EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性

通过反复荷载三轴剪切试验研究了EPS颗粒混合轻质土在反复荷载下的变形和阻尼特性,分析了不同围压、不同水泥掺入比及不同土质条件下轴向累积应变、回弹模量及阻尼比随轴向总应变的变化规律。结果表明：轴向累积应变与轴向总应变呈线性关系,与轴向总应变的比值较大,且在不同条件下基本不变;回弹模量随围压和水泥掺入比的增大而增大。在一定的围压和水泥掺入比下,当应变小于8%时,砂土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量大于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量;当应变大于8%时,情况相反。回弹模量与轴向总应变的关系曲线可用递减的幂函数来拟合;EPS颗粒混合轻质土的阻尼比随轴向总应变的增大而增大,随围压和水泥掺入比的增大而减小,砂土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比小于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比,但以上变化和差别都非常小,阻尼比基本保持为一常数。     

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土变形特性的试验研究

砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）是一种通过减轻地基压力、提高地基承载力以处理不良地基的新型轻质土工材料。由于LSES主要用作路基填土,因此,其在动荷载下的变形特性值得关注。基于室内动三轴试验结果,讨论了围压、水泥掺量、EPS含量以及循环加载次数对LSES动变形特性的影响。当围压较低时,LSES会呈现出与EPS块体相似的线性动应力-应变关系;而在较高围压下,LSES的动应力-应变拟合曲线则为双曲线型。在给定的应变水平下,LSES的割线动弹性模量Esec随着围压和水泥掺量的增加而增加,随循环加载次数的增多而逐渐衰减,EPS含量增多时,Esec-εd曲线更趋于平缓。     

水平-竖向加筋饱和砂土动弹性模量试验研究

利用美国GCTS公司研制的USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪,在不同围压下对以有机玻璃作加筋材料的H-V加筋饱和砂土进行了一系列循环荷载下动三轴试验,研究了H-V加筋饱和砂动弹性模量及阻尼比随围压、动应变、竖筋高度的变化规律,从而得到最大动弹性模量与围压的关系。试验表明,纯砂和加筋砂的动弹性模量都随动弹性应变幅的增大而减小,随围压的增大而增大,且H-V加筋砂较纯砂和水平加筋砂有效地增大了动弹性模量,并随着竖筋高度增加而增大;纯砂和加筋砂的最大动弹性模量随着围压的增大而增大,且H-V加筋随竖筋高度增加而增大;纯砂和加筋砂的阻尼比随动弹性应变幅的增大而增大,纯砂和H-V加筋砂的阻尼比随围压的变化不够显著,但有减小的趋势,H-V加筋砂阻尼比随竖筋高度的变化不明显,但加筋砂比纯砂有效地减小了阻尼比。     

轮胎颗粒混合土动力特性参数影响规律试验研究

废旧轮胎碎片颗粒与砂土混合用作路基或挡墙填料、建筑物基础隔震体系等具有质轻、土压力小、减震隔振效果好、耐久性优良、费用低廉的特点。通过室内数字化动三轴试验,重点对比研究了废旧轮胎颗粒含量及围压对混合土及纯砂土动强度、动弹性模量和等效阻尼比等主要动力特性参数的影响规律。结果表明,在相同围压和动剪应力比条件下,混合土动强度相对纯砂土略有降低(最大降低量约20 kPa,即约8%);所有配比混合土动弹性模量均小于纯砂,且减小效果显著,最大减小量约22 MPa(即约60%);混合土等效阻尼比先随轮胎颗粒含量的增大而增加,之后又随之减小,临界含量值介于30%⁴0%之间,混合土等效阻尼比相对纯砂土最大增加量约91%。结果证实,混合土剪切刚度有效降低,可以发挥减震隔振的优势。     

