细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响研究

利用GDS循环三轴试验系统,进行一系列不同细粒含量砂土的不排水动三轴试验,研究细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响。试验结果表明,砂土的动弹性模量随细粒含量的增加而减小,但当超过细粒含量的临界值30%后,变化趋势则相反;阻尼比随着细粒含量的增加呈现先增大后减小的趋势,其细粒含量的临界值也为30%。当细粒含量小于30%时,砂土的动力特性主要由粗粒决定,粗粒间形成的骨架孔隙比随细粒含量的增加而增大,相同应变水平下抵抗变形的能力随之减弱,从而使动弹性模量减小。同时,土颗粒间接触点的减少使应力波在土中传播速度变慢,使得土体对动荷载反应的滞后性增强,阻尼比随之增加;当细粒含量大于30%后,砂土的动力特性主要由细粒决定,细粒间孔隙比随着细粒含量的增加而减小,从而使砂土的动弹性模量与阻尼比呈现出相反的变化趋势     

基于粒间状态变量的含细粒砂土力学性状分析

在探讨含细粒砂土内部结构和粒间相互作用的基础上,引入粒间状态变量概念,对含细粒砂土力学性状随细粒含量的变化进行了预测分析:当D_rs >>0时含细粒砂土类似于e=e_c时均质砂的不排水性状,具有较高的强度;当D_rs→0时含细粒砂土最终性状具有不确定性;当D_rs < 0时含细粒砂土表现为剪缩性状。将南京砂中粗粒和细粒进行重新配制获得含不同细粒的砂土,对它们进行不排水剪试验;在利用粒间状态变量对试验结果进行分析的基础上,将试验结果与预测分析进行比对,两者的吻合性较高。在e_c-logS_us空间内稳态线随粉粒的增加而向上移动,且各稳态线间呈平行状。因此,粒间状态变量能较好地反映无黏性土力链的变化,是描述砂土微观结构的新途径。     

细颗粒组分含量对钙质砂抗剪强度的影响

由于吹填过程的水力分选作用钙质砂土地基颗粒分布不均匀,容易形成分布不均、形态各异的以不同细粒含量的粉细砂层为主的细粒汇集层,引起钙质砂土地基承载力和不均匀沉降问题。开展不同细粒含量的粉细砂三轴固结排水剪切试验,分析细粒含量对钙质砂土力学特性的影响。研究结果表明,（1）当细粒含量增加时相同围压下土样剪胀性逐渐减弱,且峰值偏应力也逐渐减小;（2）各组试样干密度为1.40 g/cm3状态下各含量粉细砂均表现出应变软化特征,当细粒含量为10%时粉细砂土体强度稳定性最差,之后稳定性随细粒含量增加而逐渐增大;（3）钙质细砂由于颗粒咬合作用,具有表观黏聚力,当细粒含量小于40%时,随着细粒含量增加,颗粒之间的咬合作用显著降低,表观黏聚力线性减小。研究成果可为粉细砂层的地基处理及边坡稳定分析提供参考。     

非塑性细粒对饱和砂土液化特性影响的试验研究

利用空心圆柱扭剪仪对含非塑性细粒的饱和砂土进行单调加载和循环扭剪试验,研究了不同细粒含量饱和砂土的液化特性。试验结果表明：（1）最大孔隙比与最小孔隙比均随着细粒含量的增加呈先减小后增大的趋势,分别在20%和40%时达到最小。（2）细粒含量从0%增加到20%,体积应变逐渐增加;细粒含量从20%增加到40%时,体积应变逐渐减小;之后随着细粒含量从40%增加到60%,体积应变再次增大;细粒含量超过60%以后,体积应变再次递减。（3）随着细粒含量的增加,土样的峰值强度随之降低,应力-应变关系从应变硬化特征发展为理想的弹塑性。相变角在细粒含量为30%时达到最小值。（4）细粒含量越大,达到液化所需的循环次数越小,液化时的应变越小。（5）抗液化强度曲线与抗液化应力比的变化趋势一致,在小于界限细粒含量（30%）时,随着细粒含量的增加而减小。在界限细粒含量附近（30%～50%）时,随着细粒含量的增加而增大。在细粒含量增加到60%时出现明显的骤减,之后再次随着细粒含量的增加而增大。界限细粒含量在40%左右。     

