粗粒料级配缩尺后最大干密度试验研究

对某级配粗粒料,采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法等4种不同缩尺方法,依据规范要求进行缩尺。缩尺后替代级配料的最大颗粒粒径分别为20、40、60 mm。对各替代级配料采用振动台法进行了最大干密度试验,基于试验成果,结合分形理论,提出了一种将最大干密度与级配及细粒含量之间关系归一化的方法,并拟合了最大干密度与试验前级配的分形维数、小于5 mm颗粒的含量及最大粒径之间的关系,据此可推求出原型级配料的最大干密度,探讨了缩尺方法对替代料试验前后粒径分布曲线变化幅度的影响,总结出颗粒破碎分形维数与试验前级配的分形维数、小于5 mm颗粒含量及最大粒径之间的关系式,据此可推求出填筑后原型级配料的颗粒破碎分形维数。     

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）     

建筑废渣-黏土混合料压实特性试验研究EI北大核心CSCD

将建筑废渣按一定比例与黏土掺合形成的渣土混合料用作填筑材料,具有显著的社会经济与环保效益。为了揭示渣土混合料的压实特性,利用击实试验研究渣料含量和初始级配对渣土混合料压实性能及颗粒破碎特性的影响。研究结果显示,与黏土相比,渣土混合料的最优含水率较低而最大干密度较高,尽管渣料的初始级配有所不同,渣土混合料的最优含水率随掺渣量的增加而减小,最大干密度随掺渣量的增加而先增后减,并存在着一个约为30%的最优掺渣量;击实作用下渣料颗粒的相对破碎率随掺渣量的增加而增加,与初始级配均匀的渣料相比,相同掺渣量下初始级配不均匀渣料的相对破碎率较小,但受渣料初始颗粒大小的影响不大;与初始较小颗粒渣料的混合料相比,初始较大颗粒渣料的混合料的最大干密度较大,表明宽级配的渣土混合料压实性能较好。渣土混合料的压实特性通过结合掺渣量、颗粒破碎特性与渣土混合料结构响应分析得到合理解释。     

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。     

建筑废渣-黏土混合料压实特性试验研究

将建筑废渣按一定比例与黏土掺合形成的渣土混合料用作填筑材料,具有显著的社会经济与环保效益。为了揭示渣土混合料的压实特性,利用击实试验研究渣料含量和初始级配对渣土混合料压实性能及颗粒破碎特性的影响。研究结果显示,与黏土相比,渣土混合料的最优含水率较低而最大干密度较高,尽管渣料的初始级配有所不同,渣土混合料的最优含水率随掺渣量的增加而减小,最大干密度随掺渣量的增加而先增后减,并存在着一个约为30%的最优掺渣量;击实作用下渣料颗粒的相对破碎率随掺渣量的增加而增加,与初始级配均匀的渣料相比,相同掺渣量下初始级配不均匀渣料的相对破碎率较小,但受渣料初始颗粒大小的影响不大;与初始较小颗粒渣料的混合料相比,初始较大颗粒渣料的混合料的最大干密度较大,表明宽级配的渣土混合料压实性能较好。渣土混合料的压实特性通过结合掺渣量、颗粒破碎特性与渣土混合料结构响应分析得到合理解释。     

颗粒破碎对煤矸石渗透性能的影响

采用标准试验方法求得筑坝用煤矸石的最大干密度和相应的最优含水量。试验结果表明,击实作用使煤矸石的粗大颗粒发生破碎,导致其粒度组成改变,颗粒级配进一步趋于良好,有利于碾压密实。当粗粒质量分数大于60%时,煤矸石的破碎程度明显提高。当粗粒质量分数小于40%时,煤矸石的工程特性主要由细颗粒的性质决定。煤矸石的渗透系数和孔隙比之间存在指数关系。随细颗粒含量的增加,煤矸石的渗透性将显著降低。     

基于分形理论的粗粒料级配缩尺方法研究

按规范要求的剔除法、等量替代法、相似级配法、混合法等4种缩尺方法,对某粗粒料原型级配进行缩尺,得到15条试验模拟级配,相应的最大颗粒粒径分别为60、40、20 mm。对原型级配和缩尺后模拟级配,进行了最大干密度试验,引入粒径分形维数,研究粒径分形维数与级配缩尺方法、最大干密度的变化规律。分析认为,粒径分形维数是一个能综合反映级配的量化评价指标,可准确反映不同缩尺方法后的试验模拟级配;级配缩尺方法本身对最大干密度有较大的影响,相似级配法的最大干密度值与原型级配的最接近,等量替代法的差异性最大;粒径分形维数与最大干密度具有较好的线性归一化,利用归一化规律,可准确推求原型级配的最大干密度值,有较好的工程应用价值。     