砂土与EPS颗粒混合的轻质土的动剪切模量衰减特性分析

动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）的割线剪切模量Gsec随着剪应变的累积会发生衰减，基于不同水泥掺量和EPS含量的LSES试样的动三轴试验结果，建立了与围压、剪应变、水泥掺量等因素相关的Gsec的经验衰减模型。通过比较发现，LSES与砂及胶结砂的Gsec衰减模型具有一定相似性，即Gsec与yd呈双曲线关系，与σc为指数关系。此外，由于水泥胶结的约束作用，Gsec对σc的依存度随水泥掺量的增加而减小，这种依存程度通过参数n反映出来，但当水泥掺量达到10％时n随其的变化就不明显了，这是因为胶结强度已经增大到使得LSES中颗粒间的相对位置不易发生错动的程度。     

反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究

在大量冻融试验和动三轴试验的基础上,深入研究和分析了经历多次冻融循环后粉砂土动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：同一动应变水平下,动应力大小与冻融次数、含水率呈负相关性,而与围压、加载频率、压实度呈正相关性;粉砂土的动应力-动应变关系存在明显的非线性,且随动应变水平的提高,动模量成倍减小,而阻尼比则成倍增大;随冻融次数的增加,动模量降低而阻尼比则增大,且经历6次冻融后均趋于稳定,建议将6次冻融后的力学特性作为设计与计算指标;围压和压实度的提高有效增强了土颗粒之间的骨架作用,动模量随围压和压实度的增减而增减,阻尼比则随围压和压实度的增加而降低;含水率的变化对阻尼比的影响不大,而当土样达到饱和状态时,动模量成倍降低;加载频率对阻尼比的影响较大,并随频率的提高而迅速降低。     

轻量砂变形及强度特性三轴试验研究

通过三轴试验系统研究了新型土工材料--轻量砂的变形及强度特性。结果表明,不同的配比、龄期使轻量砂具有不同的原生结构强度,围压使不同原生结构强度的土样处于剪胀或剪缩状态,导致发生应变硬化、应变软化以及相应状态下孔压的3种对应形态变化。变形模量随EPS（发泡聚苯乙烯）球粒掺入比的增大而线性减小,随水泥掺入比、龄期增大而线性增大,相同配比的土样变形模量与围压关系不大;三轴抗压强度随EPS球粒掺入比增大而呈负指数关系减小,随水泥掺入比、龄期、围压增大而线性增大,存在水泥掺入比阀值;土骨架转换效应对于土样强度的影响很大,造成了土体单轴、三轴抗压强度分带,高水泥掺入比能够大大弱化EPS颗粒的土骨架效应。结合前人成果,系统地研究了轻量砂密度、无侧限抗压强度的影响因素,引入材料学中比强的概念,提出了单价比强图结合配方公式的方法,对轻量土砂进行配方优化。分析了轻量土砂应力-应变关系转型问题,提出采用无侧限抗压强度来表征不同配比、龄期轻量土砂的原生结构强度。通过试验与数理统计,建立临界围压与原生结构强度的关系,为数值模拟计算与建立本构模型奠定了基础。     

尾矿坝坝料的动力特性研究

尾矿坝坝料是一种特殊性土,其动力特性直接影响着尾矿坝的安全与稳定。基于GDS试验系统,对某尾矿坝坝料动力特性进行动三轴试验研究。分析坝料动弹性模量、动阻尼、动强度随动应变及围压的变化规律;讨论不同应变标准下,动强度及动强度指标的变化规律。结果表明：动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压的增大而增大。阻尼比随弹性应变的增大而增大,随围压的增大而略微减小。不同应变标准下,动强度随应变标准的增大而增大,同一应变标准下,动强度随围压的增大而线性增大;坝料的动强度指标较低,随应变标准的增大而增大,其粘聚力的变化幅值大于摩擦角变化幅值,与其静强度相比,其粘聚力与内摩擦角均有所减小。     

