钙质砂声发射特征的三轴试验研究

钙质砂在低应力水平下就会产生颗粒破碎,并伴随有明显的声发射。在不同围压下,对不同初始孔隙比和级配的南沙群岛永暑礁钙质砂进行室内三轴排水剪切试验,同时监测其声发射信号。试验发现：当围压增加或初始孔隙比减小时,钙质砂偏应力峰值逐渐增加,但在某一界限围压时,声发射活动出现最强,在某一界限孔隙比附近时,声发射活动出现最弱;对于级配较差的钙质砂,试验前期声发射活动较弱,其偏应力峰值较小。     

饱和珊瑚砂最大动剪切模量的循环加载衰退特性及预测模型

对南沙饱和珊瑚砂进行应变控制的不排水循环加载动三轴试验,分析了珊瑚砂的初始最大动剪切模量G_0特性,以及加载过程中的最大动剪切模量G_(0,N)的衰退规律。珊瑚砂的G_0比普通陆源砂的高;相比于陆源砂,平均有效围压σ'_0对珊瑚砂G_0的影响更大。珊瑚砂G_0与陆源砂G_0的差异主要由珊瑚砂颗粒形状不规则,存在内孔隙的特性引起。根据滞回圈加卸载应力反转处的斜率计算第N次循环加载的G_(0,N)。加载过程中最大动剪切模量的衰退主要由孔压的增长和结构损伤引起。相比于陆源砂,珊瑚砂的G_(0,N)随超静残余孔压比r_u增长而衰退的速率更快。现有陆源砂G_(0,N)/G_0-r_u模型无法反映珊瑚砂的G_(0,N)衰退规律。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的损伤参数P_d,探究了不同加载模式下珊瑚砂G_(0,N)/G_0随P_d的发展规律,并建立了预测珊瑚砂G_(0,N)的损伤模型。     

孔隙比对砂类土抗剪强度影响的定量分析

砂类土的密实程度是影响其抗剪强度的重要指标,然而已有研究并没有直观给出砂类土抗剪强度随孔隙比变化的定量规律。控制砂类土的初始孔隙比得到土体所需的抗剪强度,这在土工相似模型试验中具有一定的应用前景。基于砂土的临界状态理论,本文建立了砂类土抗剪强度与孔隙比关系的理论表达式。针对尾矿库现场取回的铜、钨尾砂开展了直剪试验和固结试验,并利用所推导的理论表达式对尾砂在不同状态时的抗剪强度进行了分析。结果表明,随着孔隙比的增加,砂类土的抗剪强度非线性减小,孔隙比越大时抗剪强度减小的幅度越平缓。试验结果证实砂类土抗剪强度与孔隙比关系的理论表达式能够合理描述尾砂在不同孔隙比下的抗剪强度。     

不同级配珊瑚砂水泥胶结体的破坏行为分析

为探究不同级配的珊瑚砂水泥胶结体在静、动荷载下的破坏行为,利用落锤冲击试验机对不同级配的珊瑚砂水泥胶结体试样进行了一系列冲击试验,并结合静力压缩试验,综合分析了珊瑚砂水泥胶结体的力学行为及破坏形态。试验结果表明：珊瑚砂的级配区间越广,其水泥试块的抗压强度越大、抗冲击性能越强、受冲击破坏程度越小且破碎角逐渐递减;珊瑚砂水泥试块在不同种类的荷载作用下展现出不一样的破坏形态,区别于混凝土试块。在此基础上,建立了三维离散元模型,以模拟的应力-应变曲线与静力试验结果相吻合作为PFC细观参数的选取原则,并利用该细观参数对试块冲击试验进行数值重现。通过细观分析可以看出：从裂隙分布角度分析,随着级配区间越广、平均粒径的增大,均匀且分散的冲击微裂隙会越来越集中往某个方向发展,使得试块的裂缝数量减小、破损程度减轻。从系统黏结力角度分析,级配区间范围窄的试块内部黏结力较小且分布均匀,级配区间范围广的试块内部黏结力较大且分布不均匀。     

钙质砂电导率与相关性问题初探

处于海洋环境中的钙质砂一般饱水含盐,将盐度评价重要参量电导率用于钙质砂中,以钙质砂的电导率反映其中的水体含盐量,对海洋环境下钙质砂土水质评价有重要意义。在某灰沙岛上选取裸露空旷的钙质砂地,距地面0.5、1.0、1.5 m的深度处埋设土壤电导率、体积含水率和温度传感器,观测记录不同深度范围钙质砂的电导率和体积含水率。基于现场钙质砂土电导率、体积含水率观测、室内不同级配的钙质砂电导率测试以及Manta2水质传感器室内测试校核,分析钙质砂电导率与孔隙水电导率的关系。结果表明,钙质砂电导率与体积含水率和孔隙水的电导率均呈线性关系,提出了适用于钙质砂电导率的计算模型。     

