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Dynamic failure process of expanded polystyrene particle lightweight soil under cyclic loading using discrete element method

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Earthquake Engineering and Engineering Vibration 2024年第4期23卷 815-828页

作者： Zhou Wei hou tianshun Chen Ye Wang Qi Luo Yasheng Zhang Yafei College of Water Resources and Architectural Engineering Northwest A&F UniversityXianyang 712100China Xi’an Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China Hanjiang to Weihe River Valley Water Diversion Project Construction Co. Ltd.Xi’an 710011China

Expanded polystyrene(EPS)particle-based lightweight soil,which is a type of lightweight filler,is mainly used in road *** stability of subgrades under dynamic loading is attracting increased research *** traditional method for studying the dynamic strength characteristics of soils is dynamic triaxial testing,and the discrete element simulation of lightweight soils under cyclic load has rarely been *** study the meso-mechanisms of the dynamic failure processes of EPS particle lightweight soils,a discrete element numerical model is established using the particle flow code(PFC)*** contact force,displacement field,and velocity field of lightweight soil under different cumulative compressive strains are *** results show that the hysteresis curves of lightweight soil present characteristics of strain accumulation,which reflect the cyclic effects of the dynamic *** the confining pressure increases,the contact force of the particles also *** confining pressure can restrain the motion of the particle system and increase the dynamic strength of the *** the confining pressure is held constant,an increase in compressive strain causes minimal change in the contact force between soil ***,the contact force between the EPS particles decreases,and their displacement direction points vertically toward the center of the *** an increase in compressive strain,the velocity direction of the particle system changes from a random distribution and points vertically toward the center of the *** the compressive strain is 5%,the number of particles deflected in the particle velocity direction increases significantly,and the cumulative rate of deformation in the lightweight soil ***,it is feasible to use 5%compressive strain as the dynamic strength standard for lightweight *** element methods provide a new approach toward the dynamic performance evaluation of lightw

关键词： lightweight soil cyclic loading dynamic triaxial test discrete element method hysteresis curve

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刚性挡土墙后轻量土静止土压力特性模型试验研究

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 764-773页

作者：侯天顺张建成舒博西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

为了研究轻量土对挡土结构物的减压机理,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用重物堆载的方式在填土表面施加均布荷载,分析重塑黄土和轻量土作为墙后填土时的静止土压力分布规律。结果表明:轻量土在养护阶段的静止土压力随着时间增长... 详细信息

为了研究轻量土对挡土结构物的减压机理,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用重物堆载的方式在填土表面施加均布荷载,分析重塑黄土和轻量土作为墙后填土时的静止土压力分布规律。结果表明:轻量土在养护阶段的静止土压力随着时间增长而逐渐增大,但增幅逐渐降低。重塑黄土和轻量土的静止土压力随着填土深度增加近似线性增大,并且静止土压力随着加载而逐渐增大,其中重塑黄土的增幅明显偏大。对比重塑黄土和轻量土的静止土压力,发现轻量土具有明显的减压作用,且填土表面均布荷载越大,轻量土的减压效果越好。重塑黄土和轻量土的静止土压力系数均不是常数,其中重塑黄土静止土压力系数为0.34~0.78,轻量土静止土压力系数为0.22~0.55。当填土表面作用均布荷载时,传统理论在计算重塑黄土静止土压力方面适用性较高,但轻量土计算误差较大。结合模型试验以及传统理论,提出了适用于轻量土的静止土压力修正公式,对比发现其相对误差总体上介于1.01%~23.13%。通过模型试验和理论计算揭示了轻量土的静止土压力特性,对于完善轻量土土压力理论具有重要意义。

关键词：轻量土静止土压力静止土压力系数修正公式模型试验

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棉纤维加筋土无侧限抗压强度试验研究

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水力发电学报 2018年第2期37卷 12-21页

作者：刘建龙侯天顺骆亚生西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

为研究棉纤维加筋土的强度和变形特性,对加筋量为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%和3.0%,加筋长度为1.25 cm,2.50 cm,3.75 cm和5.00 cm,加筋方式为纤维随机分布、成层十字交叉分布和成层单向分布的加筋土开展无侧限抗压强度试验。试验结果表明... 详细信息

