堆石料颗粒破碎特征的大型三轴试验研究

针对多个堆石料进行的大型三轴剪切试验,研究了颗粒破碎情况。结果表明,在试样制备过程所发生的颗粒破碎不可忽视。为了在固结开始前保持初始设计的级配,应将设计级配相应下调一定数值来制备试样。分析试验数据表明,大颗粒主要发生的是表面破碎,而整个试验过程中在剪切完成后的颗粒破碎率与围压之间呈线性增加关系,且风干样的颗粒破碎率小于饱和样的破碎率。     

寒区级配碎石冻胀正交试验研究

级配碎石作为季节性冻土地区高铁路基基床表层填料,其防冻胀问题尤为关键。为研究在不同条件下级配碎石的冻胀特性,选取不同的含水率、细颗粒含量、冷端温度和压实度进行了室内封闭系统冻胀正交试验。结果表明,在不同因素、不同水平的组合时,级配碎石有不同程度的冻胀。当级配碎石含水率为5%时,试样的冻胀率较小;当含水率超过7%时,大部分试样冻胀率超过1%。对冻胀过程中试样温度场、冻结深度、冻胀变形过程和冻后试样含水率分布进行了分析,发现冻后试样冷端位置的含水率高于初始含水率,暖端位置的含水率低于初始含水率。当以冻胀率作为参考序列,其他试验条件作为比较序列时,灰色关联度分析结果表明,影响级配碎石冻胀率的主要是含水率,其次为细颗粒含量、压实度及冷端温度,其关联度相差不大。并得出了最有利于冻胀发展的组合。为满足寒区高速铁路变形量的要求,提出以控制级配碎石含水率小于5%为指标。     

级配碎石填料大三轴试验及累积塑性应变预测模型

级配碎石作为重载铁路基床表层的主要填料,其受列车荷载的影响最大。因此,研究级配碎石在循环荷载作用下的动力行为及累积塑性应变演化特征变得尤为重要。首先,通过制备不同细粒含量的级配碎石填料,开展一系列大型动三轴试验,探究细粒含量、围压及动应力幅值对循环荷载作用下试样累积塑性应变的耦合影响机制。其次,基于塑性安定理论,确定不同应力水平下试样的动力行为,得到考虑围压及细粒含量参数的塑性蠕变状态临界动应力计算模型。最后,结合试验数据,建立考虑应力水平及细粒含量参数的塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,并明确各参数的物理意义。其研究成果可为既有重载铁路路基健康状态评估及考虑强度、变形综合控制的路基结构设计提供参考。     

不同含水状态下基床级配碎石填料变形特性研究

基床级配碎石在外界雨水侵入时含水状态发生改变对其变形特性不利,从而影响行车安全,但目前研究含水率对基床级配碎石变形特性的成果甚少,为进一步揭示不同含水状态下基床级配碎石的变形特性,对不同含水率的级配碎石试样开展了多组大型静动三轴试验。首先,通过静三轴试验探讨了含水率对级配碎石应力-应变关系和强度特性的影响;然后,基于动三轴试验,重点研究了含水率、动应力水平对累积应变随荷载作用次数发展规律的影响;在此基础上,建立了综合考虑含水率、荷载作用次数、动应力水平相互耦合作用的累积应变预测模型。基于含水率为5.0%和7.3%的累积应变试验结果,确定了模型中的待定参数,通过含水率为8.6%的试验结果验证了其正确性和合理性,此模型不仅克服了不同动应力水平下累积应变计算模型的分散性,而且能够直观地体现出含水率对累积应变的影响。     

土工格栅加筋碎石土大型三轴试验研究

在大型三轴仪上进行了素碎石土和加筋碎石土的三轴排水剪切试验，探讨了加筋碎石土的强度及变形特性；分析了塑料土工格栅的加筋机理，为加筋碎石土的理论计算提供了依据。     

高等级公路级配碎石柔性基层应用研究

通过室内试验,铺筑试验路,提出了2种级配碎石柔性基层路面结构和1种级配碎石级配,研究了级配碎石基层的施工,可供级配碎石柔性基层设计及施工参考。     

考虑级配多样性的颗分试验取样质量理论研究

颗粒分析试验被广泛应用于土木、水利水电和采矿等诸多工程中,以确定材料的颗粒级配。但对于工程中常见的超大粒径填料合理取样质量问题,尚缺少可依据的文献资料。将试样选取视为一种分层抽样过程,结合抽样分析理论,建立了能够确定样本容量的理论公式;考虑到颗粒材料平均粒径与其级配分布的关系,提出了一种为确定材料整体级配所需试样质量的通用方法。对不同级配分布情况开展了针对性试验,验证了所提出方法的适用性。并将该方法应用于确定重庆江北机场和贵州龙洞堡机场填料的颗粒级配,取得了良好效果。所得结果可为相关工程实践及规范的发展和完善提供参考。     

