三轴循环荷载下土石混合体细观结构劣化实时CT扫描试验研究

为了揭示土石混合体在三轴循环荷载作用下的结构劣化特征和细观损伤演化过程,采用自行设计的工业CT机配套加载装置对块石含量分别为30%, 40%和50%和土石混合体试样进行了低围压实时CT扫描力学试验。重点研究了块石含量对宏观应力-应变曲线、滞回环形态、裂纹几何形态参数和剪胀效应的影响。试验结果表明:反复的循环加卸载导致试样的塑性应变逐渐增大,应力滞回环呈现出稀疏-密集-稀疏形态。在相同应力幅值下,土体基质中块石的存在影响滞回环的形态,随着块石含量的增大,滞回环的面积减小,块石含量较高时,土石间咬合作用形成的骨架效应增强,从而土石混合体结构弱化过程中的能量耗散相应减弱。采用图像处理算法对试样在不同加载周数下的块石和裂纹进行了识别、提取和分析,块石含量较高时裂纹的起裂要先于低含石量的试样,不同含石量土石混合体试样在相同加载周数下的损伤程度有所不同,裂纹的面积、长度、平均宽度和分形维数随块石含量的增大而减小。由于土体和块石的高度弹性不匹配,土石混合体试样的应变局部化现象导致试样剪胀行为的差异,裂纹的扩展和宏观破裂面的形成受块石含量影响较大,土石混合体体积剪胀效应随着块石含量的增加而减弱。研究结果有助于深入理解工程扰动作用下土石混合体的损伤劣化机制,可为土石混合体有关的工程建设及防灾减灾提供必要的理论支撑。

土石混合体物理指标及强度特性研究进展

为了将土石混合体从传统土的分类体系中分离出来和建立相应物理指标体系和强度特性研究方法,基于文献调研,通过土石强度比、土石阈值和含石量等几个关键物理特性指标的定义将土石混合体划分为一类新的岩土介质体系;然后从地质历史和地质构造等方面将土石混合体的成因划分为重力堆积型、水流堆积型、冰川堆积型、风化残积型、构造作用型、人工堆积型及混合堆积型七类;并采用文献搜集和工程调研的方法,分析了土石混合体的地质灾害及面临的工程问题;再次,总结了土石混合体强度特性的影响因素、影响规律及国内外采用的研究方法;最后,对土石混合体研究中存在的困难与挑战、未来的研究方向和新的思路进行了探讨。