散体矸石的承载性能试验研究

为了研究散体矸石的承载、变形规律,通过对不同级配、增强措施及尺寸效应下的矸石体进行压缩试验,获得了其承载变形规律,并建立了散体矸石承载力学模型。研究结果表明:1)矸石处于不同压缩时期具有不同的变形、破坏特征,大致可分为如下阶段:第一阶段,以颗粒间相互错动为主的自组织平衡段;第二阶段,以矸石破碎、空隙率降低为主的破碎压密段;第三阶段,以不同粒径颗粒固结并稳定增阻为主的固结增阻段;2)对于单一级配矸石来说,粒径越大,前期能够承受的载荷越大,但随着变形的增加,压缩量-载荷曲线越平缓;3)散体矸石的级配曲线越接近泰勒曲线,其承载性能越优,且对矸石体用钢筋和金属网增强后,承载性能明显提升;4)矸石体不同位置处的压缩量由不同步趋于同步,最终形成类圆台承载体,该体表面松散,内部紧密。     

静力压实不同厚度红砂岩土变形特征试验研究

为研究不同厚度红砂岩土静力压实变形特征,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5种不同厚度情况下的红砂岩土压实试验的压力-位移关系,分析粗土层厚度对静力压实变形特征的影响,结果表明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,土体的应变随厚度增大而逐渐减小;红砂岩土的压缩模量随对应应力范围终值的增大而增大,两者之间呈线性关系;在相同应力范围内,土层厚度越小,土体的压缩模量越小,压缩性越高;红砂岩土的静力压实过程可分为三个阶段: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。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象。在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大。利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

煤矸石压缩试验的颗粒流模拟

 根据煤矸石颗粒材料的特点,采用三维颗粒流方法PFC3D的接触连接本构模型模拟煤矸石的压缩特性,再现其复杂的非线性本构关系。设计单一级配和泰波理论级配方案,并用Fish语言生成级配颗粒模型。对煤矸石的三轴压缩试验过程进行数值模拟,比较不同围压下的应力–应变曲线、体积应变曲线和微裂纹发展曲线,从细观角度验证不同级配煤矸石试样的强度及变形规律。研究结果显示,优化的级配方案能提高矸石的峰值强度,降低其压缩量,这对优化矸石充填的级配设计有一定的参考价值。     

二灰土静态三轴力学性质试验研究

通过不排水三轴压缩试验对二灰土的力学特性研究,从应力-应变关系、抗剪强度、围压对强度的影响以及残余强度4个方面,分析了围压与压实度比对二灰土土体强度、变形和刚度的影响。试验结果表明,随着围压与压实度的增加,土体的强度与刚度均增加,应力-应变特性表现为软化型。压实度增加时强度增加不明显,仅为10%,而围压增加时强度增加幅度较大,能达到45%,峰值应力和残余应力都有所增加,围压增加时,应力-应变关系的弹性范围增大,曲线呈弱应变软化型或理想的弹塑性。     

竖向加载下填筑黄土边坡土体强度特性研究

利用真三轴仪,对重塑黄土进行了竖向加载条件下的平面应变试验,研究其在平面应变条件下的应力-应变关系、中主应力的变化特性和强度特性。试验结果表明:竖向主应力加载过程中,重塑黄土的应力-应变曲线均为硬化型或强硬化型。同一压实系数和固结围压条件下,含水率愈小,重塑黄土的强度就越高;同一含水率和固结围压条件下,压实系数越大,重塑黄土的强度就越高;同一含水率和压实系数条件下,固结围压越大,重塑黄土的强度就越高;重塑黄土的中主应力随轴向应变的增大而增大,固结围压越大,含水率越小,相应的中主应力越大;随着含水率的增大,黏聚力衰减明显,内摩擦角略有减小;随着压实系数的增大,黏聚力显著增大,内摩擦角几乎不变。     

不同含水率煤体单轴压缩力学特性及损伤统计模型研究

为了研究水分对煤体力学特性的影响,制备不同含水率的原煤煤样和型煤煤样,进行单轴压缩力学试验。根据试验结果,讨论2种煤样的变形特性随含水率变化的规律,分析煤样的力学参数和含水率的关系,对比不同含水率下2种煤样的破坏方式。研究结果表明,随着含水率增大,2种煤样的应力–应变曲线的压密阶段区间增大,弹性阶段区间缩小,屈服阶段更加显著。2种煤样的含水率和力学参数拟合关系相同,抗压强度与含水率呈负线性关系,峰值应变与含水率呈正线性关系,弹性模量与含水率呈负指数关系。从干燥状态到饱水状态,发生破坏后,原煤煤样依次表现为剪切破坏、拉伸–剪切组合破坏,型煤煤样依次表现为剪切破坏、拉伸破坏、拉伸–剪切组合破坏。在力学试验的基础上,考虑煤体压密阶段的应力–应变关系,建立考虑含水率的煤体分段式损伤本构模型,对试验结果进行了验证。拟合结果显示理论曲线和试验数据具有较高的拟合度,模型适用于分析不同含水率的煤体单轴压缩力学问题。研究结论为受煤体水分影响的煤矿工程的分析和设计提供了参考。     

