间隙液体对岩土颗粒材料剪切特性影响的实验研究

文摘   2025-01-01 11:09   江苏  
摘要颗粒间的间隙液体是影响岩土颗粒材料剪切特性的重要因素。为进一步研究这一问题,本研究对不同饱和度和粒径的石英砂进行了系统的环剪试验。研究发现,饱和度对石英砂剪切特性的影响与粒径有很强的相关性。粗砂的有效摩擦系数随饱和度的增加呈现先增大后减小的趋势。石英砂在剪切过程中的体积应变变化可分为三个阶段,每个阶段的趋势显著受饱和度和粒径的影响。粗砂的绝对破碎率随饱和度的增加逐渐减小。粒径越小,破碎的可能性越低。研究结果为进一步理解岩土颗粒材料剪切变形和破坏诱发灾害的动力机制提供了科学依据。
1. 引言 (Introduction)
- 背景:介绍了颗粒材料在多个领域的广泛应用,以及与颗粒材料相关的地质灾害现象,如滑坡、泥石流等。
- 研究意义:探讨了间隙液体对岩土颗粒材料宏观力学性质的影响,特别是液体的表面张力和毛细管作用对颗粒间摩擦和凝聚力的影响。
2. 材料和方法 (Materials and methods)
- 实验材料:选择了中等粒径(0.25-2 mm)的非粘着石英砂作为实验材料,并详细描述了石英砂的特性。
- 饱和度准备:描述了如何准备不同饱和度的石英砂样本,包括干燥、部分饱和和完全饱和的状态。
- 实验设备:介绍了使用的SRS-150环剪试验装置,以及实验过程中的控制参数,如正应力和剪切速度。
3. 结果和讨论 (Results and discussions)
- 有效摩擦系数:分析了不同饱和度和粒径下石英砂的有效摩擦系数变化,发现饱和度对粗砂的摩擦系数影响显著。
- 颗粒系统波动:讨论了在剪切过程中颗粒系统波动的变化,特别是粗砂在40%饱和度时波动最大。
- 体积应变:分析了石英砂在剪切过程中体积应变的变化,可以分为压缩、膨胀和持续压缩三个阶段。
- 颗粒破碎:研究了颗粒破碎对石英砂剪切特性的影响,发现粗砂在剪切过程中破碎显著,而细砂破碎率较低。

4. 结论 (Conclusions)
- 主要发现:
1. 饱和度对石英砂的有效摩擦系数影响与粒径大小密切相关。
2. 粗砂在40%饱和度时系统波动显著增加,而细砂对饱和度变化不敏感。
3. 石英砂在剪切过程中的体积应变变化可以分为三个阶段,受到饱和度和粒径的影响。
4. 粗砂在剪切过程中颗粒破碎显著,而细砂破碎率较低,且饱和度对细砂颗粒破碎率的影响不显著。
这篇文章通过实验研究,为理解间隙液体对岩土颗粒材料剪切特性的影响提供了科学依据,并对地质灾害中颗粒材料的剪切变形和破坏机制提供了深入的见解。
参考文献
Hu, Y., Yang, D., Niu, W., Zhang, W., Teng, W., & Zheng, H. (2025). Experimental investigation of the effect of interstitial liquid on the shear characteristics of geotechnical granular materials. Powder Technology, 452, 120474.

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