粗粒土三轴试验橡皮膜嵌入量测量方法研究

粗粒土试验的橡皮膜嵌入效应使得试样体积变形测量结果失真,从而影响其强度变形指标测量精度。为此,在同一试验仪器上开展了多组不同直径试样粗粒土的等向固结三轴试验,分析了橡皮膜的嵌入量的变化规律和影响因素,在此基础上提出了一个计算粗粒土橡皮膜嵌入量的经验公式。研究表明,橡皮膜的嵌入量随围压的增大而增大,与其围压大体呈幂函数关系。相同围压下,随着试样直径的增加,橡皮膜的嵌入量占总体变的比例减小;试样直径相同时,围压变化对橡皮膜嵌入量占总体变比例的影响明显小于试样直径变化的影响,且随着试样直径的增大,影响逐渐降低。因此,粗粒土的强度变形试验应尽可能采用较大直径的试样进行,以降低橡皮膜嵌入量对其试验结果的影响。由于粗粒土的母岩性质和级配变化较大,既有橡皮膜嵌入量计算公式将明显低估堆石料试样的橡皮膜嵌入量,建议采用本文提出的方法对粗粒土试样橡皮膜嵌入量进行估算。     

宽级配砾质土防渗性能研究

宽级配砾质土是一种性能良好的防渗料,然而土体的细粒含量、细粒物理特性、击实功以及颗粒级配等多种因素均对其渗透系数有很大的影响。针对以上因素对宽级配土的渗透系数影响因素展开试验研究。采用不同细粒含量、不同种类细粒部分以及不同级配的宽级配砾质土进行室内变水头渗透试验,探究这些因素对渗透系数的影响规律。试验结果表明:宽级配砾质土的渗透系数随着细粒含量的升高先迅速降低后趋于平稳;随着细粒料液限和塑性指数的增加,宽级配砾质土的渗透系数逐渐降低;以粉质黏土和黏土为细粒料的宽级配砾质土的渗透系数均随击实功的增加呈指数函数形式下降;粗粒料级配连续性越好,宽级配砾质土渗透系数越低。根据大坝心墙渗透系数小于1×10~(-5) cm/s的防渗要求,提出了以界限含水率和细粒料百分比为控制指标的宽级配土防渗料的控制标准。     

剪切波速-相对密度联合试验与经验公式验证

汶川Ms8.0地震发生的数百公里大规模砾性土液化震害,引起了国内外学者对剪切波速液化判别技术适用性的高度重视。为合理评价波速测试手段应用于高含砾量、宽级配粗粒土液化判别的可靠性,发挥该技术在室内外土动力参数关联方面的独有优势,以相对密度与抗液化强度相关性为基础,通过自主研制大型波速量测系统,开展饱和砂土与砾性土剪切波速-相对密度联合室内试验,分析砾性土相对密度与波速指标内在关联性,对已有经验公式进行验证。研究结果表明:砾性土波速与相对密度呈良好线性关系,颗粒组排结构的不同是导致砾性土与砂土整体波速差异及数据离散度差别的主要原因;砾性土剪切波速对孔隙比变化灵敏度高于角砾砂,所提修正经验公式更适于描述砾性土波速随相对密度变化关系。     

砾性土液化特性与机理

2008年汶川地震之前,全球历史地震中砾性土液化实例不足10例,远远少于砂土液化的数量和规模,实际地震中砾性土液化的发生较为罕见,必然存在较为严格的发生条件,在土性条件、地震荷载、埋藏条件等均满足时才有可能发生。以2008年汶川地震大量砾性土液化为背景,详细分析了砾性土液化实例的水文与工程地质条件、渗透性能与排水边界条件,选取了典型砾性土液化场地并人工探坑获取砾性土试样,开展了试样直径为150 mm的动三轴和振动台对比试验。结果表明:1橡皮膜嵌入效应可以忽略或者进行有效消除后,相同相对密实度下砾性土、砂土的抗液化强度较为接近;2采用Seed等的孔压计算模型,随着动应力水平的逐渐增大,归一化的砾性土残余孔压比向上突起,增长模型趋向于A型曲线;3全球其他历史地震和2008年汶川地震砾性土液化实例中,基本上存在砾性土渗透系数较低或者排水边界条件受阻的情况;4砾性土符合无黏性散粒土体(包括砂土)发生液化的一般机理解释,但是,砾性土产生孔隙水压力上升、有效应力下降的现象,需要具备两个必要条件:1振动作用足以使砾性土的结构发生破坏而振密或土颗粒压碎,产生的剪应变只有大于门槛剪应变时(约0.02%),孔压才会进一步发展,剪应变只有大于一定程度时(约0.1%),孔压才有可能迅速增长直至达到上覆压力;2只有在不排水条件或排水通道不畅通的条件下,砾性土场地才有可能发生液化。     

