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单粒组冻结砂土三轴压缩颗粒破碎规律研究

岩土工程学报 2022年第S1期44卷 92-97页

作者：陈榕孙鹤郝冬雪武智勇高宇聪东北电力大学建筑工程学院东北电力大学吉林省电力基础设施安全评估与灾害防治重点实验室贵州电网有限责任公司贵阳供电局

针对三种不同粒径的单粒组冻结砂土开展三轴剪切试验，重点研究剪切过程中冻结砂土颗粒破碎演化规律及粒径对冻土颗粒破碎的影响。结果表明：冻结温度为-1℃和-2℃时，围压σ3≥5 MPa情况下冻结砂土出现明显压融，并且在-1℃时由于局部... 详细信息

针对三种不同粒径的单粒组冻结砂土开展三轴剪切试验，重点研究剪切过程中冻结砂土颗粒破碎演化规律及粒径对冻土颗粒破碎的影响。结果表明：冻结温度为-1℃和-2℃时，围压σ3≥5 MPa情况下冻结砂土出现明显压融，并且在-1℃时由于局部快速压融导致冻结砂土出现抗剪强度低于未冻土现象；冻结砂土在剪切过程中出现颗粒破碎现象，颗粒破碎率随轴向应变增大持续增长，在高围压(σ3≥5MPa)下甚至出现加速增长趋势；冻结砂土颗粒破碎率规律与未冻砂土不同，小粒组冻结砂土颗粒破碎率最大，该现象可能与冻土内部不同部位的冰晶作用有关。

关键词：冻结砂土粒径影响围压颗粒破碎

不同中主应力系数和负温条件下冻结砂土真三轴试验研究

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岩土工程学报 2022年第5期44卷 870-878,I0006页

作者：马芹永黄坤马冬冬姚兆明周兆曦安徽理工大学省部共建深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

为研究冻土在复杂应力路径下的力学性质,利用自主研发的冻土真三轴仪,研究了温度和中主应力系数b_(f)对冻结砂土强度和变形特性的影响。试验结果表明:不同试验条件下的偏应力-大主应变曲线均表现出应变硬化的特性。当0≤b_(f)≤0.5时,... 详细信息

为研究冻土在复杂应力路径下的力学性质,利用自主研发的冻土真三轴仪,研究了温度和中主应力系数b_(f)对冻结砂土强度和变形特性的影响。试验结果表明:不同试验条件下的偏应力-大主应变曲线均表现出应变硬化的特性。当0≤b_(f)≤0.5时,破坏强度随b_(f)的增加而增加,当b从0.5增长到1时,破坏强度表现出降低的趋势,且b_(f)>0时的强度均大于bf;0的强度。强度随着温度降低呈现出线性增长规律。随着b_(f)的增加,中主应力方向上的变形由膨胀向收缩转变;小主应力方向始终产生膨胀变形,且变形速率加快;体应变均表现出先剪缩后剪胀的特性。应力水平在30%~95%区间内的试验点适用于计算Duncan-Chang模型参数。

关键词：真三轴冻结砂土中主应力系数力学特性 Duncan-Chang模型

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冻结砂土三轴试验中颗粒破碎研究

岩土工程学报 2015年第3期37卷 544-550页

作者：马玲齐吉琳余帆尹振宇中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 南特中央理工大学土木工程系法国南特44321

压力作用下颗粒发生破碎是引起砂土力学特性变化的重要因素之一,冻结砂土也是如此。对冻结砂土进行了不同温度和围压下的三轴剪切试验,并筛分得到三轴试验前后的颗粒大小分布曲线。通过引入Hardin定义的颗粒破碎率Br,分析了围压与颗粒... 详细信息

