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第 54 卷第 10 期2023 年 10 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.10Oct. 2023饱和度影响下胶结充填体三轴力学特性试验研究吴蔚律，徐文彬(中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院，北京，100083)摘要：井下环境温度和湿度与室内标准养护条件下的不同，导致充填体原位强度和室内试验强度差异显著。
为揭示养护龄期和含水饱和度对胶结充填体−水特征曲线及其力学性能的影响，分别借助三轴固结不排水压缩试验和充填体−水特征曲线测试方法，分析不同养护龄期与饱和度下充填体的三轴压缩变形特征参数和基质吸力变化规律。
研究结果表明：养护龄期越长，充填体内部孔隙结构越致密，脱水越困难，相同饱和度下充填体内部的基质吸力越高；相同养护龄期下，充填体的饱和度越低，基质吸力越高；饱和充填体的变形特征与其内部结构强度相关，而非饱和充填体的变形特征主要受基质吸力影响，基质吸力与弹性模量呈正相关，与泊松比呈负相关；随着饱和度降低，充填体强度先小幅下降后上升。
关键词：胶结充填体；饱和度；基质吸力；泊松比；孔隙结构中图分类号：TD853 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）10-4015-15Experimental study on the effect of saturation on the triaxialmechanical properties of cemented tailings backfillWU Weilü, XU Wenbin(School of Energy and Mining Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing),Beijing 100083, China)Abstract: Underground in-situ strength of cemented tailings backfill(CTB) is significantly different from that of the laboratory curing sample, which is mainly caused by different temperature and humidity environment between underground and standard curing. In order to reveal the influence of curing age and water saturation on the CTB-water characteristic curve and mechanical properties of cemented backfill, the triaxial compression deformation characteristic parameters and the variation rule of matrix suction of backfill at different curing ages and saturation were analyzed by means of triaxial consolidation undrained compression test and CTB-water characteristic curve收稿日期： 2022 −12 −21； 修回日期： 2023 −02 −15基金项目(Foundation item)：重点研发计划项目(2018YFE0123000)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023JCCXNY01) (Project(2018YFE0123000) supported by the Key Research and Development Program of China; Project (2023JCCXNY01) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：徐文彬，博士，副教授，博士生导师，从事充填采矿理论与技术、矿山压力与岩层控制及排土场边坡研究；E-mail ：**************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.10.021引用格式： 吴蔚律, 徐文彬. 饱和度影响下胶结充填体三轴力学特性试验研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(10): 4015−4029.Citation: WU Weilü, XU Wenbin. Experimental study on the effect of saturation on the triaxial mechanical properties of cemented tailings backfill[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(10): 4015−4029.