掺砾黏土动力特性试验研究

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掺砾黏土广泛存在于自然界中,工程中也有较多的应用,如塌积土、泥石流地区的土石混合体、土石坝的掺砾心墙料、道路工程中的土石混合体填料等,研究这类土体的动力特性有重要的实际工程意义。目前国内对掺砾黏土的研究主要集中于静力特性以及抗渗性能方面,而动力性能的研究很少。  本文采用玻璃球模拟砾粒,利用GDS动三轴仪对掺砾黏土的动力特性进行了中型三轴试验研究,分析了不同粗颗粒含量、围压、振动次数和动剪应力比等因素对动力变形特性和动强度特性的影响,通过与纯黏土的试验结果的比较揭示了掺砾黏土动力特性的变化规律。随后基于试验研究成果,采用数值模拟的方法,通过算例分析了采用掺砾黏土作为心墙材料对土石坝抗震性能的影响。主要结论如下:  (1)在本文粗颗粒含量范围内,掺砾黏土最大动剪切模量由黏土和粗颗粒共同控制,并随粗颗粒含量和围压的增加而增加;动剪切模量衰减特性和阻尼比增长规律主要受粗颗粒含量的影响,与围压基本无关,粗颗粒含量越大,动剪切模量衰减的越快,阻尼比越大,但当动剪切应变足够大后,粗颗粒的影响逐渐消失。基于试验结果,提出了最大动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比的估算公式。  (2)在较低的动应力下,掺砾黏土达到破坏标准时所需的振动周数明显高于纯黏土,但随着动应力的加大,由于粗颗粒骨架被破坏,强度衰减也相对更快,动强度与纯黏土趋于一致;粗颗粒含量对动孔压的影响比较明显,相同试验条件和振次下,动孔压比随粗颗粒含量的增大而减小。基于试验结果,提出了动孔压比的估算公式。  (3)基于本文试验得出的最大动模量、动剪切模量比、阻尼比拟合公式以及动强度的试验结果,对理想心墙堆石坝的心墙水平峰值加速度、心墙峰值偏应力和心墙抗变形稳定性进行了有限元分析。研究表明,在相同的地震动加速度下,心墙水平峰值加速随粗颗粒含量的增大而减小,最大峰值偏应力随粗颗粒含量的增大而增大,但由于掺砾黏土动强度更大,所以总体上看,掺砾黏土心墙的抗变形稳定性要高于纯黏土心墙。
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