碎石桩模型三轴试验及其成果应用分析

通过不同级配的碎石桩模型三轴试验，分析结果表明，珠围压水平下桩体的一－应变关系近似于邓肯模型。着重探讨了围压级配对桩体有特 的上此导出了几条对研讨会石桩设计理论有重要作用的结论。     

堆石料大三轴试验的细观模拟

采用三维颗粒流计算程序,对堆石料的大三轴排水剪切试验过程进行了数值模拟。在数值模型的生成过程中,使堆石料集合体达到规定密度和级配;采用动态松弛算法迭代求解,并引入粒间阻尼,以吸收颗粒填装的多余动能使其稳定;颗粒间引入黏结力来提高试样的峰值强度;确定堆石料的细观力学参数,拟合室内试验应力应变曲线。模拟不同围压下堆石料的试验,得到的应力-应变曲线与室内试验基本一致,说明颗粒流方法可以较好的模拟堆石料的大三轴试验过程。由于没有考虑颗粒形状及颗粒破碎的影响,造成大应变剪胀偏大。     

颗粒级配对粒状材料不排水力学特性的影响

为了研究颗粒级配对粒状材料不排水力学特性的影响,采用两种形状自相似度很高的材料（玻璃球和Hostun砂）进行了一系列传统三轴不排水压缩试验。对于每种材料,保持相近的相对密实度制作了6个不同颗粒级配（不均匀系数 1.1～20）的试样,然后进行剪切。试验结果表明,颗粒级配对粒状材料的不排水力学性能存在明显影响：两种材料试样的偏应力水平随着不均匀系数的增加而降低,抗剪强度随着材料的不均匀系数 的增加而降低,并在 5后呈现出趋稳势态。基于不排水剪切试验中颗粒集合体二阶功的演化规律,对材料受荷载过程中出现不稳定性的条件进行分析。结果表明,在相同密实度下,粒状材料的静态液化潜能随着材料不均匀系数 的提高而增强,高不均匀系数的材料变得不稳定。     

宽级配砾质土快速三轴固结排水剪试验影响因素研究

宽级配砾质土是由砾石料和黏土料按一定比例混合而成,其具有压缩性低、抗剪强度大等特点,目前常作为土石坝心墙料或路基填料而得到广泛应用。由于宽级配砾质土渗透系数较小,在常规三轴固结排水剪(CD)试验中固结排水较慢,导致其试验周期很长。为了提高固结排水的效率,可采用一种在试样中心加圆柱形砂芯的快速三轴CD试验方法。基于快速三轴CD试验,通过变化不同砂芯类别、不同砂芯直径、不同掺砾量等各因素,全面研究了各因素对宽级配砾质土快速三轴CD试验的影响。研究结果表明,快速三轴CD试验方法能够有效加快试样排水固结,从而加快整个试验进程;砂芯类别、砂芯直径、掺砾量等因素均对试验固结排水速度和剪切过程应力应变产生不同程度影响;砂芯直径越小,其试验成果与无砂芯试样越接近。     

土工带加筋碎石土本构关系的三轴试验研究

通过碎石土和加筋碎石土的大型三轴试验,分析了土工带加筋碎石土的变形特性和土工带加筋对碎石土应力-应变关系的影响,采用双曲线函数拟合加筋土体的应力-应变试验曲线,建立了土工带加筋碎石土的非线性模型以克服经典的刚塑体模型不能反映加筋土体在达到破坏荷载前的变形形态的缺点,提出了土工带加筋土体切线模量的计算公式,该模型能正确反映土工带加筋土体的变形特性,在岩土工程方面有一定的实际应用价值.     

基于颗粒流的堆石料三轴剪切试验研究

近年来频发的地质灾害使得深入研究大坝堆石体受力变形机制显得愈发迫切和重要。针对堆石颗粒具有形状极其不规则、咬合作用突出的特点,编写了一个简单易用的程序来随机生成形状不规则的数值颗粒。以正四面体为核,按照晶胞繁衍的方式,生成堆石的仿真颗粒集合体。模拟排水剪切条件下的大三轴试验,通过分析数值试验过程中细观参量的变化规律,探讨三轴剪切条件下堆石体变形的细观机制。分析表明,按照晶胞繁衍法生成的数值颗粒与圆颗粒相比能更好地模拟堆石,由颗粒簇形成的咬合力能形成更真实的力-变形关系;数值试验得到的应力-应变曲线和体变曲线与室内三轴试验结果基本一致;颗粒的破碎速率是联系堆石体宏、细观力学性质的重要纽带,通过分析堆石体颗粒破碎4个阶段细观参量的变化规律,深化了对堆石体变形机制的认识。     

