【摘要】：開(kāi)展粗粒石英砂的破碎特性和力學(xué)性能的研究，對(duì)于正確預(yù)測(cè)和有效控制石英砂墊層地基的安全與穩(wěn)定具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際工程意義。本文通過(guò)對(duì)粗粒石英砂進(jìn)行不同固結(jié)壓力下的三向等壓固結(jié)試驗(yàn)，并對(duì)固結(jié)后的石英砂顆粒破碎特性分別利用掃描電鏡觀測(cè)和分維指標(biāo)進(jìn)行了定量研究；另一方面利用常規(guī)三軸試驗(yàn)對(duì)固結(jié)后的粗粒石英砂的抗剪強(qiáng)度力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并分析了剪切破壞后石英砂的顆粒破碎特性。對(duì)粗粒石英砂的破碎特性和力學(xué)性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。本文研究工作及獲得的成果如下。 （1）對(duì)粗粒石英砂進(jìn)行了5MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa等5級(jí)固結(jié)壓力的三向等壓固結(jié)試驗(yàn)，并對(duì)固結(jié)試驗(yàn)后的石英砂進(jìn)行了顆粒破碎分析，得到了每級(jí)固結(jié)壓力下，石英砂的顆粒級(jí)配曲線。根據(jù)級(jí)配曲線，計(jì)算了顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）及相對(duì)破碎率（Br）。結(jié)果表明：隨著固結(jié)壓力的增加粗粒石英砂的顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）和相對(duì)破碎率（Br）逐漸增大。 （2）對(duì)固結(jié)試驗(yàn)后的石英砂進(jìn)行了圍壓（σ_3）為0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa的常規(guī)三軸試驗(yàn)，對(duì)其抗剪強(qiáng)度特性進(jìn)行了研究，并對(duì)剪切破壞后的石英砂進(jìn)行了顆粒破碎分析，得到相關(guān)的顆粒級(jí)配曲線。根據(jù)級(jí)配曲線計(jì)算得到顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）及相對(duì)破碎率（Br）。結(jié)果表明：石英砂的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值隨固結(jié)壓力的增加而增大，且呈較好的線性關(guān)系；其中內(nèi)摩擦角的增加幅度相對(duì)較大，內(nèi)聚力的增加幅度相對(duì)較小；在相同固結(jié)壓力下，石英砂的顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）及相對(duì)破碎率（Br）隨圍壓（σ_3）的增加，無(wú)明顯的變化規(guī)律。 （3）利用掃描電鏡對(duì)三向等壓固結(jié)試驗(yàn)后的石英砂顆粒進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)分析。發(fā)現(xiàn)石英砂在不同固結(jié)壓力作用下，隨著固結(jié)壓力的增加，石英砂顆粒不斷破碎，顆粒變得越來(lái)越細(xì)，但顆粒之間的粘聚力卻越來(lái)越大。由此，進(jìn)一步驗(yàn)證了石英砂的抗剪強(qiáng)度隨著固結(jié)壓力的增加逐漸增大的分析結(jié)果。 （4）利用表征粒徑體積分布特征的土體分形模型，結(jié)合粗粒石英砂在三向等壓固結(jié)試驗(yàn)后的顆粒級(jí)配曲線和常規(guī)三軸試驗(yàn)后的顆粒破碎級(jí)配曲線，計(jì)算了石英砂顆粒破碎的分維數(shù)。結(jié)果表明：三向等壓固結(jié)試驗(yàn)后的粗粒石英砂的分維數(shù)隨著固結(jié)壓力的增加而增加；在相同固結(jié)壓力下，剪切破壞后的石英砂的分維數(shù)隨著圍壓（σ_3）的增加而增加。 （5）經(jīng)過(guò)綜合分析，石英砂的相對(duì)破碎率，，分維數(shù)以及所受的固結(jié)壓力之間存在一定的關(guān)系：三向等壓固結(jié)試驗(yàn)中隨著固結(jié)壓力的增加，粗粒石英砂的相對(duì)破碎率（Br）及分維數(shù)增加，并發(fā)現(xiàn)分維數(shù)與顆粒的相對(duì)破碎率兩者有很好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R為0.957。說(shuō)明分維數(shù)D與Br之間有著某種客觀上的聯(lián)系，從而將分維數(shù)D作為一種度量顆粒破碎量化指標(biāo)的合理性；常規(guī)三軸試驗(yàn)分維數(shù)隨著圍壓（σ_3）的增加而增加。
【圖文】：

試驗(yàn)前石英砂試樣

11圖 2-2 石英砂初始級(jí)配曲線驗(yàn)儀器向等壓固結(jié)試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置是在成都理工大學(xué)引進(jìn)的 MTS8巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（如圖 2-3 所示）的基礎(chǔ)上配套開(kāi)發(fā)研制的三軸系載控制系統(tǒng)是地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和成備有限公司共同開(kāi)發(fā)研制而成。主要由如圖 2-3 所示的三軸圍壓室壓系統(tǒng)和三軸壓力加載系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)控制穩(wěn)定，精度高，可進(jìn)及三軸加、卸載試驗(yàn)。圍壓可施加范圍為 0-100MPa，利用該系統(tǒng)的三軸試驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TU521.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2557169