Influence of fines content on the anti-frost properties of coarse-grained soil

This paper aims to determine the optimal fines content of coarse-grained soil required to simultaneously achieve weaker frost susceptibility and better bearing capacity. We studied the frost susceptibility and strength properties of coarse-grained soil by means of frost heaving tests and static triaxial tests, and the results are as follows： （1） the freezing temperature of coarse-grained soil decreased gradually and then leveled off with incremental increases in the percent content of fines; （2） the fines content proved to be an important factor influencing the frost heave susceptibility and strength properties of coarse-grained soil. With incremental increases in the percent content of fines, the frost heave ratio increased gradually and the cohesion function of fines effectively enhanced the shear strength of coarse-grained soil before freeze-thaw, but the frost susceptibility of fines weakened the shear strength of coarse-grained soil after freeze-thaw; （3） with increasing numbers of freeze-thaw cycles, the shear strength of coarse-grained soil decreased and then stabilized after the ninth freeze-thaw cycle, and therefore the mechanical indexes of the ninth freeze-thaw cycle are recommended for the engi- neering design values; and （4） considering frost susceptibility and strength properties as a whole, the optimal fines content of 5% is recommended for railway sub,fade coarse-~rained soil fillings in frozen re^ions.

含泥量对砂类硫酸盐渍土工程特性的影响分析

为了明确含泥量对砂类硫酸盐渍土的盐胀和力学特性的影响,人工配制了不同细粒土含量的砂类硫酸盐渍土,在1%和3%(质量分数,下同)含盐量单向冻结盐胀试验的基础上,选取了细粒土含量为5%、15%、30%和40%的砂样进行常温、低温三轴剪切试验。研究结果表明:此试验条件下,不同级配砂类硫酸盐渍土的冻结温度为-0.7~-0.1℃,当砂样孔隙溶液浓度在冻结温度之上达到饱和时,降温过程中会首先生成盐结晶;1%含盐量条件下,高细粒土含量(≥30%)砂样的起胀温度在4~9℃之内,而低细粒土含量砂样的起胀温度在0℃附近,3%含盐量砂样的起胀温度为20~23℃;试验含水率和细粒土含量通过影响土体中自由水的含量对盐冻胀产生显著影响。在力学特性方面,随着细粒土掺量的增加,砂类硫酸盐渍土的抗剪强度表现出先增大后减小的趋势,细粒土由增强摩擦转变为颗粒间的“润滑”作用;此外,冻结后砂土转变为承载能力更强的“土-盐-冰骨架结构”,抗剪强度大幅提高,并呈现出明显的脆性破坏特征,由于冻结砂土受相对温度的影响,随着含盐量的增加,破坏应力呈先减小后增大的趋势。

基于标贯试验的含细粒砂土液化概率判别新模型

含细粒砂土在自然界中普遍存在,在应用标准贯入试验判别砂土液化时,通过对标贯击数进行修正反映砂土中细粒含量的影响。以国内外25次大地震收集整理的230组实测数据为基础,利用Idriss和Boulanger、Cetin等和NCEER分别提出的三种标贯击数修正公式,通过逻辑回归建立三个液化概率计算模型,对比三个模型,Cetin等修正公式相应的液化概率计算模型拟合优度和预测准确性最好。根据中国《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)和美国《标准贯入测试和对开管取样的标准试验方法》(ASTM D1586-11)的标贯击数转换关系,推导出适合于中国规范的含细粒砂土液化概率判别新模型。回判分析表明,新模型对基于美标的实测液化数据具备良好的判别性能。利用台湾集集地震实测288组数据,比较了新模型与建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)(以下简称“建规法”)判别方法。结果表明,新模型的总体判别成功率94.1%高于建规法77.4%,其中液化场地判别成功率93.9%略低于建规法的99.4%,但非液化场地成功率86.3%远远高于建规法判别成功率48.4%。

疏浚砂细粒混凝土性能及含泥量影响研究

为使航道疏浚砂制备新型无粗骨料细粒混凝土替代普通混凝土,对比分析了石灰石粉和粉煤灰填料细粒混凝土流动性、抗压强度、抗冲磨强度等物理力学及耐久性能,探讨了疏浚砂不同含泥量(1.3%、5.3%、9.3%、13.3%)对细粒混凝土性能影响。结果表明粉煤灰和石灰石粉为填料的干混物料最大堆积密度分别达2 083.8 kg/m^(3)和1 979.9kg/m^(3),最大堆积密度下填料与砂子的质量比分别为0.13和0.10,28 d抗压强度分别达39.8 MPa和34.1 MPa;较之1.3%含泥量,以粉煤灰为填料含泥量为13.3%的细粒混凝土3 d、28 d和90 d抗压强度分别降低了27.8%、13.5%和16.4%。含泥量少的试样表观密度更高、泌水性降低,保水性和工作性更好。制备的细粒混凝土可以替代普通混凝土制备路面砖、联锁块、鱼槽砖、扭王块等小型预制块体,就近应用于航道整治、道路或市政工程。

