钙质砂渗透性能研究现状及展望

我国南海岛礁大多为珊瑚岛礁,礁体上层通常为珊瑚碎块、砾石和珊瑚砂,是一种富含碳酸钙或其它难溶碳酸盐类物质的特殊岩土介质,称为钙质砂。钙质砂的工程特性与陆源砂有很大差异,研究其特殊的工程地质特性,对南海岛礁开发建设具有重要意义。钙质砂的渗透特性是其重要的力学性质指标,影响工程地基稳定和地下淡水形成,但目前对渗透特性的研究还较少。文章介绍了多孔介质渗流理论,综述了钙质砂的渗透特性研究现状,并通过室内常水头渗透试验证明了现有研究的不足,提出了建议,对钙质砂渗透特性研究具有一定的参考价值。     

基于颗粒流法的钙质结核土三轴试验细观模拟研究

既不同于粘性土,又与粗粒土有较大差别,钙质结合土在强度和硬度方面上存在特殊性。本文基于PFC颗粒流法对钙质结核土的三轴试验进行数值模拟,从细观的角度解释钙质结核的存在对土体强度的影响。研究发现,在加载不同阶段钙质结核和粘性土起到不同的作用。在低应变下,试样的压缩以细颗粒间孔隙的压缩为主。在高应变下,试样的压缩主要以钙质结核间的移动、相对位置的重新排布为主。对于颗粒接触应力来说,在低应变阶段,试样两端颗粒的接触力较为集中,处于弹性阶段,包裹钙质结核的粘性土主要起到限制钙质结核移动的作用。在高应变阶段,试样中的钙质结核紧密接触,起到骨架作用,试样中的接触力主要是通过钙质结核来进行传递,这种应力传递方式较纯粘土和粗粒土均有所不同。     

考虑配合比的砂泥岩混合填料剪切蠕变力学特性

砂泥岩混合填料的配合比是影响码头地基承载性能及稳定性的关键因素。为研究不同配合比下砂泥岩混合填料土的蠕变力学特性,开展剪切蠕变试验。结果表明,在同一配合比下,随着剪应力加载等级的提高,瞬时、蠕变应变量及初始、稳态蠕变速率均呈逐渐递增趋势;当处于同样加载等级时,初始、稳态、极限加速蠕变速率及瞬时、蠕变应变量均随配合比中泥岩颗粒占比增大而呈递增趋势;混合填料长期强度折减较大,折减范围为50.53%～66.95%,长期强度随配合比中泥岩颗粒占比增大而递减。研究成果可为码头砂泥岩混合填料地基长期稳定性评价提供一定参考。     

基于DPDM技术的砂土直剪试验剪切过程的应力场分析

通过直剪半模试验,结合数字照相变形量测DPDM(The digital photogrammetry for deformation measurement)技术,对砂土在直剪试验中的应力应变场进行了分析。采用数码相机对半模试验过程中砂土的剪切面运动进行全程拍摄,应用DPDM技术对拍摄结果进行处理,得出土体的位移场云图,阐述单调加荷条件下直剪试验过程中土颗粒的轨迹运动以及剪切带的应力应变,对剪切过程中的土颗粒位移进行定量研究,为砂土在直剪剪切变形和土位移结构变化间的定量关系提出了一条可行的途径。     

泥岩颗粒含量对砂泥岩混合料剪切特性的影响

砂泥岩混合料抗剪特性是影响山区港口工程地基处理的因素。采用直剪仪对不同泥岩颗粒含量、法向应力和含水状态的48组试样进行固结排水慢剪试验,分析泥岩颗粒含量对剪应力-位移曲线形态的影响,揭示其与变形、强度间的关系,并建立抗剪强度的经验计算方法。结果表明,颗粒间接触分为同质颗粒接触和异质颗粒接触两类,在应力集中效应下泥岩颗粒破碎是影响砂泥岩混合料强度及变形的重要因素。砂泥岩混合料应力-应变曲线呈应变硬化,其抗剪强度随泥岩颗粒含量增大而减小。     

钙质珊瑚砂液化特性的动三轴试验研究

以海南省三沙市珊瑚砂为研究对象,进行不同应变条件下的动三轴试验,研究了珊瑚砂的液化特性。试验结果表明:轴向应变振幅为0.25%,1%,2%,4%的四组珊瑚砂动三轴试验中,只有应变振幅0.25%下试样没有发生液化。偏应力降低速率Ks(随循环振动周期)与试验应变振幅γ之间符合线性关系,随着振幅的增大珊瑚砂达到液化的振动周期数将会迅速减少。珊瑚砂试验过程中表现出循环荷载作用下的循环活动性,并且随着应变振幅的增加,循环活动强度明显增强。发生液化和未发生液化的应力应变曲线有显著的差异,未发生液化试样的应力应变滞回圈整体形态保持相似性,在经历初始阶段的减小后逐渐趋于稳定的形状。发生液化的珊瑚砂试样滞回圈由类三角形逐渐转变为对称的S形。珊瑚砂动三轴试验得到的应力应变滞回圈的变化可以反映出珊瑚砂试样的塑性变形、卸荷体缩、系统误差等信息。     

