粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究

对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验,研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明,粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大,当粗粒含量P5=70%时,最大干密度出现最大值;当P5＞70%时,最大干密度又随粗粒含量的增大而减小,粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性,破碎分形维数为2.279 0～2.892 2,均大于击实前粗粒土粒度分形维数;相同级配条件下,粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大,且粗粒含量P5＞50%时,增幅显著;粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系,且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度;粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素,但相对于含水率而言,粗粒含量对破碎率的影响更加显著。     

煤矸石击实特性试验

天然煤矸石级配极不均匀,多变量控制下的击实特性试验研究对其合理利用有着重要意义。以广西合山市某煤矸石堆为例,现场筛分得到该煤矸石堆天然矸石级配曲线,并设计了5种人工级配试验样进行击实试验,得到不同级配煤矸石的最佳含水率和最大干密度。测试了不同击实数(不同击实能量)作用下煤矸石的破碎值及休止角等指标参数。研究表明:煤矸石击实性受含水率、颗粒级配和击实能量等因素影响,大于5mm的粗颗粒质量分数(P_5)为70%时击实效果最佳;随着粗颗粒含量的增加,击实最优含水率由P_5=10%的8%降低为P_5=70%的4%;煤矸石击实过程可以简化为3个阶段:初期的颗粒间压密、中期的颗粒破碎和后期的弹性回弹,击实破碎可以有效地改善其散体的级配条件,在填筑工程施工过程中,应确保单位体积击实能量不小于437kJ/m3;煤矸石休止角与颗粒级配及击实程度关系密切,P_5=70%时煤矸石休止角最大。     

粗粒含量对散体岩土颗粒破碎及强度特性试验研究

明显的粒径分级和深部土的颗粒破碎是超高排土场的两个主要特征。基于改装后的大型两用直剪仪对不同粗粒含量的颗粒破碎和抗剪强度进行试验研究。颗粒破碎试验结果表明：垂直压力小于400 kPa的情况下破碎率极小,在垂直压力大于400 kPa时,随垂直压力的增大破碎率增加明显;粗粒含量小于46.0%时,相对破碎率较小,粗粒含量大于46%时,颗粒破碎率随粗粒含量的增加而明显增大;相对破碎率与垂直压力可用双曲线关系表示;长期浸泡于水中的土样颗粒破碎相当明显。剪切强度试验结果表明：在粗粒含量等于24%时,低垂直压力下的剪应力-应变曲线呈微软化或微硬化型,较高垂直压力下呈轻微软化型;在粗粒含量等于78%时,低垂直压力下其剪应力-应变曲线呈软化型,较高垂直压力下表现为轻微硬化型。较高垂直压力下的抗剪强度包线呈明显的非线性。当颗粒破碎率较小时,分别在垂直压力小于400 kPa和大于400 kPa时拟合的内摩擦角值变化不大;当颗粒破碎率明显增大时,垂直压力大于400 kPa时的内摩擦角值明显低于垂直压力小于400 kPa时拟合的内摩擦角值。     

基于颗粒破碎的粗粒土剪切强度的模拟分析

颗粒破碎在岩土工程领域是很常见的现象,土工试验中无法显示颗粒破碎过程及其影响,本文采用离散单元软件PFC2D模拟了考虑颗粒破碎影响的粗粒土的直剪试验,给出了考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验的模拟方法,分析粗粒土的剪应力-剪切位移关系、剪胀和剪切强度等宏观力学行为,探讨基本颗粒间黏聚力、单颗粒孔隙率和粗粒土试样的孔隙率对剪切强度的影响。结果表明:颗粒破碎对剪切强度的破碎准则有影响,颗粒不破碎试样的剪切强度符合Mohr-Coulomb准则;颗粒破碎试样的强度包络线是幂函数关系。     

粗粒土的破碎耗能计算及影响因素

粗粒土的颗粒破碎直接改变了土体本身结构,对粗粒土的剪胀和内摩擦角都会产生影响。在土体剪切过程中,体积应力和剪切应力在体积应变和剪切应变上做功,这部分能量在剪切过程中转化为颗粒的弹性储能、颗粒间的摩擦耗能、颗粒剪胀时对外做功和颗粒破碎耗能4部分。准确计算剪切过程中粗粒土破碎耗能的目的是：从能量角度分析颗粒破碎对土体本构关系的影响,为建立考虑颗粒破碎的粗粒土本构关系创造条件。通过分析粗粒土的常规三轴试验数据,计算得到了剪切过程中的粗粒土破碎耗能。计算结果表明,常规三轴试验条件下粗粒土破碎耗能主要受固结应力、土体摩擦系数M等因素的影响。     