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)test. The results show that the longer the curing age, the denser the pore structure inside the CTB; the more difficult the dehydration, the higher the matric suction inside the backfill at the same saturation. The lower the saturation of the CTB, the higher the matric suction at the same curing age. The deformation characteristics of saturated CTB are related to internal structural strength, while the deformation characteristics of unsaturated backfill are mainly affected by matric suction, which is positively correlated with elastic modulus and negatively correlated with Poisson's ratio. With the decrease of saturation, the strength of CTB decreases slightly at first and then increases.Key words: cemented tailings backfill; saturation; matric suction; poisson's ratio; pore structure金属矿产资源是我国经济发展的重要支撑，充填采矿法是在金属矿产资源开发中广泛采用的开采方式。
冻结砂土三轴试验中颗粒破碎研究砂土是一种广泛存在于地质环境中且广泛用于土木工程中的土壤类型。
近年来，随着人类对极地冻土区和高海拔地区的开发和利用越来越多，砂土发生冻融循环的情况也变得越来越普遍。
在这样的情况下，砂土的物理特性和力学性质发生了很大改变，其中包括砂土颗粒破碎现象的发生。
因此，在冻结砂土三轴试验中破碎问题的研究变得尤为重要。
砂土三轴试验是研究土壤力学性质的一种重要方法。
在砂土三轴试验中，需对砂土样品施加一定的压力，以模拟实际工程中的荷载作用。
由于砂土本身具有较高的孔隙率和较弱的内聚力，当施加一定荷载时，这些颗粒之间会发生碰撞、移位和破碎的现象。
然而，当砂土遭受冻融循环后，其物理和力学特性发生了改变，破碎现象会变得更加严重。
破碎会导致土体内部的微观结构破坏，孔隙率增大，渗透性增强等等，进而对工程安全性产生影响。
因此，我们需要对冻结砂土三轴试验中的颗粒破碎问题进行研究。
目前，已经有很多学者对冻结砂土三轴试验中的颗粒破碎问题进行了探究。
其中，有的学者通过数值模拟的方法研究了砂土的破碎问题，分析了砂土的力学性质和颗粒聚集特性，并结合实验数据对计算结果进行了验证，研究结果表明了冻结砂土中颗粒破碎现象的发生规律。
另外，也有一些学者通过实验方法研究了冻结砂土颗粒破碎问题。
他们采用三轴试验设备，通过模拟不同温度下的冻融循环条件，研究了砂土在不同荷载条件下的破碎特征和颗粒大小分布规律。
通过这些研究，我们可以得出结论：随着冻融循环的次数增加，砂土内部颗粒破碎现象趋于增强，最终导致砂土承载力和抗剪强度的降低。
因此，在进行冻结砂土三轴试验时，需要及时关注颗粒破碎问题，从而有效提高冻结砂土的承载能力和抗剪强度。
总之，冻结砂土三轴试验中颗粒破碎问题的研究对于提高砂土的力学性质和工程安全性具有重要意义。
未来，我们需要进一步探究砂土的微观结构和力学性质，并通过多种手段进行研究和验证，不断提高我们对冻结砂土颗粒破碎问题的认识，为实际工程提供支持和保障。
粘粒含量对砂土静动力液化影响的试验唐小微;李涛;张西文;马玲【摘要】含一定粘土颗粒的砂土在一定条件下易发生静态和动力液化的现象，且粘土对砂土的抗液化影响规律较为复杂。
为了研究粘粒含量对砂土液化的影响规律，通过静力三轴仪和动力三轴仪试验系统，对粘粒含量分别为0％、5％、10％和15％的砂土进行试验。
静力与动力的试验结果表明：粘粒含量对砂土抗液化性能的影响并不是单调的，存在一个粘粒含量值（5％～10％）使得砂土的抗液化性能最差。
当粘粒含量小于5％时，粘粒会促进孔压的发展；当粘粒含量大于10％时，粘粒会抑制孔压的发展。
不同含量的粘粒在砂土颗粒间分别起到润滑与粘结砂粒的作用。