基于大型高围压界面环剪仪的钢管桩-砂土界面剪切试验研究

为研究不同钢管桩基础与砂土界面剪切特性,研制一种新型桩土界面环剪仪,并基于此设备开展不同围压下钢管桩与均质细砂、福建砂、美国戴维斯砂的界面剪切试验.试验设计压力为200~800 kPa,通过测试分析桩土界面环形剪切时的扭力特征,探究不同桩土界面条件下的剪切应力应变关系.研究结果表明:界面剪切应力随剪切位移增大而增大并趋向稳定,但是在大应变的情况下,界面剪切应力有一定的波动.桩土界面剪切应力拐点对应的剪切位移及界面摩擦角随着法向应力的增加而增加,呈近似线性关系.     

某滑坡滑带土特征三轴压缩试验研究

通过巴东地区某滑坡滑带土的天然含水率与密度试验、土粒比重试验、颗粒分析试验、界限含水率试验、击实试验以及不同剪切速率的滑带土重塑样的三轴固结不排水剪试验,探讨不同剪切速率条件下滑带土抗剪强度参数的变化趋势,分析滑带土试样的应力-应变关系,揭示滑带土的物理力学特征及其对滑坡的影响,以期对该类型滑坡的防治提供有价值的基础性建议。     

砂土地基下桩柱码头结构地震响应数值研究

本文通过引入上负荷面剑桥模型,考虑超固结以及结构性因素对土体力学特性的影响后,在统一理论框架下对不同土体介质材料的应力应变关系与液化特性进行了数值试验研究。研究结果表明,与黏性土相比,砂性土由于其颗粒间的微观结构在外力扰动下更容易遭到破坏,对外力扰动极为敏感,因此更容易导致土体的屈服和液化,相关结论可为饱和可液化地基环境条件下的工程结构设计提供参考。     

贝壳砂颗粒破碎及抗剪强度研究

对贝壳砂的的破碎机抗剪强度进行了系统的研究。在原有颗分曲线的形式上,对其进行创新,提出了相对颗分曲线,能够直观地反映出颗粒破碎过程中某一粒径内颗粒含量的变化,也能较为简单地表达出颗粒破碎程度。此外,对贝壳砂的固结排水和不排水强度进行了系统的分析,指出在颗粒破碎过程中,粘聚力对颗粒破碎的影响较内摩擦大,而在应力应变过程中,内摩擦角对峰值应力的影响占据了主动地位。当相对密度及围压相同时,固结排水达到峰值应力差要比固结不排水大很多。     

影响疏浚珊瑚礁岩抗剪强度的关键因素

依据疏浚工程珊瑚礁岩的物理力学试验资料,应用珊瑚礁沉积原理和结构特征理论知识,将疏浚珊瑚礁岩分为3类:管状珊瑚礁岩、蜂窝状珊瑚礁岩和致密状珊瑚礁岩。从珊瑚礁岩的特性角度出发,分析了礁岩类别、颗粒成分和破坏应变率对抗剪强度的影响及规律。结果表明:1)粘聚力c和内摩擦角φ均具有无填充管状珊瑚礁填充珊瑚砂粒蜂窝状珊瑚礁填充钙质胶结方解石致密状珊瑚礁的特点。2)内摩擦角φ值与粒径大于5 mm的含量值相关性最好,回归系数为0.862。3)c和φ值随轴向应变的增加而迅速增加,抗剪强度达到峰值,所需应变率为0.018%~0.082%,都为脆性破坏,呈现剪切、劈裂和沿裂隙破坏3种形式。     

基于绞吸挖泥船的硬底质海砂开采施工技术

某工程在国家划定海域内开采海砂,存在硬地质（标贯22～39击）的海砂,使得普通射流船无法直接开采。通过对两种海砂开采技术进行对比研究,确定采用绞吸船进行海砂挖掘,排泥管线艉接筛分洗砂平台进行洗砂,皮带船装砂并运输到指定区域的采砂方法,并用试验对比的方法确定了洗砂平台最优滤网间距及洗砂装置施工参数。结果表明,应用绞吸船与筛分洗砂平台相结合的施工技术可成功开采硬底质海砂,并保证了采砂效率和质量。该技术可为后续类似施工提供思路及参考,成果推广前景非常乐观。     

某滑坡滑带土应力-应变关系模型研究

通过巴东地区某滑坡滑带土的一系列物理性质试验以及不同剪切速率的滑带土重塑样的三轴固结不排水剪试验,确定了滑带土的岩土分类,分析了滑带土试样的应力-应变关系,利用试验数据对邓肯-张(Duncan-Chang)本构模型进行了曲线拟合,通过分析验证,认为Duncan-Chang模型的双曲线型关系能够较好地反映该滑坡滑带土的逐渐硬化类型的应力-应变特性,可以为该类型滑坡的数值模拟研究提供参考。     

循环荷载作用下淤泥质黏土软化试验研究

针对连云港地区淤泥质黏土颗粒细、渗透系数小的特点,研究了循环荷载作用下土体的软化规律,提出该类土体软化指标.通过三轴循环荷载试验,得到累积轴向应变值和轴向应变值随着循环应力幅值比和固结压力的增大而增大;土样中平均孔压比随着循环应力幅值比的增大而增大;循环荷载的周期越大累积轴向应变和平均孔压值越大;在循环荷载作用初期,变形模量的弱化随着循环应力幅值比和循环周数的增大而更加显著.对试验数据进行分析,得出在风暴潮的波浪循环荷载作用下,连云港地区淤泥质黏土的模量和强度折减系数在0.75~0.80之间.     

