蒋家沟砾石土不同粗粒含量直剪强度特征

蒋家沟流域内大量泥石流由滑坡引发,滑坡转化为泥石流的3个过程中,首先是在斜坡体内大范围剪切破坏。在其物源区与沉积区内分布大量砾石土,其强度特征对于蒋家沟泥石流的起动机制具有重要意义。由于砾石土颗粒粗大,粗细粒配比和试验尺寸对强度特征有一定的影响。为此在室内现场两用大型直剪仪下进行蒋家沟砾石土不同粗粒含量下的直剪强度试验,结果表明:在干密度为2.0g/cm3、含水率为7%时,砾石土除在粗粒含量为74.31%的低垂直压力(50,100 kPa)时剪应力-水平位移关系有峰值外,其余土样没有明显峰值;同一粗粒含量试样在水平剪切应变值为0.02时的剪切模量G0.02随垂直压力增加而增大;在相同垂直压力下,G0.02随粗粒含量增加而增大,且在较低垂直压力下的G0.02随粗粒含量增长更为显著。内摩擦角值随粗粒含量增加而增大;黏聚力在粗粒含量为48.7%时最小。粗粒含量小于48.7%时,试样黏聚力值随粗粒含量增大而减小;当粗粒含量大于48.7%时,黏聚力随粗粒含量增加而显著增大。

粗粒含量对散体岩土颗粒破碎及强度特性试验研究

明显的粒径分级和深部土的颗粒破碎是超高排土场的两个主要特征。基于改装后的大型两用直剪仪对不同粗粒含量的颗粒破碎和抗剪强度进行试验研究。颗粒破碎试验结果表明:垂直压力小于400kPa的情况下破碎率极小,在垂直压力大于400kPa时,随垂直压力的增大破碎率增加明显;粗粒含量小于46.0%时,相对破碎率较小,粗粒含量大于46%时,颗粒破碎率随粗粒含量的增加而明显增大;相对破碎率与垂直压力可用双曲线关系表示;长期浸泡于水中的土样颗粒破碎相当明显。剪切强度试验结果表明:在粗粒含量等于24%时,低垂直压力下的剪应力-应变曲线呈微软化或微硬化型,较高垂直压力下呈轻微软化型;在粗粒含量等于78%时,低垂直压力下其剪应力-应变曲线呈软化型,较高垂直压力下表现为轻微硬化型。较高垂直压力下的抗剪强度包线呈明显的非线性。当颗粒破碎率较小时,分别在垂直压力小于400kPa和大于400kPa时拟合的内摩擦角值变化不大;当颗粒破碎率明显增大时,垂直压力大于400kPa时的内摩擦角值明显低于垂直压力小于400kPa时拟合的内摩擦角值。

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。

填料粗粒含量对筋土界面拉拔性状的影响

基于可视化拉拔系统及数字照相量测技术,针对5种不同粗粒含量P_(5)(粒径>5mm颗粒的质量百分数)的粗粒土开展拉拔试验,探讨了粗粒含量P_(5)对筋土界面强度指标、颗粒位移演化及土工格栅应变等的影响。研究表明:界面黏聚力c与界面摩擦角δ随P5增加呈不同程度增加;P5从20%增长至35%后,土工格栅末段出现应变及拉拔力峰值时所对应的格栅拉拔位移均减少,但各段土工格栅应变量增加;随着P_(5)的增加,筋土界面粗粒土颗粒位移矢量方向逐渐趋于水平,其位移量显著减小。同时,筋土界面空洞明显减少;P_(5)增加使筋土界面的粗粒土颗粒位移减小,而间接影响区范围扩大,使一定高度范围内的粗粒土颗粒被间接带动,在宏观上使界面似黏聚力增加;P_(5)增加后,位于筋土界面V_(3)处的土颗粒最大位移速度减小。位于间接影响区的V_(1)、V_(2)处的土颗粒最大位移速度因受间接影响区范围扩大,颗粒扰动加强而有少量增大。

