掺砾心墙料拉裂力学特性试验研究

研究掺砾心墙料的拉裂特性对深入研究高土石坝水力劈裂、坝顶裂缝以及坝肩横缝等问题至关重要,但目前已有的研究尚不够深入。基于自主研制的单向拉伸试验装置,对不同掺砾量下的心墙料进行了系列的单向拉伸试验,依据试验结果分析了掺砾心墙料拉裂破坏的机制。在此基础上得到以下结论：在试样各自最大干密度及最优含水率下,随着掺砾量的增加,心墙料的抗拉强度和拉应变呈线性递减关系;所有试样的拉应力?应变曲线呈分段指数关系,极限拉应力前后试验曲线可分别采用正负指数关系来描述;进行了系列三轴排水剪试验,分析各试样抗拉强度与强度指标的关系发现,对于所研究的掺砾心墙料,抗拉强度与其黏聚力呈较好的线性关系,在不具备试验条件的情况下,此关系可用来大致估算心墙料的抗拉强度。相关试验结果可为实际土心墙坝抗裂设计提供参照。     

水泥砾质土三轴试验研究

对某水泥砾质土进行了三轴固结排水剪切试验,研究在不同水泥掺入比下水泥砾质土应力-应变关系和强度特性。结果表明：随水泥掺入比的增加,水泥砾质土试样在不同围压下应力-应变关系曲线均表现出不同程度的软化和剪胀现象,尤其在低围压（200 kPa）和高水泥掺入比（8%）下,剪胀性比较明显;在相同水泥掺入比下,峰值强度 随围压的增加近似呈线性增长;与不掺水泥砾质土相比,水泥砾质土的内摩擦角 因掺入不同量的水泥而得到不同程度的提高,黏聚力 随水泥掺入比的增加呈增长趋势,且增幅显著;割线模量 和 均随围压和水泥掺入比的增加而增加。不同高度的心墙堆石坝三维有限元算例的计算结果表明：水泥砾质土作为心墙材料可以显著降低土石坝心墙沉降。     

宽级配砾质土作为GCls防渗垫保护层的抗剪强度试验研究

水化后的土工织物黏土垫层(GCls)是良好的复合防渗材料,但同时表现出较低的抗剪强度特性。为改善水化后的GCls抗剪强度低的缺陷,拟采用取自天然并经人工调配的宽级配砾质土料代替黏土作为GCls防渗垫的保护层,共同构成复合防渗系统。文中利用TGH直剪摩擦拉伸仪对筛选出的宽级配砾质土及其与不同水化条件下的GCL接触面进行了试验研究,得到宽级配砾质土样及其与质量含水率分别为50%和完全水化的GCL接触面的抗剪强度试验数据并进行了整理分析。结果显示,宽级配砾质土样的抗剪强度大于其与不同水化条件下的GCL接触面的抗剪强度,且宽级配砾质土与GCL接触面的抗剪强度随GCL含水率的增加而减小。因此,可以根据外荷载作用下土中应力会发生扩散的原理,利用抗剪强度高和压缩性低的砾质土来承担部分甚至全部荷载,以弥补水化后的GCls抗剪强度低的缺陷。     

掺砾黏土样的大型三轴流变特性试验研究

高心墙堆石坝的砾质土筑坝材料含有较大颗粒,又含有大比例的黏性土,渗透系数较低,试验需要用大尺寸的仪器。大尺寸试验排水、饱和困难、试验周期长、难度大,一直是试验工作的难点,在砾质土试样中预留砂芯加速排水饱和的方法可以有效地解决该问题。对掺砾黏土样进行了大型三轴流变试验,通过实测蠕变量和蠕变模型参数对掺砾后黏土样的流变特性进行了分析。研究结果表明,掺砾黏土样的蠕变量与时间关系呈现较好的幂函数关系,采用长江科学院蠕变模型可准确地描述其流变特性;在相同饱和状态下掺砾样的蠕变量和蠕变模型参数指标较低,说明掺砾起到了改善土样工程性状的功能;在均为土样或者掺砾样条件下非饱和状态的蠕变指标明显低于饱和状态下的蠕变指标,说明预留砂芯加速排水的方法起到了明显的作用,促进了试样的充分饱和。     