钙质粗粒料颗粒强度和压缩特性的试验研究

目前对钙质土压缩特性的研究主要集中在钙质细砂,而实际工程中广泛存在钙质粗粒料,因此对钙质粗粒料压缩特性开展研究具有重要意义。通过颗粒强度测定仪和全自动大型固结仪对钙质土进行了单颗粒破碎试验和一维压缩试验,研究了颗粒粒径和相对密度对钙质粗粒料的颗粒强度和压缩特性的影响。单颗粒试验结果表明,钙质砂单颗粒的特征应力随着颗粒相对密度的增大而增大;单颗粒的破碎强度具有明显的尺寸效应,可利用单颗粒的特征应力进行标准化,且服从Weibull分布。压缩试验结果表明,单一粒径试样破碎后的分形维数随颗粒粒径的增大而增大;试样的Hardin破碎率与塑性功的关系为幂函数关系;在本次试验条件下,单一粒径试样的屈服应力与单颗粒的特征应力存在近似线性关系。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土本构模型

颗粒破碎直接改变了粗粒土本身结构,对粗粒土的剪胀、内摩擦角、峰值强度、渗透系数都会产生影响。为了能够准确地描述粗粒土的应力-应变关系,特别是高应力条件下出现显著颗粒破碎时的应力-应变关系,亟待建立考虑颗粒破碎的粗粒土本构模型。根据三轴试验数据,建立考虑颗粒破碎耗能的应力-应变关系,采用相关联流动法则导出考虑颗粒破碎的粗粒土本构模型。所建立的本构模型考虑了颗粒破碎对粗粒土剪胀、内摩擦角的影响。通过变异粒子群优化算法确定模型参数,拟合试验曲线。模型计算结果与试验曲线拟合较好,能够很好地描述粗粒土在不同围压下的体积剪胀、剪缩和应力硬化、软化现象。     

粗粒料颗粒破碎数值模拟研究

粗粒料在外力作用下存在明显的颗粒破碎特性,研究颗粒破碎过程是当前研究的热点问题之一。基于粗粒料单颗粒破碎机制,考虑单颗粒破碎强度与直径的变化规律,采用非线性接触H-Z模型和密度控制法建立了粗粒料颗粒破碎数值模型。开展粗粒料双轴剪切试验数值模拟研究,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明：建立的粗粒料颗粒破碎数值模型能够较好地模拟粗粒料偏应力与轴向应变和体积应变与轴向应变的关系;数值模拟获得的粗粒料颗粒破碎率与室内试验结果基本一致;去除试样制备过程和固结过程引起的颗粒破碎,不同围压条件下的颗粒破碎率归一化后基本重合,且可以近似地采用双曲线函数进行拟合。颗粒破碎率随着围压的增大,逐渐增大,试验级配趋于Einav提出的颗粒破碎的最终级配（分维数等于2.6）     

颗粒迁移作用下宽级配土渗透性研究

宽级配土作为堆积层滑坡的主要物源,其渗透性研究是开展降雨型堆积层滑坡机制研究的前提和基础。宽级配土的渗透是一个包括水分运移和土体细颗粒迁移的复杂过程,但在研究其渗透性时通常只考虑了水分的运移而忽略了细颗粒的迁移。为此,采用自制大型渗透仪对3组不同D15/d85值(D15为粗粒组中小于该粒径的颗粒质量分数为15%的粒径;d85为细粒组中小于该粒径的颗粒质量分数为85%的粒径)的土样进行了饱和渗流试验,研究了宽级配土的水分运移特征和细颗粒迁移规律。研究结果表明:D15/d85值对宽级配土的渗透系数和细颗粒迁移有重要影响,D15/d85值越小,则土体渗透系数越小,细颗粒不易发生迁移;D15/d85值越大,渗透系数越大,试验过程中渗透系数变化越剧烈,迁出细颗粒的量也更大。根据渗透系数的变化也可判定土体内部细颗粒的运动情况,据此提出了3种宽级配土颗粒迁移模式。该研究成果加深了对宽级配土渗透特性的认识,为完善降雨型堆积层滑坡机制研究提供了新思路。     

粗粒土CT三轴流变试验研究

一些土石坝在建成后后期变形明显,这与粗粒土的流变密切相关。目前,粗粒土流变研究主要集中在力学性质试验和本构模型研究等方面,较少对粗粒土流变中的颗粒运动规律进行研究。通过单级配矾石CT三轴流变试验,研究了粗粒土流变过程中颗粒运动规律。试验结果表明,粗粒土的流变过程就是粗粒土颗粒位置相互调整的过程,即颗粒从不稳定结构状态向稳定结构状态调整变化的过程,直到所有颗粒的能量都达到最小状态,此时颗粒不再发生错动、转动和破碎,粗粒土达到流变稳定状态。对粗粒土三轴流变过程中颗粒运动规律的认识,有助于加深对粗粒土流变性质的了解,为工程应用提供参考。     