细颗粒对钙质砂渗透性的影响试验研究

钙质砂地基的渗透性是影响人工灰沙岛地下淡水形成的重要因素,而细颗粒的含量及其赋存状态对渗透性有重要的影响,为此开展了不同细颗粒含量的钙质砂渗透性试验研究。选用南海某岛的钙质砂,基于不同细粒配比的钙质砂样常水头渗透试验,分析细颗粒对钙质砂地层渗透性的影响。试验结果显示,促使钙质砂渗透性发生明显变化的粒级为≤0.075mm范围。当最小粒径≤0.075mm时,钙质砂的渗透系数量级为10^-2cm/s,呈中透水性。当最小粒径介于0.075~0.500mm时,渗透系数量级为10^-1cm/s,呈高透水性。钙质砂最终稳定渗透系数与细粒含量之间表现出不同的规律:(1)当细颗粒含量小于9%时,渗透系数随细粒含量的增加而缓慢减小;(2)当细颗粒含量在9%~24%时,渗透性随细粒含量的增加而迅速减小;(3)当细颗粒含量大于24%时,渗透性随细粒含量的增加变化不大。影响渗透系数的细粒含量存在着由试样骨架形成的孔隙决定的,反映孔隙最佳充填时的细粒含量界限值,充填不佳或过量细粒均可能在渗透作用下发生细粒运移流失。     

全尾砂-废石混合回填膏体渗透特性试验研究

塌陷区混合回填膏体是由全尾砂、废石人工制备得到的复合宽粒级散体,其渗透性能直接影响到塌陷区回填体稳定性及次生灾害发生的可能性。采用自制的渗透性试验装置,研究了废石含量、废石粒径对混合回填体渗透系数的影响,并对回填体固有特征参数（粒径小于0.075、0.02 mm颗粒含量、不均匀系数 、平均粒径）与渗透系数之间关联性进行了研究。试验结果表明,回填膏体渗透系数随废石掺量及粒径增大而增加,细粒效应显著。回填体中粒径小于0.075、0.02 mm颗粒含量对其渗透性影响至关重要,与渗透系数呈负指数关系。渗透系数随 值增大而增大。当 20时,渗透系数增加趋于稳定。给出了混合回填体渗透系数定量方程,其结果与试验结果较为一致。     

盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究

“治沟造地”修建水库,导致土地盐渍化,而盐渍土的渗透性是影响工程设计、施工安全的重要因素,因此阐明不同盐分含量及类型条件下的重塑黄土渗透性至关重要。通过制备不同盐分含量的钠、钙盐重塑黄土试样,开展一系列室内变水头饱和渗透试验,探析重塑黄土渗透系数随盐分含量的变化规律。结果表明：随盐分含量增加,重塑黄土饱和渗透系数逐渐减小,两者呈负指数相关,含盐重塑黄土渗透系数与不含盐重塑黄土相比均有不同程度减小;同一盐分含量条件下,钙盐黄土的渗透系数小于钠盐黄土的渗透系数。采用核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）技术,测取重塑黄土的孔隙水赋存状态与孔隙结构随盐分含量与类型的变化;当盐分含量小于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态与孔隙结构的变化使重塑黄土渗透系数迅速减小;当盐分含量大于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态变化使重塑黄土渗透性增加,而孔隙结构变化使重塑黄土渗透性减小且对渗透性的影响占主导,因此重塑黄土的渗透系数缓慢减小;同一盐分含量条件下,钙盐重塑黄土的孔隙水赋存状态和孔隙结构的变化比钠盐重塑黄土更显著。     

细粒对砂土持水能力影响的试验研究

利用压力板仪,进行了不同细粒含量非饱和砂土的持水特征试验,分析砂土土-水特征曲线的特征,探讨细粒对砂土持水能力的影响。结果表明,细粒的增加提高了砂土的持水能力,不同吸力阶段细粒对持水能力的影响程度不同;基质吸力超过进气值后,细粒增加明显增强砂土持水能力。应用数学模型 描述不同细粒含量砂土的土-水特征曲线,分析了细粒含量对数学模型参数的影响,给出了细粒、基质吸力和含水率的函数关系为 。     

向家坝水电站库区某滑坡滑带土的残余强度试验研究

利用DTA-138型环剪仪对向家坝水电站库区某滑坡滑带土重塑样开展了大位移剪切条件下的环剪试验,探讨了剪切速 率（小于100 mm/min）、细粒（<0.075 mm）含量对残余强度的影响,对比分析了原状样滑面和重塑样剪切面的细粒含量变化以 及微观结构差异。研究结果表明：滑带土的原状样滑面细粒含量高于滑带,重塑样剪切面细粒含量高于剪切面上下区域;当剪 切速率由0.109 mm/min增大到98mm/min时,残余强度应力比的变化呈现先减后增的凹型,在1.09 mm/min时达到最小值（重塑 样Rr-1#,Rr-4#,Rr-5#残余强度应力比最小值分别为0.34,0.42,0.39）;残余强度随细粒含量的增加先增大后减小,呈二次多项 式关系,其临界值约为56%;随着细粒含量的增加,残余强度变化幅度随法向应力的增加而增大。     

