發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 21:37

　　 隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè),我國西南地區(qū)機(jī)場建設(shè)快速發(fā)展,規(guī)模不斷擴(kuò)大,形成了眾多超高填方邊坡,如重慶江北國際機(jī)場擴(kuò)建工程最大填方高度達(dá)到130 m。填方過程中,土石混合料因其良好的工程特性被廣泛作為填方材料。在土石混合料的強(qiáng)度特性中,剪切特性是控制高填方邊坡變形和穩(wěn)定性的重要物理力學(xué)參數(shù),且在高填方邊坡中,高應(yīng)力作用下土石混合料顆粒破碎問題真實(shí)存在,并將對(duì)其剪切特性產(chǎn)生顯著影響,對(duì)考慮顆粒破碎的土石混合料開展剪切特性研究將對(duì)西南地區(qū)機(jī)場建設(shè)過程中的高填方邊坡穩(wěn)定性及地基不均勻沉降問題具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)際意義。本文依托于重慶江北國際機(jī)場四期擴(kuò)建工程,針對(duì)考慮顆粒破碎的土石混合料剪切特性開展研究。通過現(xiàn)場槽探及大型室內(nèi)直剪試驗(yàn),獲取土石混合填料的基本物理力學(xué)特性;通過PFC2D內(nèi)置FISH語言的二次開發(fā),構(gòu)建考慮顆粒破碎的隨機(jī)多邊形塊石土石混合料顆粒離散元數(shù)值模型;探討含石量對(duì)土石混合料剪切特性的影響,揭示直剪試驗(yàn)過程中的塊石破碎特征;構(gòu)建多尺度數(shù)值直剪試驗(yàn)?zāi)Ｐ?探討塊石尺寸、塊石形狀、顆粒級(jí)配及初始孔隙率對(duì)土石混合料剪切特性及顆粒破碎程度的影響規(guī)律。主要研究成果如下:(1)首先,通過室內(nèi)大型直剪試驗(yàn)及篩分試驗(yàn)揭示了不同含石量、不同塊石巖性的土石混合料剪切特性及破碎特征。結(jié)果表明,隨含石量增大,土石混合料剪切曲線由應(yīng)變硬化型發(fā)展為塑性應(yīng)變型,最終發(fā)展為應(yīng)變軟化型;隨塊石單軸抗壓強(qiáng)度增大,土石混合料剪切曲線由應(yīng)變軟化型發(fā)展為應(yīng)變硬化型。隨著法向應(yīng)力增大,剪切后土石混合料細(xì)顆粒成分增加,粗顆粒成分減小,中間粒徑顆粒成分波動(dòng)變化。隨著含石量增大,顆粒破碎現(xiàn)象越普遍,顆粒級(jí)配曲線變化也越大;塊石的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量越大,越不易破碎,土石混合料顆粒破碎程度越小。(2)基于室內(nèi)大型直剪試驗(yàn),以土石混合填料粒度成分及塊石形態(tài)統(tǒng)計(jì)規(guī)律為依據(jù),通過對(duì)PFC2D中FISH語言的二次開發(fā),構(gòu)建了能夠真實(shí)描述土石混合料形態(tài)特征并準(zhǔn)確反映剪切過程中顆粒破碎特征的土石混合料顆粒離散元數(shù)值模型。利用Cluster顆粒簇實(shí)現(xiàn)了粒徑大于5mm的隨機(jī)多邊形塊石的隨機(jī)破碎過程,能夠較好地反映塊石的破碎效應(yīng)。利用單軸壓縮試驗(yàn)和室內(nèi)直剪試驗(yàn)對(duì)土石混合料顆粒流模型的微觀參數(shù)進(jìn)行試算標(biāo)定,最終選定能夠較好地體現(xiàn)土石混合料剪切特性及塊石破碎特征的微觀參數(shù)。(3)通過數(shù)值直剪試驗(yàn),探討考慮塊石破碎的土石混合料剪切特性,重點(diǎn)揭示了含石量對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及塊石破碎率的影響規(guī)律,并從微觀角度對(duì)土石混合料剪切過程中剪切面的演化規(guī)律進(jìn)行分析。土石混合料剪切過程可明顯劃分為彈性變形階段、局部剪切階段、剪切破壞階段、殘余變形階段4個(gè)階段。含石量越高,土石混合料抗剪強(qiáng)度越高,在200kPa~800kPa法向應(yīng)力范圍內(nèi)基本符合摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則。剪切過程中塊石的破碎形式按照破碎的嚴(yán)重程度可歸納為表面研磨、局部破碎、完全破裂、完全破碎4種方式。為定量分析粒徑大于5mm的塊石剪切后的破碎程度,以Hardin相對(duì)破碎率B_r為基礎(chǔ),提出塊石相對(duì)破碎率B_(r-5)這一破碎指標(biāo),B_(r-5)隨含石量和法向應(yīng)力的增大而增大,擬合得到含石量為P_5的土石混合料在法向應(yīng)力σ_n作用下的B_(r-5),可對(duì)實(shí)際工程中不同工況下的土石混合料破碎情況進(jìn)行大致預(yù)測。土石混合料最終剪切面并非光滑平面,而是偏離預(yù)設(shè)剪切面出現(xiàn)“剪斜”現(xiàn)象,隨含石量增大,剪切面起伏程度更大,剪斜現(xiàn)象更明顯。(4)構(gòu)建多尺度數(shù)值直剪試驗(yàn)?zāi)Ｐ?探討塊石尺寸、塊石形狀、顆粒級(jí)配及初始孔隙率四個(gè)內(nèi)在因素對(duì)土石混合料剪切特性及顆粒破碎程度的影響。土石混合料抗剪強(qiáng)度隨塊石尺寸增大而增大,且此差異性隨法向應(yīng)力增加有增大趨勢;隨著塊石粒徑增大,B_(r-5)逐漸增大。塊石形狀對(duì)土石混合料抗剪強(qiáng)度無明顯影響,但隨著塊石渾圓度增大,B_(r-5)將減小。顆粒級(jí)配越均勻,顆粒間接觸越完全,咬合也越緊密,抗剪強(qiáng)度越高;隨著試樣顆粒級(jí)配趨于良好,B_(r-5)逐漸減小。初始孔隙率對(duì)土石混合料抗剪強(qiáng)度無明顯影響;隨著試樣初始孔隙率增大,塊石顆粒周圍的接觸點(diǎn)數(shù)相對(duì)越少,接觸點(diǎn)處的應(yīng)力將越大,B_(r-5)呈現(xiàn)增大趨勢。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V351.1
【部分圖文】：

