宽级配砾质土快速三轴CD试验方法及其机理研究

宽级配砾质土被作为心墙防渗料而广泛应用于土石坝工程，但由于其粘粒含量高、渗透系数较低，进行三轴CD试验时试样固结速度慢，试验历时漫长，严重影响当前土石坝工程研究，急需对其试验方法进行改进，并进一步揭示快速固结试验的机理以完善其理论。本项目从宽级配砾质土三轴CD试验出发，对其试验方法进行改进，进而提出一种适合宽级配砾质土的快速三轴CD试验方法，并进行大量快速三轴CD试验与常规三轴CD试验的对比研究；通过试验成果对比、土石坝三维有限元计算以及ADINA软件的试验仿真模拟，来充分论证快速三轴CD试验方法的可靠性；在此基础上，对快速三轴CD试验的试验机理进行分析，推导出快速三轴CD试验固结剪切过程解析解，为快速三轴CD试验提供理论依据。研究成果可推广应用于其它低渗透性土体的三轴CD试验，这无疑将丰富和发展三轴试验方法及理论，促进土石坝及其它基础工程的土体工程特性研究，具有重要的研究意义及应用价值。

（1）全面归纳和总结了宽级配砾质土的研究现状，对目前研究存在的问题进行了简单的分析和探讨。进行了宽级配砾质土的压实特性试验，全面论述了宽级配砾质土压实特性的影响因素，揭示了随着掺砾量的增加，宽级配砾质土分别呈现出悬浮～密实、密实～骨架和骨架～空隙三种不同结构形式，其压实最大干密度呈先慢后快增大、最后降低，最优含水率呈先快后慢一直减小的变化规律。. （2）对不同砾石含量的宽级配砾质土进行了一系列的三轴渗透试验研究。试验结果表明，渗透系数随砾石含量的增大，呈现出先略微减小然后逐渐增大、最后迅速增大的变化规律。随制样干密度的增加，渗透系数先逐渐减小之后逐渐增大。. （3）对三轴CD试验的制样方法进行了改进，提出了一种适用于宽级配砾质土及掺粗颗粒粘性土的快速三轴CD试验方法，对提出的快速CD试验方法与常规CD试验方法进行了中三轴CD对比试验，试验研究表明，两者试验应力应变曲线基本相符，抗剪强度及模型参数基本一致。. （4）推导了土体三轴剪切试验固结排水过程的解析解。针对宽级配砾质土三轴CD试验，利用所推导的解析解对其固结排水过程的孔压和固结度进行了验算对比。验算对比结果表明，解析解计算得到的固结度曲线及孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好，说明解析解能用来解释三轴剪切试验固结排水过程。. （5）采用了大型商业软件ADINA，对常规三轴试验与快速三轴试验的固结及剪切过程进行了模拟。模拟显示，砂芯能够促进试样快速排水固结。模拟出来的固结完成时间与实际相符。. （6）基于Duncan-Chang模型，利用常规三轴CD试验、快速三轴CD试验的试验成果，分别模拟了三轴剪切过程应力应变曲线，模拟结果表明，两者应力应变曲线吻合较好。土石坝三维有限元计算模拟也表明，两者计算得到的应力应变最大值及等值线分布图成果一致，两者应力应变规律相同，特别是应力最大值及应力分布与无砂芯样参数计算成果吻合很好。. 各方面研究证实，本课题提出的快速CD试验具有排水固结快的巨大优势，而其在反映土体应力应变方面与常规CD试验基本一致。