不同级配珊瑚砂水泥胶结体的破坏行为分析

为探究不同级配的珊瑚砂水泥胶结体在静、动荷载下的破坏行为,本文利用落锤冲击试验机对不同级配的珊瑚砂水泥胶结体试样进行了一系列冲击试验,并结合静力压缩试验,综合分析了珊瑚砂水泥胶结体的力学行为及破坏形态。试验结果表明：珊瑚砂的级配区间越广,其水泥试块的抗压强度越大、抗冲击性能越强、受冲击破坏程度越小且破碎角逐渐递减;珊瑚砂水泥试块在不同种类的荷载作用下展现出不一样的破坏形态,区别于混凝土试块。在此基础上,建立了三维离散元模型,以模拟的应力-应变曲线与静力试验结果相吻合作为PFC细观参数的选取原则,并利用该细观参数对试块冲击试验进行数值重现。通过细观分析可以看出：从裂隙分布角度分析,随着级配区间越广、平均粒径的增大,均匀且分散的冲击微裂隙会越来越集中往某个方向发展,使得试块的裂缝数量减小、破损程度减轻。从系统粘结力角度分析,级配区间范围窄的试块内部粘结力较小且分布均匀,级配区间范围广的试块内部粘结力较大且分布不均匀。     

饱和珊瑚砂最大动剪切模量的循环加载衰退特性及预测模型

对南沙饱和珊瑚砂进行应变控制的不排水循环加载动三轴试验,分析了珊瑚砂的初始最大动剪切模量G_0特性,和加载过程中的最大动剪切模量G_(0,N)的衰退规律。珊瑚砂的G_0比普通陆源砂的高;相比于陆源砂,平均有效围压σ'_0对珊瑚砂G_0的影响更强。珊瑚砂G_0与陆源砂G_0的差异主要由珊瑚砂颗粒形状不规则,存在内空隙的特性引起。根据滞回圈加卸载应力反转处的斜率计算第N次循环加载的G_(0,N)。加载过程中最大动剪切模量的衰退主要由孔压的增长和结构损伤引起。相比于陆源砂,珊瑚砂的G_(0,N)随超静残余孔压比r_u增长而衰退的速率更快。现有陆源砂G_(0,N)/G_0–r_u模型无法反映珊瑚砂的G_(0,N)衰退规律。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的损伤参数P_d(damage parameter),探究了不同加载模式下珊瑚砂G_(0,N)/G_0随P_d的发展规律,并建立了预测珊瑚砂G_(0,N)的损伤模型。     

复杂加载条件下珊瑚砂抗液化强度试验研究

循环加载方式与应力路径对砂土的抗液化强度有很大的影响。利用GDS空心圆柱扭剪仪对南海珊瑚砂进行了一系列复杂加载条件下均等固结不排水循环试验,探讨了90°突变应力路径下主应力方向角对珊瑚砂抗液化强度的影响。试验结果发现：以循环应力比（CSR）作为应力水平指标,当不控制中主应力系数b的变化时,主应力方向角 对珊瑚砂的抗液化强度并无显著影响;当控制b始终保持0.5时,珊瑚砂的抗液化强度随着 的增加呈现出先减小后增大的趋势,且在 45°时的抗液化强度最低。基于分析循环荷载引起的土单元大、小循环主应力 、 变化,定义了单元体循环应力比（USR）作为一个新的物理指标,发现不同循环加载方式与应力路径条件下施加于珊瑚砂试样的USR与引起液化所需的循环次数NL存在事实上的唯一性关系。通过引自文献的4种无黏性土原始试验数据的再处理,独立地验证了以USR表征砂类土液化强度的适用性。     

钙质砂地基单桩承载特性模型试验研究

根据实际工程中单桩受力特点,对足尺桩基进行等比例缩尺,考虑不同埋深、砂土颗粒级配等影响因素,开展室内小尺寸模型单桩的竖向拉拔、水平推移和竖向压载试验,分析桩身变位、变形、轴力等参数与桩基埋深、桩周砂土特性等因素的相互关系,探究钙质砂地基中单桩在不同受力方向下的承载性状,进而剖析钙质砂中桩-土相互作用机制。研究表明,钙质砂地基中,单桩变位、变形特点随着受力方向、埋深、桩周砂土特性等的变化存在明显差异;增大桩的埋深对竖向抗拔桩的意义大过竖向抗压桩;相同条件下桩在承受竖向抗压荷载时,增大埋深的作用主要体现在加载初期,随着荷载的逐渐增大,最终差别将逐渐减小;竖向抗压桩承载过程由以侧摩阻力承载为主发展为以桩端阻力承载为主;颗粒破碎和重分布会引起抗拔桩εmax在加载后期出现衰减;宽级配钙质砂中桩的抗拔能力较强,而单一粒组的钙质砂则在维持桩身稳定方面占优势;桩侧剪碎时的桩侧阻力衰减是随着颗粒破碎逐渐发生的,而桩端压碎时的桩侧阻力衰减主要发生在砂土被压碎瞬间。研究结果对钙质砂地基中的不同功能桩基的优化、设计和施工具有重要指导价值。     

