考虑形态及含水率的颗粒材料尺寸效应室内三轴试验研究

发布时间：2021-01-06 22:33

　　针对石英砂和玻璃珠2种材料,考虑饱和与干燥2种含水率状态,开展颗粒材料尺寸效应的室内固结排水三轴剪切试验研究,探讨颗粒形态和含水状态对颗粒尺寸效应的影响。试验结果表明:在制样方式一致的情况下,颗粒尺寸效应对试样孔隙率影响较小;水的润滑作用降低了颗粒间的摩擦因数,从而减弱了颗粒尺寸效应,使得不同粒径饱和试样之间的应力应变曲线差异相对于干燥试样较小,而且当颗粒形态不规则时,水对颗粒尺寸效应的减弱现象更为明显;试样的黏聚力总体上随粒径增大而略微增大,其中干燥石英砂试样最为明显;不规则颗粒材料的宏观摩擦角随粒径增大呈略微减小的趋势,减小的趋势在小粒径时较为明显,粒径对光滑颗粒材料摩擦角影响较小。 

【文章来源】：铁道科学与工程学报. 2020,17(09)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

4种不同粒径的石英砂及玻璃珠颗粒

除石英砂和玻璃珠这2种不同材料所带来的颗粒形态差异，本文亦考虑干燥和饱和2种试样状态，以反映实际工程中岩土材料不同含水率的影响。在开展试验过程中，发现不同含水率(如10%、50%等)较难控制，水分因重力作用会集中在试验下部，因此本文仅考虑了干燥、完全饱和2种状态，如何克服并完善不同含水率的样品制备有待进一步研究。对于饱和试样，在装填好试样后往橡胶膜内注水，直至有水从试样表面溢出(如图2所示)。预试验发现，当围压达200 k Pa时，石英砂颗粒在压缩的过程中出现棱角破碎的现象。本文为排除颗粒破碎的影响，重点研究颗粒尺寸效应本身对颗粒材料堆积体宏观物理力学特性的影响，仅选取低于200 k Pa围压。此外，根据土工试验规范，剪切速率定为0.5 mm/min。详细的试验方案及控制参数如表2所示。

对比石英砂和玻璃珠这两种不同颗粒形态的试样抗剪强度可以看出，颗粒的形态对试样的抗剪强度有显著的影响。石英砂颗粒的不规则形态及表面的棱角增强了颗粒间的咬合作用，提高了颗粒的抗转动能力，因此表现出更高的抗剪强度。另一方面，颗粒材料的抗剪强度也与试样的堆积密度有关，抗剪强度通常随着堆积密度的增大而提高。在本项工作中，石英砂试样的堆积密度均比玻璃珠试样低。此试验结果表明，试样堆积密度对抗剪强度的影响要弱于颗粒形态的影响。图4 玻璃珠应力-应变曲线

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：2961370