文摘

为了保证垂直旋转灌注桩承载力的岩溶地区,填充,像沙子,等等,是常用的内钢套管和外钢套管之间;在外层钢套退出或垂直荷载应用于桩的顶部,沙子将,接触,相互推动,导致recrushing;因此,剪切特性和二次破碎是一个有意义的问题,研究不同砂密度的影响。通过实验直接剪切试验,不同干密度,剪切应力与剪切位移曲线得到和内摩擦角进行了分析。结果表明,内摩擦角增加随着干密度的增加;更有趣的是,二次破损率也增加。比较数值2 d模型设置使用土坡,孔隙度较低的用于模拟大型干密度,得到了相似的结果,也就是说,随着干密度的增加,内摩擦角也会增加。

1。介绍

一个超级大型桥梁的桩基Guinan高速铁路采用的施工技术full-sleeve full-rotary螺旋桩。有两个钢袖子施工过程中的内部和外部。外钢套管必须退出。为了确保桩身垂直度,砾石是用来填补桩身和套管之间的差距。套管过程中提取、砾石是用来填补两者之间的差距。套管相对于桩的位移对碎石剪切的影响。在室内桩基模型试验、粗砂1.18 mm - 3.36 mm选择替代碎石。因此,有必要进一步探索的粗砂粒径的影响对桩基的稳定性,进行直接剪切试验(1,2这种粒径的粗砂)。通过剪切试验粗砂在不同干密度条件下,干密度的影响粗砂的内摩擦角和二次破碎进行了研究,并基于PFC数值模拟软件进行了比较和验证。

据李et al。3),通过建立数值模拟模型的沙质土壤,近似剪切带的厚度是粒子的平均直径的10.37倍。杨和李4)使用PFC3D模拟砂质土的剪切试验与不同形状的粒子和得出结论,不同形状的颗粒的剪切强度有明显影响。Lei et al。5)用离散单元软件系统地研究岩石破裂的原因和法律在冲压混合物。太阳(6]研究了标准砂的力学行为方面的直接剪切试验粒子形状、刚度、孔隙度和摩擦系数。徐et al。7)使用多个单元组成的超级粒子球模拟砂卵石土的直接剪切试验,研究了砂卵石土的抗剪性能。Sadek et al。8]PFC3D模拟土壤直剪试验和预测土壤剪切行为根据剪切应力和剪切位移。Zhang et al。9)用颗粒离散单元理论和土坡软件研究土石混合的剪切强度方面的岩石内容和粘结强度。贾et al。10]建立了直剪试验的模型soil-to-rock混合基于PFC3D软件和得出结论,石头的内容soil-to-rock混合物和岩性的石头对剪切强度有明显的影响。雪et al。11)使用土坡比较数值模拟试验和室内试验的结果分析的力学性能和应变硬化效应塌积的混合物,和两个测试的结论是一致的。

通过比较之前的研究(12- - - - - -14),发现很少有研究在二级破碎砂的剪切试验。本文比较了室内直剪试验与PFC数值模拟测试。发现实验砂的干密度影响内摩擦角和粒子破碎的价值,和破碎的增长趋势值显示了一个幂函数增加。

2。实验室直接剪切试验

2.1。试验材料和设备

剪切测试广泛应用于土力学的研究领域15,16和岩石力学17- - - - - -20.]。根据土的工程分类标准中指定的“岩土测试方法”21GB / t50123 - 2019年水利部颁发的中华人民共和国,粗砂为研究对象在该测试使用。粒子直径范围是1.18毫米到2.36毫米,如图1。进行直接剪切试验使用ZJ轴应变直剪仪(见图2)。仪器由一个计算机数据采集和处理系统和四剪切主体。剪切测试在不同垂直压力下实现由杠杆作用和剪切测试四个标本可以同时被执行。在工作操作中,计算机自动采集数控系统主要负责控制数据的输入,在剪切过程中,从而达到控制变量的影响。仪器可以控制剪切速率的选择,垂直载荷、直接剪切,重叠的环剪,等等。同时,它有能力收集和分析水平位移、垂直位移、剪切应力、剪切时间、运动频率和剪切过程中的其他值并绘制图像自动。的主要部分直接剪切主要由水平加载系统,垂直加载杆系统,上下剪切框,数据采集设备等。剪切盒圆柱直径61.8毫米,高度20毫米,分为上下两层。具体的技术参数如下:最大竖向荷载400 kPa;最大水平剪切力是1.2 kN;自动控制剪切率是2.4,0.8,0.1,和0.02毫米/分钟;杠杆比率是1:12。

