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粉煤灰稳态变形特性的试验研究

冀彦卓  
【摘要】:稳态变形是指任何颗粒物体在常体积、常法向有效应力、常剪切应力、常速度时的一种连续变形状态。只有当所有颗粒都发生破坏、且都达到定向排列的完全稳定状态时稳态变形才达到。稳态变形获得的稳态强度和稳态线是用来评价饱和无粘性土体稳定性的一种重要指标。现阶段对饱和无粘性土的稳态变形特性还不能说是了解的很全面,很多问题尚没有定论。 本文在对粉煤灰材料进行常规的颗粒分析、比重、相对密实度试验基础上着重进行了大应变静力三轴剪切试验,分析了在不同试验条件下应力-应变特性,提出了粉煤灰材料和福建标准砂的稳态强度、稳态线。着重研究了周围压力、剪切排水条件、初始相对密实度对粉煤灰稳态变形特性的影响;对比研究了不同粒径组粉煤灰材料的稳态性状,考察了平均粒径对粉煤灰稳态变形特性的影响;在相同初始相对密实度情况下探讨了粉煤灰与福建标准砂稳态性状的区别。 本文的三轴试验是利用应变控制式三轴仪完成的,试验中控制粉煤灰的初始装样密实度为20%、30%、45%和60%;控制配制灰的初始装样密实度为20%;控制福建标准砂的初始装样密实度为20%、30%。试验中控制的的初始固结围压包括40、70、100、150、200、300、400、500kPa等8种,但各组试样的固结围压不尽相同,依试验需求而定。采用干装法成样,利用通二氧化碳后再通水的方法饱和。试样的剪切速率控制为:CU试验,0.4mm/min;CD试验为0.166mm/min。试验一直进行到试样的轴向应变达到35%~50%为止。 研究发现排水条件不影响稳态线的形状和位置,而初始相对密实度则影响e-lgσ′_3平面内稳态线的位置,初始相对密实度越高则稳态线的位置越低。均匀程度相近的粉煤灰,其平均粒径对稳态线也有明显影响,平均粒径越小稳态线位置越低。本文还发现,对于CU试验来讲,如果试样轴向应变发展到某一水平后,孔隙水压力就不再发生变化,那么同时有效围压将保持常量,于是无论是否能在试验中观察到稳态变形,都可以绘制出e-lgσ′_3平面内唯一的稳态线。对于粉煤灰试样CD试验则通常都出现了较明显的稳态变形状态。


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