炭质页岩的颗粒破碎及其路用性能试验研究

为综合评估炭质页岩的路用性能,充分认识炭质页岩的颗粒破碎行为,测试了炭质页岩块在循环压实过程中各粒组含量的演化规律,结合室内击实试验阐述了颗粒破碎对炭质页岩击实性能的影响,确定了最佳填筑级配,并依据最佳级配进行三轴湿化变形试验,从颗粒破碎角度分析了炭质页岩填料湿化变形的变化规律,最后对炭质页岩现场填筑效果进行了验证。结果表明：炭质页岩压实过程经历结构调整、颗粒破碎、压缩变形3个阶段,形成的相对稳定级配结构为其用作路堤填料提供了基础;填料最大干密度形成机制受颗粒破碎过程中粒径为20～40 mm与粒径小于2 mm颗粒含量变化的影响较大,随粗料含量增加,试样相对破碎率线性增大,最大干密度呈先增大后减小变化,最优粗料含量约为70%;湿化变形是混合料颗粒破碎的外在表现,浸水湿化后混合料强度降低约40%,可采用相对破碎率 B_r 预估混合料遇水产生的湿化变形量,并建立了相对破碎率与围压、应力水平间的数学关系式;现场填筑过程中路堤压实度检测与沉降观测表明,炭质页岩路堤的最佳铺松厚度约为40 cm。     

含粗粒的细粒土的压实特性研究

以2种不同的细粒土及18种不同级配的含粗粒的细粒土为研究对象,进行了大量的室内击实试验,来寻求含粗粒的细粒土的最佳击实功,从而确定当路基填料为含粗粒的细粒土时,其室内最大干密度的试验方法。在此基础上,提出含粗粒的细粒土的最大干密度宜采用重型击实试验法确定,且每层的击实次数宜增加为130击。同时,利用多元线性回归方法对试验结果进行了分析,得到了最大干密度与土中各个粒组含量之间的线性关系式。结果表明,含粗粒的细粒土的最大干密度与各粒组含量之间存在良好的线性关系。     

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。     

大石峡高面板坝筑坝砂砾料现场大型相对密度试验

当前,主要采用相对密度来表征筑坝砂砾料的密实程度,并以此来评价大坝的施工碾压质量。受试验设备尺寸和击实功能的限制,室内试验难以反映现场实际筑坝砂砾料粒径大、采用大型碾压机具进行高强度碾压的实际情况,试验确定砂砾料最大干密度值偏低,难以直接用于指导实际工程。针对大石峡高面板坝筑坝砂砾料,在工地现场采用实际筑坝碾压设备和大型相对密度桶,对原级配坝料开展相对密度试验,研究了坝料的压实特性,确定了不同级配（含砾量）坝料的相对密度特性指标。研究表明：比较室内试验成果,现场试验确定砂砾料最大干密度值有较大提高;随着含砾量的增加,砂砾料的最大、最小干密度值先增加、后减小,存在压实密度最高的最优含砾量特征值;强振碾压使得弱胶结砂砾料产生不同程度的颗粒破碎效应,颗粒破碎的程度和土料的原始级配特性相关联。     

土石混合料的压实特性研究

基于某大型场平工程填筑质量抽检结果,探讨了粗料含量（粒径大于5 mm颗粒含量）、填料最大粒径以及填料级配情况对土石混合料现场压实特性的影响。研究发现：当粗料含量逐渐增加时干密度呈逐渐增大趋势,但达到90%左右时,干密度离散性较大,建议粗料含量的合理值为60%～80%;同样,当填料最大粒径逐渐增大时干密度也随着最大粒径的增大而呈逐渐增大趋势,但当超过松铺厚度（800 mm）的30%以后,干密度则逐渐减小,且离散性较大,建议最大粒径的合理值为松铺厚度的30%;填料级配良好与否和压实特性无明显的相关性,但级配应连续。该研究对类似工程有一定的借鉴意义。     