压力作用下颗粒发生破碎是引起砂土力学特性变化的重要因素之一,冻结砂土也是如此。对冻结砂土进行了不同温度和围压下的三轴剪切试验,并筛分得到三轴试验前后的颗粒大小分布曲线。通过引入Hardin定义的颗粒破碎率Br,分析了围压与颗粒破碎的关系及颗粒破碎对冻土抗剪强度的影响。结果表明:在温度为-0.5℃,-1℃,-2℃,-5℃和围压为0.5,2,5,10 MPa的条件下,三轴剪切过程中会产生较为可观的颗粒破碎;颗粒破碎率Br随围压增大,到达一定围压后Br不再随着围压的增大发生明显变化,即存在一个颗粒不再发生明显破碎的临界围压σr。结合前人研究发现,-5℃下一般工程关心的围压范围内压融对冻土力学特性没有显著影响,而颗粒破碎起控制性作用。分析表明:-5℃条件下在不同的围压范围颗粒破碎对抗剪强度具有不同的影响。试验所采用的围压范围内,随着围压的增大,颗粒破碎率增大使得冻土的抗剪强度降低;破碎率达到极限以后,由于破碎的颗粒重排列又导致抗剪强度有所提高。

关键词：冻结砂土颗粒破碎三轴试验压融强度

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基于微极理论的冻结砂土应变局部化数值模拟

冰川冻土 2023年第3期45卷 1105-1115页

作者：王冬勇邵博马玲齐吉琳彭丽云北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 北京建筑大学城市交通基础设施建设北京市国际科技合作基地北京100044 北方民族大学土木工程学院宁夏银川750030

应变局部化问题是冻土材料破坏的前兆,目前相关研究还较为薄弱。在微极连续体理论框架下,通过考虑温度对相关模型参数的影响,建立了可以模拟冻土应变局部化问题的微极弹塑性数值框架。通过对冻结砂土平面应变试验进行数值分析,发现所建... 详细信息

应变局部化问题是冻土材料破坏的前兆,目前相关研究还较为薄弱。在微极连续体理论框架下,通过考虑温度对相关模型参数的影响,建立了可以模拟冻土应变局部化问题的微极弹塑性数值框架。通过对冻结砂土平面应变试验进行数值分析,发现所建立的数值框架可实现对冻土剪切带产生、发展和形成的全过程模拟,且模拟获得的应力-应变曲线及剪切带破坏形态与试验结果吻合较好;进而探究了温度、端部约束及初始缺陷对剪切带发展规律的影响,发现温度对剪切带倾角和宽度影响较为显著,倾角随温度的降低而逐渐增大,宽度随温度的降低而逐渐加宽,具体剪切带的破坏形态和破坏位置需要综合考虑端部约束及初始缺陷的共同作用;通过对不同有限元网格条件下的冻土应变局部化进行分析,发现粗网格和细网格获得的模拟结果基本一致,说明所建立的数值框架可以基本克服网格依赖性问题。

关键词：冻结砂土微极理论应变局部化平面应变数值模拟

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冻结砂土层中埋地管道管土界面应力分析

压力容器 2021年第6期38卷 42-47,78页

作者：王一民王凯勃徐艳王尊策卢召红东北石油大学黑龙江大庆163318 中国石油大庆石化分公司黑龙江大庆163714

寒区埋地管道管土相互作用对压力输送管道受力分析和安全防护设计具有较大影响。利用试验研究与有限元模型分析相结合的方法,对冻结砂土与管道间的界面应力问题进行了研究。考虑管土间摩阻力、粘结力、冻结力及管土弹塑性变形等耦合作... 详细信息

寒区埋地管道管土相互作用对压力输送管道受力分析和安全防护设计具有较大影响。利用试验研究与有限元模型分析相结合的方法,对冻结砂土与管道间的界面应力问题进行了研究。考虑管土间摩阻力、粘结力、冻结力及管土弹塑性变形等耦合作用影响,利用层间界面双线性接触模型,建立有限元分析模型,进行了相应的试验验证。结果表明,寒区砂土层中管土间界面应力的有限元分析结果与试验结果误差为3.97%,该有限元模型可用于分析管土相互作用下的界面应力问题,为进一步研究埋地管道局部损失、腐蚀坑应力集中致损问题奠定了基础。

关键词：埋地管道冻结砂土界面应力有限元分析

基于含冰量的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性

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西南交通大学学报 2022年

作者：何菲王旭蒋代军周亚龙李君善陈航杰陈明伟兰州交通大学土木工程学院道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室国网青海省电力公司检修公司

多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题之一是保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性。为了研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响，采用自行研制的大型蠕变剪切仪，在-2℃条件下，开展了含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60... 详细信息