风化砂改良膨胀土的动力特性研究

风化砂与膨胀土结合作为路基具有操作工艺简单、环保友好、费用低廉等优点。通过GDS动三轴试验,研究不同围压、振动频率对风化砂改良膨胀土动强度、动弹性模量与等效阻尼比等动力特性参数的影响规律。试验结果表明,风化砂改良膨胀土的应力-应变骨干曲线及阻尼比与应变关系均可用双曲线函数描述;随着动应变增加,风化砂改良膨胀土动弹性模量减小,阻尼比增大;在循环动应力作用下风化砂改良膨胀土应力-应变关系曲线呈封闭滞回圈,滞回曲线轴线随动应力增加逐渐拉长且斜率减小,土样呈现出典型的应变软化特征;随着围压和加载频率增大,风化砂改良膨胀土动弹模增大,阻尼比减小;频率对动弹模影响集中在应变ε_d0.2%范围内,对阻尼比的影响集中在ε_d0.1%范围内。     

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     

砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）细观结构的CT研究

利用医用CT机从定性和定量两个层面研究了砂土与EPS颗粒混合的轻质土（简称为LSES）这种新型土工材料的细观结构,分析了不同水泥掺量（CC）和EPS颗粒含量（Ve /Vs）下LSES不同扫描截面的CT图像以及平均CT数ME值和方差SD。随着CC的增加,ME值增加,LSES的结构更加密实,原生损伤减少,而随着Ve /Vs的增加,水泥水化物C-S-H包裹EPS颗粒表面和填充孔隙的效率都将下降,且Ve /Vs与ME值在本次试验范围内基本呈线性关系。此外,根据SD值在各截面处分布的不均匀性,认为LSES是局部孔隙比分布差异较大的特殊结构性土,CC和Ve /Vs是影响其结构性的主要因素。     

A simple three‐dimensional distinct element modeling of the mechanical behavior of bonded sands

This paper presents a simple three‐dimensional (3D) Distinct Element Method (DEM) for numerical simulation of the mechanical behavior of bonded sands. First, a series of micro‐mechanical tests on a pair of aluminum rods glued together by cement with different bond sizes were performed to obtain the contact mechanical responses of ideally bonded granular material. Second, a 3D bond contact model, which takes into account the influences of bond sizes, was established by extending the obtained 2D experimental results to 3D case. Then, a DEM incorporating the new contact model was employed to perform a set of drained triaxial compression tests on the DEM bonded specimens with different cement contents under different confining pressures. Finally, the mechanical behavior of the bonded specimens was compared with the available experimental results. The results show that the DEM incorporating the simple 3D bond contact model is able to capture the main mechanical behavior of bonded sands. The bonded specimen with higher cement content under lower confining pressure exhibits more pronounced strain softening and shear dilatancy. The peak and residual strengths, the apparent cohesion and peak/residual friction angles, and the position and slope of the critical state line increase with increase in cement content. Microscopically, bond breakage starts when the system starts to dilate and the maximum rate of bond breakage coincides with the maximum rate of dilation. Bond breakage is primarily due to tension‐shear failure and the percentage of such failures is independent of both confining pressure and cement content. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

循环荷载作用下低掺量水泥土试样变形性状试验研究

在大量动三轴试验的基础上,深入研究了低掺量水泥土的动力特性。试验结果表明:动应变d是影响土样动弹模量及阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量Ed成倍减小而阻尼比成倍增大。随着掺灰量的增大,水泥土的动弹模量和阻尼比相应增大。动弹模量随围压3增减而增减,阻尼比随围压3的增加而减小。最大动弹模量Edmax与围压3呈指数递增关系;最大阻尼比max在7%～30%之间,与围压3呈指数递减关系,并建立了相应的经验公式。     

