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土石混合体的变形特性试验研究

李兴瑞  
【摘要】:土石混合体是一种特殊的地质体,在大自然中有着相当广泛的分布。随着近些年来大量的房屋建筑和公路、桥梁隧道等工程的兴建,人们开始越来越多的接触这种地质体。土石混合体具有一定的不均匀性和不确定性,而由于目前对这种地质体的特点和工程指标了解匮乏,处理的方法往往偏于保守。因此研究其物理力学性质和变形特性具有重要的理论意义和工程价值。 大连理工大学岩土与环境力学实验室自主开发研制了液压加载方式的土工动静三轴试验仪,并在前表面变形测量系统的基础上自主研发了基于亚像素角点识别的三轴试验试样全表面变形测量系统。通过增置一组平面镜,用一台数字摄像机实现了圆柱体土样360度全表面的变形测量,使后期数据处理和研究工作的拓展更加清晰和直观,为研究土体变形特点提供了一种全新、精确和有效的测量手段。 试验用混合土料由ISO标准砂和产于大连周边的石灰石矿块石混合制备而成,使用基于数字图像测量技术的动静三轴试验仪作为加载设备进行单轴剪切试验。试验设定加载速率、围压和含石量为影响因素,结果表明这三种试验条件的改变都会带来土体承载能力的改变,其中含石量还是使土体变形机理发生改变的重要原因。伴随着含石量的下降,土石混合体破坏形式会由鼓胀破坏过渡为剪切破坏。首先从细观角度分析,土石混合体由充当“骨架”的块石和充当“填充物”的砂土共同组成,具有较强的结构性。土体变形的过程实际上是颗粒排列方式不断重组的过程,在这个过程中块石和砂土各自以不同的方式承担着荷载。 本文还根据含石量的不同,将土石混合体划分为类石、类石土以及类土三种形态,并通过对比13%、14%和15%三种含石量的试验结果,提出了一种以全表面变形测量方法为基础,通过对比应力应变关系曲线确定类石土下限的界定方法。此外,应力跳跃是发生在试样破坏过程中的一种特殊现象,跳跃点出现具有随机性,没有明显预兆。通过分析试验数据指出,单位体积内存在大量的块石会导致局部应力集中现象,并且必然会出现应力跳跃现象。


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