早期受载对矸石胶结充填体力学特性及损伤破坏的影响

为研究早期受载对矸石胶结充填体后期力学特性的影响,将养护7 d的试样进行4种应力水平加载,并持载28 d后,卸载进行单轴压缩试验,监测持载过程中充填体中超声波波速变化及单轴压缩过程中声发射响应特征,采用扫描电镜观测试样微观形貌。结果表明:早期受载对充填体力学特性影响显著,当早期承受应力水平小于80%时,荷载对矸石胶结充填体抗压强度和弹性模量均具有明显的强化效应,随着早期应力水平的增大,横向应变及泊松比整体呈指数型增长趋势,试样破坏形式由剪切破坏逐渐转变为劈裂破坏。持载过程中超声波波速呈明显的阶段性特征,早期承受高应力水平的充填体在单轴压缩过程中声发射活跃程度下降。早期荷载作用促进水泥水化反应,有助于充填体强度的提高。根据试验结果建立早期受载矸石胶结充填体在单轴压缩过程中的损伤演化模型,可以为充填体在结构充填中的设计提供依据。     

矸石充填整体置换“三下”煤柱引起的岩层移动与二次稳定理论

 根据条带开采特点,针对矸石充填整体置换“三下”煤柱引起的二次岩层移动等问题,首先简述煤柱开采与矸石充填过程,并分析二次岩层移动机制及特征,认为二次岩层移动是由矸石充填支撑体和承重岩层的共同压缩引起的,上覆岩层形成的弯曲带层面为波浪型下沉曲层;然后,根据充填支撑体的实际受力大小和极限强度,采用弹塑性力学及相关理论,推导“承重岩层+矸石充填体”承载体的二次稳定条件、安全系数、极限状态下的软化区宽度以及承载核区宽度的解析式,并给出矸石充填体压缩量w1和上覆承重岩层二次压缩量w2的计算公式,提出二次岩层移动下沉总量计算方法。宝源煤矿的实例计算表明“承重岩层+矸石充填体”承载体的安全系数Fs = 1.36,处于稳定状态;“承重岩层+矸石充填体”承载体总压缩量w = 0.833 m,矸石支撑体抵抗着较高的应力,维护着上覆岩层结构的二次稳定;数值分析表明,采空区上方应力得到充分释放,充填支撑体上方垂直应力呈马鞍形分布,承重岩层最大下沉位移平均值为0.801 m左右,接近理论计算值。     

煤矸石在干旱黄土地区高等级公路路基中的应用研究

为实现甘肃干旱地区煤矸石在道路路基中的应用,选择三种来源煤矸石作为研究对象,分析其物化特性、环境安全性、水稳定性、均质性及作为路基填料的力学特性。结果表明,采用岩石耐崩解指数评价煤矸石的水稳定性,样本2耐崩解性最好,样本1次之,样本3不满足路基填筑要求。对于均质性,煤矸石作为路基填筑材料,利用前处理只需一级鄂式破碎即可满足级配特征要求。随着煤矸石填筑混合料中0-5mm细集料含量的增大,最大干密度逐渐减小。击实过程中,煤矸石颗粒逐渐发生破碎,级配走向更细,2mm基本是变化的临界点。分析煤矸石击实过程压实度的变化,样本1更易达到压实度要求,这取决于煤矸石自身强度。分析不同级配煤矸石的CBR承载比及浸水膨胀,适宜煤矸石用于路基填筑的级配中5mm以下细集料含量应为30%~50%。煤矸石作为路基填筑,在水的作用下除部分崩解外,整体体积较为稳定。     

重塑黏土真三轴试验强度特性及本构模型研究

土体的强度特性是岩土工程稳定性分析的重要依据。本文分析了不同含水率重塑粘土在复杂应力路径下的强度变化规律,获得以下主要结论:含水率较小时重塑粘土的应力应变曲线呈强硬化型,含水率较大时呈弱硬化型,含水率一定时随着中主应力比的增加应力应变曲线向外扩张;重塑粘土强度随着中主应力比的增加而增大,中主应力比小于0.5时增幅较大,大于0.5时增幅有所减小;不同含水率下重塑粘土强度在π平面上的破坏线为一族相似曲线,随着含水率的减小破坏线向外扩张且圆润度增强,破坏曲线的形态逐渐接近加权双剪强度理论。鉴于考虑轴对称应力条件下的邓肯-张模型不能反映中主应力变化的影响,通过重塑粘土的真三轴试验结果结合邓肯-张双曲模型建立了能够考虑中主应力比的改进邓肯-张模型,并与复杂应力路径的试验结果进行比较,验证了改进邓肯-张模型的有效性。     