水泥尾矿砂土的应力渗流耦合特性试验

基于工程环境中水泥土桩体经常处于各种荷载应力和地下水渗流等多因素耦合作用的复杂状态,采用三轴应力-应变-渗流试验系统,研究了不同水泥掺量的水泥尾矿砂土的渗流特性。结果显示:各种应力状态下水泥尾矿砂土的渗流特性均符合达西定律,且渗透系数随着水泥掺量的增加明显减小;在应力-渗流耦合作用下,水泥尾矿砂土的渗流特性随应力状态变化而改变,渗透系数随着轴向应力的增加先减小后增大,变化曲线呈U字型。水泥尾矿砂土的渗透特性变化与它的应力-应变特性具有一定的对应关系。     

偏高岭土与水泥砂土渗透性关系分析

以探究偏高岭土与水泥砂土渗透性(渗透系数值)的关系为主要内容,选择合适的外掺比例用于工程实践。通过设计对比试验,选择偏高岭土的外掺比例分别为0.0%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%等6组试验组,分析试验数据并作图对比。最后得到如下2个结论:外掺偏高岭土后提升了水泥土的抗渗性能,尤其可大幅度提升水泥土前期抗渗性能,且外掺比例3.0%时效果最佳。外掺偏高岭土后并不影响水泥渗透系数值与养护龄期呈负相关的关系,外掺偏高岭土的水泥砂土的渗透系数值在35 d后基本维持不变。     

杭州地铁储气砂土的渗气性试验研究

浅层气地质灾害对工程的影响日益受到重视,认清储气土层的气渗透特性是采取积极有效工程措施防治灾害影响的基础。以杭州地铁所遇的储气砂为研究对象,利用自制的渗气性量测装置对其进行了系统的试验研究。结果表明：地铁工程所遇的浅层气储气砂层属渗透性极好储层,渗透率达2 960×10-3 ?m2;砂土中气渗透规律符合达西定律;饱和度较低时,含水率的增加对砂土的渗气性影响很小;随着饱和度的增加,气渗透性逐渐减弱,在饱和度大于80 %后,渗气系数急剧减小直至完全不透气;饱和度的变化相对于干密度对储气砂土的渗气性影响更为显著。     

含橡胶纤维钙质砂的渗透和固结特性试验研究

珊瑚岛礁常年处于复杂的海洋动力环境中,岛上堤坝围堰、基坑等构筑物的地基渗透变形甚至破坏会导致地基承载力失效的可能性变高。为探究橡胶纤维固化钙质砂的渗透特性和固结特性,采用常水头渗透试验和固结试验研究不同纤维含量下钙质砂的渗透规律和固结变形规律,并设置含纤维玻璃珠对照组。钙质砂具有颗粒形状极不规则、多棱角、内孔隙多等特点,为进一步研究颗粒形状的影响,采用高速动态图像粒度分析仪对钙质砂和玻璃珠的颗粒形状和粒径进行分析。试验结果表明,纤维含量对钙质砂试样渗透特性几乎无影响,但是含纤维玻璃珠试样中,随着纤维含量的增加,渗透系数先增加后减小。由于形状不规则橡胶纤维的加入,一定程度上填补了钙质砂之间的孔隙;钙质砂试样存在 800 kPa 的压力阈值,当压力超过800 kPa后,其压缩模量增幅变缓;不同纤维含量试样的e-lg p曲线可以用Harris模型表示,钙质砂组的材料系数 C= 5,玻璃珠组材料系数C= 3,此外,材料参数a、b与纤维含量有较好的线性关系。提出了合理的预测模型指导地基加固,具有十分重要的理论价值与工程实际意义。     