细粒含量对饱和砾性土静动力学特性的影响

为探究细粒含量对饱和砾性土静动力学特性的影响,通过一系列砾性土固结排水三轴剪切试验及多级加载下固结排水动三轴试验,分析了细粒含量对饱和砾性土静力特性(应力-应变曲线、静体积应变)、动力特性(轴向累积应变、回弹模量、动体积应变)的影响规律。结果表明：细粒含量的增加导致砾性土的峰值强度不断减小,但能够有效约束试样的剪胀变形,细粒含量15%时对应的静体应变终值相比于细粒含量0%时减小了27.09%。随着细粒含量的增加,饱和砾性土轴向累积应变逐渐增大,而回弹模量随细粒含量的增加而减小;饱和砾性土轴向累积应变与振次的关系曲线符合单对数模型。     

粗颗粒土橡皮膜嵌入试验研究

对于粗颗粒土三轴固结排水剪试验,橡皮膜嵌入是影响试验体变测量的最重要因素。通过在中三轴试样中埋置不同直径铁棒的方法进行等向固结试验来推求橡皮膜嵌入量。试验表明,试样土体体积与排水量呈较好的线性关系,基此给出了各个围压下的膜嵌入量。指出随着围压的增大,膜嵌入量逐渐增大,约0.8 MPa后,嵌入量的增速变缓,嵌入量占实时总排水量的比例可达31.0%~40.7%。由于粗颗粒土的各向异性,目前所用最多的Newland和Allely所提出的方法总体略高估了膜嵌入的大小,随着围压的增大,各向异性减弱,围压为2 MPa时嵌入量差异仅有0.22%的体变。最后,对比4种解析解发现Molenkamp和Luger的解析解最为接近试验值。针对粗颗粒土,需要进行更多的试验来建立颗粒破碎率和相对密度等与系数η的关系来修正解析解。     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式(方箍及圆箍)及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度(峰值应力)尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

基于双分形级配模型参数的粗粒土渗透系数计算公式

粗粒土在自然界中分布广泛且在工程中应用普遍。渗透性是粗粒土的重要性质，对于同种粗粒土，因颗粒级配与孔隙特征几乎决定其渗透性，原则上其渗透系数应该可基于颗粒级配和孔隙特征参量计算得到。采用基于分形理论建立的双分形级配模型对粗粒土的连续级配、间断级配进行定量描述，以确定该级配模型的适用性并获得级配模型参数。在此基础上，基于双分形级配模型参数和Kozeny-Carman公式构造出包含级配参量及孔隙率的渗透系数计算公式。在论述了计算公式中各项物理意义后，基于现有文献的实测数据验证该计算公式的有效性。结果表明，双分形级配模型能准确唯一地定量描述粗粒土的颗粒级配；建立的含颗粒级配参量和孔隙率的粗粒土渗透系数计算公式是合理的，该公式适用于计算连续和间断级配粗粒土的渗透系数。     

离散单元法颗粒土膨胀性影响分析

在这篇文章中,离散单元法被用来模拟一系列数字化的直接剪切实验。剪切盒子的尺寸是6cm(长)x3cm(宽)x4cm(深)。由于颗粒级配的不同,每个模拟实验中所用到的土颗粒的数量从4000~6000不等。实验结果明确地表明了离散元模型能够准确地模拟出颗粒土随压力变化的特性。在剪切之前具有相同比重的颗粒土的直接剪切试验的结果表明,在不同的荷载作用下,颗粒土表现出不同的膨胀性。在较大的荷载作用下膨胀被压制,这和实验室里的颗粒土的剪切实验结果是一致的。同时具有相同平均粒径(d_(50))的三种不同颗粒级配的颗粒土被研究,研究的重点是颗粒级配对土的膨胀性的影响。结果表明,具有相同粒径大小的颗粒土的膨胀性比颗粒级配良好的颗粒土的膨胀性要显著。     