填土应力路径下珊瑚砂幂律应力-应变模型的适用性研究

岛礁工程建设常用珊瑚砂吹填地基或作为土工构筑物的填料。珊瑚砂在填筑期的应力路径具有静止土压力系数K0固结和等应力比路径的特点,为了准确预估填筑期的填土变形量,需要建立能够反映填土应力路径影响的变形计算模型。根据广义虎克定律,建立了幂律形式的非线性弹性模型来描述土体的应力-应变关系,提出了变形参数的表达式。对珊瑚砂开展了K0固结试验和等应力比路径下的排水三轴压缩试验,分析了珊瑚砂的应力-应变曲线和颗粒破碎状况,研究了幂律应力-应变模型的适用性,并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：填土路径下的应力-应变曲线具有幂函数曲线形式,可以用幂律非线性弹性模型来描述。模型的切线模量和切线泊松比均可以表示为轴向有效应力的函数,并通过与主应力比或系数K0相关的参数得到表达。等应力比路径下的切线泊松比和切线模量随着轴向有效应力的增加而增大。在相同的轴向有效应力条件下,主应力比越大,切线模量越大,切线泊松比越小。随着轴向有效应力的增加,K0固结珊瑚砂的静止土压力系数和切线泊松比减小,切线模量增大。在试验应力范围内,填土路径下珊瑚砂的颗粒破碎量都很小,对应力-应变特性的影响不大。幂律模型合理地预测...     

南沙珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比特性试验研究

珊瑚砂的物理力学性质与陆相沉积物有显著的差异。对南沙岛礁饱和珊瑚砂进行了不排水应变控制分级循环加载动三轴试验,研究了有效围压 和相对密实度Dr对饱和珊瑚砂动剪切模量和阻尼比特性的影响。通过与陆源砂砾土试验结果的对比发现：珊瑚砂与陆源砂砾土在最大动剪切模量Gmax、动剪切模量比G/Gmax曲线及其上下界、参考剪应变 、阻尼比? 曲线及其上下界等均存在显著的差异;珊瑚砂的Gmax比陆源砂的大,采用陆源砂Gmax的经验模型,珊瑚砂的Gmax将被低估约30%;珊瑚砂的非线性稍弱于陆源砂砾土,陆源砂砾土G/Gmax和? 的经验公式不适用于珊瑚砂。给出了珊瑚砂G/Gmax和? 的经验公式及相关参数。     

A study on the limit void ratio characteristics of medium to fine mixed graded sands

The minimum and maximum void ratios, corresponding to states of densest and loosest packing, of 111 systematically prepared mixed graded sand samples are determined with Method 2A and Method B according to ASTM D 4253 and ASTM D 4254 standards, respectively. Although, those standards are applicable to soils that may contain up to at most 15% fines content, for the harmony of the results even for samples having fines content greater 15%, no other methods are used throughout the experimental program. The test results show that 3rd degree polynomial equations derived from existing experimental data, as a function of packing material percentage, are quite reasonable (R² ≈ 1.0) to estimate the variation of minimum and maximum void ratios for the sands considered. Furthermore, error analysis of the limit void ratios is also carried out. It is found that predictability of maximum void ratio for the soil types and gradations considered is more accurate than that of minimum void ratio.     

An efficient approach to generating DEM samples having coincident void ratios with actual sand

The ranges of initial void ratios that can be achieved for numerical samples with the same grading as actual sand under gravity are explored using three-dimensional discrete element method (DEM). A corrected compressible accumulation model is proposed to predict the packing density of sand. Compared with the measured results, the errors of the prediction results are small. For three-dimensional DEM samples, when the ratio of sample size to particle size L/R is equal to or larger than 30, the maximum and the minimum void ratios are minimally affected by the sample size L. The maximum void ratios and the minimum void ratios of numerical samples with spherical particles are much smaller than those of actual sands. The generation method for numerical samples with non-spherical particles is proposed based on the theory of CPM. The variations of void ratios of numerical samples with non-spherical particles are wider than actual sands. So it can meet all the need of DEM simulation on the void ratio of actual sand.     

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。     

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.     