高放废物处置库中COx黏土岩回填材料压缩特性研究

 高放废物处置库中回填材料需要预先压缩到一定密实度,其压缩特性对处置库的设计和安全性有重要影响。目前,粉碎后的Callovo-Oxfodian(COx)黏土岩(法国)被考虑为可选的回填材料之一。通过开展一维压缩试验,研究2种不同粉碎工艺下获得的粗/细COx土样的压缩特性,结果表明：压缩曲线受粒度成分的影响非常明显,为获得同等压实度,细粒土所需的压实功能较粗粒土高,除此之外,细粒土的压缩指数也高于粗粒土,表现出较强的压缩性;随着土样压实密度的增加,粗/细土样的压缩曲线逐渐靠拢,粒度成分对压实功能影响逐渐减弱;土样卸荷时回弹指数随干密度的增加而增加,受粒度成分的影响不明显;高压实(rd = 2.0 g/cm3)粗粒土样在7 MPa的轴向应力下饱和时,体积发生明显的塌陷现象,饱和后土样的压缩指数小于饱和前,而回弹指数则较饱和前高。     

考虑黄土结构性变化的地基增湿压缩变形分析

通过湿陷性黄土的侧限压缩试验,按照损伤力学复合体理论,研究了压缩应力应变曲线及其切线压缩模量的变化规律,提出了能够考虑加载及增湿耦合作用的结构损伤比,并在考虑实际地基浸水和附加应力变化的耦合作用下,建立了切线压缩模量随含水量和附加应力连续变化的函数。发现切线压缩模量随压应力的增大而减小,随含水量的升高而降低;压缩应力和增湿作用下的结构损伤性较压硬性更加突出,加荷和增湿作用过程就是黄土结构的损伤过程。基于黄土的结构损伤比,给出了地基土压缩模量随含水量和压缩应力连续变化的函数,提出的地基沉降验算方法是评价湿陷性黄土地基可能湿陷量的一条有效途径。     

煤矸石火山灰活性的评价

采用抗压强度法、离子溶出法、结晶度法等对不同活化煤矸石的火山灰活性进行评价。研究结果表明,未煅烧及不同温度煅烧活化煤矸石均具有火山灰活性,600～800℃煅烧煤矸石的火山灰活性较大。采用NaOH溶出法测得的活性Al2O3和活性SiO2的含量之和与煤矸石的PAI（Pozzolanic Activity Index）值呈现出良好的线性关系,这可能为发展一种评价煤矸石火山灰活性的快速方法提供理论依据。     

矿料级配对沥青混合料压实性能影响研究

采用美国SHRP计划开发的Superpave旋转压实仪（SGC）,选取SMA13,DAC13,SJ13三种常用级配,通过分析在不同坐标系下沥青混合料的压实曲线及不同级配在各压实阶段特征参数的分布规律,对不同级配沥青混合料的压实性能进行了评价,为沥青混合料压实施工奠定基础。     

含水量变化对红粘土变形和强度特性的影响研究

对击实后的红粘土土样在饱和前、饱和后进行了三轴剪切试验和无侧限抗压强度试验,研究其抗剪强度特征的变化规律。针对原状土样和重塑土样在脱湿或加湿过程中无侧限抗压强度的变化进行了研究。研究表明,在脱湿过程中,土体的抗剪强度逐渐增大,而且原状土的应力应变关系曲线一般呈应变软化的特点,而重塑土的应力应变关系曲线则一般呈现硬化的特点;在加湿过程中,原状土无侧限抗压强度峰值并不明显。分析表明,脱湿过程或加湿过程中土样强度随含水率的变化是显著的。     

GFRP管煤矸石混凝土钢管空心柱轴压试验

以煤矸石混凝土替代普通混凝土制备了GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱(GGCSC),并对GGCSC试件进行了轴心受压试验,通过研究GFRP管壁厚、空心率、钢管壁厚与混凝土类型对GGC-SC试件轴心受压性能的影响,得出试件承载力、应变及位移等试验数据;对比了GGCSC与GFRP管-普通混凝土-钢管空心柱轴心受压性能的差异;通过受压过程中外部GFRP管与内部钢管的荷载-位移发展趋势,揭示了两者在GGCSC轴压过程中的力学性能,为GGCSC柱的推广应用提供试验基础.