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珊瑚砂砾三轴试验尺寸效应研究

黄孝芳  
【摘要】:珊瑚砂砾是一种由海洋生物残骸经过长期的物理、生物、化学作用形成的特殊岩土材料,主要分布在热带、亚热带海区。目前,对珊瑚砂砾剪切特性的研究已经取得了阶段性成果,但试验样品多为级配良好的珊瑚砂,研究中往往忽略了珊瑚砂砾尺寸效应所带来的影响。而颗粒级配不均匀、形态不规则恰好是珊瑚砂砾有别于陆源砂的显著特点,因此珊瑚砂砾的尺寸效应研究对于其剪切强度变形特性的认知更具科学意义和实用价值。本文以不同颗粒尺寸的珊瑚砂砾为研究对象,通过开展室内三轴压缩试验,系统揭示珊瑚砂砾的颗粒粒径尺寸效应、试样尺寸效应及其对力学性质的影响。本文的主要内容及成果如下:(1)对珊瑚砂砾基本物性参数进行测试分析,结果表明,颗粒筛分法测试珊瑚砂砾级配时最佳振筛时间宜控制在15~20min;基于气体置换原理的真密度仪可准确、可靠地获得高孔隙率珊瑚砂砾的比重;珊瑚砂砾的最小干密度随粒径增大而减小,最大干密度在粒径0.5-2.0mm时出现谷值,向小粒径和大粒径发展均呈增大趋势。(2)开展了细砂、中砂、粗砂、细砾四个粒径组不同相对密实度珊瑚砂砾的三轴固结不排水压缩试验。试验结果表明,细砂出现较明显的应变软化现象,随着粒径的逐渐增大,应力-应变关系曲线逐渐从应变软型向应变硬化型发展;孔压响应表明,粒径增大时珊瑚砂砾的剪胀性逐渐减弱;四个粒径组珊瑚砂砾的有效应力路径曲线发展规律基本一致,粒径增大,临界状态线主应力比M值逐渐增大,表明珊瑚砂砾的临界状态线位置受颗粒尺寸效应的影响。(3)针对同一相对密实度,开展了不同试样尺寸的珊瑚砂砾三轴固结不排水压缩试验,揭示了珊瑚砂砾的试样尺寸效应及其规律。研究结果表明,不同尺寸大小的珊瑚砂砾试样其应力-应变关系曲线相似,应变硬化和应变软化的类型不随试样尺寸变化而发生改变;珊瑚砂砾的似黏聚力随着试样尺寸的增大而逐渐减小,内摩擦角的变化幅度很小;随着试样尺寸的增大,临界状态线斜率M逐渐减小。(4)基于珊瑚砂砾的颗粒粒径尺寸效应和试样尺寸效应,本文给出了不同相对密实度、不同粒径尺度、不同试样尺寸下珊瑚砂砾的似黏聚力和内摩擦角的取值范围,有效性得到了已有成果的验证,为工程现场快速研判不同性状珊瑚砂砾的基本强度参数指标提供了重要参考。


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