冻融循环作用对露天矿排土场土料土水特征的影响

为了研究冻融循环条件下排土场土料的非饱和土水特征,选取元宝山露天矿内排土场土料为对象,研究不同体积含水率状态下土料在经历不同冻融循环次数后的基质吸力与宏细观结构的变化规律。结果表明:经历相同冻融循环次数时,基质吸力随含水率的减小而增加,且增加的幅度逐渐增大,土水特征曲线可划分为敏感阶段、亚敏感阶段和不敏感阶段;随着冻融次数的增加,土水特征曲线的曲率呈先增大后趋于稳定的规律,且基质吸力对冻融循环次数增加的敏感程度逐渐降低;冻融循环作用破坏土颗粒的均匀程度,且初次冻融循环影响最为显著;Van-Genuchten模型能较好地预测土料土水的特征曲线。因此,矿山排土过程中应重视冻融循环作用对排土场边坡稳定性的影响。

加载与干湿循环作用下土石混合料蠕变特性试验

土石混合料在干湿循环作用下具有显著的蠕变性,其对高填方工程蠕变变形的影响不可忽略。为了研究了不同干密度及荷载水平对土石混合料湿化蠕变变形的影响,开展了9组土石混合料干湿循环作用下的压缩蠕变试验。结果表明,土石混合料的湿化蠕变变形随荷载水平的提高而增大,随干密度的提高而显著减小,但随着干密度进一步提高,湿化蠕变变形的减小幅度则明显弱化。土石混合料在干湿循环作用下的湿化蠕变变形与干湿循环次数对数之间较好地满足线性发展规律,初次湿化应变及湿化蠕变速率均同荷载水平及干密度之间符合幂函数特征,在此基础上提出了考虑不同干密度及荷载水平的土石混合料干湿循环蠕变经验模型。

基于碾压应力的土石坝料压实质量控制方法

坝料压实质量是土石坝施工质量控制的关键内容。在长河坝填筑现场进行碾压应力测试,建立土应力与坝料干密度关系模型,得出对应压实密度标准的土应力控制值;构建Midas三维有限元分析模型,模拟坝料碾压过程中的应力动态变化,根据土应力控制值来判断坝料压实质量。研究结果表明:坝料土应力与干密度之间存在较强的线性关系,其线性模型平均决定系数为0.9;对应坝料干密度控制标准,反滤料1上层、中层、下层土体的应力控制值分别为1.465、1.064、0.773 MPa,反滤料3上层、中层、下层的土体应力控制值分别为0.926、0.774、0.664 MPa;运用构建的Midas模型实时监测碾压应力变化,可知反滤料1和反滤料3分别在振碾6遍和8遍后整体达到压实密度标准。

路基填筑施工中大粒径无黏性土石混合料的应用

为探索山岭重丘等土料匮乏地区公路路基填筑中隧道爆破及路堑开挖等大粒径土石混合料应用的可行性,首先以某公路扩建段为例,对大粒径无黏性土石混合料开展颗粒筛分试验、重型击实试验、承载比试验,其次在确定材料路用性能的基础上,应用ABAQUS软件构建公路路基结构有限元数值模型,对大粒径块石料填筑后路面沉降展开模拟分析;最后对公路路基土石混合料填筑施工工艺进行分析,分析结果可为该类型土石混合料在山区公路路基填筑中的应用提供思路。

土石混合料力学特性和颗粒破碎研究

文中针对土石混合料开展了一系列的室内三轴固结不排水试验。通过对应力-应变关系曲线、强度参数以及颗粒破碎规律等方面进行分析,探讨土石混合料的力学性质与破碎特点。实验数据分析发现,含石量和相对破碎率呈正相关;围压增大,相对破碎率的破碎趋势会逐渐减缓,二者的关系符合Allometricl函数模型。此外,含石量的增加能够提高土石混合料的强度;内摩擦角随含石量的“低-中-高”具有着“慢-快-慢”的增长规律,Boltzmann函数模型能够较好地描述这一规律并具有一定的适用性;土石混合料的黏聚力在含石量较低时较大,含石量较高时黏聚力下降到一定程度后随含石量的增加缓慢增长。