粗粒含量对红砂岩土静力压实能耗规律影响

为研究粗粒含量对红砂岩土静力压实能量消耗规律的影响,利用自制装置在电子万能试验机上进行了静力压实试验,得到6种不同粗粒含量红砂岩土静力压实试验的压力-位移关系,分析了粗粒含量和压实能量对红砂岩土压实特性的影响。结果表明:在相同的压实能量作用下,当粗粒含量为60%时,红砂岩土产生的压实位移最大;不同粗粒含量红砂岩土应变随单位体积静压功增加而增大,两者符合对数函数关系。

粗粒含量对砂卵石土宏细观力学特性影响分析

砂卵石土粗粒含量对基坑及隧道围岩等稳定性影响较大,然而不同粗粒含量砂卵石土宏细观力学特性尚不明确。采用室内大型粗粒土三轴试验与数值三轴试验相结合的方法,对不同粗粒含量砂卵石土宏观及细观力学特性开展研究。研究结果表明:随着粗粒含量增加,砂卵石土的应力应变曲线表现为应变软化性;围压不变时,砂卵石土随着粗粒含量增加,应力峰值增大而达到峰值时的应变逐渐减小。建立了砂卵石土粗粒含量与内摩擦角和黏聚力等力学指标之间函数关系,随着粗粒含量的增加,砂卵石土的内摩擦角与黏聚力也以线性趋势增大;提出了不同粗粒含量砂卵石土的接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、接触粘结强度等颗粒离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层工程精细化设计及施工提供理论支撑。

砾石土粗粒含量对高土石坝蓄水期渗流的影响

针对心墙砾石土可能出现粗粒含量不满足规范要求的问题,为了研究砾石土粗粒含量对坝体渗流安全的影响,以两河口心墙堆石坝为典型案例,建立坝体典型横剖面有限元模型。通过对心墙单元随机抽样并赋值较大渗透系数的方法模拟心墙内局部砾石土含量超标的情况,采用非饱和渗流理论对高土石坝蓄水期渗流进行数值模拟。结果表明:匀速蓄水工况下,无论砾石土粗粒含量是否超标,蓄水过程中心墙内最大渗透坡降都随蓄水速度的增加显著增大,对心墙渗透稳定不利;匀速蓄水过程中,砾石土粗粒含量超标时心墙内最大渗透坡降都比不超标时大,最大增幅约50%,但增大幅度与超标率和蓄水速度相关性不明显;采用合适的分期蓄水方案,即使心墙存在粗粒含量超标的情况,蓄水过程中心墙内坡降值都会明显降低,基本能够满足较短时间内完成水库蓄水并保证大坝渗流安全的工程需要,因此在实际工程设计中应合理设计蓄水方案。

粗粒含量对砾石土渗透和变形参数的影响

粗粒含量对砾石土的工程特性有较大影响。通过统计分析数个工程中砾石土坝料的相关试验资料,总结了砾石土粗粒含量对其渗透和变形参数的影响规律,发现砾石土渗透特性与粗粒含量P5有一定相关性,P5>30%时,随着粗粒含量的增加,砾石土渗透系数随之增大,渗透破坏坡降有减小趋势,粗粒含量在30%~50%范围时砾石土的允许渗透坡降一般均大于3.5。随着粗粒含量的增加,压缩模量、内摩擦角和参数K随之增大,参数n呈微小的减小趋势;粗粒含量与参数Rf、G、F、D及粘聚力c基本不相关。

砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响

高心墙堆石坝心墙防渗料多采用砾石土,当砾石土的粗粒含量(指质量分数,下同)超过50%时,渗透系数很可能超过规范要求,不利于坝体渗透稳定。通过对粗粒含量超标单元赋予不同的渗透系数,采用三维有限元法分析了心墙局部砾石土粗粒含量超标时对坝体渗流的影响。结果表明:心墙局部砾石土粗粒含量超标对坝体的渗流场分布和单宽渗流量影响都较小,对心墙内渗透坡降影响较大,最大渗透坡降都出现在未超标单元处。对于超标区域在中下部的情况,当超标单元粗粒含量小于55%时,渗透坡降最大增幅为36.4%;超标单元粗粒含量大于55%时,最大渗透坡降显著增大,且会超过允许坡降,不利于坝体渗透稳定。因此,在实际工程中应结合砾石土料的级配和细粒含量情况,做好下游反滤层的设计,并严格控制砾石土的施工压实度,以保证坝体安全。