多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题之一是保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性。为了研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响，采用自行研制的大型蠕变剪切仪，在-2℃条件下，开展了含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60%、80%的冻结砂土与混凝土接触面蠕变试验。试验结果表明：在恒定的剪应力作用下，除含冰量为6%试样出现加速蠕变外，其他试样仅出现衰减蠕变及稳定蠕变两个阶段；随含冰量的增大试样黏性变形占比增大，含冰量为80%试样的黏性变形超过总变形量的80%；稳定蠕变速率受到干密度及含冰量的综合影响，含冰量为16%时稳定蠕变速率最小；Burgers黏弹性模型能较好地模拟高含冰量冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线。随着含冰量的增大，初始剪切模量和稳定蠕变阶段黏滞系数先增大后减小，初始蠕变阶段的渐进剪切模量呈幂函数减小，初始蠕变阶段黏滞系数呈幂函数增大。

关键词：高含冰量冻土冻结砂土接触面蠕变试验黏弹性模型

冻结砂土与混凝土接触面的剪切蠕变特性试验研究

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冻结砂土与混凝土接触面的剪切蠕变特性试验研究

作者：李君善兰州交通大学

学位级别：硕士

桩基础由于其良好的承载性能和结构优势,在冻土区得到了广泛地应用,成为了冻土区最常用的基础形式之一。而冻土由于其特殊性,明确冻土与混凝土间的承载特性,关系到桩基在冻土中的长期承载性能和变形稳定性,同时也关系到上部高层建筑、... 详细信息

桩基础由于其良好的承载性能和结构优势,在冻土区得到了广泛地应用,成为了冻土区最常用的基础形式之一。而冻土由于其特殊性,明确冻土与混凝土间的承载特性,关系到桩基在冻土中的长期承载性能和变形稳定性,同时也关系到上部高层建筑、高速铁路、高速公路等重点工程的结构安全。本论文以冻结砂土与混凝土接触面的剪切蠕变特性为研究对象,在-2℃温度下,以不同剪应力模拟上部荷载,不同法向应力模拟桩周土侧向土压力及冻结力,研究剪应力、法向应力、冻土含水率、接触面粗糙度等四个因素对接触面剪切蠕变特性的影响,分析蠕变规律,探究接触面蠕变机理,建立接触面蠕变模型。本文主要采用分别加载的方式,进行恒温恒压下的常蠕变剪切试验,分别对四种剪应力水平(54.15 k Pa、110.4 k Pa、166.65 k Pa、222.9 k Pa)、三种法向应力水平(100 k Pa、150 k Pa、200 k Pa)、三种混凝土粗糙度条件(粗糙度0 mm、0.059 mm、0.098 mm)、七种含水率条件(包括6%、12%、16%等3种低含冰量冻土和23%、36%、60%、80%等4种高含冰量冻土)下的冻结砂土与混凝土接触面的剪切蠕变特性进行了对比分析,共计14组常蠕变剪切试验。另外,为了确定接触面剪应力条件,在与常蠕变试验相同条件下进行了1组接触面快剪试验;为了对比分析分别加载与分级加载的区别,进行了1组接触面分级加载剪切蠕变试验。剪应力水平的提高会直接影响接触面的变形稳定性。当剪应力水平从54.15 k Pa提升到222.9 k Pa时,接触面剪切蠕变曲线从衰减蠕变转变到了非衰减蠕变,剪应力为222.9k Pa时试样从加载到破坏的总时间是剪应力为166.65 k Pa时的三分之一。换言之,剪应力越大,接触面变形越不稳定,相应的瞬时蠕变量也就越大,稳定蠕变持续时间越短,稳定变形速率越大,试样越容易破坏。而法向应力由于能够提高界面接触力,使得冻结砂土与混凝土面的接触更加紧密,所以法向应力水平对接触面剪切蠕变特性的影响规律与剪应力水平的影响规律正好相反。即法向应力越大,接触面的变形越稳定,法向应力的提高能够显著增强接触面的蠕变强度。随着冻土含水率的增加,相同时间内接触面的蠕变变形呈现先减小后增大的变化趋势,当含水率为16%时的接触面在相同试验条件下的变形最小。同时由于含水率增加引起冻结砂土中未冻水含量的增加,当冻结砂土含水率达到80%时,接触面的变形发展表现出明显的粘性特征。从冻结砂土与不同粗糙度混凝土接触面的试验研究中可以发现,粗糙度的提高能够明显地改善接触面的承载性能,在一定范围内粗糙度越大,接触面变形越稳定。应用分别加载和分级加载方式研究接触面蠕变特性时,发现在较低剪应力水平下(54.15 k Pa和110.4 k Pa),二者相差不大,可以得到相似的研究规律;但当剪应力水平提高到166.65 k Pa时,由于前两级荷载下接触面变形的累积发展,分级加载试验在加完第三级荷载后快速发生了破坏,分级加载并不能真实反映高应力水平下接触面的剪切蠕变特性。在试验研究和接触面剪切蠕变规律分析的基础上,本文通过模型适用性分析,探讨了冻结砂土与混凝土接触面的剪切蠕变机理,建立了符合试验规律的蠕变模型。分析发现,伯格斯模型和西原模型能够揭示接触面在较小应力下的衰减蠕变现象,和应力较大时不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段的蠕变过程,但对加速蠕变试验规律并不能进行很好的描述。本文基于现象学理论,通过分析不同剪应力条件下蠕变速率和时间的关系,得出了具有较好的模型适用性的接触面现象学蠕变模型。通过验证,模型计算得到的值和试验值的吻合度较高。

