考虑级配影响的透水性基床填料细观空隙特征研究

大空隙级配碎石填料因其较好的渗透性能广泛应用于透(排)水性基床,然而级配对细观三维空隙特征的影响尚不明确。针对此不足,对3种代表性级配的透水性基床填料试样开展室内新型平板振动压实试验,并对压实后的试样进行高精度工业XCT扫描,重构其三维模型并获取其内部空隙,计算面空隙率、等效体积和三维形态等空隙结构特征指标,分析不同级配(颗粒堆积结构)对其三维形态及分布规律的影响。研究结果表明,不同级配的试样其内部面空隙率沿高度方向总体呈对称分布,即两端大中部小,骨架密实型颗粒堆积结构试样其面空隙率处于最低水平且沿高度方向的差异性最小,骨架空隙型颗粒堆积结构试样其面空隙率最大且不均匀性也最大;随着颗粒堆积结构从悬浮密实型过渡至骨架密实型再至骨架空隙型,试样内部空隙总数量大幅减小,孤立微空隙和小空隙数量减小,连通性较好的中空隙与大空隙增多;空隙形态逐渐演化为不规则型和长条型,并从较为圆润丰满型过渡至边缘残缺型,具有更好的连通性,可提供水气运移的通道。优化颗粒堆积结构有利于形成连通空隙并提供渗流通道,进而提升基床填料的水-力特性。研究结果可为透水性级配碎石基床填料的优化设计提供理论依据和技术参考。     

透水性级配碎石基层填料永久变形特性及预估模型

透水性级配碎石基层填料因其大而连通的孔隙可有效增强道路系统的排水和生态功能,对“海绵城市”建设意义重大,但其在交通荷载重复作用下的变形稳定性仍有待深入研究。针对由颗粒堆积理论提出的石砂比(G/S)指标所设计的5种不同的透水性级配碎石填料试样，开展了室内动-静三轴试验,研究了级配和应力状态对填料抗剪强度和累积塑性(永久)应变特性的影响,相应地提出了基于级配和剪应力比的力学-经验法预估模型,验证了模型的准确性。研究结果表明：相同G/S值的填料试样在同一围压水平下的轴向累积塑性应变随剪应力比的增大而增大,在同一剪应力比水平下的轴向累积塑性应变随围压的增大而增大；G/S=1.6~1.8的级配碎石填料抗剪强度和抗永久变形性能均最佳,预估模型对于不同G/S值、剪应力比和围压水平下透水性级配碎石填料轴向累积塑性应变的预测具有较高的准确性。     

透水型级配碎石基层填料强度演化特征的离散元模拟

骨架空隙型级配碎石填料因其较好的渗透性能而广泛应用于透水型基床结构层，但其在不同级配下的抗剪强度特征及演化规律仍不明确。首先针对6种不同级配类型的碎石填料试样开展了不同围压下的室内单调加载三轴压缩试验，进而采用考虑颗粒真实不规则形状的三维离散单元方法对室内试验结果进行了数值模拟研究，从颗粒间接触、微观组构和颗粒运动等角度揭示了透水型级配碎石基层(UPAB)填料抗剪强度机理及其随级配变化的演化特征，验证了室内试验得出的级配影响规律及级配优化设计方法。研究结果表明：细颗粒通过改变颗粒体系的内部排列结构(即各向异性程度)而直接影响级配碎石填料宏观抗剪强度，细颗粒含量对试样的剪切破坏形态有直接影响，随着细颗粒含量的减少，试样整体发生较大变形时表现为内部颗粒发生转动的比例下降但发生颗粒间滑动的比例增加；试样失稳的主要原因是由于颗粒拓扑结构的改变，最终发展成不可逆的塑性变形；级配控制参数G/S=1.8时试样表现出最低的各向异性特征，相同应变条件下的颗粒旋转角均值最小，表明此时试样内部的颗粒堆积排列最优且抗剪强度最高，G/S=1.8可取作“填充密实”型与“残余空隙”型结构的分界；不同级配的试样内部颗...