砾石土料的湿化变形试验技术难点与解决方法

砾石土心墙料的大尺寸样品湿化变形试验难度极大,这主要是砾石土料的性质决定了其饱和固结排水困难、样品难以达到饱和状态、试验周期太长。从试验技术、测试方法等方面进行攻关,分析试验成果出现偏差的原因并修正,针对砾石土湿化变形离散性大、存在应力饱和问题,进行了艰难地研究探索。通过对湿化试验过程中的体变修正、进水量修正、饱和度实时计算、成果离散性处理等关键细节的严格把控,最终成功地完成了典型砾石土料的湿化变形试验,获得了规律性较好的砾石土心墙料湿化变形成果。试验过程中出现的异于常规的现象,如围压施加过程中三轴压力室的整体向上变形、高应力状态下没有湿化变形量等,通过试验数据分析和理论分析,最终都得到了合理的解释,加深了对砾石土心墙料土工试验技术和砾石土料湿化变形的认识。

砾石土心墙料的湿化变形特性试验研究

针对砾石土心墙料,采用大型应力式三轴仪开展了单线法湿化变形试验,较系统地研究了湿化应变与应力水平、围压之间的变化规律。依据试验成果,砾石土心墙料的湿化变形是明显的,且与应力水平、围压密切相关,在高围压、高应力水平条件下,外力改变了试样的饱和状态,砾石土样品逐渐从非饱和状态过渡到饱和状态,砾石土料存在应力饱和现象,导致湿化过程中没有明显的湿化变形。当围压较小时,湿化应变随应力水平的增大而增大,当围压增大到一定量值时,湿化应变反而随应力水平的增大而减小,呈现明显的分叉现象,表现出更加复杂的规律。最后提出了砾石土料湿化变形模型及模型参数,提出的砾石土料湿化模型可作为高土石坝湿化变形分析的基础。

干湿循环下红层土石混合料强度及变形特性的试验研究

为研究干湿循环下红层土石混合料的劣化规律,以取自四川盆地的红层土石混合料为研究对象,通过静态崩解试验,探讨不同粒径红层软岩块石的崩解特征;对2组红层土石混合路基填料原始级配缩尺,通过叠环式剪切试验,研究干湿循环次数对红层土石混合料黏聚力、内摩擦角、剪胀率和剪切模量等指标的影响.研究结果表明:红层软岩块石遇水崩解显著,崩解过程可分为剧烈段、过渡段和稳定段,崩解剧烈段块石含量降低近70%;粒径较大时,块石受结构面影响更强,崩解更彻底;随干湿循环次数的增加,抗剪强度在崩解剧烈段明显降低,过渡段基本不变,稳定段略有回升;块石崩解后,其咬合作用显著降低,表观黏聚力急剧减小,静电引力和固化胶结使黏聚力轻微增大,崩解物间的摩擦和重定向排列使内摩擦角轻微增大;最大粒径和含石量显著降低,法向应力下土石混合料更密实,剪胀率明显降低;骨架-密实结构转变为悬浮-密实结构,剪切模量明显降低;干湿循环下黏聚力和剪胀率劣化更明显,内摩擦角的劣化受块石粒径影响最大,剪切模量的劣化受块石粒径影响最小;路堤填筑前,对红层土石混合料进行2次崩解处理,以削弱其受降雨-蒸发循环作用的不利影响.

改进Harris-Susan算法下砾石土料掺配均匀度评价

砾石土料掺配均匀程度对砾石土心墙坝的安全至关重要。数字图像处理方法被广泛应用于混合物识别领域,但在处理存在黏连特性的图像时易出现过分割与欠分割问题,导致评价结果精度不足。针对上述问题,本文提出改进Harris-Susan算法下砾石土料掺配均匀度评价方法。首先,改进Harris-Susan算法可分割欠分割区域并修复过分割区域,提高二值图像精度;其次,基于砾石邻域的概念,对图像进行单分位均匀度评价;最后,采用空间分布采样构建砾石土的空间均匀度评价指标。将该方法应用于大渡河双江口砾石土高心墙堆石坝工程建设中,本文方法相对统计准确率为0.935,较Otsu算法(0.353)和分水岭算法(-3.101)提升明显。结果表明,本文方法结果与筛分法高度一致,同时可有效节省人力、物力与时间成本,评价效率更高,具有很强的工程应用价值。