水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究

开展对水泥土搅拌桩软土地基土体试样的GDS（Global Distribution System）共振柱试验,研究不同剪应变、围压、水泥土置换率对土体动力特性的影响。结果表明,水泥土搅拌桩软土地基土体的动剪切模量G和阻尼比D随剪应变? 变化趋势与软黏土一致,在小应变范围内围压和置换率对土体的动剪切模量G和阻尼比D的影响显著,随着剪应变? 增大,围压和置换率的影响减弱;水泥土搅拌桩软土地基土体的最大动剪切模量Gmax与围压表现出良好的线性关系,围压越大,提高水泥土的置换率对土体最大动剪切模量Gmax增强效果越明显。研究结果可为地区水泥土搅拌桩软土地基土体动力参数的取值提供一定的参考。     

Factors Affecting Engineering Properties of Microfine Cement Grouted Sands

An experimental investigation was conducted in order to evaluate the influence of distance from the injection point and of parameters pertinent to the cement, the suspension and the sand on the effectiveness of microfine cement grouts. Three different cement types, each at three different gradations having nominal maximum grain sizes of 100, 20 and 10 μm, were used. Grouting effectiveness was evaluated by injecting suspensions with water to cement (W/C) ratios of 1, 2 and 3, by weight, into five uniform sand fractions with different grain sizes and eight composite sands with different gradations, using a specially constructed apparatus. Unconfined compression and permeability tests were conducted on the resulting grouted sand specimens, after curing for 28 and 90 days. Microfine cement grouted sands obtained unconfined compression strength values of up to 14.9 MPa and permeability coefficients as low as 1.3 × 10^?6 cm/s or by up to 5 orders of magnitude lower than those of clean sands. The W/C ratio and the bleed capacity of suspensions as well as the effective grain size and the permeability coefficient of sands are very important parameters, since they affect substantially the grouted sand properties and are correlated satisfactorily with them. The strength and permeability of grouted sands can increase, decrease or remain constant with distance from the injection point depending on the easiness of suspension penetration into the sands. The improvement of grouted sand properties with increasing distance from the injection point is consistent with the observed increase of the cement content of grouted sands.     

循环荷载下人工结构性土变形与强度特性试验研究

针对长期动载作用下天然沉积结构性黏土地基强度和刚度循环软化问题,分别以水泥和食糖为模拟粒间胶结和大孔隙的材料,制备了不同胶结强度和初始孔隙比的人工结构性土,开展了人工结构性土与相应重塑土的动三轴试验,分析了土体胶结强度、初始孔隙比、围压和动应力幅值对累积变形和动强度的影响规律。试验结果表明：累积应变-振动次数曲线以临界循环应力为界分为：塑性安定型、临界型和破坏型;临界循环应力随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;土体胶结强度越高,脆性破坏越明显,累积应变曲线转折点对应的应变越小。动强度的应变破坏标准采用转折点应变值更符合土性变化规律;动强度随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;动黏聚力cd随破坏振次增大而降低,而动内摩擦角?d基本不变。试验结果可为软弱土地基动力灾变控制提供有益参考。     

Experimental Investigation of Cement Treated Sand Behavior Under Triaxial Test

In this paper, an experimental investigation of cement treated sand is performed under triaxial tests in order to quantify the effects of cementation on the stress–strain behavior, stiffness and shear strength. Samples were cured up to 180 days. The results show that the stress–strain behavior of cemented sands is nonlinear with contractive–dilative stages. The stress–strain response is strongly influenced by effective confining pressure and cement content. Stiffness and strength are greatly improved by an increase in binder content. An increase of the angle of shearing resistance and cohesion intercept with increasing cement content is observed consistently. Brittle behavior is observed at low confining pressure and high cement content. After yielding, the increase in the dilatancy accelerates. Two competing related processes determine the peak strength: Bond breakages cause a strength reduction but the associated dilatancy leads to a strength increase. This finding and the experimental observation that the dilatancy at the peak state increases with increasing cement content explain why the measured peak-state strength parameters, c′ and φ_p′, are relevant to the binder content.     

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。