%Sand with a certain percent of clay is easily liquefied under static and dynamic loading. Clay has a com⁃plicated effect on the liquefaction resistance of sand. In order to study the influence of clay content on the liquefac⁃tion of sand, sand samples with different clay contents, 0%, 5%, 10%and 15%were investigated with static triax⁃ial and dynamic triaxial test systems. Static and dynamic test results show that the clay content has a non⁃monotonic impact on the liquefaction resistance of sand. The liquefaction resistance of the mixture is poorest when the clay content is about 5%~10%. When the clay content is less than 5%, the clay promotes pore pressure development. When the clay content is more than 10%, the clay suppresses pore pressure development. Different contents of clay play roles of lubrication and cementation between sand particles.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】7页(P332-337,343)【关键词】粘粒含量;抗液化;液化试验;抗剪强度;孔压【作者】唐小微;李涛;张西文;马玲【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116023;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116023;济南大学土木建筑学院，山东济南250022;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TU4411978年美国岩土工程学会将液化定义为“任何物质转化为液体的过程”[1]。
新疆农业大学学报 2009,32(4):69~72Journal of Xinj iang Agricultural U niversity文章编号:1007 8614(2009)04 0069 04粗粒料抗剪强度参数三轴试验研究王广冰,张远芳,慈 军,何建新(新疆农业大学水利与土木工程学院,乌鲁木齐 830052)摘 要: 试验材料采用原料场颗粒级配进行缩尺制备,通过三轴试验对试样抗剪强度指标进行对比分析,得到同一种粗粒料相同围压下,最大主应力比随着试验方法固结排水剪(CD)、固结不排水剪(CU)、不固结不排水剪(U U)的变化而减小,内摩擦角也随之减小的变化规律,证明了同一种粗粒料在不同实验方法下,总应力强度线及强度指标 C D> CU> UU的变化规律。
关键词: 粗粒料;抗剪强度;参数指标;三轴试验中图分类号:T U411.7 文献标识码:AThe Investigation on Shearing Strength Parameter of CoarseMaterials Based on Large scale Triaxial TestsWA NG Guang bin,ZHANG Yuan fan,CI Jun,HE Jian x in(College o f Water Conservancy and Civil Engineering,Xinjiang Ag ricultur al Univer sity,Ur um qi 830052,China)Abstract: T he o bjective of the study w as to conduct the com parativ e analy sis on shear str ength of the test samples by triax ial test,the test m aterials w ere prepared w ith the particle size distributio n in the field of raw materials by a reduced scale.Under the sam e confining pressure of the sam e coarse mater ials,the chang e o f the max imum pr incipal stress ratio w as reduced w ith the CD,CU,U U changes w ith w hich the in ternal friction ang le also w as reduced w hich indicated the chang e law o f the same coarse materials under different test m ethods,the chang e law of the total str ess intensity lines and the str ength index CD> CU> U U.Key words: coarse m aterials;shear str ength;parameter index;triax ial test粗粒料的抗剪强度参数有着与细粒土截然不同的性质,其抗剪强度不仅与土的性质有关,还与土粒级配、不同围压和不同排水条件有关。