细粒含量对冻土-桩界面剪切特性影响研究

针对华北北部地区桩土界面的稳定性开展研究,采用往复直剪仪,在不同法向压力下进行常规直剪试验和往复直剪试验,重点探究了在负温条件下6种细粒含量(0%、10%、20%、30%、40%、50%)对冻土-混凝土界面冻结强度和剪切刚度的影响规律.结果表明:随着细粒含量的增大,常规直剪条件下界面的峰值强度变大,冰胶结强度占比随之提高,且割线模量也不断变大;在往复剪切作用下,界面剪切刚度随剪切循环次数的增加不断衰减,30%细粒含量时界面的剪切刚度衰减幅度最大;虽然细粒的加入会增大界面的剪切刚度,提高界面抵抗变形的能力,但在往复剪切作用下细粒会使界面剪切刚度衰减幅度变大,不利于结构的稳定性.通过层次分析法得出往复剪切次数、细粒含量、环境负温对界面剪切刚度的影响权重分别为58.52%、25.40%、16.08%;该分析结果可为相关工程实践提供参考依据.

振动荷载下高铁路基粗粒土填料应变规律研究

为提高高铁路基土的安全服役性能,文中利用室内动三轴试验对高铁路基粗粒土填料进行了振动荷载作用下的动力特性试验,对比分析了不同细粒含量以及围压条件下的高铁路基粗粒土填料的累积应变曲线变化规律。结果表明,当动应力为30 kPa时,所有细粒土掺量及围压条件下土体的累积塑性应变均随着加载作用次数的增加呈现出先快速增加后缓慢增加的变化规律;当动应力为60、90 kPa时,所有细粒土掺量及围压条件下土体的累积塑性应变均随着加载作用次数的增加呈现出先快速增加后趋于稳定的变化规律。

基于动三轴试验的不同细粒含量尾矿砂地震液化判别研究

对江西德兴某尾矿库的不同细粒含量尾矿砂开展土样的基本物理力学性质试验,得到土样的物理性质指标和颗粒级配曲线,再通过动三轴试验得到土样的时程、动强度和液化应力比曲线。各种关系曲线显示:液化过程中,尾矿砂试样的强度迅速下降,形变和孔压逐渐增大,最终导致液化破坏;在试验中围压越大,细粒含量越少,液化所需要的动应力越大;液化应力比与液化振次之间的归一性良好,近似于线性相关。根据抗液化剪应力法计算出不同条件下土样的液化判别结果可知:在保持单一变量下,35%细粒含量尾矿砂的液化可能性FL和15%、25%细粒含量尾矿砂相比,分别增加了约28.5%、10%;等效振次(烈度)为30(8度区)的液化可能性FL和等效振次(烈度)为8、12(6、7度区)的液化可能性FL相比,分别提高了约160%、73%;深度为12m的液化可能性FL同深度为3m、6m、9m的液化可能性FL相比,分别减少了约14.5%、12%、7%。

中美孟细粒土液化判别标准对比

中国、美国、孟加拉国三国现行抗震设计规范中针对细粒土的液化判别标准各不相同。为提出可供工程应用及中国规范修订参考的评判标准,该文通过对比三国判别流程和标准,并分析其形成过程后,在孟加拉国达卡及周边城市采取的168个细粒土样液化判别应用基础上,综合评价了各判别流程和标准的合理性。最后提出了一套融合各标准的细粒土液化判别流程及其结果评价标准。

潮湿细粒煤炭筛分抗堵机理及参数优化研究

深部筛分是实现潮湿细粒煤高效分级的重要途径,但会出现筛面堵塞的问题,刚柔耦合弹性筛分方法被用于克服堵塞。探究了进料速率和物料含水率对筛分性能的影响及相关机理,对3 mm湿细粒煤进行刚柔耦合弹性筛分与刚性筛分对比实验,进一步明确了筛分过程中颗粒的空间分布规律。当外部含水率为11.31%时,筛分效率达到83.15%,总错配物率为6.40%,有效提高了潮湿细粒煤的筛分性能。

