透明砂土力学性质三轴试验研究

研究目的:透明砂土是利用熔融石英砂和具有相同折射率的孔隙液体配置的新型岩土工程材料。为深人了解其力学特性,本文采用三轴仪对粒径为0. 5～1.0 mm和1.0～3. 0 mm的熔融石英砂进行CU和CD试验,对比分析二者的应力应变、孔压、有效应力比等参数变化规律,并且通过试验分别计算得到粗砂和细砂的E-μ模型参数,为开展数值计算提供相应参数。研究结论:(1)松散的透明砂土试样应力应变曲线表现出硬化特性;(2)粗粒径试样应力应变曲线陡峭,达到峰值的速率较细粒径试样快;(3)固结不排水剪切试验粗粒径试样孔压值大于细粒径的孔压值,二者的孔隙水压力系数A_f随着围压的增大而呈减小趋势;(4)可以用透明砂土模拟天然土体,不同粒径的透明砂土可以表征不同土体;(5)该研究成果可为基于透明土技术的模型试验研究提供参考。

透明砂土可视透明度及物理力学特性研究

传统土体变形测量一般限定于土体的宏观变形及边界区域,透明砂土为土体流动、变形和应变的可视化观测提供了可能.通过分析人工合成透明砂土的核心思想、所用材料和配置方法,选用熔融石英砂作为固体颗粒与15#白油和正十二烷的混合液体作为孔隙液体制配透明砂土以模拟天然砂土,研究了孔隙液体配合比例和熔融石英砂粒径对透明度的影响,对透明砂土和天津地区河砂进行了筛分试验、压缩试验、直剪试验等物理力学特性试验并对基本物理力学参数进行对比分析.研究表明:15#白油和正十二烷的体积比为10∶3时为孔隙液体的最佳配合比例,粒径为0.1～1.3 mm为最适合透明砂土模型试验的粒径尺寸,固体颗粒和孔隙液体的匹配折射率为1.455 2.通过压缩试验得出透明砂土比天津地区河砂的压缩性要高,两者的压缩指标较为接近;通过直剪试验得出两者在较低法向应力条件下的剪应力-剪切位移曲线相近,较高法向应力条件下剪应力-剪切位移曲线出现较大差异,透明砂土的内摩擦角为38.6°,天津地区河砂的内摩擦角为35.7°,黏聚力均可忽略不计.对比分析表明人工合成透明砂土在土体强度及变形方面能够表征天然砂土,验证了透明砂土应用于模型试验的可行性.

温度对透明砂土强度特性影响试验研究

由熔融石英砂和与之折射率相匹配的孔隙液体配制而成的透明砂土材料,已广泛应用于岩土工程可视化模型试验中。温度引起的土体强度和变形问题是现阶段岩土工程领域的热点课题之一。孔隙液体折射率的温度敏感性高,可通过温度改变引起透明度变化、进而通过研究图像灰度值变化规律来探讨土体内部温度场。然而,目前已有关于透明砂土强度特性研究中关于温度效应的影响研究较少。基于温控三轴试验,针对透明砂土材料进行三轴固结排水(CD)试验,测试25℃和50℃2种温度条件下透明砂土材料的剪应力-应变曲线、热致体变等力学特性,进一步分析得到其临界状态线及临界状态M值,初步探讨温度对透明砂土材料强度特性的影响规律。并与已有研究中温度效应下标准砂强度特性变化规律进行对比分析,验证透明砂土进行可视化模型温度试验的可行性。试验结果表明,本文试验条件下,饱和透明砂土的抗剪强度和割线模量随着温度升高而有所增加;饱和透明砂土试样随着温度升高而产生一定的膨胀,且热致体积应变与围压相关;透明砂土试样强度特性随温度的变化规律与标准砂相近、数值上有所差异;25℃和50℃温度条件下,透明砂土材料的临界状态M值分别为1.08和1.10。

熔融石英型透明砂土及其岩土工程性质

采用粒径为0.1～1mm的熔融石英颗粒与具有相同折射率（1.4585）的溴化钙溶液混合配制透明砂土.质量分数为57%的溴化钙溶液与熔融石英折射系数相近,配制出的透明砂土透明效果较好.测试了透明砂土与同级配标准砂的工程性质,结果表明：渗透及压缩性质相近,直剪试验的剪应力与位移曲线形态基本相似,三轴试验的应力应变曲线形态也基本相同.采用熔融石英与溴化钙溶液配制出的透明砂在土体强度及变形方面具有表征天然砂土的能力.

透明砂土休止角和起动流速基本特性试验研究

人工合成透明土材料结合粒子图像处理技术在模型试验中已得到广泛应用,但使用该技术研究桩基冲刷问题还需对其开展更多特性研究。基于熔融石英砂与正十二烷和15#白油混合液制备成透明砂土,通过室内试验研究透明砂土的基本物理特性、休止角和起动流速。结果表明:透明砂土的透明度除1~2 mm粒径组显著较差外,其余相差不大;各粒径组透明砂粒的容重相差甚小;干容重随粒径增大先增大后减小;孔隙液体剪切速率与切应力表现为较好线性关系,属于典型的牛顿流体;液下休止角随中值粒径的增大而增大;粒径组为0.1~0.2 mm的透明砂粒起动流速随液体深度增大而增大,利用沙莫夫公式进行拟合,拟合结果与试验结果吻合较好。

基于透明土模型试验的斜坡上沉桩挤土规律研究

利用15号白矿物油与正十二烷的混合液体与粒径为0.5~1.0 mm的熔融石英砂配制出具有砂土特性的透明土。在模型槽中分别进行坡顶单桩、坡顶排桩和斜坡中部的沉桩试验。研究了斜坡环境下不同沉桩形式下的沉桩挤土规律。利用PIVview2C和Surfer11软件对采集图像进行分析和数据处理。结果表明:在30°斜坡坡顶上沉桩时,桩周土体均发生了一定变形,且变形量随着桩距的增大而逐渐减小;靠近边坡一侧的变形量明显大于远离边坡一侧;在距离坡顶6倍桩径以上的位置沉桩,挤土效应的影响已经不明显。