水泥和粉煤灰稳定钢渣-砼再生碎石路基混合料的制备及其性能

为减少对天然碎石的开采量,解决工业废渣和建筑固体废弃物大量堆积的问题,采用水泥和粉煤灰稳定钢渣-砼再生碎石制备路基混合料。在水泥和粉煤灰的掺量范围确定的情况下,通过干湿循环试验确定钢渣和砼再生碎石的较优质量比;当钢渣和砼再生碎石选取较优质量比时,通过三轴试验测试混合料的力学性能,进一步优化水泥和粉煤灰的质量分数;利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量色散X射线谱分析不同龄期制得的混合料的组成、微观结构及水化反应特征产物的变化规律,研究混合料的形成机制和强度影响因素。结果表明:当钢渣和砼再生碎石的质量比为3:1时,制得的混合料的相对强度最高,失质量分数最小;当水泥掺入质量分数为5%、粉煤灰掺入质量分数为16%、钢渣和砼再生碎石的质量比为3:1时,制得的混合料黏聚力最强,抗剪强度最大,力学性能较优;在水化早期掺入钢渣可增加钙矾石的生成量,提高制得的混合料的强度;制得的混合料的水化产物以水化硅酸钙、氢氧化钙和钙矾石为主;钙离子浓度的增加能增强制得的混合料的水化产物碱性,缩短硅酸钙水化物中的硅氧四面体链,降低制得的混合料的聚合度。

基于能量耗散的土体本构关系及其参数确定

从热力学基本理论出发,研究了土体受力变形过程中的能量耗散函数,据此构造了土的弹塑性模型。模型的屈服轨迹、塑性流动、硬化规律及弹性规律均可通过自由能函数和耗散增量函数推导得到。研究中区分塑性功与能量耗散,引出了储存塑性功的概念,定性地讨论模型参数的物理意义及其取值。并通过拟合三轴试验曲线,确定了模型参数;将计算的应力–应变曲线及体变曲线或孔压增长与试验结果比较,验证了模型的有效性。这种本构模型的构造方法掘弃了以德鲁克公设为基础的传统塑性理论,自动满足热力学定律,具有较为严密的理论基础。

基于数字图像测量系统的砂砾土试样膜嵌入问题研究

利用数字图形测量系统可以定量研究膜嵌入问题。数字图像测量系统可以经过非接触测量方式精确得到试样的体积变化及排水管的体积变化,排水管的体积变化包括试样的体积变化和膜嵌入引起的体积变化。通过对多种砂砾试验材料在不同围压下的等向固结试验,利用平面变形假定,用排水管的体积变化减去试验固结的体积变化之后得到的就是膜嵌入量。根据试验得出的结果,分析了在一定粒径范围内膜嵌入量与其主要影响因素σ3,d50之间的关系,改进了膜嵌入量的计算公式;提出了对于含有细颗粒较多的级配砂用d50进行分析不太合理,还应考虑颗粒级配的不均匀系数的影响,或用其他特征粒径的建议。

一般应力状态下泥浆渗入对泥水盾构开挖面土体剪切强度影响分析

采用真三轴实验定量研究一般应力状态下泥浆渗入对泥水盾构开挖面土体剪切强度的影响,基于空间滑移面理论、三剪切角理论等考虑中主应力的破坏准则,研究天然土体一般应力条件下中间主应力对强度参数的影响规律。结合上海长江隧道工程,运用村山公式定量刻画同时考虑一般应力状态及泥浆作用时土体强度对泥水盾构开挖面有效泥浆支护压力设定值的影响程度。研究结果表明:对于砂质粉土,泥浆作用和中主应力的影响共同制约着有效泥浆压力的取值,且泥浆作用的影响更为显著,实验中有效泥浆压力相比天然土体情况提高了53%;而对于淤泥质黏土,泥浆作用及中主应力对泥水盾构开挖面的有效泥浆压力设定值影响较小,但中主应力系数的变化同样制约着泥浆作用对有效泥浆压力取值的影响程度。

武汉鹏湖湾地区老黏土动力响应特性及强度弱化规律研究

岩溶区老黏土在人类工程活动所引起的动荷载作用下,会产生动力变形特性的改变,强度参数也会发生相应的弱化,最终导致土洞上覆盖层结构性的破坏。以武汉市鹏湖湾地区的老黏土为研究对象,结合该岩溶塌陷场地的工程地质条件,开展相应的室内动三轴试验,研究老黏土在围压、动应力比和循环次数等因素变化时的动力响应特性和强度弱化规律,提出其在循环荷载作用下的强度弱化模型。结果表明,随着围压、动应力比及循环次数的增加,老黏土的孔隙水压力有所提高。当其它因素保持不变,且动应力比与循环次数不超过某一临界值时,土体的强度随着动应力比、循环次数的增加而降低,即超孔压的增长引起老黏土强度的衰减。而在围压增长的初期,土体的强度与围压成正比,当围压增大到某一临界值时,老黏土的抗剪强度显著降低。强度折减率随围压、动应力比、循环次数的增加均有不同程度的降低,提取出经验公式,得到的老黏土强度弱化模型具有较高的相关性,进一步得出老黏土的强度弱化机理。

考虑结构性影响的原状软黏土应力–应变特性真三轴试验研究

通过对营口原状软黏土和饱和重塑软黏土的真三轴试验,研究围压和中主应力系数对软黏土强度的影响。基于综合结构势理论,提出真三维应力条件下软黏土的应力比结构性参数,建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式。研究结果表明:当固结围压<先期固结压力时,原状软黏土偏应力–广义剪应变曲线形态表现为应变软化,体应变表现为剪缩特性;当固结围压>先期固结压力时,其曲线形态表现为应变硬化,体积应变表现为剪胀特性;饱和重塑软黏土的偏应力–应变关系曲线则不受先期固结压力的影响,均表现为应变硬化型。软黏土强度都随着固结围压和中主应力系数的增大而增大。应力比结构性参数m_η随广义剪应变、固结围压和中主应力系数的增大而降低,其与广义剪应变呈显著的对数关系。将拟合得到的应力比结构性参数m_η引入到原状软黏土的q-ε_s曲线中,得到q/m_η-ε_s关系曲线,进而建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式,其与试验结果具有较好的一致性,从而使原状软黏土q-ε_s曲线得到合理描述。

粉粒含量对尾矿力学特性的影响

尾矿的力学特性与粉粒含量有关,但目前对粉粒含量的影响机制研究较少。为了研究粉粒含量对尾矿力学性质的影响及其细观机制,通过显微观测、三轴试验和离散元模拟,研究砂粒和粉粒的显微特征,分析尾矿的临界粉粒含量,并讨论粉粒含量效应的细观力学机制。结果表明:砂粒和粉粒在粒径分布、棱角性和表面形貌方面存在差异,粒径小于30μm的颗粒具有独特的显微特征;随着粉粒含量的增加,混合尾矿逐渐由砂性尾矿过渡到粉性尾矿,临界粉粒含量在30%~50%范围;理论推导证明,粉粒的粒径和弹性模量越小,相同力作用下的土体形变越大;从介观上看,粉粒含量的增加弱化了原有的强力链,是导致粉粒含量效应的重要原因。研究结果揭示了混合尾矿的细观力学行为机制,为宏细观关联性研究提供了参考。