因此將土石混合料劃分為一類新的巖土介質(zhì)體系，并建立相應(yīng)的物理指標(biāo)和強(qiáng)度特性體系是高填方工程建設(shè)的需要，也是土力學(xué)和巖石力學(xué)縱深發(fā)展的必然趨勢。土石混合料高填方邊坡存在的主要工程地質(zhì)問題是填方邊坡的穩(wěn)定性及地基不均勻沉降問題，如圖 1.2 四川攀枝花機(jī)場 12#滑坡使機(jī)場一度停航，而目前關(guān)于高填方邊坡穩(wěn)定性的理論研究和高填方地基差異沉降的控制研究多局限于室內(nèi)小尺寸試驗(yàn)及對(duì)其他相似工程經(jīng)驗(yàn)的借鑒，與實(shí)際工程的需要尚有一定距離。在土石混合料的強(qiáng)度特性中，剪切特性是控制高填方邊坡變形和穩(wěn)定性的重要物理力學(xué)參數(shù)[7, 8]。在高填方邊坡中，由于土石混合料中土石比例對(duì)其抗剪性能影響較大，因此必須考慮填方時(shí)的顆粒破碎現(xiàn)象，尤其是高應(yīng)力區(qū)域，顆粒破碎率較高時(shí)，填料的土石比例發(fā)生較大改變，其抗剪性能也會(huì)受到很大影響，重慶江北機(jī)場擴(kuò)建填筑過程中塊石破碎現(xiàn)象見圖 1.3。因此，對(duì)土石混合料開展考慮顆粒破碎的剪切特性研究將對(duì)西南地區(qū)機(jī)場建設(shè)過程中的高填方邊坡穩(wěn)定性及地基不均勻沉降問題具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)際意義。

因此將土石混合料劃分為一類新的巖土介質(zhì)體系，并建立相應(yīng)的物理指標(biāo)和強(qiáng)度特性體系是高填方工程建設(shè)的需要，也是土力學(xué)和巖石力學(xué)縱深發(fā)展的必然趨勢。土石混合料高填方邊坡存在的主要工程地質(zhì)問題是填方邊坡的穩(wěn)定性及地基不均勻沉降問題，如圖 1.2 四川攀枝花機(jī)場 12#滑坡使機(jī)場一度停航，而目前關(guān)于高填方邊坡穩(wěn)定性的理論研究和高填方地基差異沉降的控制研究多局限于室內(nèi)小尺寸試驗(yàn)及對(duì)其他相似工程經(jīng)驗(yàn)的借鑒，與實(shí)際工程的需要尚有一定距離。在土石混合料的強(qiáng)度特性中，剪切特性是控制高填方邊坡變形和穩(wěn)定性的重要物理力學(xué)參數(shù)[7, 8]。在高填方邊坡中，由于土石混合料中土石比例對(duì)其抗剪性能影響較大，因此必須考慮填方時(shí)的顆粒破碎現(xiàn)象，尤其是高應(yīng)力區(qū)域，顆粒破碎率較高時(shí)，填料的土石比例發(fā)生較大改變，其抗剪性能也會(huì)受到很大影響，重慶江北機(jī)場擴(kuò)建填筑過程中塊石破碎現(xiàn)象見圖 1.3。因此，對(duì)土石混合料開展考慮顆粒破碎的剪切特性研究將對(duì)西南地區(qū)機(jī)場建設(shè)過程中的高填方邊坡穩(wěn)定性及地基不均勻沉降問題具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)際意義。

圖 2.2 庫倫強(qiáng)度定律Figure 2.2 Coulomb’s law of strength設(shè)備種介于均質(zhì)土體與裂隙巖體之間的特殊地質(zhì)材》（JTG E40-2007），本文以 5mm 作為土石的量稱為含石量 P5，這一土石閾值已被較多學(xué)者驗(yàn)規(guī)程[91]規(guī)定，對(duì)土石混合料進(jìn)行室內(nèi)直剪試徑之比不應(yīng)小于 5，本文中試件尺寸高度×直粒徑應(yīng)不大于 80mm，本次試驗(yàn)取最大粒徑 6粘土、砂巖塊石、泥巖塊石和泥質(zhì)砂巖塊石四
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2875383