【摘要】：開展粗粒石英砂的破碎特性和力學(xué)性能的研究，對于正確預(yù)測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值和實(shí)際工程意義。本文通過對粗粒石英砂進(jìn)行不同固結(jié)壓力下的三向等壓固結(jié)試驗，并對固結(jié)后的石英砂顆粒破碎特性分別利用掃描電鏡觀測和分維指標(biāo)進(jìn)行了定量研究；另一方面利用常規(guī)三軸試驗對固結(jié)后的粗粒石英砂的抗剪強(qiáng)度力學(xué)特性進(jìn)行了試驗研究，并分析了剪切破壞后石英砂的顆粒破碎特性。對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）對粗粒石英砂進(jìn)行了5MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa等5級固結(jié)壓力的三向等壓固結(jié)試驗，并對固結(jié)試驗后的石英砂進(jìn)行了顆粒破碎分析，得到了每級固結(jié)壓力下，石英砂的顆粒級配曲線。根據(jù)級配曲線，計算了顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）及相對破碎率（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)）和相對破碎率（Br）逐漸增大。 （2）對固結(jié)試驗后的石英砂進(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，對其抗剪強(qiáng)度特性進(jìn)行了研究，并對剪切破壞后的石英砂進(jìn)行了顆粒破碎分析，得到相關(guān)的顆粒級配曲線。根據(jù)級配曲線計算得到顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）及相對破碎率（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較大，內(nèi)聚力的增加幅度相對較小；在相同固結(jié)壓力下，石英砂的顆粒破碎指數(shù)（B_(10)）及相對破碎率（Br）隨圍壓（σ_3）的增加，無明顯的變化規(guī)律。 （3）利用掃描電鏡對三向等壓固結(jié)試驗后的石英砂顆粒進(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，顆粒變得越來越細(xì)，但顆粒之間的粘聚力卻越來越大。由此，進(jìn)一步驗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)試驗后的顆粒級配曲線和常規(guī)三軸試驗后的顆粒破碎級配曲線，計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)過綜合分析，石英砂的相對破碎率，，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)試驗中隨著固結(jié)壓力的增加，粗粒石英砂的相對破碎率（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)三軸試驗分維數(shù)隨著圍壓（σ_3）的增加而增加。
【圖文】：

試驗前石英砂試樣

11圖 2-2 石英砂初始級配曲線驗儀器向等壓固結(jié)試驗采用的試驗裝置是在成都理工大學(xué)引進(jìn)的 MTS8巖石力學(xué)試驗機(jī)（如圖 2-3 所示）的基礎(chǔ)上配套開發(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗室和成備有限公司共同開發(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。圍壓可施加范圍為 0-100MPa，利用該系統(tǒng)的三軸試驗。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU521.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2557169