的压缩系数、压缩指数增大,压缩模量减小,从而尾砂的抗压强度也随之增加。因此,在实际工程中增加尾矿坝坝体中尾砂的密实度,可以提高坝体的强度,增强坝体的稳定性。

平面应变条件下水泥土强度特性试验研究

通过水泥土平面应变试验和三轴压缩固结排水试验(CD试验),对水泥土力学特性进行研究,讨论两种试验条件下水泥土的应力-应变曲线变化特点和强度特性。试验结果表明,水泥土的应力-应变曲线为软化型,软化程度与围压有关,平面应变条件下水泥土软化明显;CD试验和平面应变试验的强度破坏线均为直线,可用摩尔-库仑强度准则来描述;两种试验条件下的残余强度均随围压的增加呈线性增大,其中平面应变试验残余强度高于CD试验,残余强度与峰值强度的比值随围压的增大而增大,增大速率减小;平面应变条件下,水泥土的破坏强度约为三轴CD试验的1.4～1.6倍。从微观结构和能量守恒原理解释了CD试验和平面应变试验水泥土软化成因,认为水泥水化物等凝胶材料是水泥土软化的主要因素,且中主应力的存在使水泥土软化更加明显。

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明：非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。

中国尾矿坝地震安全度（8）─—大石河尾矿砂的力学特性试验研究

本文就大石河尾矿砂的力学特性进行了研究。确定了该尾矿砂在固结不排水剪时的剪胀特性和在动三轴以及动单剪试验中影响变形发展的因素。

宽级配砾质土快速三轴固结排水剪试验影响因素研究

宽级配砾质土是由砾石料和黏土料按一定比例混合而成,其具有压缩性低、抗剪强度大等特点,目前常作为土石坝心墙料或路基填料而得到广泛应用。由于宽级配砾质土渗透系数较小,在常规三轴固结排水剪(CD)试验中固结排水较慢,导致其试验周期很长。为了提高固结排水的效率,可采用一种在试样中心加圆柱形砂芯的快速三轴CD试验方法。基于快速三轴CD试验,通过变化不同砂芯类别、不同砂芯直径、不同掺砾量等各因素,全面研究了各因素对宽级配砾质土快速三轴CD试验的影响。研究结果表明,快速三轴CD试验方法能够有效加快试样排水固结,从而加快整个试验进程;砂芯类别、砂芯直径、掺砾量等因素均对试验固结排水速度和剪切过程应力应变产生不同程度影响;砂芯直径越小,其试验成果与无砂芯试样越接近。

糯扎渡心墙坝反滤料的静动力特性研究

采用糯扎渡心墙反滤料进行静动力三轴试验。静力试验分别进行了K0固结和三向等压固结下的排水剪切试验,结果表明,两者的排水剪强度大致相同;K0固结排水剪试验的初始弹性模量Ei小于等压固结排水剪试验在相同围压下的初始弹性模量,体积模量则反之。动强度试验则表明,不同破坏标准对动强度影响明显,液化标准、应变破坏标准下的强度均大于极限平衡破坏标准下的强度,且随着固结比的增大其"地震总应力"抗剪强度也增大。