2.2。实验方案

为了研究不同干密度下粗砂的剪切特性,粗砂的干密度是衡量固定体积法和振动台法。结果如表所示1。通过直接剪切试验六种粗砂不同干密度,每一组适用于垂直压力通过加载不同数量的权重。同一组的垂直压力测试100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa。剪切率是0.8毫米/分钟。这个实验进行了严格按照的要求直接剪切试验的一部分“公路工程测试方法的土壤”运输部颁发的中华人民共和国(22]。(1)选择的粗砂颗粒直径1.18毫米和2.36毫米之间放入烤箱烤干燥6小时(2)上下剪切盒安装,干粗砂(75克)涌入剪切盒。硬木块放置在样品的表面,,手轻轻使样品达到所需的干密度,然后,硬木块删除(3)应用100 kPa, 200 kPa, 300 kPa,和400 kPa在垂直位置剪加载;直接剪切试验完成后,使用1.18 mm筛和称量重量粒径小于1.18毫米

首先,粗砂的颗粒直径1.18毫米和2.36毫米之间放入烤箱烘焙干燥6小时。然后,上下剪切盒安装,75克干测试砂重和涌入剪切盒。硬木块放置在样品的表面,,手轻轻地样本满足所需的干密度,然后,硬木块删除。最后,垂直载荷100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa安装在顶部的剪切。完成后直接剪切试验,实验在这四个垂直负载下砂与1.18毫米屏幕上放映,和重量重粒径小于1.18毫米。

3所示。直接剪切试验结果的分析

剪切stress-shear位移的关系曲线,得到了六种不同干密度根据室内直剪试验,如图3在下面。

根据剪切stress-shear位移关系曲线如图3,它可以发现实验的剪切强度沙子垂直压力的增加而增加。在试样的初始阶段剪切,剪切应力随剪切位移的增加急剧增加,和这种变化逐渐减少与测试。当剪切应力达到峰值,剪切stress-shear位移关系曲线变得光滑和斜率接近0。

3.1。不同干密度对内摩擦角的影响

使用峰值剪应力图3针对摩尔-库仑强度理论,并给出了六组下的内摩擦角和凝聚力的干密度可以计算,如表所示2在下面。这个测试中使用的沙子已经干在直剪试验之前,也没有粘土组件。因此,没有凝聚力。在下表中消极的凝聚力是由曲线拟合的误差引起的。

根据表中的数据2以上,内部摩擦angle-dry密度曲线可以通过干密度作为纵坐标和横坐标的内摩擦角,如图4在下面。

在分析了增长趋势图4,可以得出结论:粗砂内摩擦角的增加逐渐随干密度的增加。拟合后的散点图,结果表明,增长趋势基本显示了一个线性增长。然而,当接近最大的干密度、内摩擦角的增加趋势减缓。随着干密度的增加,粒子之间的差距会越来越小,和积累将会更加紧凑。颗粒之间的接触面积也将增加,从而增加了摩擦力和内摩擦角。当干密度接近最大的干密度,粒子逐渐接近极限状态之间的亲密关系。内摩擦角的增加也出现一个缓慢的状态。

3.2。不同干密度对压碎值的影响

压碎值是一个比描述粒子破碎的程度。每组剪切测试完成后,测试中使用的砂在不同垂直压力下筛选,和屏幕的孔径是1.18毫米。检查完成后,质量屏幕中残留的沙子重。摘要压碎值被定义为粒子质量的比值差异之前和之后测试前的粒子质量测试,也就是说,

其中,代表粒子的质量测试和之前筛选后表示粒子的质量。

根据上面的公式,每个垂直压力的压碎值在不同干密度计算,如表所示3。

以粒子的压碎值为纵坐标和干密度作为横坐标,干密度和压碎值之间的关系曲线拟合得到的压碎值的散点图的不同干密度,如图5在下面。

从图可以得出结论5的粒子破碎不同干密度下是不同的。干密度越大,样品的破碎程度越大。和压碎值的增加幅度不同干密度下也增加。随着干密度的增加,粒子之间的差距越来越小,标本的简洁性也越来越大。试样在剪切过程中收到的阻力也增加。因此,粒子破碎的程度在外力的作用下增加,和破损值也增加。