为研究棉纤维加筋土的强度和变形特性,对加筋量为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%和3.0%,加筋长度为1.25 cm,2.50 cm,3.75 cm和5.00 cm,加筋方式为纤维随机分布、成层十字交叉分布和成层单向分布的加筋土开展无侧限抗压强度试验。试验结果表明:纤维加筋土的无侧限抗压强度随加筋量的增加和加筋长度的增加呈先增大后减小的趋势,并由此确定最优加筋量和最优加筋长度为1.0%和2.50 cm;在最优加筋条件下,纤维随机分布加筋土的平均强度较素土增加了24.8%,成层十字交叉分布加筋土的平均强度与素土基本相同,成层单向分布加筋土的平均强度较素土降低了15.1%;加筋土的应力应变特性表现为应变硬化型;加筋土的平均变形模量随加筋量的增加和加筋长度的增加先增大后减小,变化范围是0.56~1.26 MPa。通过合理方式控制纤维在土体中的分布,使其和土中拉应力方向一致时可以更加有效地控制土体的径向变形,提高土体的无侧限抗压强度。

关键词：加筋土加筋量加筋长度加筋方式无侧限抗压强度应力应变特性

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聚苯乙烯(EPS)颗粒混合轻量土的动强度参数研究

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2019年第5期47卷 139-145,154页

作者：董理侯天顺骆亚生西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

【目的】探讨水泥用量、聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒用量和振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响,分析EPS颗粒混合轻量土的动强度参数特性,为EPS颗粒混合轻量土的推广使用提供参考。【方法】通过室内动三轴试验,以... 详细信息

【目的】探讨水泥用量、聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒用量和振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响,分析EPS颗粒混合轻量土的动强度参数特性,为EPS颗粒混合轻量土的推广使用提供参考。【方法】通过室内动三轴试验,以黄土作为原料土,在EPS颗粒用量为1.4,3.1,5.4,8.6,13.1,20.1 g/kg,水泥用量为100,150,200 g/kg的条件下制备不同原料用量EPS颗粒混合轻量土,设定固结应力为50,100,150和200 kPa,固结应力比K_c=1.0,振动次数为10,20,30,40,50,60,70,80,90和100,通过莫尔应力圆计算土体的总应力参数,采用5.0%压应变作为破坏标准选取相应的动强度,并分析水泥用量、EPS颗粒用量及振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响。【结果】当固结应力比K_c=1.0时,不同原料用量EPS颗粒混合轻量土的动强度包络线均不经过原点,且在剪应力轴存在一定的截距。当水泥用量一定时,随着EPS颗粒用量的增大,EPS颗粒混合轻量土的动黏聚力和动内摩擦角均有所减小,其中当振动次数为20,EPS颗粒含量由1.4 g/kg增大到20.1 g/kg时,动黏聚力减少43.39%,动内摩擦角减少并趋于0。当EPS颗粒用量一定时,随着水泥用量的增大,EPS颗粒混合轻量土的动黏聚力和动内摩擦角均呈增大趋势,其中当振动次数为20,水泥用量由100 g/kg增大到200 g/kg时,动黏聚力增大了54.07%,动内摩擦角增大了140.95%。【结论】水泥用量和EPS颗粒用量对EPS颗粒混合轻量土的动强度参数均有较大的影响,振动次数对动黏聚力影响较大而对动内摩擦角影响甚微,在分析土体稳定性时应充分考虑以上因素的影响。

关键词：轻量土 EPS颗粒动黏聚力动内摩擦角振动次数

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黄河三角洲新近沉积土动力学试验研究

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水利水电技术 2013年第12期44卷 82-84页

作者：杨秀娟侯天顺西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

通过对黄河三角洲新近沉积土进行的室内动三轴试验,总体分析了饱和粉土在循环荷载作用下孔隙水压力与应变的变化规律,认为可以把应变率5%作为黄河三角洲饱和粉土的破坏标准,为实际工程提供参考依据。