基于级配方程的粗粒土渗透系数经验公式及其验证

粗粒土广泛应用于土石坝工程和道路工程,其渗流特性关系到工程的稳定性和安全性,渗透系数是衡量其渗流特性的基本参数,其中级配是影响渗流的关键影响因素。为研究级配对粗粒土渗透系数的影响,基于已有研究的渗透试验成果,采用连续级配方程对级配连粗粒土试验级配进行定量描述,研究级配与渗透系数的关系,建立了考虑级配曲线面积的渗透系数经验公式,并用现有其它文献的渗透试验成果验证所建立公式的适用性。结果表明,采用连续级配方程可以较好地定量描述级配连续粗粒土的级配曲线;基于级配面积建立的渗透系数经验公式适用于不同最大粒径及不同级配的粗粒土。     

冻融循环条件下GCL防渗垫与宽级配砾质土接触面抗剪强度试验研究

季节性冻土区垃圾填埋场封场复合防渗系统会受到冻融环境的影响。在冻融循环条件下,作为复合防渗系统保护层的宽级配砾石土与GCL(土工合成材料膨润土垫)接触面的抗剪强度性状至关重要。文中采用直剪仪测定了经室内不同冻融循环作用的复合防渗系统的防渗垫GCL与宽级配砾石土(保护层)之间的抗剪强度,分析了二者接触面抗剪强度与冻融循环次数的关系及其变化规律。试验结果表明,宽级配砾质土与GCL接触面的抗剪强度随冻融循环次数的增加而减小;相同冻融温度条件下,GCL质量含水率对接触面的抗剪强度的影响比较显著,接触面的抗剪强度随GCL质量含水率的增大而减小;随着冻融循环次数增加,接触面的粘聚力逐渐下降,内摩擦角有减小趋势,但降幅较小;宽级配砾质土与GCL接触面强度大于粘土与GCL接触面强度。     

珊瑚土工程场地地震液化特征解析

通过剖析近期大地震珊瑚土液化震害调查资料,对比陆相土液化研究成果,取得珊瑚土工程场地液化特征的一些基本认识,并指出珊瑚土液化研究的关键问题。分析表明:珊瑚土工程场地在遭遇强地震作用时会出现与陆相砂土、砾性土场地一样的液化及破坏现象,且会成为人造岛(礁)地震破坏的主因;地表峰值加速度0.10g(地震烈度七度)为目前触发珊瑚土层液化的最小地震强度,液化可发生在珊瑚土吹填层或泻湖沉积物中;实际工程场地中的珊瑚土层为由砾到粉土的宽级配无黏性土组成,并非砂土,发现的已液化珊瑚土与已液化陆相砾性土的颗粒级配类似;高剪切波速珊瑚土层会发生液化,触发渗透性较好的珊瑚土层液化需要特殊埋藏条件,现有砂土液化判别方法不适于珊瑚土工程场地;我国南海地区岛礁工程存在遭遇强地震客观风险,且其珊瑚吹填土级配与历史地震液化珊瑚土和砾性土级配接近;珊瑚土场地液化风险研究的关键是珊瑚土液化性态的实验室复现、现场珊瑚土层密实程度界定技术和液化判别技术。     

砾性土液化评价方法的通用性和可靠性研究

以2008年汶川地震液化震害调查资料为背景,基于操作性和经济性上具有显著优势的中国动力触探试验(DPT)而提出的砾性土液化评价方法,包括砾性土层液化触发条件以及判别公式(CYY公式),理论上已经得到国内外同行的认可,但其通用性和可靠性尚需检验。以5个国家29个历史地震砾性土场地中美联合勘测为基础,研究DPT技术、砾性土层液化触发条件和CYY公式在不同国家、不同地震和不同场地的适用性和可靠性问题,其中,成都平原14个砾性土场地的勘测与数据处理由中方完成,美国、意大利、新西兰、厄瓜多尔等15个砾性土场地的勘测与数据处理由美方Rollins教授主导完成,均为新的测试检验点。结果表明:中国动力触探标准探头在不同国家、不同砾性土场地上测试具有可行性,可以有效穿透20 m的砾性土场地,动探击数可作为砾性土液化评价的核心指标,同时亦可扩展到砾性土层的力学性能评价;不同国家、不同砾性土液化场地上,均存在不排水或排水不畅的埋藏条件,符合砾性土层液化触发条件要求;对动力触探击数进行锤击能量、有效上覆压力等修正后,CYY公式在不同国家、不同地震、不同砾性土液化场地的判别成功率约96%,具有较高可靠性。以2008年汶川地震砾性土液化为背景、以动力触探锤击数为基本指标的砾性土液化评价方法,具有国际通用的可行性。     

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б3，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。     