Laboratory Investigation into the Effects of Silty Fines on Liquefaction Susceptibility of Chlef (Algeria) Sandy Soils

In a number of recent case studies, the liquefaction of silty sands has been reported. To investigate the undrained shear and deformation behaviour of Chlef sand–silt mixtures, a series of monotonic and stress-controlled cyclic triaxial tests were conducted on sand encountered at the site. The aim of this laboratory investigation is to study the influence of silt contents, expressed by means of the equivalent void ratio on undrained residual shear strength of loose, medium dense and dense sand–silt mixtures under monotonic loading and liquefaction potential under cyclic loading. After an earthquake event, the prediction of the post-liquefaction strength is becoming a challenging task in order to ensure the stability of different types of earth structures. Thus, the choice of the appropriate undrained residual shear strength of silty sandy soils that are prone to liquefaction to be used in engineering practice design should be established. To achieve this, a series of undrained triaxial tests were conducted on reconstituted saturated silty sand samples with different fines contents ranging from 0 to 40 %. In all tests, the confining pressure was held constant at 100 kPa. From the experimental results obtained, it is clear that the global void ratio cannot be used as a state parameter and may not characterize the actual behaviour of the soil as well. The equivalent void ratio expressing the fine particles participation in soil strength is then introduced. A linear relationship between the undrained shear residual shear strength and the equivalent void ratio has been obtained for the studied range of the fines contents. Cyclic test results confirm that the increase in the equivalent void ratio and the fines content accelerates the liquefaction phenomenon for the studied stress ratio and the liquefaction resistance decreases with the increase in either the equivalent void ratio or the loading amplitude level. These cyclic tests results confirm the obtained monotonic tests results.     

无黏性土压缩模型及其验证

土体本构模型的建立往往需要以等向压缩模型为基础。通过对无黏性土等向压缩特性的分析,发现无黏性土等向压缩状态下压缩指数的大小与当前孔隙比和球应力密切相关,进而提出了以当前孔隙比和球应力为变量的可分离函数表示的压缩指数表达式。在此基础上得到一个可以描述无黏性土压缩特性的三参数压缩模型。与试验数据的对比表明,该模型能够较好地拟合不同初始孔隙比下无黏性土等向压缩试验的孔隙比-应力关系。与以极限压缩曲线为参考线建立的压缩模型相比,在拟合低应力区无黏性土的孔隙比-应力关系时,提出的新模型更具有实用性。新模型也可为无黏性土建立本构模型提供基础。     

袋内材料对土工袋动力特性参数影响的试验研究

土工袋加固地基技术已普遍应用于房屋地基、边坡加固等工程中。大量研究表明,土工袋具有显著的减振消能效果。为了进一步探讨不同的袋内充填土体材料对土工袋减振消能效果的影响,通过对不同粒径、级配、黏粒含量的填充土体材料及装有相应填充土体材料的土工袋进行水平循环剪切试验,研究袋内填充土体材料与动剪切模量及等效阻尼比2个参数的关系。试验结果表明,土体装入土工袋后,动剪切模量降低,等效阻尼比增大;当填充土体材料及土工袋内土体材料粒径相对较小、级配均匀、黏粒含量高时,等效阻尼比和动剪切模量较大。总体而言,粒径和级配对土工袋减振消能效果影响不大。     

钙质土的剪切特性试验研究

钙质土因其颗粒形状不规则、易破碎、高孔隙比等特征,其力学性质较为特殊。采用室内大型直接剪切试验设备,对取自南海珊瑚礁和三亚岸礁的粗颗粒钙质土进行了直剪试验,研究了粗颗粒钙质土在不同含水率、不同密度和不同矿物组成条件下的钙质土剪切特性。结果表明,粗颗粒钙质土表现出与常规无黏性土截然不同的力学性质,即（1）与石英砂相比,表观黏聚力较大,内摩擦角较高,软化性较弱;（2）表观黏聚力随着平均粒径的增大而增大,内摩擦角随着干密度的增大而增大;（3）与峰值强度相比,土体剪切破坏后其残余强度的表观黏聚力锐减而内摩擦角仅略有减小。研究成果可为岛礁工程建设提供借鉴,也可为其他粗颗粒土的研究提供参考。     

天然胶结钙质土强度及微观结构研究

自20世纪80年代起,国内就开展了关于岛礁钙质土岩土工程性质的研究工作,至今已经取得了大量的研究成果,但上述研究工作均是针对松散钙质土进行的,针对岛礁上广泛分布的胶结钙质土的研究工作尚未系统开展。而国外大量工程实践表明,胶结钙质土具有完全不同于松散钙质土的工程性状。针对天然胶结钙质土的空间各向异性,从微观角度研究影响其强度的主要参数,为今后的胶结钙质土的分类研究提供理论指导。文中采用多种试验研究方法,最后建立了天然胶结钙质土的密度、胶结度、孔隙度、颗粒大小等参数与强度间的对应关系,当前的研究结果表明,天然胶结钙质土的密度及胶结度与强度间存在良好的相关性。