熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律,促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用,对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验;研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律,并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明:熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势,加载频率为0.5~1.5 Hz时,临界动应力比为0.150~0.175,小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积,缩短液化破坏时间;熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡,增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度;相同动应力比下,熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关,在围压大于200 kPa时,二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小;熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系,动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势,并随围压的增大而增大;阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22,发展曲线受围压影响较小。

一种透明土的抗剪强度特性试验研究

为探究透明土的抗剪强度特性,对干、湿状态下的石英砂进行直剪试验,通过荷载–剪切位移曲线、拟合强度线进行对比分析。结果表明:随着剪切位移增大,石英砂由应变硬化转为应变软化,混合白油的石英砂在不同垂直荷载作用下,均会出现应变软化,混合蒸馏水的石英砂均出现应变硬化现象;粘聚力方面,石英砂最小,混合蒸馏水的石英砂次之,混合白油的石英砂最大;内摩擦角方面,石英砂最大,混合蒸馏水的石英砂次之,混合白油的石英砂最小;总体强度上,当垂直荷载较大时,石英砂强度最大,其次是混合蒸馏水的石英砂,最小是混合白油的石英砂。

透明胶结土材料强度特性的试验研究

基于透明土的可视化物理模型试验技术在岩土工程力学机制与变形破坏研究中发挥着越来越重要的作用,制备透明度高、物理力学性质稳定、适用于模拟不同岩土体的透明土是该技术发展的基础。针对当前一般黏土和软岩的透明土相似材料较为缺乏的问题,配制了一种适用于模拟一般黏土和软岩的透明胶结土。该透明胶结土以熔融石英砂为土骨架,以纳米级疏水性气相二氧化硅粉为黏结剂,以正十二烷和15#白油的混合矿物油为孔隙液,通过调整黏结剂的含量或占比、土骨架的粒径或级配可获得折射率相近且具有不同强度特征的透明胶结土材料。根据不同黏结剂含量和土骨架级配等影响因素设计了11组对照试验,并通过三轴剪切试验测试了其强度特征及其变化规律。结果表明:(1)透明胶结土的抗剪强度随石英砂的粒径和级配、二氧化硅粉的含量和占比等因素的改变而发生复杂变化,但整体而言提高二氧化硅粉的占比或降低石英砂的级配优良度可使得透明胶结土的抗剪强度降低;(2)通过调整土骨架和黏结剂的配比可制得黏聚力范围为5~65k Pa、内摩擦角为25°~44°的透明胶结土,可为天然黏土和软岩的透明土物理模型试验中相似材料的选取和配制提供依据。