季冻区公路路基粗粒土的冻胀敏感性及分类研究

对5种粗粒土13种不同含泥量土料在不同含水率、饱和度和密实度状态下进行了一系列封闭系统下的冻胀模拟试验。研究了各种粗粒土的η-w关系,并对其进行线性分析,揭示了粗粒土的冻胀规律。根据所建立的各种不同粗粒土的η-w经验关系式得出各种土料以及粗粒土的相应于不同冻胀等级和类别的界限含水率值,并与现有的规范进行对比,指出规范值得商榷的问题。

客专铁路路基A、B组填料冻胀性浅析

研究目的:通过阐述路基土冻胀机理及影响因素,结合本段的填料情况,浅析路基基床底层用60 cm细粒含量除小于5%的碎石类土满足路基填筑冻胀要求外,细粒含量小于15%的是否也可以有效防止冻胀。研究结论:通过对路基冻胀的主要机理、影响因素以及路基A、B组填料冻胀性的试验,浅析了路基特定填料的冻胀特性,得出在路基基床底层用60 cm厚细粒含量小于15%的碎石类土填筑路基可有效防止冻胀的结论,但鉴于土的冻胀性影响因素相当复杂,各种研究成果具有局限性,填料冻胀性还需进一步修正和补充,从而使路基防冻胀填料和结构设计更加合理。

细粒含量对尾矿工程性质影响分析

由长期工程实践和试验研究可知,尾矿的工程性质除与尾矿的矿石成分、筑坝方式以及矿浆的沉积特性有关外,重要的是与尾矿的颗粒粒度组成有关。为了分析上游式尾矿库尾矿经排放、沉积、分选等作用下颗粒组成的变化特征及其对尾矿工程性质的影响规律,通过对上游式尾矿库沉积滩面不同距离处尾矿进行颗粒级配分析、力学性质和渗透性质试验,重点分析了细颗粒含量(颗粒直径小于0.075 mm)对尾矿工程性质的影响规律。研究表明,随着距离上游式尾矿库滩顶长度的增大,尾矿颗粒组成中的细粒含量逐渐增多,颗粒级配情况由一般到良好再到一般,孔隙比也呈现出随之先减小后增大的变化趋势。受原尾矿颗粒组成的影响,尾矿黏聚力随细粒含量的增加呈逐渐增大,而内摩擦角相对变化较小,其渗透系数受细颗粒含量影响较大,随含量增大迅速减小。

高液限花岗岩残积土的物理特性和剪切特性

高液限花岗岩残积土广泛分布于华南地区,针对其中的含粗粒细粒土进行了物理特性和剪切强度特征的试验研究,包括土的组成和微观结构、土的物理状态、土的峰值强度和残余强度等。基于试验结果分析了细粒含水率及对土体物理状态的影响,归纳了土中粗粒含量与天然含水率之间、土的天然状态指标与抗剪强度参数之间的统计规律,探讨了应用反复剪切试验方法确定此类土残余强度的注意事项及大剪切位移时的剪应力特征。由于此类残积土具有高液限土和粗粒土的综合特征,因而需基于粗粒含量的影响来认识有关基本特性。

细粒含量P_c<25%渗透变形类型为非管涌碎砾石的颗粒级配特征及判别方法

细粒含量判别法是无黏性粗粒土渗透变形类型主要判别方法,但细粒含量Pc〈25%渗透变形类型为流土和过渡的碎砾石,其渗透变形类型不符合细粒含量判别准则.通过对46个工程310个试样（其中Pc〈25%的试样数214个）,渗透变形试验结果统计分析发现,该类土虽然仅占同级配段（Pc〈25%）比例为6.1%,但其颗粒级配曲线均具有独特特征,即各粒径级颗粒含量均较均匀,即Cu均大于5,Cc多数为1.0~3.0之间,即该类土大多数为优良级配,进一步分析发现其D15/d85之比均小于等于5,进而提出用D15/d85≤5作为判别该类土的方法.

哈齐客专细圆砾土冻结温度测试分析

以哈齐客运专线细圆砾土路基填料为研究对象,通过自制冻结温度试验装置测定了细圆砾土冷却与冻结过程及不同细颗粒含量下细圆砾土的冻结温度,分析了细圆砾土冻结温度随细颗粒含量的变化规律。试验结果表明:粗颗粒土的冷却与冻结过程和细粒土的类似,同样存在过冷、结晶和冻结稳定三个阶段;土样在最优含水率条件下,不同细颗粒含量的细圆砾土冻结温度随着细颗粒含量的增加而降低。