基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟

在外荷载等因素作用下,粗粒土易发生颗粒破碎。对泥岩和砂岩颗粒进行了一系列的单颗粒破碎试验,基于尺寸效应和颗粒破碎分形模型,研究了单颗粒破碎强度、破碎能量及Weibull模量等与分形维数间的关系。利用PFC3D对单颗粒破碎过程进行分析,并与试验数据对比,验证了数值程序的可靠性;随后扩展到大颗粒粒径,分析了其单破碎强度及破碎能量。结果表明：在同类试验条件下,不同材料所得的分形维数是不同的;不同粒径砂岩的破碎程度均大于泥岩;单颗粒破碎强度具有明显的尺寸效应;单颗粒破碎强度与破碎能量均可通过分形维数与颗粒粒径预测得出;修正后的Weibull模量也可通过分形维数得出;数值模拟结果与试验结果及预测结果基本一致;大颗粒粒径单颗粒破碎强度模拟结果与预测结果基本一致,破碎能量稍有差异,需进一步试验验证。研究成果可为获取大粒径粗粒土的单颗粒强度与变形特性提供参考。     

基于级配方程的粗粒料压实特性试验研究

级配显著影响着堆石料的压实特性,定量表述级配对堆石料压实特性的影响至关重要。基于连续级配土的级配方程,设计了16组不同级配的试验粗粒料,进行了表面振动压实试验和侧限压缩试验,定量研究了级配对粗粒料压实特性的影响。研究表明：由表面振动压实（动应力）试验和侧限压缩（静应力）试验得到的干密度与级配曲线面积之间均呈二次函数关系,且干密度中的最大值对应的级配曲线面积均在0.9附近;无论是表面振动压实试验还是侧限压缩试验,堆石料都存在干密度最优（最大）的级配。依据试验成果,给出了所试验堆石料的最优级配区间（级配上、下包络线）;同时,利用相似级配法论证了实际级配粗粒料的最优级配区间,并根据国内外多座土石坝粗粒料的设计级配验证了该最优级配区间的普遍适用性,为土石坝粗粒料的级配设计提供了理论依据。     

绢云母片岩粗粒料改性试验研究

绢云母片岩属极软岩,强度低,直接作为路基填料难以压实,易造成路基沉陷、路面开裂等不良工程现象。通过对绢云母片岩及其4种改性方案进行表面振动压实试验、室内重型击实试验、室内CBR试验以及回弹模量试验研究,探讨绢云母片岩经改性后用作高速公路路基填料的适用性。试验表明,绢云母片岩最大干密度采用室内重型击实与表面振动压实试验结果相差较大,采用表面振动压实时为1.92 g/cm3,采用室内重型击实时为2.01 g/cm3。主要原因是由于绢云母片岩颗粒破碎的结果。绢云母片岩及其4种改性粗粒土的在最优含水率附近的较宽范围内的变动对压实效果的影响不大,有利于填料的压实。绢云母片岩的回弹模量E较低,小于32 MPa,经改性后的土料的回弹模量均有显著提高,均达到50 MPa以上。添加20%红砂岩和20%黏性土的试料CBR值均只有3.7,添加3%水泥和5%水泥的试料CBR值上升明显。绢云母片岩经添加3%、5%的水泥化学改性后可用于高速公路上路堤及路床填筑。     

Micromechanical Modelling of Granular Materials: Effect of Particle Size and Gradation

In this paper the effects of maximum particle size, particle gradation/sorting and fabric on bulk mechanical behaviour of granular materials such as coarse grained soils and rockfills are investigated" from micromechanical considerations starting from the grain scale level, using numerical" simulations based on Discrete Element Modelling (DEM). Hydrostatic compaction and biaxial tests on 2-dimensional assemblies of discs with varying particle sizes and gradations were modelled using DEM. An examination of the constitutive behaviour of granular media considering" the particulate nature of the medium has been attempted to explain the effect of particle size and gradation. Simulation results on perfectly parallel graded assemblies indicate that with increase in the size of the particles, a marginal increase (or no increase) in the angle of internal friction is observed during biaxial loading conditions. A change to a wider gradation (keeping the minimum grain size the same) results in a decrease in the angle of internal friction and an increase in volumetric strain to a considerable extent. Based on micromechanical force and fabric parameters, the basis for the physical behaviour was established. This helps in understanding the physics of parallel gradation techniques.