高含水率疏浚淤泥混合固化轻质土试验研究

疏浚淤泥EPS颗粒混合轻质土是一种新型的轻质土工材料,具有密度小、强度高等特点,在工程中具有广泛的应用前景。本文对高含水率的白马湖疏浚淤泥进行了室内轻质土配比试验,系统分析了水泥掺量、EPS颗粒掺量以及养护龄期等因素对轻质土的密度及无侧限抗压强度这两个重要参数的影响规律。研究结果表明,轻质土的密度主要由EPS颗粒掺量控制,而水泥掺量和养护龄期对轻质土的密度影响较小;轻质土的强度受水泥掺量、EPS颗粒掺量和养护龄期的影响,其强度随龄期与水泥掺量的变化规律与一般水泥土一致,而强度与EPS颗粒掺量之间存在一个阈值。     

城市河道淤泥固化土干湿耐久性试验研究北大核心CSCD

淤泥固化土的干湿耐久性是其资源化利用中长期服役性能的重要指标。本文选取有机质含量分别为7.7%(S淤泥)和11.7%(Z淤泥)的两种典型城市河道淤泥,掺入水泥及新型固化剂进行固化处理,通过干湿循环试验及无侧限抗压强度试验研究了不同种类的固化剂及其掺量对淤泥固化土干湿耐久性的影响。试验结果表明:在水泥掺量较低条件下(S淤泥对应5%、Z淤泥对应5%和10%),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加逐渐下降,且第1次循环的下降幅度最大,随后下降幅度明显减小;在水泥掺量较高条件下(S淤泥对应10%以上、Z淤泥对应15%以上),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加先增大后下降,且峰值强度对应的循环次数具有随水泥掺量的增加和有机质含量的减少而增加的趋势,淤泥固化土抗压强度随干湿循环作用的变化规律是劣化效应和养生修复效应协同作用的结果。总体来说,淤泥固化土随着水泥掺量的增加,其干湿耐久性显著提高。新型固化剂达到掺量10%时淤泥固化土的干湿耐久性介于水泥掺量15%~20%淤泥固化土之间,显然新型固化剂处理城市河道淤泥优于水泥固化的效果。这一研究为城市河道淤泥固化处理提供了一种新的处理技术。     

复合填料一维冻胀量数值模拟分析

复合填料是以废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯颗粒(EPS)、水泥和水为原料,拌合后形成的一种轻质填筑材料。其中,EPS颗粒含量适当时,能减少或消除复合填料的冻胀和融沉,可作为季节性冻土区的路基填料。假设复合填料中除EPS颗粒外的骨料颗粒、孔隙冰为刚性介质,同时考虑EPS颗粒变形和填料孔隙变形对复合填料冻结过程的影响,在已有的冻土水热耦合分离冰模型的基础上,得到考虑EPS颗粒变形影响的饱和填料一维冻结水热耦合控制方程,进而预测填料的冻胀量。与室内模型试验结果对比表明,本文模型可用于该种具有弹性颗粒复合填料的冻胀量模拟,为工程中冻胀量预测提供依据。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力—应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量G_(sec)和最大割线模量G_(max)的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

橡胶颗粒土动剪模量与阻尼比的共振柱试验研究

废旧轮胎橡胶颗粒与砂土组成的橡胶颗粒土相比于纯砂而言,具有密度轻、弹性变形能力强、耗能大、剪切模量低等特点,可广泛应用于边坡、挡土墙和路基回填、桥台跳车治理以及建筑隔震减振等工程领域。通过共振柱试验,重点对比研究了橡胶含量、粒径及围压对混合土动剪切模量和等效阻尼比的影响规律。结果表明,小应变范围内,在围压和粒径相同时,随橡胶含量的增加,橡胶土动剪切模量减小,阻尼比增大,动剪模量比衰退变缓;含量和粒径相同时,围压增大,动剪模量增大,动剪模量比衰退变缓,阻尼比减小。在大应变幅值下,橡胶含量较低时,随着围压增大,动剪模量比衰退明显加快;而当橡胶含量较高时,围压对其影响与小应变范围相同;而围压与橡胶含量相同时,不同橡胶粒径的模量与阻尼比曲线非常接近。橡胶土的动剪模量与阻尼比主要受橡胶含量与固结围压影响,而粒径影响可忽略不计。     