收稿日期:2003205226作者简介:姜燕玲(19692),女,讲师.研究方向为岩土工程. 文章编号:1672-3961(2004)022*******粉砂土及其加筋土大三轴剪切试验及结果分析姜燕玲,宋修广(山东大学 土建与水利学院,山东 济南 250061)摘要:加筋复合体中,土工格栅的作用相当于给土体施加等效围压.在有限元计算中,可以用等效围压代替格栅的作用,加在土单元上,模拟筋材本身的单元并不出现.等效围压值的大小取决于筋材的变形.通过试验分析表明,当周围压力较大时,筋土同步变形,等效围压值容易确定,而周围压力小时,筋土不能同步变形,等效围压值难以确定.在有限元计算中,应注意此问题.关键词:大三轴试验;土工格栅;等效围压;同步变形中图分类号:T U472 文献标识码:AOn soil and polymer geogrid reinforced soil by large 2scale triaxialJ I ANG Y an 2ling , S ONG X iu 2guang(School of Civil Eng., Shandong Univ., Jinan 250061, China )Abstract :The role of polymer geogrid in com posite reforced 2s oil is considered as an equivalent additional com 2press stress applied to the s oil skeleton.The equivalent additional com press stress can be used in FE M calcula 2tion in place of polymer geogrid.The value of the equivalent additional com press stress is decided by the defor 2mation of geogrid.It is showed by experiment that if round com press were large ,geogrid w ould deform in same pace with s oil and the value of The equivalent additional com press stress is easy to be decided.On the other hand ,if round com press were small ,geogrid couldn ’t deform in same pace with s oil and he value of the e 2quivalent additional com press stress is difficult to be decided.This problem should be considered in FE M.K ey w ords :experimental by large 2scale triaxial ;polymer geogrid ;equivalent additional com press stress ;de 2form in same pace0 前言 土工格栅与土相互作用比较复杂,至今尚处于研究之中.目前,加筋结构的数值方法,大致可分为两类:一类是将土工织物和土体分开计算,分别划分单元,用界面单元将土工织物单元与土体单元联系起来.这种分析方法称之为分离式分析方法;另一类是将土工织物和附近土体作为一种复合材料,即采用复合土体单元+土体单元计算,可称之为复合材料分析法.分离式的分析方法概念清楚,但是,它最大的困难在于土与筋材界面的性质难以模拟,土与加筋材料之间的相互作用机理还有待于进一步研究.当加筋层数很多时,这种方法将会很复杂,不便于应用,也影响了精度.复合材料分析法,由于加筋土体是各向异性的,又不是匀质材料,存在明显的尺 第34卷 第2期 V ol.34 N o.2 山 东 大 学 学 报 (工 学 版)JOURNA L OF SH ANDONG UNIVERSITY (E NGINEERING SCIE NCE )2004年4月 Apr.2004 寸效应,所以将室内试验的应力应变关系用于实际工程计算中,效果不理想.文献[1]认为加筋的作用相当于给土体提供一个等效围压.在土工格栅加筋土的数值计算中,可以用等效围压代替格栅的作用,加在土单元上,模拟筋材本身的单元并不出现,并用原土体的模型和参数计算.这个方法叫等效围压法,在弹塑性的计算中比较简便.等效围压法能否正确反映复合土体的本构关系,这取决于能否正确的确定等效围压值.等效围压值的大小取决于筋材的变形.目前,普遍认为筋材的变形等于土体的变形,即筋土同步变形,并以此来计算等效围压值.本次试验分析,给素土施加了筋土同步变形的等效围压值,检验施加了等效围压的素土能否与加筋土在应力应变关系方面等效;即比较它们在强度及变形方面是否能一致.