基于影响带观测的加筋土坡稳定性分析

为了观测土工格栅加筋影响带的范围,采用特制的一侧透明的拉拔盒,共对6种不同级配的粗粒土分别完成了4种法向压力下的拉拔试验。通过预埋于土中用大头针尖制作并包裹于导线皮中的位移观测点,直接观测了土工格栅在粗粒土中拉拔引起的土粒位移,发现格栅的拉拔会带动其上一定厚度范围内的土体发生移动,这个范围称之为加筋影响带。试验发现平均粒径d_(50)0.83 mm的粗粒土中,土工格栅加筋影响带的厚度δ与试样的法向压力没有关联,主要与土粒级配有关,当d_(50)1.05 mm时,δ随d_(50)的增大有较显著的增加;而当d_(50)1.05 mm后,这种趋势明显减缓;特别是当d_(50)1.65 mm后,二者呈良好的线性递增关系。基于这一试验结果,提出了考虑加筋影响带的加筋土坡稳定性分析方法,简称影响带法。在这一方法中,认为土工格栅的加筋作用相当于增加了加筋影响带内土的黏聚力,而内摩擦角不变。从而将加筋土坡简化为成层土坡,使计算大为简化。而计算得到的加筋土坡稳定安全系数在加筋层距不大于0.6 m,且格栅抗拉强度大于20 k N/m时,与有限元强度折减法的计算结果符合良好。     

单轴各向异性左手介质填充波导截止特性的FDTD分析

给出用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法分析单轴各向异性左手介质填充波导问题的差分公式.为验证递推公式的正确性和有效性,计算了各向同性左手介质填充矩形波导TE模归一化截止频率,计算结果与文献报道吻合较好;分析了介质厚度以及介质的相对磁导率对部分各向同性及各向异性左手介质填充矩形波导TE模归一化截止频率的影响.     

基于灰色理论的加筋砾性土累积应变及动力特性分析

为探究加筋砾性土在循环荷载作用下的累积应变及动力特性,选取不同围压、动应力幅值和加筋层数工况下对加筋砾性土试样进行固结不排水动三轴试验,采用灰色关联分析(GRA)方法,分别研究加筋砾性土的累积轴向塑性应变、回弹模量与影响因素围压、动应力幅值和加筋层数之间的关联度大小.研究表明:加筋砾性土的累积塑性应变随振次的发展趋势符...     

含砾粉质粘土中粗颗粒对抗剪强度影响的研究

滑带土为含砾粉质粘土的土质滑坡,其滑带土抗剪强度参数受粗颗粒影响较大,而滑坡勘查工程通常只做直剪试验而很少进行三轴试验,由于土的直剪试验受环刀尺寸的限制,试验时常筛除含砾粉质粘土中的粗颗粒,导致试验结果与真实值存在偏差。因此,根据原状含砾粉质粘土级配配制不同粒径的饱和土样进行三轴剪切试验,并结合剔除原状土粗颗粒的饱和土样进行快剪试验,分析含砾粉质粘土中粗颗粒对其抗剪强度的影响。试验结果表明:随着逐级减小粗颗粒粒径,含砾粉质粘土的黏聚力呈现先增大后减小的变化趋势,内摩擦角则呈现逐渐减小的变化趋势,对比不同粒径下黏聚力和内摩擦角的变化量,为浏阳地区滑坡工程设计中所需岩土参数提供一定的参考价值。     

水泥砾质土渗透特性试验研究

为研究水泥砾质土渗透特性,改进了常规三轴试验装置,并在该装置上进行了水泥砾质土三轴渗透试验,分析了水泥掺入比、掺砾量、压实度和渗透压对水泥砾质土渗透特性的影响。研究结果表明:水泥砾质土的抗渗性能随水泥掺入比的增加而得到较大幅度的提高;当掺砾量在30%~50%范围时,水泥砾质土的渗透系数在10~(-7) cm/s数量级,且满足土石坝心墙抗渗要求;相同掺砾量下,水泥砾质土渗透系数随着压实度的增加而降低,尤其是压实度≥98%时,其抗渗性能得到大幅度提高;在相同应力状态下,水泥砾质土渗透系数k_(20)与渗透压力比P(渗透压力p/大气压力pa)符合双曲线模型,且该双曲线可转换成P/k_(20)与渗透压力比P之间的线性关系。该研究成果为水泥砾质土应用于高土石坝心墙提供科学支撑。     

间断级配粗粒土压实特性试验研究

岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d_(30)以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5～2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。