细粒含量对粗粒土冻胀特性影响的试验研究

为了得到同时满足冻胀率和击实效果的最大细粒土含量,通过葡氏击实和冻胀试验,研究了不同细粒土含量、不同干密度条件下细圆砾土填料的冻胀特性。研究结果表明,9%细粒土含量下细圆砾土试样的压实效果最好;细圆砾土试样的冻结过程可以划分为快速冻结区、过渡区、似稳定区和稳定区;细粒土含量低于10%时,细圆砾土属于弱冻胀填料;同时满足冻胀率和压实效果的最大细粒土含量为9%;细粒土含量相同时,细圆砾土试样的冻胀率随干密度的增加,先增大而后减小,即存在一个最不利干密度;冻结48 h后,细圆砾土试样冻土段的含水率均大于初始含水率,其不同位置含水率分布曲线呈S型,且随着细粒土含量的增加逐渐呈现倒三角形分布;细圆砾土试样干密度的增大有效地阻断了水分迁移路径。

向家坝水电站库区某滑坡滑带土的残余强度试验研究

利用DTA-138型环剪仪对向家坝水电站库区某滑坡滑带土重塑样开展了大位移剪切条件下的环剪试验,探讨了剪切速率(小于100 mm/min)、细粒(<0.075 mm)含量对残余强度的影响,对比分析了原状样滑面和重塑样剪切面的细粒含量变化以及微观结构差异。研究结果表明:滑带土的原状样滑面细粒含量高于滑带,重塑样剪切面细粒含量高于剪切面上下区域;当剪切速率由0.109 mm/min增大到98mm/min时,残余强度应力比的变化呈现先减后增的凹型,在1.09 mm/min时达到最小值(重塑样Rr-1#,Rr-4#,Rr-5#残余强度应力比最小值分别为0.34,0.42,0.39);残余强度随细粒含量的增加先增大后减小,呈二次多项式关系,其临界值约为56%;随着细粒含量的增加,残余强度变化幅度随法向应力的增加而增大。

细粒土液化判别特征指标研究

中国液化判别方法形成于20世纪80年代,30年来无实质改进。对于细粒土液化判别方法,1999年土耳其Kocaeli地震和台湾集集地震后,国外研究人员做了大量工作。在前人工作基础上,重点研究细粒土液化判别式和初判条件特征指标。通过回顾唐山、海城地震液化场地细粒土土性特征,结合土耳其Kocaeli地震和台湾集集地震液化数据,详细对比国内外细粒土液化判别方法优缺点。结果表明:1塑性指数不宜作为液化判别式指标;2综合细粒含量与黏粒含量判别液化比单独使用任一指标要更为合理;3中国规范液化判别式对细粒土过于保守,尤其只针对粉土考虑黏粒含量导致更为保守,建议去掉"砂土黏粒含量取3"的规定;4黏粒含量不宜作为初判条件指标;5对细粒土的塑性指数,7度、8度和9度分别不小于10,13和15,可判为不液化土。

砂–粉混合料阈值细粒含量的确定

阈值细粒含量FC_(th)是评价砂–粉混合料颗粒接触状态及力学特性的重要参数。基于14类砂–粉混合料的38组试验结果,总结了用以确定FC_(th)的物理和力学特性指标,确定了各类砂–粉混合料的FC_(th),分析了不同指标确定的FC_(th)的差异。当砂–粉混合料的颗粒粒径差异较大时,由静态试验结果确定的FC_(th)明显大于由动态试验结果确定的FC_(th),且Rahman经验公式对砂–粉混合料平均阈值细粒含量FC_(th)的预测不合理。基于纯砂粒土和纯粉粒土的最大与最小孔隙比的理论法预测的FC_(th)值与类圆状砂–粉混合料的FC_(th)有较好的一致性,而理论法对类角状砂–粉混合料FC_(th)的预测值明显偏低。研究结果表明,平均粒径比R_d是评价砂–粉混合料FC_(th)的一个重要指标,随着R_d的增大,FC_(th)先减小,当R_d>10时,FC_(th)先迅速放大,然后趋于基本不变;基于R_d建立的经验公式可较好地预测砂–粉混合料的FC_(th)值。

不同细粒含量饱和粉土动力特性及微观结构研究

本文针对不同细粒含量的杭州饱和粉土动力特性进行了研究,并对土的微观结构进行测定,用以探究粉土的强度、动剪切模量和微观结构的关系。研究结果表明,当粉粒含量不变而粘粒含量在8%~15%之间变化时,动强度会随粘粒含量的增高呈现抛物线型变化,最低点在粘粒含量为12%附近出现;而保持粘粒含量不变,粉粒含量在40%~70%变化时,动强度随粉粒含量变化呈现单一增长。动剪切模量测定结果显示,当细粒含量变化时,最大动剪切模量G_(max)和动强度的变化规律呈正相关关系;通过电子扫描电镜对试样的微观结构进行观察,解释了由细粒含量变化而引起土样动力特性变化的内在原因。