材料状态对粗粒料力学特性影响的试验研究

粗粒料的力学特性与材料状态诸如围压、密度、岩性、级配等因素密切相关。通过粗粒料常规大型三轴各向等压固结排水剪切试验,研究了材料状态对粗粒料力学特性的影响,试验结果表明,初始干密度越小,应力–应变曲线硬化性越强,剪缩性越明显,随着初始干密度的增大,应力–应变曲线的软化性和剪胀性逐渐增强;岩性对粗粒料的力学特性也有明显影响,岩性越硬,应力–应变曲线的软化现象越明显,试样的剪胀性也越大,抗剪强度也越高;级配对粗粒料的力学特性也有重要影响,粗砂和细砾含量相同时,粗砾含量越低,粗粒料抗剪强度越小,体胀变形越大;不同围压的试样孔隙比随着剪切变形的发展逐渐趋向于临界孔隙比,且在平均正应力对数坐标系内呈较好的线性关系;围压、密度、岩性、级配等影响因素下,粗粒料的Rowe剪胀模型参数的归一性都较好,说明Rowe剪胀模型能反映粗粒料的材料状态对其力学特性的影响。     

新型三轴剪切试验试样排水固结装置的研制与应用

三轴剪切试验是岩土工程中常见的室内试验,其目的主要是为了获得土的抗剪强度指标和土中孔隙水压力的变化情况。三轴的固结不排水剪（CU）和固结排水（CD）剪试验可以获得土的总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标,因此具有其它剪切试验无法替代的优势。但因试验过程中排水固结的时间很长,影响了试验进度,从而影响到整个工程的进度和经济效益。通过对三轴剪切试样排水固结过程的机理分析,介绍了制作一种可以大大缩短大量试样排水固结时间的装置及该装置的研制方法。采用该装置,可使CU试验的效率提高6～12倍,可使CD试验的效率提高3～6倍。可节约大量的生产成本,提高工作效率,经济效益明显。     

深圳地区原状花岗岩残积土硬化土模型参数的试验研究

硬化土（hardening soil）模型是岩土工程数值分析中常采用的模型。为研究加载方式和排水条件对原状花岗岩残积土剪切行为的影响,对深圳地区原状花岗岩残积土进行了常规三轴固结排水、常规三轴固结不排水、固结排水侧向卸载和固结不排水侧向卸载4组试验,并由试验结果确定出不同加载方式和排水条件下的硬化土模型参数。结果表明：在常规三轴试验中,试样在剪切过程中表现为先剪缩后剪胀的特性,在侧向卸载试验中,试样始终表现为剪胀的特性;模型参数值与加载路径密切相关,固结不排水侧向卸载试验（CDLU）测得的有效内摩擦角 较常规三轴固结不排水试验（CD）试验大20%,而有效黏聚力 小了46%;CDLU试验得到的三轴压缩试验的参考割线模量 为CD试验的2.9倍,卸载再加载参考割线模量 为CD试验的1.8倍;在相同加载路径下,模型参数值也受排水条件的影响,由CU试验得到的 与CD试验的结果相近,但CU试验得到的 要明显大于CD试验的结果,CU试验得到的 为CD试验的2倍, 为CD试验的3.8倍。因此,在岩土工程数值分析中应根据工程的实际情况确定和选用模型参数值。     