如果它们在强度及变形方面能够一致或基本一致,说明筋土同步变形的假定符合实际,等效围压法可行,用于数值计算是可靠的.否则,需进一步改进.1 等效围压的概念及其理论方法Y ang 【2】引入“等效围压”的概念,把三轴试验中筋的作用当成一个附加围压.加筋土试验的内摩擦角<与未加筋土的内摩擦角几乎相同,只是增加了粘聚力c .李广信【3】等人提出,三轴试验中试样破坏时附加围压Δσ3f 与粘聚力增量Δc 的关系为Δσ3f =2Δc 3tan (45°-<2)(1)当筋材水平布置时,有Δc =R f k p /2Δh (2)式中,Δh 为布筋间距;R f 为试样破坏时筋材单位宽度所受的力.由(1),(2)可知Δσ3f =R f /Δh(3)上述概念主要针对加筋土的极限平衡状态,通常用于解施加筋土的强度机理.将这一概念加以引伸,在加筋土的应力应变关系中考虑筋材所能等效的附加应力.取加筋土中的土体进行计算.具体讲,就是在数值方法中,只出现土单元,筋材的作用仅当成外力(等效附加应力)加在土单元上,不考虑筋材的存在.2 大三轴剪切试验2.1 试验设备、材料和制备方法试验在应变控制式大型三轴仪(标准大型三轴仪型号为Y S 230)上进行的.试样直径D =300mm ,高度H =600mm ,剪切速率控制为2mm/min.试验用土为山东滨州黄河三角洲黄河冲积粉沙土,拉筋为土工格栅,其应力应变关系拟合曲线为T (kN/m )=11.57ε0.7381,其中,ε以百分数记.试样中加筋的层数n =2,其布置方法见图1.沿着试样高度方向均匀布筋,可以使试样各个部分受土工格栅的影响均等.图1 格栅布置图Fig.1 S ituation of geogrid2.2 试验方案与步骤土工格栅加筋土中格栅的作用相当于给土体增加了侧向围压【1】Δσ3,Δσ3是土工格栅由于土体变形而被动拉长的张力反作用于土体.Δσ3=R /ΔH ,R 是筋才试样单位宽度所受的力.(当三轴破坏为筋材拉断破坏时,R 即筋材的拉断强度,如果破坏是筋材的过度变形引起的,R 即试样破坏时筋中应变与其模量之积.)试验内容及步骤如下:①做土工格栅拉伸试验,并拟合拉力与应变关系曲线.拉力与应变关系曲线为T (kN/m )=11.57ε0.7381.其中,ε以百分数记,例如,应变为2%,则将ε=2代如上式.②做加筋土试验,分别在100kPa ,200kPa ,300kPa ,400kPa 围压下作加筋土大三轴试验.③做素土大三轴试验,将步骤②中每级围压下对应的Δσ3,加到相应的围压值上做大三轴试验.2.3 Δσ3的确定方法.Δσ3=T /ΔH ,T 为土工格栅的拉力,ΔH 为土工格栅的间距.在本次试验中,由于在试样的高度方向布有两层筋,所以T =2311.57ε0.7381,该式为土工格栅拉伸试验拉力与应变关系曲线拟合代数式.ΔH 为整个试样的高度,ε为在相应围压下加筋土大三轴试验侧向应变(筋土同步变形).以围压100kPa 为例,假设在100kPa 围压下,加筋土的横轴相应变为0.4%,则T =2311.5730.40.7381=11.76kN.相应 第2期姜燕玲,等:粉砂土及其加筋土大三轴剪切试验及结果分析77的等效围压Δσ3=11.76/0.6=19.6kPa.3 大三轴剪切试验结果分析加筋复合土体中,筋材的作用可以认为在土体上施加了一个等效围压Δσ3.Δσ3=R/Δh ,R 为筋材的拉力,与筋材的变形有关.为了验证等效围压法应用在数值计算中的可靠性,本文作了大三轴对比试验.第一步,做加筋土试验,分别在100kPa ,200kPa ,300kPa ,400kPa 围压下作加筋土大三轴试验.第二步,确定Δσ3.Δσ3=T/ΔH ,T 为土工格栅的拉力,ΔH 为土工格栅的间距.在本次试验中,由于在试样的高度方向布有两层筋,所以T =2311.57ε0.7381,该式为土工格栅拉伸试验拉力与应变关系曲线拟合代数式.ΔH 为整个试样的高度.在试验中先假定筋土同步变形,认为格栅的应变等于加筋土试样的侧向变形.ε为加筋土试样大三轴试验侧向应变.以围压100kPa 为例,假设,加筋土的侧向应变为0.4%,则T =2311.5730.40.7381=11.76kN ,等效围压值Δσ3=11.76/0.6=19.6kPa.本次试验周围压力分别为100kPa ,200kPa ,300kPa ,400kPa 时,复合土体大三轴试验对应的等效围压值分别为135kPa ,132kPa ,129kPa ,126kPa.第三步,做素土大三轴试验,将每级围压下对应的Δσ3,加到相应的围压值上做素土的大三轴试验.将试验结果加以整理,得到四组对比图,它们分别是:400kPa 围压加筋土与施加等效围压后素土应力应变特性曲线比较图(图2),300kPa围压加筋土图2 400kPa 围压加筋土与施加等效围压的素土应力应变关系对比图Fig.2 C omparis on of stress 2strain curves under400kPa ambient pressures与施加等效围压后素土应力应变关系对比图(图3),200kPa 围压加筋土与施加等效围压的素土应力应变关系对比图(图4),100kPa 围压加筋土与施加等效围压的素土应力应变关系对比图(图5).