风化煤矸石抗剪强度粒径影响试验研究

煤矸石在排弃后粒径分布沿垂直剖面会呈现出明显的规律性,以现场煤矸石筛分级配为基础,进行了3试验级配下不同试样含水率时的风化煤矸石室内直剪试验。试验结果表明:低试样含水率时,风化煤矸石试验剪应力-剪位移曲线存在相对突出的峰值,呈明显应变软化现象;但随试样含水率的增加,风化煤矸石应力-应变关系呈现出明显的应变硬化特征。级配在不同含水条件下对风化矸石抗剪强度参数的影响存在差异,低试样含水率时粗颗粒形成的骨架对风化矸石内摩擦角有着重要影响,但随含水率增大,矸石细颗粒状态则对其起到控制性作用。各试验级配风化煤矸石内黏聚力随含水率增加差异减少试验值趋于一致,但内摩擦角的下降速率则明显存在区别,至饱和时风化煤矸石内摩擦角值下降至近零值,此时风化煤矸石试样抗剪强度主要由内黏聚力提供。     

路基煤矸石填料土-水特征曲线试验研究

煤矸石作为煤层开采和洗选过程中产生的废弃料,常用于路基填筑。压实的路基煤矸石填料存在双孔隙群结构,其土-水特征曲线（SWCC）具有双台阶现象。而SWCC与土体非饱和渗透系数密切相关,对路基内部水分运移以及路基长期累积变形有重要影响。为了探究压实度、粉粒含量、最大颗粒粒径对双台阶SWCC的影响,对路基煤矸石填料进行了一系列压力板试验,并采用描述双台阶SWCC的Bi-V-G公式拟合实测SWCC,分析了模型参数变化规律。试验结果表明,粉粒含量为5%时,不同压实度试样SWCC均存在双台阶现象;粉粒含量为50%时,随着压实度增大,试样SWCC由双台阶形过渡为单台阶形,在0.90和0.95压实度之间存在一个界限值,双台阶现象消失;增大压实度、提高粉粒含量或减小最大颗粒粒径,均会使SWCC台阶高差减小。随着压实度增大或粉粒含量提高,模型参数 、 （与进气值有关的参数）和 、 （与排水程度有关的参数）值均逐渐减小,试样大、小孔隙部分均进气值增大,持水能力提高。     

徐州沛县某矿煤矸石工程地质特性试验及地基稳定性分析

近年来,煤矿区用煤矸石回填、碾压后作为建筑地基基础得到了广泛的应用。以徐州沛县某矿煤矸石新鲜样品和回填多年的矸石(1#、2#)样品为例,对煤矸石的颗粒组成、矿物成份及其胀缩性进行分析,结果发现:新鲜矸石颗粒在10mm以上的含量较大,而1#、2#矸石颗粒级配在10mm以下的含量相对较大;煤矸石岩性成份主要为砂岩和泥岩,矸石样品中的粘土矿物有高岭石、绿泥石、伊利石、伊蒙混层和蒙脱石等,新鲜煤矸石中I/M混层和伊利石的含量与1#、2#矸石相比明显高出许多,因而具有较大的膨胀性;1#、2#矸石膨胀性很小,但是在遇水情况下仍具有一定的膨胀性。对煤矸石地基的破坏机理及作用过程进行了分析,并提出用矸石作地基基础时应注意的问题,认为采取适当的措施煤矸石回填地基作为建筑地基是安全可行的。     

甘肃某石英脉型难选金矿石选矿试验研究

甘肃某金矿为含金石英脉型硫化矿石,金的嵌布粗细不均匀分布,70％以上集中在粗粒级中,而细粒级金则主要被黄铁矿和脉石矿物包裹,难以解离,导致尾矿中金品位难以降低,该矿石属于较难选矿石.试验研究初步对该矿石采用“重选十浮选”的工艺流程,选别效果不好;而采用把矿石磨细再经过一粗三扫的单一浮选工艺流程,在磨矿细度为-0.074...     