关键词：冻结砂土接触面剪切蠕变试验研究分别加载

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冻结砂土力学性质的离散元模拟

岩土力学 2010年第12期31卷 4016-4020页

作者：周凤玺赖远明中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用接触黏结模型中来考虑冻土中冰的胶结作用,建立了冻结砂土的颗粒流模型。通过改变计算模型中颗粒单元的参数,模拟了在不同冻结温度以及不同围压下冻结砂土的宏观力学性质,并与冻结砂土的室... 详细信息

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用接触黏结模型中来考虑冻土中冰的胶结作用,建立了冻结砂土的颗粒流模型。通过改变计算模型中颗粒单元的参数,模拟了在不同冻结温度以及不同围压下冻结砂土的宏观力学性质,并与冻结砂土的室内试验结果进行了比较,结果表明:颗粒流方法可以较好地模拟冻结砂土的应力-应变关系以及剪切带的发展变化过程,颗粒流细观参数对温度具有显著的依赖性。研究结果对离散单元法在特殊土中的应用具有一定的理论和应用价值。

关键词：离散单元法冻结砂土应力-应变关系剪切带

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冻结砂土体积变形影响因素的敏感性分析

冰川冻土 2018年第2期40卷 346-354页

作者：高娟廖孟柯常丹白瑞强中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 国网新疆电力公司经济技术研究院新疆乌鲁木齐830002 北京交通大学北京100044

为了分析三轴试验中冻土体积变形影响因素的敏感性,选定包括内因和外因在内的6种影响因素,选用青海省德令哈的砂土按照正交试验方案进行常规三轴试验,并采用灰色关联分析法对试验结果进行分析,给出各影响因素的敏感性排序。结果表明,在... 详细信息

为了分析三轴试验中冻土体积变形影响因素的敏感性,选定包括内因和外因在内的6种影响因素,选用青海省德令哈的砂土按照正交试验方案进行常规三轴试验,并采用灰色关联分析法对试验结果进行分析,给出各影响因素的敏感性排序。结果表明,在选定的6种影响因素中,含水率、加载速率及温度的敏感性超过70%,需重点考虑。在较小含水率条件下,冻结砂土先体缩再体胀,且应力峰值点和应变峰值点所对应的轴向应变基本一致,而在饱和条件下仅发生体积膨胀。加载速率对冻土的影响主要表现为对其力学特性和破坏形态的改变,随着加载速率的增加冻土的体缩量、切线模量和峰值强度增加,但峰值应变却表现为减小趋势,冻结砂土性质趋近脆性。土样温度降低,土颗粒间的黏结力增加,孔隙压力转变为有效应力,从而导致冻结砂土的强度增加、体积膨胀量增加。分析结果可为相关试验及工程优化设计提供一定的参考。

关键词：冻结砂土体积变形灰色关联分析敏感性分析