图3 300kPa 围压加筋土与施加等效围压的素土应力应变特性曲线比较图Fig.3 C omparis on of stress 2strain curvesunder 300kPa ambient pressures不难发现,图2与图3中,两条曲线吻合较好,即在300kPa ,400kPa 围压的条件下,土工格栅的作用与相应的等效围压的作用较为一致.而图4与土图5中,两条曲线分离的较明显,即在100kPa ,200kPa 围压的条件下,土工格栅的作用与相应的等效围压的作用有差别.分析认为,在较高围压下,土工格栅与砂土能够紧密结合,通过接触面的磨阻力、咬合力相互作用,实现对土体的约束,提高土体强度,减少土体变形.可以看到,400kPa 围压下,两条曲线的吻合程度要好于300kPa 围压下两条曲线的吻合程度.依次,300kPa 围压下,两条曲线的吻合程度要好于200kPa 围压下两条曲线的吻合程度;200kPa 围压下,两条曲线的吻合程度要好于100kPa 围压下两条曲线的吻合程度.而在较低围压下,格栅与土体接触不够紧密,接触面传递荷载的能力不强,格栅不能随土体同步变形,格栅的变形在一定程度上小于土体的变形.而本次实验施加的等效围压是假定土体与格栅同步变形,即格栅的应变等于土体的侧向变形,计算出来的.格栅的拉力为T (kN/m )=11.57ε0.7381,等效围压为Δσ3=T/ΔH(4),由以上两式可得出Δσ3=11.57ε0.7381/ΔH (5),由式(5)可以看出,在较小围压下,按照本次试验的 78 山 东 大 学 学 报 (工 学 版)第34卷 方法,相当于计算等效围压时,给式(5)代入一个大于格栅实际应变的ε值,得出的结果Δσ3要大于格栅的实际作用.这就是图4与图5中两条曲线不吻合的原因.但是,如果能够较为准确的测得格栅的应变,从而计算出较为准确的等效围压值,用于大三轴试验,根据图2和图3可以推断,将得出两条较为吻合的曲线.图4 200kPa 围压加筋土与施加等效围压的素土应力应变关系对比图Fig.4 C omparis on of stress 2strain curvesunder 200kPa ambientpressures图5 100kPa 围压加筋土与施加等效围压的素土应力应变关系对比图Fig.5 C omparis on of stress 2strain curvesunder 100kPa ambient pressures4 结论综合上述试验和分析,等效围压法理论上是可行的,在周围压力较高的情况下,公式较为准确,但在低围压作用下,需要对公式进行改进.结合本次试验结果,建议作如下修改:Δσ3=m ΔRΔH ,m 为与周围压力有关的修正系数,表示筋土协调变形关系,其值的确定需进一步深入研究.加筋复合土体的等效围压值计算应充分考虑筋土的同步变形,当周围压力较大时,筋土能够同步变形,筋材的作用可以用筋土协调变形的等效围压来代替;而当周围压力较小时,筋土不能同步变形,用来计算等效围压的筋材拉力值难以确定;即相应的等效围压值不容易确定.因此,在用等效围压的方法进行数值计算时,应考虑等效围压值的正确选择,使该方法能正确反映加筋土的本构关系,使计算结果符合实际.参考文献:[1]介玉新,李广信.加筋土数值计算的等效附加应力法[J ].岩土工程学报,1999,(5):6142616.[2]Y ANG Z.S trength and deformation characteristics of rein forcedsand[R],Los Angeles :University of California ,1972.[3]李广信.加筋土体应力变形计算的新途径[J ].岩土工程学报,1994,16(3):46253.(编辑:董程英)论文排列说明本刊设有材料、机械、能源、动力、电气、信息、控制、计算机、化工、建筑、土木、水利、环境、管理、工程基础科学(工程数学、工程力学、工程物理、工程化学、工程天文、工程地质、工程仿生、人体工程等)等栏目.录用的论文收入相应栏目内.排列各栏目时,参照了中图分类号的规则. 第2期姜燕玲,等:粉砂土及其加筋土大三轴剪切试验及结果分析79。
砂-粘土抗剪强度的三轴试验研究马东梅;梁鸿;高明星【摘要】By Indoor undrained triaxial compression tests under conditionsof optimum moisture content for different shear rates,different clay content of red clay were studied.According to Moore -Coulomb failure criterion,the use of "positive soil test management software"to draw two main parameters stress Mohr circle envelope seeking its shear strength:the angle of internal friction and cohesion ΦC.By analyzing available:red clay sand content in the same time,with increasing shear rate,C decreases cohesion and internal friction angle Φ increases,the shear strength increases;shear rate a Timing,red sandy clay content increases,C decreases cohesion and internal friction angle Φincreases,the shear strength decreases.%通过室内不固结不排水的三轴压缩试验，在最佳含水率的条件下对不同剪切速率，不同砂土掺量的红粘土进行研究。