饱和砾性土不排水动力强度及变形特性试验

砾性土的动力强度和变形特性是分析砾性土地基及其构筑物地震永久变形的基础。本文采用大型动三轴仪对饱和砾性土进行不排水循环三轴试验,系统地研究了两种砾性土在循环加载条件下的不排水强度和变形特性,探讨了循环应力比、平均固结应力、固结应力比、初始孔隙比和循环次数对砾性土变形和超静孔压特性的影响。试验结果表明：砾性土的累积轴向应变和超静孔压比随循环应力比、平均固结应力和初始孔隙比的增大而增大,超静孔压比随固结应力比的增大而减小;当循环次数小于20时,固结应力比对累积轴向应变的影响较小,而当循环次数大于20时,累积轴向应变随固结应力比的增大而减小。根据试验结果,建立了考虑平均固结应力、初始孔隙比、循环次数和累积轴向应变影响的不排水动力强度和超静孔压经验模型,其计算值与试验结果比较吻合,说明该模型可以较为准确地描述循环荷载作用下砾性土的不排水动力强度、超静孔压和累积变形的变化规律。     

K0固结条件下粗粒土变形及强度特性研究

采用大三轴剪切仪对不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料,进行了K0固结及各向等压固结条件下的排水剪切试验,探讨了K0固结过程中粗粒土的变形特性。将K0固结与等压固结条件下的排水剪切试验的结果进行了对比分析。结果表明,K0固结加载阶段,平均主应力p与体应变? v之间、剪应力q剪应变? s之间的关系都可用幂函数形式表示。K0固结稳压阶段,? a-t关系呈指数关系。与等压固结试验相比,K0固结试样的排水剪强度略大。K0固结排水剪试验所得到的初始弹性模量Ei、初始泊松比vi均大于等压固结排水剪试验相同应力条件下的弹性模量、泊松比;且K0固结条件下试样的剪胀性也较为明显。     

冻融循环作用下宽级配砾质土的渗透特性

针对西北地区特殊的气候条件和砾质土料源丰富的实际情况,提出采用宽级配砾质土代替黏土作为土工合成材料膨润土垫(GCls)的保护层共同构成垃圾填埋场复合防渗系统的构想。文中选取宁夏银川地区冲-洪积作用形成的天然砾质土料,经人工掺和制配成满足规范对GCls防渗垫保护层渗透系数要求的宽级配砾质土样,在实验室对该土样进行了冻融循环作用下的渗透性能试验研究。结果显示,随着冻融次数的逐渐增加,土样的冻胀率逐渐变大,渗透系数也相应增大,经过12次冻融循环后,渗透系数约增大1～2个数量级;冻融循环初期,冻融作用对土样的影响最为剧烈,随着冻融循环次数的增加以及时间的延续,土样性状逐渐趋于稳定。由于宽级配砾质土对冻融循环作用的敏感性小于粉质黏性土,故采用宽级配砾质土作为Cls/GM的保护层共同组成填埋场复合防渗系统是值得期待的。     

卵砾石含水层高压旋喷注浆止水帷幕技术

高压旋喷桩主要适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地层，在卵砾石地层或动水条件下的应用较少。我国某露天矿在施工旋喷桩止水帷幕的过程中，采用RJP工法进行帷幕施工，成功将高压旋喷注浆技术应用于卵砾石含水层中，通过试桩和筛分试验将卵砾石层特征对桩径大小的影响进行了分析研究，结果表明，RJP工法在卵砾石含水层中成桩效果良好、质量可靠，其桩径大小与卵砾石颗粒大小及含砂量有关。围井试验结果显示，高压旋喷桩帷幕墙完整，止水效果显著。研究成果表明高压旋喷注浆技术可在卵砾石含水层的加固和止水领域进行推广应用。      

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。     

Undrained torsional shear tests on gravelly soils

Slope instability and landslides are frequently triggered during heavy rainfalls in mountainous areas. Geomaterials that are subject to this type of failure normally include coarse grains, which are made by weathering of mother rocks. These materials are called sandy gravel or gravelly sand in soil mechanics, depending upon the amount of gravelly components. This situation suggests a need for laboratory investigations that aim to understand the shear behavior of sand with gravel toward failure. Another feature of this type of failure is a quick rate of slope failure that is reasonably considered as an undrained process of shear distortion. Hence, the present study investigated by means of experiments the undrained shear behavior of sand with gravel. The torsion shear tests on hollow cylindrical specimens concerned the effects of gravel content on the undrained shear behavior. The tests revealed that the effect of gravel content is twofold. When the gravel content is relatively small, the effects of the sandy component are more important. Hence, the relative density of the sandy matrix among gravels has a predominant influence. In this situation, therefore, the overall relative density is a less important index to account for the shear behavior. In contrast, when the gravel content exceeds a threshold value, the amount of gravel comes to have a more predominant influence than the sandy matrix. This is probably because gravel particles start to have contact with each other to form a structural matrix of gravel grains that governs the overall stress–strain behavior. These results were summarized in three-dimensional diagrams that related the strength properties of gravelly sand varying with the density of sand matrix or the density of sand–gravel mixtures as well as the gravel content.     