关键词：黄河三角洲动三轴试验孔隙水压力

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EPS颗粒混合轻量土无侧限抗压强度特性试验研究

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工程地质学报 2018年第6期26卷 1454-1462页

作者：裴振伟侯天顺骆亚生西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100

为研究EPS颗粒混合轻量土的密度、强度和变形特性,对不同水泥掺量、EPS颗粒掺量、含水率和龄期的轻量土进行密度无侧限抗压强度试验。试验配置轻量土无侧限抗压强度范围为103. 2～1359. 0 k Pa,且随水泥掺量的增大呈指数关系增大的趋势,... 详细信息

为研究EPS颗粒混合轻量土的密度、强度和变形特性,对不同水泥掺量、EPS颗粒掺量、含水率和龄期的轻量土进行密度无侧限抗压强度试验。试验配置轻量土无侧限抗压强度范围为103. 2～1359. 0 k Pa,且随水泥掺量的增大呈指数关系增大的趋势,随EPS颗粒体积比的增大而呈线性关系减小的趋势。在大于最优含水率情况下,含水率越高,无侧限抗压强度越低,两者为指数关系,而龄期的增长能够使得轻量土的无侧限抗压强度呈双曲线增大的趋势。EPS颗粒混合轻量土的应力-应变关系曲线主要表现为应变软化型,含水率和EPS颗粒体积比的增大会使得轻量土的应力-应变关系曲线逐渐向硬化型转化。水泥掺量和龄期的增大能够增强轻量土的脆性特征,增大刚度。而含水率和EPS颗粒体积比的增大则使得轻量土的延性特征增强,刚度减小。研究成果对实际工程应用具有参考价值。

关键词：轻量土密度无侧限抗压强度应力-应变关系破坏应变平均变形模量

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不同含水率条件下EPS颗粒轻量土蠕变特性试验研究

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工程地质学报 2017年第1期25卷 102-109页

作者：刘德方侯天顺 Sibel Pamukcu 西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 里海大学土木与环境工程系美国宾夕法尼亚州伯利恒市18015

为了得到轻量土路基中央部位在长期荷载作用下的蠕变规律,通过单向固结蠕变试验,分析了不同含水率EPS颗粒轻量土、素土在不同轴向压力下的蠕变特性。研究表明:固定其他因素,轴向压力越大,含水率越高,土样蠕变变形越大。轻量土加载1d基... 详细信息

为了得到轻量土路基中央部位在长期荷载作用下的蠕变规律,通过单向固结蠕变试验,分析了不同含水率EPS颗粒轻量土、素土在不同轴向压力下的蠕变特性。研究表明:固定其他因素,轴向压力越大,含水率越高,土样蠕变变形越大。轻量土加载1d基本上可以达到总变形的93%~98%,蠕变变形具有明显的衰减特征。轻量土是一种结构性土体,与素土蠕变机理完全不同。当轴向压力小于压缩屈服应力时,轻量土蠕变变形主要是孔隙闭合、水分的排出、固体颗粒移动的结果;当压力大于压缩屈服应力时,轻量土土样原有结构被破坏,EPS颗粒自身会被压缩。基于土体衰减蠕变特征,本文依据双曲线模型建立了轻量土经验蠕变模型,基本上可以反映路基中央部位轻量土的蠕变规律,经验模型适用于轻量土条件为轴向压力小于土体压缩屈服应力。试验与理论计算分析表明,轻量土固结特性优于素土,路基沉降在施工过程中就可以达到稳定,运营期间的工后沉降基本可以忽略。

关键词：轻量土含水率蠕变特性蠕变试验蠕变模型

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自钻式原位剪切旁压模型PFC^(3D)细观模拟

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地球科学（中国地质大学学报） 2015年第11期40卷 1922-1932页