含水率对土石混合料力学特性影响试验研究

为研究初始含水率对土石混合料力学特性的影响,选取典型土石混合料开展大型三轴固结排水剪切试验。结果表明,随着初始含水率增加,土石混合料应力-应变曲线呈下降趋势,且围压越高下降幅度越明显。高围压、高含水率将抑制土石混合料剪胀,且剪缩特性更明显,从而应力-应变关系逐渐由硬化软化组合型过渡到持续硬化型。土石混合料剪切强度与正应力呈现非线性关系,含水率增大将导致土石混合料剪切强度参数减小。通过邓肯-张模型较好地拟合了土石混合料的应力-应变关系,并得出了材料参数随含水率的变化规律。

冻融循环作用下不同含石量土石混合料剪切特性分析

为了探究冻融过程对土石混合料剪切特性的影响,采用室内冻融循环试验和大型直剪试验分析了含石量为10%、30%、50%、70%土石混合料试样(均处于最优含水率)和不同循环次数条件下抗剪强度变化规律。结果表明:冻融循环作用对土石混合料试样剪应力-剪切位移关系曲线变化有一定的影响,在高法向应力下随循环次数的增加剪应力峰值显著降低。

高填方土石混合料的工程特性分析

广泛应用于高填方工程中的土石混合料,具有显著的非均质、非连续特征,工程特性不仅取决于土和石本身的力学性质,也与土石相对比例、粒组组成等因素相关。以国内典型机场高填方工程为研究背景,收集整理了万州、巴州、攀枝花、承德、龙洞堡、三明、康定、重庆等8座机场71个料区的填筑料的145条颗分曲线,系统开展了高填方典型土石混合料的尺度特征、级配特征及强度等工程特性分析,为土石混合料在高填筑体中的进一步应用积累研究经验。结果表明,山区机场高填方最大填筑高度在20~60 m之间;高填方挖填量多在1.5×10^(7)~3×10^(7)m^(3)之间,岩性类土石混合料是目前机场高填方工程填料的主体,粒径分布范围多在600~0.25 mm之间,尤以200~60 mm的粗颗粒含量最多。填筑料颗粒粒度普遍变化大,最大粒径甚至达到1000 mm;不均匀系数Cu变化范围很大,介于4.17~220之间;除巴中机场外,其余机场高填方土石混合料的最大粒径均超过60 mm。填料内摩擦角和黏聚力主要受土颗粒粒径、密度和颗粒排列形状控制,形成土体骨架结构的粒径越大,骨架结构的土颗粒密实度越高,形成骨架结构的土颗粒越不光滑,强度也越高。

基于现场载荷试验的压实土石填筑料变形参数反演

为了解现场压实土石填筑料的变形特性,开展了5组不同土石填筑料的平板载荷试验,并采用改进加速遗传算法对试验结果进行了反演分析,得到了“薄层重碾”作用下压实土石填筑料的邓肯E-B模型参数.在此基础上,对句容抽蓄上水库库盆填筑过程进行了数值模拟.结果表明:现场压实后的土石填筑料处于超固结状态,其在初始加载阶段产生的沉降较小;由于缩尺效应影响,室内三轴试验试样与现场原级配土石填筑料的力学性状存在较大差别,现场压实土石填筑料的K和K_(b)更大,卸荷模量系数K_(ur)为K的1.56~2.33倍,加载函数初值S_(0)在0.3~0.42之间;利用三轴试验参数计算得到的库盆测点沉降明显大于实测值,而基于反演参数的计算结果与实测值基本一致,说明基于平板载荷试验结果反演确定现场压实土石填筑料变形参数的方法是合理可行的.