干湿循环作用下吹填固化轻质土蠕变特性研究∗

采用新型固化技术对高含水率吹填土进行固化处理,通过三轴流变仪,考虑干湿循环次数、围压和初始静偏应力等因素研究其对吹填固化轻质土蠕变变形和抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明：吹填固化轻质土具有密度小、质量轻及强度高等优点。在一定程度上,增大围压可有效缓解吹填固化轻质土的蠕变变形,而初始静偏应力对其影响较小,前7 次干湿循环对土体破坏应力的影响最大,而后基本保持不变。抗剪强度指标c、φ 值均随初始静偏应力的增加而逐渐降低,随干湿循环次数的增加呈现出先减小而后逐渐稳定的趋势,且前7 次干湿循环,二者均呈指数函数降低;7 次以后,变化均较小并逐渐稳定。基于c、φ 值与时间关系曲线,分别构建了不同偏应力作用下吹填固化轻质土c、φ 值的预测公式。根据蠕变曲线发展态势,通过回归分析,引入围压、初始静偏应力和干湿循环次数等因素,建立了吹填固化轻质土蠕变变形预测模型,并验证了其可行性。研究结果可为实际工程场地提供理论依据。     

细粒含量对饱和砂土流动性影响的试验研究

开展了不同细粒含量饱和砂土的不排水循环三轴试验,基于已有饱和砂土流动性的概念,详细分析了不同细粒含量饱和砂土应力—应变率曲线、流动性曲线以及平均流动系数—孔压比关系曲线特征。讨论了细粒含量对饱和砂土流动性影响的主要规律。结果表明:不同细粒含量饱和砂土在循环荷载下具有相似的流动性演变规律和过程;循环荷载下饱和砂土的流动性与土体的颗粒级配密切相关;试样细粒含量在0%~20%时,其流动性与细粒含量关系近似呈上凸抛物线形;当细粒含量为10%时,饱和砂土对应初始流体状态的孔压比最小,"初始液化"前后的流动性水平最为显著。     

复杂应力条件下EPS颗粒轻质混合土的动模量和阻尼比特性

目前EPS颗粒轻质混合土的动变形特性研究主要借助于常规的动三轴剪切试验,受仪器条件限制往往不能考虑EPS颗粒轻质混合土的复杂初始应力状态,也不能考虑复杂的应力路径,比如地震、波浪以及交通荷载等。针对这一问题,利用GDS空心圆柱扭剪仪,考虑复杂初始应力状态,研究交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动变形特性,分析EPS颗粒体积比Ve/Vs、初始平均有效固结压力p0、初始固结应力比R0、初始中主应力系数b0和初始大主应力方向角α05个因素对EPS颗粒轻质混合土的动模量和阻尼比特性的影响。试验结果表明:Ve/Vs对试样动力变形特性的影响与p0有关;在相同应变水平下,随着R0增大,试样的动模量增大,而阻尼比变化不大;p0对试样动力变形特性有显著影响,相比之下α0和b0的影响较小。     

复合填料热传导过程数值模拟

复合填料由废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥和水按一定质量比例混合制成,具有低导热性、抗冻胀和轻质特性。根据热阻力法则和比等效导热系数相等法则,将材料视为由大量正方形单元体组成,其中心为一个球形EPS颗粒,这种单元体与总体的导热系数相等。运用AN SY S软件对复合填料单元体的传热过程进行了有限元模拟,根据瞬态法导热系数测试原理,推求不同EPS掺入比情况下的复合填料导热系数,分析EPS颗粒与导热系数的关系,发现材料导热系数随着EPS掺入比的增加而快速降低。将材料导热系数数值模拟与实测结果作比较,发现有限元模拟值与实测值接近,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的模拟。     

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。     

粉煤灰最大往返剪切作用面上应变破坏标准的应力条件

基于文献[1]提出的最大往返剪切作用面上的液化应力条件和粉煤灰的动三轴试验数据,运用回归分析方法拟合曲线及相关参数建立了粉煤灰的破坏应力条件,并应用F检验法对参数的回归效果进行了检验,检验结果表明参数的回归效果高度显著。得出的破坏应力条件表明初始剪应力与动剪应力的倒数间并不呈线性关系,而是二次多项式关系,这与张克绪所提出的应力条件存在着差异。因此,可初步认为张克绪的液化应力条件不能直接运用于粉煤灰。     