根据摩尔—库仑破坏准则，运用“理正土工试验软件”绘制应力莫尔圆包络线求其抗剪强度的两大主要参数：内摩擦角Φ和粘聚力 C。
International Journal of Mechanics Research 力学研究, 2017, 6(3), 131-140Published Online September 2017 in Hans. /journal/ijmhttps:///10.12677/ijm.2017.63014Triaxial Compression Test Investigationof Sand Particles Cemetation Effects onMechanical Properties of Coarse SandJingyu Chen1, Ying Hai21School of Civil Engineering and Architecture, Jiaxing University, Jiaxing Zhejiang2School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiaxing University, Jiaxing ZhejiangReceived: Aug. 15th, 2017; accepted: Aug. 29th, 2017; published: Sep. 4th, 2017AbstractIn this paper, the mixing method is adopted to cement sand, and artificial cement sand samples of different cement content are made by mixing Portland cement with sandy soil. Triaxial consolida-tion drained shear tests on these sand samples are carried out to study effects of the cementation between sand particles on strength characteristics, stress-strain characteristics and the volume change characteristics. Studies show that under the same confining pressure, the higher the ce-ment content and the stronger the bonding between the coarse sand particles, the bigger the peak shear strength of the artificial cement sand samples, but the residual shear strength of samples of different cement content is approximately equal. The higher the cement content and the stronger the bonding between the coarse sand particles, the bigger the initial compression modulus and the more obvious strain softening of the samples of different cement content under the same con-fining pressure. The higher the cement content and the stronger the bonding between the coarse sand particles, the more easily the artificial cement sand samples to dilate and the bigger the vo-lumetric strain of these samples.KeywordsArtificially Cemented Sand, Bonding between Sand Particles, CD Triaxial Shear Test, The Strength Characteristic of Cemented Sand, The Stress-Strain Characteristic of Cemented Sand砂土粒间胶结性对砂土力学性质影响的三轴实验研究陈敬虞1，海瑛21浙江嘉兴学院建筑工程学院，浙江嘉兴陈敬虞，海瑛2浙江嘉兴学院机电工程学院，浙江 嘉兴收稿日期：2017年8月15日；录用日期：2017年8月29日；发布日期：2017年9月4日摘 要本文采用对砂土进行胶结的混合法，在砂土中掺入硅酸盐水泥制成不同水泥含量的人工胶结砂土试样，通过对试样进行三轴固结排水剪切试验，研究砂土颗粒间的胶结对砂土强度特性，应力-应变特性及体积变形特性的影响。