不同级配粗颗粒材料动力特性试验研究

级配是粗颗粒材料最基本特征,根据大量试验结果和长期积累的试验经验,总结出了试验级配缩制的具体原则,并基于粗颗粒材料中小于等于5 mm粒径含量变化,分析了级配优劣对其充填关系的影响,级配越优,粗颗粒材料的充填关系越好,粗颗粒材料能达到较大的干密度,反之则越差,粗颗粒材料也难以获得较大的干密度。级配的优劣对堆石料动力特性的影响在低围压状态下并不明显,随着围压的升高,级配优的堆石料动力特性指标明显变优;砂砾料由于颗粒浑圆度较好,级配的优劣对其动力特性的影响逐渐减弱。针对上述级配对粗颗粒材料动力特性的影响规律,对于高土石坝来说有必要采用级配优的粗颗粒材料作为坝体的填筑料,通过其在高应力条件下力学性能的优势来控制坝体整体变形和提高其抗震性能。     

不同颗粒级配的某火山灰的力学性质试验研究

以吉林省靖宇县的红色火山灰为原材料,配制了5种不同级配的试样,通过比重、直剪和一维压缩试验测试了该火山灰材料的相对密度、剪切强度、压缩性等物理与力学特性,分析了颗粒级配对该火山灰的剪切和压缩力学特性的影响,为该材料的进一步应用提供参考。试验发现,所配制的火山灰试样的剪切特性与干砂土的抗剪性质类似,压缩特性都属于中压缩性土。     

重载铁路基床表层级配碎石渗透特性试验研究

重载铁路基床表层级配碎石渗透系数的快速、精确测定,对工程施工质量及工期的保证具有重要意义。基于达西定律研制适用于级配碎石的大型常水头渗透试验装置,并利用该装置考虑边壁效应进行一系列渗透试验,探究试样孔隙比e、不均匀系数Cu及特征粒径参数对其渗透系数K20的影响程度及规律。结合试验数据,以太沙基模型为基础,建立同时考虑孔隙及级配特征参数的渗透系数改进计算模型,并通过试验验证其精确性。结果表明:级配碎石的K20与其e2、平均粒径平方d502呈线性关系,与Cu呈负指数关系;d50对K20的影响权重最大,Cu次之,e最小;提出的计算模型具有较高准确性,可为新建重载铁路基床表层施工中填料渗透系数的快速测定及运营路基基床的渗透稳定性评估提供参考。     

碎石土三轴测试仿真建模及试样尺寸效应分析

借助离散单元理论与室内三轴试验, 分析碎石土物理实验中试样尺寸(直径和高度)变化对应力应变、体应变、粘聚力和内摩擦角等力学性能的尺寸效应影响。研究结果表明, 所提出的块体随机生成法则能较好地实现试样中不同形状碎石块的模拟。不同直径和高度的碎石土试样, 初始2%应变范围内的应力-应变曲线变化规律基本一致, 后部曲线变化较大。直径和高度越小, 围压越低, 应力软化现象越明显; 直径大于250 mm、高度大于350 mm后无应变软化, 残余应力恒定。峰值应力随试样直径增大以25%的增长率呈线性增长, 随高度的增大呈非线性增长, 高度小于200 mm时增长率为11.9%, 大于200 mm后为28.9%。体应变破坏峰值则表现为先增大后减小的趋势。同时粘聚力随直径的增大线性增长, 内摩擦角则减小, 而试件高度的变化对其影响规律则相反。      

颗粒材料底面动摩擦系数特征研究

离散态颗粒物质具有明显不同于普通固体的界面摩擦特性,而摩擦系数是界面摩擦特性的主要表征参数之一。通过倾斜仪开展不同级配条件下颗粒材料的滑动摩擦试验,基于视频图像解析以及函数拟合方法,建立滑动位移与滑动时间的最佳函数拟合关系,分析滑动过程的加速度并推算底面动摩擦系数,研究颗粒粒径、质量配比等级配因素对颗粒材料底面动摩擦系数的影响。研究结果表明:(1)各级配颗粒材料的平均底面动摩擦系数随着运动时间的增加均呈线性减小趋势;(2)对于单粒径材料,与粗颗粒相比,细颗粒具有较大的底面动摩擦系数;(3)对于双粒径材料,随着细颗粒含量的增加,颗粒材料的平均底面动摩擦系数先急剧降低至最小值(细颗粒含量≤40%),后急剧增加(细颗粒含量40% ~60%),最终增加趋势明显变缓(细颗粒含量≥60%)。