基于粒间接触关系的饱和砂土液化特性研究∗

为了研究饱和砂土的液化机理,通过等体积加载的方式建立了循环荷载下饱和砂土动力响应的颗粒流计算模型,研究了饱和砂土在不同围压和加载幅值下的动力响应,探讨了颗粒间力链的发展特性,并从Shannon 熵、Boltzmann 熵以及Clausius 熵的基本关系入手,建立基于粒间接触力链的饱和砂土颗粒熵计算方法,分析了颗粒熵发展特性。结果表明：饱和砂土初始总力链主要受围压的影响,围压越大,初始总力链越多;循环荷载下饱和砂土颗粒间力链总数逐渐降低,且强力链持续向中、弱力链转换;循环荷载下饱和砂土颗粒熵表现出先升高后降低的二阶段特性,围压和加载幅值对颗粒熵峰值无明显影响,各工况的颗粒熵峰值均为0.92;定义颗粒熵峰值为相变颗粒熵,相变颗粒熵时的饱和砂土表现出固液临界态的力学特征,指示了饱和砂土由固态向往返液化状态转变的临界点。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用"土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪"对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1.0、1.5固结比和0.05、0.10、1.00 Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70%、28%的密砂和松砂进行了100、200、300 kPa围压和100 kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0.05 Hz变化到1.00 Hz时,液化强度相差达25%以上;动强度指标φd值随振动频率的增大而增大,最大相差12.2%;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。     

南京新近沉积淤泥质土震陷特性试验研究

震陷是地基基础的主要震害之一。目前已建立了若干经验公式来估算土的永久应变势,但是已有的经验公式参数较多,需要做大量的试验才能确定这些参数。本文通过英国WFI振动三轴仪对南京新近沉积淤泥质土做了一系列的震陷试验,得到了不同围压、固结比和轴向动应力下的试验结果。分析发现,对不同围压和固结比,基于最大往返剪切作用面的概念,在双对数坐标系中轴向动应力与循环振动次数的关系可通过最大往返剪切作用面上的动剪应力比实现归一化,即仅做一个围压和固结比的试验即可得到土的全部震陷参数;结合前人提出的永久应变势经验公式,推出计算南京新近沉积淤泥质土的简化经验公式,其结果能较好地模拟土的震陷特性,在永久应变达到4%时,该土的永久应变急剧增长。     

非塑性细粒粒径与含量对饱和砂类土强度的影响∗

松散状态下的饱和砂类土受剪切后出现静态液化现象,且受到细粒含量、颗粒级配、固结围压等因素的影响。而目前对于中密状态下砂类土的相关研究鲜有报道,特别对于细粒粒径的影响研究尚少。采用福建标准砂与三种不同粒径的石英粉进行混合,开展了一系列三轴不排水压缩试验。试验中保持所有土样的相对密度相同,相对密度控制为 50%,同时还考虑了细粒含量(FC = 10%,20%,30%)、围压(50,100,200 kPa)等因素的影响。试验结果表明:相同细粒含量下随着标准砂平均粒径与石英粉平均粒径比 R_d的增大(Rd = 10~65.76),最大孔隙比和最小孔隙比均有增大趋势;在细粒含量较低时(FC = 10% 和 20%),峰值偏应力随着 R_d的增大呈现近似线性递减关系,而在细粒含量较高时(FC =30%),峰值偏应力在 R_d达到某个临界值迅速下降,而后基本保持不变或者缓慢下降;中等密实状态的砂类土在高细粒含量的情况下可发生静态液化,且平均粒径比 R_d越大静态液化越容易发生,因此,评估饱和砂类土的强度需要考虑非塑性细粒粒径的不利影响。     

原状黄土的反压饱和法试验研究

含水量是黄土液化特性研究中的一个至关重要的参数,对原状黄土进行充分饱和是饱和黄土动三轴试验中一个不可回避的课题。以WF公司生产的WF12440型空心圆柱扭剪仪为实验平台,运用反压饱和法,对室内原状黄土进行了饱和试验研究。该仪器提供3种不同加压方式增加围压和反压(孔压),即手动加压、自动加压和线性持续加压,通过检测孔隙压力系数B值是否达到0.95以上来判断黄土是否完全饱和。试验表明,即便是初始饱和度较低的原状黄土,也可以采用反压饱和法,在较短的时间内使孔压系数B值达到0.95以上,实现完全饱和,具体可以采用线性连续加压方式;初始压力差,即围压和反压之差一般可设为10 kPa,起始围压也设为10 kPa,太大或太小都会对试样造成破坏;如果孔压在1分钟内的变化值小于围压和反压之间压力差的5%,则认为孔压稳定,即可进行B值检测。     

筑坝反滤料动模量和阻尼比影响因素的数值模拟研究

土体动模量和阻尼比是动力学特性的重要表征参数,在工程抗震分析中起到不可或缺的作用。在对动模量和阻尼比试验成功模拟的基础上,改变数值模型中相应的试验条件,探讨了试验中土体动模量和阻尼比的影响因素固结比、围压、试样级配、试样密实度和动应力频率。结果表明:筑坝反滤料的固结比对动模量的影响比较符合Hardin推导公式的结果;最大动模量与围压呈正比;随着密实度的降低,最大动模量亦降低;动应力频率对动模量和阻尼比基本无影响。