研究表明，同一围压下试样水泥含量越高粗砂粒间的胶结越强，试样的峰值强度越大；但同一围压下不同水泥含量试样的残余强度接近相等。
同一围压下，试样水泥含量越高砂粒间的胶结越强，试样的初始压缩模量越大，应变软化越明显。
试样水泥含量越高粗砂粒间的胶结越强，在低围压下排水剪切时越容易发生剪切膨胀，低围压下排水剪切时的体应变也越大。
关键词人工胶结砂土，砂土颗粒间胶结性，三轴固结排水剪切试验，胶结砂土强度特性，胶结砂土应力-应变特性Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/1. 引言土中颗粒的组成、土颗粒的排列与组合、颗粒间的连接作用导致了土形成不同的结构，土的结构性是指这种结构而造成的力学特性，结构性的强弱表示土的结构性对于其力学性质(强度、变形性质和渗透性)影响的强烈程度。
天然土体的力学特性与在试验室制备的重塑土的力学特性有较大区别，天然土体的结构性对其力学及工程特性有非常大的影响，天然土体相对于重塑土而言称为结构性土。
土体结构性对土体力学性质及工程性质的影响是21世纪土力学研究的核心问题[1]。
上世纪八十年代以来，许多学者对结构性土的力学特性进行试验分析和研究。
张成厚等对两种未扰动的结构性粘土，进行了固结实验和室内三轴不排水试验[2]。
由于在对原状土取样的过程中，对原状土的扰动使其结构的改变是不可避免的，故后来一些学者尝试在试验室内人工制备结构性土，对土的结构性开展试验研究。
Malandraki 采用高温灼烧法在实验室内制备结构性土(Malandraki, 2001) [3]。
蒋明镜等通过在原料软土中掺入冰粒和微量水泥，人工设定化学胶结作用和大孔隙组构来模拟天然粘土的结构(蒋明镜等，1997年) [4]。
谢定义等在土中掺入冰粒和微量水泥，在实验室内人工制备类似于原状土结构的土样，通过对人工制备的结构性土样的压缩试验，分析研究土的结构性并验证提出了反映土结构性的定量化参数(谢定义等，1999年) [5]。
反映天然砂土结构性的一个方面砂土颗粒的排列，可用砂土的相对密度Dr 或孔隙比e 来描述；但反映天然砂土结构性的另一个方面砂土颗粒间的胶结性，及颗粒间的胶结性对天然砂土力学性质的影响目前正在研究。
王丽等在实验室内用方解石粉和硅酸盐水泥作为胶结材料，采用混合法在实验室内制成含5%方解石粉、不同硅酸盐水泥含量的钙质砂试样，对这些试样进行了不同围压下的三轴固结排水剪陈敬虞，海瑛切试验，通过试验结果研究分析了钙质砂粒间的胶结性对钙质砂力学性质的影响[6]。
蒋明镜等通过离散元数值模拟对结构性砂土粒间胶结效应进行了研究分析[7]。
刘恩龙等通过在原状土料中加入少量水泥和盐粒以形成颗粒间的胶结作用和大孔隙组构模拟天然黏土的结构性，通过室内压缩试验和不同胶结强度土样在排水和不排水条件下的三轴剪切试验，分析了人工制备结构性土样的力学特性[8]。
本文采用对砂土进行胶结的混合法，在砂土中掺入硅酸盐水泥制成不同水泥含量的人工胶结砂土试样，通过对试样的三轴固结排水剪切试验，研究砂土颗粒间的胶结对砂土应力-应变特性，强度特性及体积变形特性的影响，揭示砂土的结构性对砂土力学性质的影响，为建立原状砂土的本构模型和实际岩土工程设计提供参考。
2. 试样的制备及试验方案本文试验采用的砂土是从福建标准砂中用土工筛筛出的粒径在0.5 mm~1 mm 的粗砂。
福建标准砂的颗粒级配曲线如图1。
用粒径在这个范围内的粗砂，目的是在砂中掺入硅酸盐水泥后能让砂土颗粒间的水泥的胶结比较均匀。
砂土物理性质指标的测定和试验试样的制备严格按照GJB128-88标准进行。
粒径在0.5 mm~1 mm 的福建标准砂的基本物理性质指标见表1。
试验设计了A 、B 、C 三组试样，每组有相同的三个试样，一共9个试样。
A 组为不含水泥的试样、B 组为含3%硅酸盐水泥的试样、C 组为含6%硅酸盐水泥的试样。
制备含水泥的砂土试样时将一定百分比质量的硅酸盐水泥均匀的与砂土混合，分三层装入三瓣模中每一层都均匀捣实，然后放入水中养护7天使试样胶结,然后将样品脱模放入三轴试验机中。
三组试样的物理参数见表2。
试验在浙江大学建筑工程学院土工实验室的GDSLAB 上进行，每组试样分别在50 kPa 、100 kPa 、200 kPa 围压下进行固结排水剪切试验。
Figure 1. The grain size distribution of Fujian standard sand 图1. 福建标准砂颗粒级配曲线Table 1. Basic physical index 表1. 基本物理性质指标ρd min (g/m 3) ρd max (g/m 3) e max e min G s 1.4041.6880.92660.60332.701陈敬虞，海瑛3. 砂土粒间胶结对应力应变特性及强度的影响3.1. 应力应变特性及强度分析A 组试样(A1, A2, A3)，B 组试样(B1, B2, B3)，C 组试样(C1, C2, C3)分别在围压50 kPa 、100 kPa 、200 kPa 下固结排水剪切试验的()13a σσε−−关系曲线如图2，图3，图4所示。