粗粒含量对砾质土工程性质影响的研究

在重型击实或碾压后，砾质土的工程性质主要受粗粒含量的不同而变化。本文结合水布垭高心墙堆石坝防渗材料的研究，分析了粗粒含量对砾质土压实性、渗透性、压缩性、应力应变关系参数的影响。研究表明：砾质土压实性和渗透性除与粗粒含量有关外，还与细料特性有关；相同压实条件下，强度参数与Ｐ５关系密切。

粗粒含量对砂泥岩类填料力学性质的影响研究

为研究粗粒含量对砂泥岩类填料力学性质的影响,基于重庆机场高填方砂泥岩类填料设计了5组级配试样,通过击实试验、三轴试验、三轴压缩试验以及离散元模拟三轴试验等,研究粗粒含量对机场高填方砂泥岩类填料力学性质的影响。结果表明,试样的强度破坏值、粘聚力、内摩擦角、压缩模量与试样的粗粒含量呈正相关;当粗颗粒含量P5增大到60%时,粗颗粒开始表现出一定的骨架作用,细颗粒土仅仅起到填充作用;试样的粗粒含量越大,颗粒的破碎程度越大,并且试样的应力-应变曲线表现出更强的软化现象。

粗粒含量对红砂岩粗粒土压实变形特征的影响

为研究粗粒含量对红砂岩土静力压实变形特征的影响,利用自制装置在电子万能试验机上进行静力压实试验,得到6种不同粗粒含量红砂岩土静力压实试验的压力-位移关系,分析粗粒含量对静力压实变形特征的影响。结果表明:不同粗粒含量红砂岩土在静力压实过程中的应力与应变符合指数关系;在相同的应力作用下,当粗粒含量为60%时,土体产生的应变最大;不同粗粒含量红砂岩土的压缩模量与对应应力范围终值之间呈线性关系,在相同应力范围内,当粗粒含量为60%时土体的压缩模量最小,压缩性最高;红砂岩粗粒土的静力压实过程可分为3个阶段,分别为压密阶段、破碎阶段和稳定阶段;在静力压实过程中,应变增长存在拐点;应变拐点的出现,标志着红砂岩粗粒土静力压实过程变形阶段的转变。

筑坝堆石料颗粒破碎及分形特性试验研究

为探究筑坝堆石料颗粒破碎现象,选取不同粗粒含量和含水量的堆石料作为研究对象,开展室内击实试验,分析土体的压实特性、颗粒破碎特性及分形特征,并揭示其力学响应机理。试验结果表明:随含水量的增加,堆石料的干密度先增大后减小。而最大干密度和最优含水量分别与粗粒含量呈现正相关和负相关。堆石料中出现明显的颗粒破碎现象,随粗粒含量和含水量的增加其颗粒破碎率随之增大。粗粒含量与含水量分别与分形维数成反比和正比关系,相较于含水量,粗粒含量对分形维数的影响更显著。

粗粒材料粒径及含量对高渗透性地层泥浆成膜效果的影响

泥水盾构工程遇到高渗透性地层时,会发生泥浆大量流失的情况,从而使泥膜形成困难,进而导致开挖面失稳,而粗粒材料的添加可有效改善泥膜难以形成的情况。为探究粗粒材料的添加对泥膜形成的影响,选用密度小的蛭石作为粗粒材料,通过改变其粒径和含量(体积分数),在自制的泥浆渗透试验设备中开展泥浆渗透成膜试验。以滤失量和成膜时间作为评价指标,分析粒径与含量对成膜效果的影响,并提出合理的粗粒材料粒径范围。结果表明:1)地层平均孔径■对粗粒材料的添加具有参考意义,控制粗粒材料粒径在■/2~2■时有助于泥膜的形成,随着粗粒材料粒径的增大,成膜效果出现先增大后减小的现象;2)当粗粒材料含量在20%~40%时,含量越大,成膜效果越好,但随着含量继续增大,这种效应会减弱;3)当粗粒材料含量在20%~60%时,粗粒材料粒径的影响程度要大于含量,粒径的增大会削弱含量带来的增益效果;4)实际工程中建议主要考虑粗粒材料粒径的选择。

粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究

对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验,研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明,粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大,当粗粒含量P5=70%时,最大干密度出现最大值;当P5】70%时,最大干密度又随粗粒含量的增大而减小,粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性,破碎分形维数为2.2790~2.8922,均大于击实前粗粒土粒度分形维数;相同级配条件下,粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大,且粗粒含量P5】50%时,增幅显著;粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系,且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度;粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素,但相对于含水率而言,粗粒含量对破碎率的影响更加显著。

高速铁路路基粗粒土B组填料剪胀特性的大型三轴试验研究

采用大型三轴试验剪切仪，对高速铁路路基粗粒土 B 组填料的剪胀特性进行试验研究。结果表明：围压和粗粒含量对粗粒土 B 组填料的剪胀性有显著影响，整体表现为粗粒含量低或围压高时剪缩，粗粒含量高且围压低时先剪缩后剪胀；当围压小于200 kPa，粗粒含量大于49．31％时，粗粒土 B 组填料存在明显的剪胀趋势，且围压越低、粗粒含量越高，剪胀时轴向应变越小。验证了轴向应变ε21与侧向应变ε3的二次函数对粗粒土 B 组填料的适应性，并在此基础上根据试验结果建立粗粒土 B 组填料关于粗粒含量、围压的剪胀判据方程。ROWE 剪胀方程能很好地反映粗粒土 B 组填料剪胀特性，参数K 可取7～12。

川藏线季节性粗颗粒冻土抗剪强度特性试验研究

拟建川藏铁路穿越大量的高寒山区坡洪积粗颗粒土区域,目前对于这类季节性粗颗粒冻土的抗剪强度特性研究不多。通过川藏线季节性粗颗粒冻土在不同影响因素作用下进行的直剪正交试验,研究其抗剪强度参数的变化规律,其中重点讨论冻融作用、粗粒含量、温度、含水率及不同冻结状态下土体的抗剪强度变化规律。试验结果表明:经过6次冻融循环作用,粗颗粒冻土融化后的力学性质基本稳定。冻融作用对土体抗剪强度影响的变化规律与土体的最优含水率有关。当冻结温度为-15℃时,粗颗粒冻土的抗剪强度变化基本趋于稳定。在其他条件相同的情况下,冻土颗粒越粗,负温对土体的抗剪强度影响越小。在非冻结状态下,土体抗剪强度随含水率的增加而降低。在冻结状态下,随含水率的增加,土体的黏聚力增加,摩擦角减小。

粗颗粒土抗剪强度影响因数分析

介绍了颗粒破碎、含水率、最大粒径以及粗粒含量对粗颗粒土抗剪强度的影响,并指出颗粒破碎与粗粒含量是最主要的影响因数,含水率对抗剪强度影响不大,而最大粒径对抗剪强度的影响则是相对的。

宽级配粗粒土压缩变形特性试验研究

堆石坝工后沉降变形是影响坝体安全运行的关键。为研究筑坝粗粒土不同骨架结构的受力特性,以及填筑因素对其压缩变形特性的影响,选取筑坝粗粒料设计不同粗粒含量P5、密度ρ与含水率ω,开展了16组侧限压缩试验。研究结果表明:相同初始孔隙比、不同粗粒含量土体骨架结构的疏密程度不同,随粗粒含量P5增大,粗粒土压缩后孔隙比变化Δe呈先增大后减小的趋势,且粗粒含量60%的土体压缩后孔隙率最小,干密度最大。压缩后,依据粗颗粒相互排列与接触的关系,可将粗粒土骨架结构分为粗粒悬浮、粗粒咬合与粗粒架空三种类型。通过极差分析,土体的密度ρ对其压缩变形影响最大,其次是粗粒含量P_(5),含水率ω的影响最小。

粗粒掺量对土石混合料强度特性的影响

为探讨粗粒含量对土石混合料抗剪强度的影响,对粗粒含量为0%、30%、50%、70%、100%共5组土石混合料试样进行饱和固结排水三轴压缩试验。结果表明,土石混合料的骨架作用明显,抗剪强度受粗细颗粒的共同作用影响;土石混合料抗剪强度随粗粒含量增大先增大后减小,粗粒含量为70%左右时抗剪强度最大;在极小的压缩变形条件下,土体凝聚分量就能达到最大值,而摩擦分量的最大值则需要在很大的应变下才能发挥出来。