三轴条件下土石混合料电阻率特性分析

为深入探究土石混合料的电阻率特性,采用改装的三轴仪对土石混合料进行三轴固结排水剪试验,同步测量电阻率的变化,获得土石混合料固结与剪切全过程中电阻率的变化规律及剪切强度特性对电阻率的影响,分析土石混合料的应力-应变曲线,建立电阻率与体应变之间的理论关系。结果表明:土石混合料的电阻率在固结及剪切全过程都呈递减趋势,降低速率都表现为先快后慢;不同于传统岩石,土石混合料的应力-应变曲线具有其独特性;土石混合料电阻率与其剪切强度、黏聚力和内摩擦角呈负相关性;试验围压对电阻率有影响;在三轴剪切过程中,电阻率随着轴向应变的增加呈先快速降低后缓慢减小的变化规律;理论分析可知体应变的变化会导致土石混合料电阻率的改变。微观结构的改变是引起电阻率变化的根本原因本文研究成果,有助于从细观层面加强对电阻率特性的理解。

附加质量法在土石混合料密度检测中的适用性研究

附加质量法已经在多座土石坝工程的不同筑坝料密度检测中得到了应用,随着近年来水利水电工程的发展,宽级配高细粒含量的土石混合料也逐渐被应用在坝体填筑中,而附加质量法在土石混合料中的适用研究开展的仍较少。依托某抽水蓄能电站工程,对不同风化玢岩含量的混合填筑料开展了附加质量法试验和坑测密度试验,并对附加质量法密度求解的准确性进行了讨论和分析。经过研究发现:附加质量法在玢岩含量较低的试料中表现良好,但随着混合料玢岩比例的提高,试料的实测干密度以及附加质量法测得的频率和刚度均表现出一定的随机性,部分测点结果的合理性较差,需要开展ω^(-2)-Δm相关性分析来验证测点结果合理性才能取得准确的密度结果。

法向循环荷载下土石混合料-织物界面剪切特性研究

筋-土界面动力剪切特性会影响加筋土石混合料路基的稳定性和耐久性。采用室内大型动态直剪仪,对5种含石量(0%、25%、50%、75%和100%)下的土石混合料-土工织物界面进行了一系列静、动力直剪试验,分析了法向应力振幅(10、20、30、40、60 kPa)和法向加载频率(0.5、1.0、2.0 Hz)对界面剪切响应的影响规律,并在试验的基础上建立了界面摩擦系数的经验公式。结果表明:界面上、下界抗剪强度随含石量的增大表现为先增大后减小的趋势,并与法向应力振幅呈正相关关系,与法向加载频率呈负相关关系;增大含石量会使界面剪胀效应增大,增大振幅和频率会使其减小;含石量和振幅的增大会导致界面摩擦效应增强;在试验的基础上建立了与含石量、振幅、频率相关的界面摩擦系数经验公式,与试验结果吻合较好。

不同砾石含量土石混合料的强度性质研究

为研究不同砾石含量土石混合料的强度性质,对砾石含量为0%、20%、40%、60%、80%和100%的土石混合料开展饱和固结排水三轴剪切试验,分析砾石含量对土石混合料强度的影响规律。结果表明:土石混合料的应力-应变曲线总体呈硬化型,随轴向应变增加,主应力差不断增大;土石混合料的强度随砾石含量的增加而增大,围压越大,增大越明显;砾石含量与内摩擦角呈良好的线性关系,随砾石含量的增加,内摩擦角增大。

某特高土石坝高海拔料场防渗土料现场碾压试验研究

某特高土石坝防渗土料场位于3500 m高海拔地区,为获取防渗土料压实工艺参数,开展了现场碾压试验研究。试验内容包括土料碾压参数选择、变含水率对土料碾压特性的影响以及不同碾压方式压实效果对比研究。试验研究表明,碾压遍数相同情况下,铺土厚度为35 cm时压实效果最优,综合土料压实度设计指标与经济性等方面考虑,确定了防渗土料碾压参数:铺土厚度为30~35 cm、碾压设备为26 t自行式振动碾压机、碾压遍数为10遍。试验发现,土料铺填厚度较薄时,碾压遍数越多,对其造成的扰动效应越大,压实效果反而越差。结合料场气候条件,发现从装土至碾压完毕,土料含水率损失为1.2%。通过改变土料含水率,探究了含水率对土料压实效果的影响,确定了本工程土料的可碾含水率区间范围。不同碾压方式对比试验研究表明,不同铺土厚度、碾压遍数下,振动平碾所获得的压实度均要高于振动凸块碾。

水利工程土坝土料制备工艺及措施

介绍了水利工程土坝土料可就地取材、适应性强、类型多样、造价低的特点,对水利工程土坝土料的注水、翻晒、掺配、堆存等制备工艺中的各项要点进行分析,为使土料满足施工要求,对其处理措施进行探究。