胶结作用对球状颗粒材料强度特性影响的试验研究

发布时间：2018-11-09 15:25

【摘要】：由于土中颗粒排列特性和胶结特性分别所表现出的几何特征与宏观力学特征构成了土的结构性,这两个特性是研究土结构性不可或缺的重要途径。混合胶结材料的强度及其所产生的改良和加固效果是目前研究的焦点问题之一。本文在总结了关于土的微观结构、胶结特性的研究方法以及骨架颗粒选取的研究进展后,选用球状颗粒作为骨架,蜡和膨润土作为胶结材料制备人工胶结试样,通过常规三轴试验,探究骨架颗粒材料、理论孔隙比、围压和胶结材料的含蜡率、含水率等因素对强度及其变形特性的影响,具体研究工作如下:1.为了探究不同骨架颗粒材料、胶结材料对人工胶结试样的强度特性影响,本文选用玻璃珠和钢珠两种颗粒材料,胶结材料有不同蜡与膨润土体积比下的混合材料和不同含水率下的膨润土两种,分别以含蜡率和含水率为变量,制备六种不同含蜡率和五种含水率试样,分别在围压为50k Pa、100k Pa和200kPa下进行三轴试.验。分析应力应变关系可知,在含蜡率试样中,玻璃珠和钢珠试样的强度都随围压增大而逐渐增加;同条件下玻璃珠试样一般比钢珠试样的强度大;强度曲线的波动随理论孔隙比的增加而减小。在含水率试样中,围压对应力应变曲线形态影响不大,含水率小于37.6%时,钢珠比玻璃珠试样强度大,含水率大于等于37.6%时,结果相反。分析含蜡率、含水率与强度的关系可知,同条件下两种试样在含蜡率为100%时强度最低,玻璃珠试样在含蜡率60~66.7%时强度一般最大。两种试样强度都随含水率的增大而降低,不同围压下的含水率和强度关系呈幂函数相关且钢珠试样的曲率较大。分析含蜡率、含水率对强度参数的影响可知,玻璃珠和钢珠试样的黏聚力随含蜡率的波动趋势一致;除纯蜡条件下,玻璃珠试样的黏聚力一般较大,含蜡率对粘聚力和内摩擦角的贡献是有峰值的;同条件下,试样的黏聚力和内摩擦角都随含水率增加整体表现下降的趋势。2.为了将骨架颗粒与胶结材料对强度的影响大小进一步细化,本文分别制备六种含蜡率和三种初始含水率下的饱和胶结试样进行直剪试验,分析正压力、含蜡率和初始含水率与直接剪切强度的关系。分析试验结果得知,同条件下试样的强度都随正压力增大而增大;较低正压力下,强度曲线表现出强软化性,存在峰值强度,含蜡率小于等于50%时,正压力为200k Pa时,强度曲线近似线性增加,表现强硬化性;不同初始含水率下的饱和试样均表现明显的软化性,且随初始含水率的增加软化性逐增;当初始含水率为44.3%时,试样的应力应变关系曲线波动较大。含蜡率为60%时,试样的内摩擦角最大,黏聚力最小,含蜡率为33.3%时,结果相反;试样的内摩擦角随初始含水率的增大逐渐减小。3.此外本文对不同条件下试样的破坏形态进行总结,三轴试验中试样的破坏形态可分为上部、中部、下部挤压破坏和典型剪切带破坏,纯蜡条件下,钢珠试样的破坏位置随理论孔隙比的增加由下部向上部移动;不同含蜡率下,较低围压下主要为剪切带破坏,较高围压下以挤压破坏为主;不同含水率下,上部挤压破坏主要在含水率较低试样中;直剪试验中试样的破坏形态都表现典型的剪切面破坏形式。4.对比前人研究内容,本文的创新点在于采用蜡和膨润土混合作为胶结材料,排除了与水相关的一系列复杂因素的影响,通过控制蜡的固、液态,方便骨架颗粒的提取,使得骨架颗粒可以重复使用,保证试样的均一性。此外,本文整理了系统的试验数据,为后续的定量分析、数值模拟等提供了很好的参考价值。
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【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU43

【参考文献】