3.3。打破不同垂直压力值的影响

根据表中的数据3以垂直压力为横坐标,粒子的压碎值为纵坐标,压碎值之间的关系曲线和垂直压力,如图6在下面。

从图可以得出结论6颗粒的破碎程度增加而增加的垂直压力。然而,当垂直压力是恒定的增加,压碎值的变化范围比较大。在每组的测试中,400 kPa垂直压力的压碎值变化范围比前几个压力。变化范围尤其明显的样品时最大的干密度。在相同干密度下,垂直压力的增加将减少颗粒之间的孔隙比,以及粒子之间的联系更加密切。因此,剪切过程中颗粒之间的摩擦面积会增加,和压碎值与增加破碎程度也会增加。

4所示。PFC数值模拟

4.1。PFC数值模拟模型

这个数值模拟测试使用土坡伊公司开发的软件进行分析(23,24]。为了使数值模拟测试更好地配合室内剪切试验,剪切框的宽度和高度模拟土坡的数值模拟是61.8毫米和20毫米,分别共有435个粒子生成。模拟粒子直径是1.18毫米和2.26毫米之间。在这个模拟试验,通过不同干密度控制颗粒之间的孔隙度。当粒子的范围是固定的,孔隙度越小,干密度越大。这个数值模拟测试中设置的孔隙度是0.18,0.16,0.14,0.12,0.10和0.08。

墙上的命令是用于生成模拟试验的剪切盒然后生成测试颗粒剪切盒内。粒子的最大直径是2.26毫米,最小直径是1.18毫米。粒子的密度为2.58克/厘米³。在剪切试验,进行了颗粒之间的摩擦,所以摩擦系数粒子的模型试验为0.5时联系。之后,在垂直方向是模拟的压力控制上、下表面的垂直运动的样本,和伺服加载进行垂直方向的压力恒定的剪切过程中。最后,将剪切盒并启动直接剪切试验。数值模拟模型如图7。根据体积弹性理论,粒子之间的接触刚度10⁸N / m和10⁹N / m,当切向刚度的比值正常是1到3,该模型具有良好的收敛性(25]。调整后,正常的刚度值 ,切向刚度值 ,和两者之间的比率是2。微观参数如表所示4在下面。

4.2。PFC数值模拟试验结果的分析

测试PFC数值模拟得到的数据测试,剪切应力之间的关系曲线和剪切位移的数值模拟测试策划,这是与室内直剪试验数据。通过比较分析,PFC数值模拟的实验结果基本上是一致的室内直剪试验,结果和曲线的趋势基本上是一致的,表明数值模拟的效果是理想的。这个数字8显示了剪切stress-shear位移曲线比较图之间的数值模拟试验和室内直接剪切试验在不同垂直压力,干密度为1.55克/厘米³作为一个例子。实验室的结果直接剪切试验和数值模拟试验比较表5在下面。

每个垂直压力的峰值剪应力在PFC数值模拟测试不同孔隙率下表所示6。然后,根据针对摩尔-库仑强度理论,剪切应力和峰值内摩擦角在不同峰值计算和比较图的内部摩擦angle-dry密度曲线之间的室内测试和PFC数值模拟测试,如图9。

通过比较峰值剪应力的PFC数值模拟试验与室内直接剪切试验,发现剪切应力峰值的PFC数值模拟测试通常是低于室内直接剪切试验。这一现象的原因是颗粒破碎过程中室内直剪试验,这些破碎的粒子进入差距大粒子和大粒子通过垂直压力的影响,导致样品的孔隙度减少,颗粒之间的接触面积的增加。因此,剪切应力峰值将略高于PFC数值模拟的测试。同时,剪应力峰值的PFC数值模拟试验显示了上升趋势相同的垂直压力和不同干密度。在这六组干密度测试,干密度的增加会影响内部摩擦的增加。然而,拟合曲线的斜率之间的内摩擦角PFC数值模拟试验和干密度略低于室内剪切试验,但总的趋势是一致的。在前一组实验中,当干密度相同的值增加,内摩擦角变化很大。当干密度方法最大的干密度、内摩擦角的增加趋势减缓。

5。结论

基于实验的直接剪切试验、剪切特性进行了详尽的研究和比较数值模型提出使用土坡;是得出以下结论:(1)通过直接剪切试验,发现不同干密度下粗砂的内摩擦角与干密度的增加会增加;这一趋势将会缓慢而干密度达到一定值(2)随着干密度的增加,二次破碎率增加,在正常的压力有明显的影响;随着干密度的增加,这种趋势变得更大(3)土坡数值模拟试验的结果呈现类似的趋势与实验相比直接剪切试验。的峰值剪应力数值模拟是略低于实验结果;同时,并非显而易见的一个趋势是发现通过对数值结果的分析

数据可用性

在研究过程中使用的所有数据和模型生成或出现在提交文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由株洲湖南省自然科学基金会的合作项目(2022号jj50087)。