砾钢渣抗液化特性试验研究

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法,将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣,考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性,分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型,并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好,工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料,解决砂砾资源日渐短缺的问题。     

不排水条件下砾石土的应变率效应

为研究应变率对砾石土应力、应变、强度特性的影响和应变率效应产生机制,对砾石和黏土混合备制的饱和砾石土心墙料,在应变率0.028～0.690 %/min范围内进行了不同围压下的固结不排水三轴压缩试验,定量地分析了三轴不排水抗剪强度的应变率效应。试验结果表明,不同的应变率下砾石土应力-应变曲线具有相似性;应变率增大10倍,不排水抗剪强度增大7.4%～29.9%;砾石土的应变率效应是剪切产生的孔隙水压力和土料本身黏滞性共同作用的结果,在不同的围压下二者发挥的程度不同     

三轴试样钻孔灌砂固结排水效果试验研究

对渗透性较差的重黏土样进行固结排水试验时,其饱和、固结、剪切过程时间较长。为提高固结排水试验效率,改进了三轴排水工艺,提出在试样中钻孔灌砂形成竖向排水通道,并进行了针对黏土样的固结排水试验的验证。试验结果表明,1 %～3 %置换率的砂井对固结排水试验应力-应变无影响,并有利于加速三轴试样的饱和、固结排水、孔压消散、剪切排水过程,可使试验效率提高5倍以上;试样周边、顶面、底面粘贴滤纸条,再结合试样内部钻孔灌砂,是改善三轴试验排水路径的一种科学合理的、高效的方法,能够获得准确、可靠的E-B模型参数。     

基于图像测量的饱和细砂排水剪切试验研究

将计算机数字图像测量技术应用于土工静力三轴试验的土样变形测量,实现了土样变形的非接触测量。针对南宁饱和细砂,采用干装敲击法和控制不同初始成样含水率的湿装夯实法制备松砂和密砂试样,联合采用数字图像测量技术与常规三轴变形量测方法,在不同围压下进行了固结排水剪切试验。着重探讨了成样方法、初始成样含水率、密实程度、固结围压对两种量测方法所获得的应力-应变关系与邓肯-张模型中的切线模量5参数的影响。试验结果表明：成样方法、初始成样含水率、密实程度和围压决定土样的剪切破坏形式,影响应力-应变关系;剪切破坏的形式以及剪切带位置的不同,导致图像测量和常规三轴试验获得的轴向应变和偏应力数值均存在不同程度的差异;邓肯-张模型5参数不仅受到试样的成样方法、初始成样含水率、密实程度的影响,而且受到量测方法的影响。     

饱和粉砂不稳定性的试验研究

通过对净砂和级配良好粉砂(含10 %粉土)进行一系列三轴固结不排水试验（CU）,研究了粉土、孔隙比和围压对饱和粉砂不稳定性的影响。试验结果表明,净砂与粉砂在不排水剪切条件下均会出现应变软化现象（即不稳定性）。同一围压下脆性指数(IB)随孔隙比增加,但不稳定线的应力比随孔隙比增加而减小。引用等效粒间孔隙比(ege)后,净砂和粉砂在ege-ln p?平面上拥有基本相同的临界状态线。在临界状态理论及等效粒间孔隙比的基础上,提出在同一修正状态参数(?ge)下净砂和级配良好粉砂有相似的不稳定性。