泡沫改良砂卵石土的试验研究

砂卵石土具有内摩擦角大、流动性差、渗透系数大等特点,在砂卵石地层的盾构施工时会引起出土困难、刀盘磨损、地下水喷涌等问题。通过泡沫优化试验,得到泡沫半衰期及发泡倍率最优时的发泡液浓度为2%～3%。基于四川成都地铁7号线茶店子站至一品天下站区间砂卵石地层,配制卵、砾石含量为20%、40%、60%、80%的土体,掺入泡沫进行室内大型剪切试验、坍落度试验和渗透试验,发现随着泡沫注入率的增加,包裹在砂卵石土周围泡沫土的含量增加,砂石分离现象逐渐消失,抗剪强度和内摩擦角呈非线性降低,坍落度逐渐增大,抗渗性能明显提高,并得到了不同含石量砂卵石土满足盾构施工中“理想状态土体”要求的泡沫注入率。研究成果对砂卵石地层盾构掘进中的相关问题解决具有一定的意义。     

砂-黏土混合物高压压实性能试验研究

利用自行设计高压固结仪对5种不同含砂率的饱和砂-黏土混合物开展一系列高压压缩试验,研究砂-黏土混合物压缩性和渗透性演化规律及其对矿物组分的依赖性。试验结果表明,饱和砂-黏土混合物的孔隙比-压力(e-lgP)曲线随着含砂率增高呈现出指数函数模式向双曲线函数模式转化,而e-P曲线在压力高于8.1 MPa则呈线性变化,其斜率依赖于含砂率。最优含砂率随固结压力的增大而逐渐从75%移向30%。不同含砂率的砂-黏土混合物的孔隙率、固结压力和含砂率存在统一的幂函数关系。渗透系数与含砂率有关,渗透系数与孔隙率符合指数函数关系。从砂-黏土混合物骨架结构和孔隙类型的角度出发,从本质上分析含砂率、固结压力对混合物压缩性和渗透性的作用规律。结合SEM微细观结构观测结果,验证砂-黏土混合物骨架结构与含砂率之间的相关性。     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。     

The prediction of equivalent granular steady state line of loose sand with fines

Void ratio has been used as a state variable for predicting the liquefaction behaviour of soils under the critical state, sometimes also referred to as the steady state, framework. Recent publications show that void ratio may not be a good parameter for characterising sand with fines because the steady state line (or curve) in the e-log(p′) space moves downward with increase in fines content until it reaches a threshold value referred to as the threshold fines content (TFC). Recently, an alternative state variable, referred to as the equivalent granular void ratio, has been proposed to resolve this problem. To calculate this alternative state variable, an additional parameter ‘b’ is needed. This parameter ‘b’ represents the fraction of fines that actively participate in the force structure of the solid skeleton. However, predicting the ‘b’ value is problematic. This paper examines the factors affecting the ‘b’ value based on published work on binary packing. This leads to a simple semi-empirical equation for predicting the ‘b’ value based on fines size and fines content. The proposed equations were evaluated with published data sets. Then, the concept of an equivalent granular steady state line is proposed. This concept was used to predict the location of SSLs for sand with different fines content from either the SSL of clean sand or the SSL of sand with a given fines content. The predictions agree well with experimental results.     

Dominant grains network and behavior of sand–silt mixtures: stress–strain modeling

Stress–strain modeling of sand–silt mixtures is important in the analysis and design of earth structures. In this paper, we develop a stress–strain model that can predict the behavior of sand–silt mixtures with any amount of fines content. This model is based on a micromechanics approach, which involves mean‐field assumptions. For the mixtures with low amount of fines, the mechanical behavior is dominated by sand grains network. On the other hand, for the mixtures with high amount of fines, the mechanical behavior is dominated by silt grains network. Using this concept of dominant grains network, the behavior of mixtures with any amount of fines can be predicted from knowing the behavior of sand and silt, alone. We also modeled the critical state friction angle, critical state void ratio, and elastic stiffness for the mixtures as a function of fines content. The applicability of this developed stress–strain model is shown by comparing the simulated and measured results for two different types of sand–silt mixtures with full range of fines content. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

非饱和黏土质砂的渗气规律试验研究

为了探讨非饱和黏土质砂的渗气规律,对常规三轴仪进行了改造,使其能够进行非饱和土渗气性量测,改进后的渗气装置具有构造简单、制样方便、试样均匀性好、加载系统稳定、可用量测的气压力梯度范围较大、提高了量测精度等优点,并解决了量测空气体积困难的问题和渗气试验气体从刚性壁和试样边缘流出的问题。使用该套仪器研究了不同干密度和不同含水率条件下气体流速与渗透系数随压力梯度变化的规律,分析了气体流速、渗气系数同含水率和干密度之间的依存关系,建立了渗气系数与含水率和干密度之间的函数关系。研究结果表明：试样在所研究的含水率、干密度范围,非饱和黏土质砂中气体流动可用达西定律描述。