作者：张亚飞徐光黎侯天顺胡焕忠西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国地质大学工程学院湖北武汉430074 武汉中交岩土工程有限责任公司湖北武汉430052

自钻式原位剪切旁压试验(self-boring in-situ shear pressure-meter)以其独特的多级加载方式,能够直接测出土体的强度和变形参数,然而,目前对探头周围土体变形机理研究较少.为揭示自钻式原位剪切旁压仪试验过程中测定器周围土颗粒变形... 详细信息

自钻式原位剪切旁压试验(self-boring in-situ shear pressure-meter)以其独特的多级加载方式,能够直接测出土体的强度和变形参数,然而,目前对探头周围土体变形机理研究较少.为揭示自钻式原位剪切旁压仪试验过程中测定器周围土颗粒变形机理,应用PFC3D(particle flow code in three dimensions)颗粒流程序对自钻式原位剪切旁压试验进行了仿真数值模拟,对多级加载过程中探头周围土体的位移场和应力场发展变化以及数值试样各阶段变形模量和土颗粒运动轨迹进行了分析研究.试验结果表明:随着剪应力的逐级施加,中间区域颗粒的位移量不断增大,且位移矢量方向性更加显著.径向应力在探头附近两侧形成近似呈对称分布的数个"应力核";竖向应力在探头两侧形成扁平状应力带,且在肩部形成应力集中区.中部区域球颗粒的运动轨迹成台阶状,且随距探头距离的增大由近到远可分为3个特征区域;球颗粒的Z向和XY向位移量亦随之呈负指数形式衰减,Z向位移量衰减速率更快.

关键词：自钻式原位剪切旁压试验颗粒流土体应力变形模量运动轨迹岩土工程工程地质学.

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聚苯乙烯泡沫颗粒轻量土水稳定性试验研究

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工业建筑 2017年第4期47卷 86-92页

作者：党天剑侯天顺 Sibel Pamukcu 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 里海大学土木与环境工程系美国宾夕法尼亚州伯利恒18015

为研究在长期浸水条件下聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒轻量土的水稳定性,通过密度试验和无侧限抗压强度试验研究了轻量土的物理力学性能。研究表明:EPS颗粒轻量土的单轴应力-应变曲线具有应变软化特性,可分为四个阶段:压缩密实阶段、弹性阶段... 详细信息

为研究在长期浸水条件下聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒轻量土的水稳定性,通过密度试验和无侧限抗压强度试验研究了轻量土的物理力学性能。研究表明:EPS颗粒轻量土的单轴应力-应变曲线具有应变软化特性,可分为四个阶段:压缩密实阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏后阶段;浸水环境不会影响其应力-应变曲线的类型。浸水时间越长,应力-应变曲线峰值越高,平均变形模量越大,破坏应变越小。同时,轻量土的密度和强度具有良好的稳定性。浸水180 d土的密度绝对变化量为-0.01~0.02 g/cm^3,相对变化量为-3.43%~3.52%;强度的绝对增长量为192.51~618.40 k Pa,相对增长量为42.23%~108.34%,完全能够抵抗浸水环境的侵蚀作用。EPS颗粒轻量土是一种多孔弹塑性材料,其长期浸水条件下良好的水稳定性可使其在南方多雨及河网密集地带应用,轻质高强的特点可有效解决承载力不足、边坡失稳等工程问题。

关键词： EPS 轻量土长期浸水水稳定性无侧限抗压强度密度应力-应变特性

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剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

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水资源与水工程学报 2022年第5期33卷 200-207页

作者：杨凯旋侯天顺王琪骆亚生西安科技大学西安市岩土与地下工程重点实验室陕西西安710054 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 陕西省引汉济渭工程建设有限公司陕西西安710011

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明:轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态... 详细信息

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明:轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。

关键词： EPS颗粒轻量土抗剪强度剪切速率黏聚力内摩擦角

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