基于物理模型试验的碎屑流流态化运动特征分析

流态化运动是高速远程滑坡的主要运动形式,是揭示高速远程滑坡运动机理的重要基础。基于粒子图像测速（PIV）分析方法,采用物理模型试验对不同粒径组成条件下的颗粒流内部的速度分布、剪切变形及流态特征进行了研究,并对高速远程滑坡流态化运动特征进行了讨论分析。结果表明:碎屑流流态化运动特征与颗粒粒径呈显著的相关性,随着粒径的减小或细颗粒含量的增加,颗粒流底部相对于边界的滑动速度以及整体的运动速度均呈逐渐减小的趋势,颗粒流内部剪切变形程度增加,颗粒的运动形式由“滑动”向“流动”转变;当颗粒粒径较小或细颗粒含量较高时,颗粒流内部剪切速率增大的趋势在颗粒流底部更加显著,反映了粒径减小有助于促进颗粒流内部剪切向底部的集中;在同一颗粒流的不同运动阶段及不同纵向深度,其流态特征具有显著差别,颗粒流前缘及尾部主要呈惯性态,颗粒间以碰撞作用为主,而主体部分则主要呈密集态,颗粒间以摩擦接触作用为主;在颗粒流表面及底部,颗粒间相互作用方式主要是碰撞作用,中间部分则以摩擦作用为主;对于不同粒径的颗粒流,随着粒径的增大或粗颗粒含量的增加,颗粒流内部颗粒的碰撞作用加强,颗粒流整体趋于向惯性态转变。     

青海祁连含煤区侏罗纪含煤岩系沉积环境

根据含煤层段的河流,湖泊沉积的粒度分布特征,研究了木里煤田侏罗纪沉积环境的主含煤段的微相控制及其变化规律,并且以此为基础提出了本区找煤的方向。     

焦家金矿选厂旋流器溢流产品工艺矿物学分析

焦家金矿选矿厂目前的日处理量达12000吨/天,金回收率92%。选矿厂已将破碎段产品用双螺旋分级机洗矿,洗矿的矿泥产率为7%,矿泥单独浮选,整体工艺初步实现了泥砂分选。为进一步提高选金回收率,流程改造拟将磨矿-浮选系统的旋流器溢流产品二次分级,分级的次生矿泥与洗矿矿泥进入矿泥浮选系统一并浮选,为了掌握旋流器溢流产品的性质,本文采用偏光反光两用显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱和差热分析等手段进行研究。研究结果表明矿物种类主要是金属硫化物和脉石矿物,金属硫化物约占4%,脉石约占96%,金属硫化物主要是黄铁矿(70.17%)和黄铜矿(16.27%),脉石主要是石英(47.12%)和长石(15.90%)。黄铁矿和石英是重要的载金矿物,黄铁矿含金65%,石英含金20%。颗粒越细,单体颗粒含量越高,连生体颗粒含量越少;颗粒越细,黄铁矿含量越高,Au、Ag分布率越高,-0.037 mm粒级中黄铁矿含量达到73.58%,Au、Ag占到47.99%和56.60%,金分配率与黄铁矿含量成正相关;粗粒级中未发现金颗粒,中等粒级中次显微金约占30%,细粒级中次显微金约40%,金粒径在2~10μm范围内;金形状有三角形、棱角状、小粒状、不规则状等。红外光谱与差热曲线研究发现颗粒越细矿物成分趋于复杂。研究结论为磨矿分级产生的次生矿泥浮选调控提供了依据,对矿泥浮选的药剂制度调控、浮选流程确定等具有重要实际意义。     

巴丹吉林沙漠高大沙山粒度组成及其意义

选取巴丹吉林沙漠东南部全球高差最大(约420m)的诺尔图湖东大沙山和较高的苏木巴润吉林湖西大沙山(高差约400m),对其迎风坡沉积物进行系统采样分析,讨论了高大沙山迎风坡沉积物粒度成分特点、变化规律、原因及其活动性.结果表明,全球高差最大的诺尔图东沙山和苏木巴润吉林湖西沙山迎风坡沉积物具有双层结构,表层沉积物的粒度组成...     

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%)。     

Effect of particle size distribution on the bio-cementation of coarse aggregates

The effect of grain size distribution on the unconfined compressive strength (UCS) of bio-cemented granular columns is examined. Fine and coarse aggregates were mixed in various percentages to obtain five different grain size distributions. A four-phase percolation strategy was adopted where a bacterial suspension and a cementation solution (urea and calcium chloride) were percolated sequentially. The results show that a gap-graded particle size distribution can improve the UCS of bio-cemented coarser granular materials. A maximum UCS of approximately 575 kPa was achieved with a particle size distribution containing 75% coarse aggregate and 25% fine aggregate. Furthermore, the minimum UCS obtained has applications where mitigation of excessive bulging of stone/sand columns, and possible slumping that might occur during their installation, is needed. The finding also implies that the amount of biochemical treatments can be reduced by adding fine aggregate to coarse aggregate resulting in effective bio-cementation within the pore matrix of the coarse aggregate column as it could substantially reduce the cost associated with bio-cementation process. Scanning electron microscopy results confirm that adding fine aggregate to coarse aggregate provides more bridging contacts (connected by calcium carbonate precipitation) between coarse aggregate particles, and hence, the maximum UCS achieved was not necessarily associated with the maximum calcium carbonate precipitation.