侧限固结时应力比对粗粒土变形的影响

粗粒土侧限变形特性是量化港口填料在不同荷载作用下沉降的重要依据。基于12组不同应力比侧限固结试验,得出侧限条件下加卸荷次数及应力比对粗粒土应变增量的变化趋势,建立粗粒土应变及塑性应变计算模型,并在二维及三维空间下验证了所建模型合理性。结果表明,堆载应力在土体中存在最大影响深度;当应力比相同时,侧限条件下应变增量及塑性应变增量与增量荷载数值无关。粗粒土受荷载循环作用时应变及塑性应变随应力比增大均呈指数函数变化,且其界限应力比处于2. 124～2. 461。建议在港口施工填筑时对地基上部进行多次强夯加固处理,营运阶段应控制最大堆载量并均匀平铺堆场,以降低填筑区的不均匀沉降量。     

成样方法对砂土静力三轴固结不排水剪切试验结果的影响

利用应变控制式静力三轴剪切仪,对饱和中砂进行了一系列固结不排水剪切试验,着重研究不同成样方法对不同密实程度的砂土静力变形特性的影响。选择的成样方法是实验室内制备试样常用的于装法和湿装法。固结不排水试验结果表明,成样方法对饱和中砂静力三轴试验的结果有着重大的影响,不同的成样方法获得的试验结果需要采用不同的本构模型才能准确描述,应该予以重视;同时得出另外一条重要结论,不同的成样方法对密砂的影响较小,对松砂和中密砂的影响较大。     

西沙群岛珊瑚砂运动特性试验研究

珊瑚砂具有颗粒密度较大、孔隙率较高、干密度较小、压缩性较高等物理特性。其形成过程相对短暂,搬运距离有限,珊瑚砂磨圆度较低,颗粒形态差异明显,颗粒之间有效接触面积较小,粘着力较低。这些特性决定了珊瑚砂在动力作用下易于起动搬运的运动特征。文章对西沙群岛珊瑚砂的比重、孔隙率、休止角和渗透性等物理性质以及水流、波浪作用下的起动特性进行了试验测定,试验结果也表明了珊瑚砂起动特性符合目前经验公式计算值。     

黏性土宏-细观参数关系的PFC2D模拟研究

选取合理的细观参数是开展PFC2D数值模拟的前提条件,因此开展黏性土宏观-细观参数关系研究具有重要意义。本文利用数值双轴试验模拟室内平面应力应变试验研究黏性土抗剪强度指标c和ψ与细观参数颗粒摩擦系数μ、颗粒切向接触强度τ_c 、颗粒接触强度比n_b/s_b等定性、定量关系。研究结果表明:采用数值双轴试验研究黏性土宏-细观参数关系是可行的;黏性土内摩擦角主要取决于颗粒摩擦系数,颗粒切向黏结强度和颗粒接触强度比是影响黏性土粘聚力的最主要因素。     

基于直剪试验的砂土细观力学性状研究

基于砂土直剪试验的细观观测,研究了土体的细观力学性状。应用MiVnt图像分析软件分析了在剪切过程中颗粒的数量和面积均值、长短轴均值、偏心度均值、方向角及孔隙比等砂土的细观力学性状,绘制出砂土细观力学性状与剪切位移的关系曲线。在剪切位移s=2mm和s=6mm之间,砂土颗粒的面积均值、长短轴均值、偏心度均值等细观力学性状呈线性变化;s=6mm和s=9mm之间,砂土颗粒的细观力学性状发生突变,试样剪切破坏。半模直剪试验与数码图形分析软件的结合,有效分析了直剪条件下土体内部颗粒细观力学性状的变化规律。     

钢板与砂泥岩混合填土接触面力学特性试验研究

基于直接剪切试验原理,研究了钢板与砂泥岩混合填土接触界面的剪切力学特性。试验中,钢板采用Q235钢材制作;砂泥岩混合土料采用弱风化砂岩和泥岩的破碎颗粒料按照5种不同的颗粒级配曲线以质量比8∶2配制。试验结果表明,钢板与砂泥岩混合填土接触界面的剪切应力-位移曲线可用双曲线拟合;抗剪强度可用摩尔-库伦强度准则来描述;抗剪参数粘聚力值随土体特性粒径d10,d30,d50,d60,d90的增大呈先减小后增大的抛物线型变化;摩擦角值随土体特性粒径d10,d30,d50,d60,d90的增大呈先增大后减小的抛物线型变化;粘聚力和摩擦角与土体不均匀系数和曲率系数的相关性不明显。