某尾矿料的邓肯-张模型参数试验研究.pdf

第6 3 卷第2 期 2Ol1 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．6 3 ．N o ．2 M a v2Oll D o I l O ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 l 0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 6 4 某尾矿料的邓肯．张模型参数试验研究 刘聪聪 邵阳学院，湖南邵阳4 2 2 0 0 0 摘要从某尾矿坝取尾矿料，制备各种所需下密度试样，通过大最的常规二三轴压缩试验，得到丁该尾矿料的邓肯．张模犁参 数，并分析了误差产生的原因，所得参数町作为尾矿坝设计、计算的参考值。 关键词尾矿料；邓肯．张模犁；参数；试验 中图分类号x 7 5 3文献标识码A文章编号l o o l 0 2 I l 2 0 “ 0 2 一0 2 “一0 4 引言 邓肯，张双曲线模型能较好地反映土体的非线 性性态，概念清楚，易于理解，在岩土工程和地下工 程的数值分析中得到广泛应用。在做具体数值计算 时，要用到具体的参数值。一些文献、书籍和资料中 给出了一般性的砂土、黏土和黄土等的邓肯- 张模型 参数。但对尾矿料的邓肯．张模型参数研究还很少 见。本文通过常规三轴压缩试验，得到了某尾矿料 的邓肯- 张模型参数。 1 _ 邓肯一张模型‘1 3 1 9 6 3 年，康纳 K o n d n e r 根据大量土的三轴试 验的应力应变关系曲线，提出可以用双曲线拟合出 一般土的三轴试验曲线，即 吼～，2i 话 1 其中，口、6 为试验常数。对于常规三轴压缩试 验，占。 占．。邓肯等人根据这一双曲线应力一应变 关系提出了一种目前被广泛应用的增量弹性模型， 一般被称为邓肯一张 D u n c a n c h a n g 模型。 1 ．1 切线变形模量层， 在常规三轴压缩试验中，式 1 也可以写成 ．』L 口 6 占I 2 盯I 一盯3 将常规三轴压缩试验的结果按L 占。的 收稿日期2 ∞9 一∞一2 4 作者简介期聪聪 1 9 8 l 一 ，男，湖南新邵人．硬七。讲师．主要从事 岩土工程、道路工程的教学和科研方面的工作。 关系进行整理，则二者近似呈线性关系。在常规三 轴压缩试验中，由于d 盯 d 盯， 0 ，所以切线模量 为 耻掣高 ㈣ d 占l 口 6 8 ．1 。 在试验的起始点，占， 0 ，E 。 层i ，则 E 。 二 4 这表明 在式 1 中，如果占。一∞，则 盯- 一盯， 诎2 寺 5 由此可以看出6 代表的是双曲线的渐进线所对 应的极限差应力 盯．一盯， 讪的倒数。 在土的试样中，如果定义破坏比屁，为 吩 糕 6 则6 故 盯I 一盯3 ， E 2 志 { 一 8 r l 12 、⋯ 孕【F 万石而。 将式 4 、 7 代入式 8 得 耻“l _ q 揣] 2 9 根据莫尔一库仑强度准则，有 ”， 塑警 1 0 。 如果绘出l g 层／P ． 和l g 盯，／P ． 的关系图， 则可发现二者近似呈直线关系，所以可得 万方数据 第2 期刘聪聪某尾矿料的邓肯- 张模型参数试验研究 2 6 5 E 。 K 尸。 鲁 “ Jd 其中，P 。为大气压，量纲与盯，相同；K ，，l 为试 验常数，分别代表l g E ／P 。 与l g 盯，／P 。 直线的 截距和斜率。将式 1 0 和式 1 1 代入式 9 则得 到 耻矾c 即j 一毪嚣訾，2 1 2 可见切线变形模量的公式中共包括5 个材料常 数K 、n 、纵c 、尺，。 1 ．2 切线泊松b 匕 邓肯等人根据一些试验资料，发现在常规三轴 压缩试验中轴向应变占。与侧向应变一s ，之间也存 在双曲线关系。 即 一占3 ／占I ／一D 占3 1 3 从上式可见，当一占，一0 时， 一占，店。 ， 秽；，t ，。即为初始泊松比，D 为占．与一占，关系渐进线 的倒数。试验表明土的初始泊松比移。与试验的围压 矿，有关，将它们画在对数坐标中，可假设是一条直 线，这样 吼 ， G F l g 盯3 ／P 。 1 4 其中，G ，F 为试验常数。 而 一d 占3 1 一D 占1 ， D 占，t ，i 。‘一峨一 1 一D 占1 2一 1 一D 占1 2 1 5 q 2 i 一 2 参数试验‘2 】 3 根据所需的干密度p 。，计算每个试件所需要 的土样质量Q 9 6 p 。 1 c c J ，并把土样分成5 等 份。 4 用击样器，把土样分5 层击实成型，每层击 实后，用小钢针刮毛然后再加第二层土样如此反复 进行，直到最后一层，每个试样的平行误差 密度 要小于O ．0 2 9 ／c m ’。 5 试样饱和 将装有试样的饱和器置于无水的抽气缸内，进 行抽气，当真空度接近一个大气压时，继续抽2 0 一 4 0m i n ，注入蒸馏水。试样在水中静置时间需大于 2 4h 。 2 ．2 试样安装 1 压力室底座充水，在底座上放置透水石、滤 纸。 2 将乳胶膜套在承膜筒上，两端翻出筒外，使 乳胶膜紧贴承膜筒内壁，然后套在试样上。翻起乳 胶膜两端，用橡皮圈扎紧下端，再从试样底部注水。 用毛刷轻轻把试样中的气泡赶到试样上端，再套上 对开膜，把试样上部气泡赶走，最后扎紧试样上部。 降低排水管的水位，取走对开膜。 3 装上压力室，将活塞杆提升，以防碰撞试样。 拧紧螺栓，再将量力环对准活塞杆。 4 向压力室注水，并拧紧注水孔螺栓。 2 ．3 试样固结 1 将液压稳压装置调至所需的压力，施加的固 结围压盯，为1 0 0 、2 0 0 、4 0 0 、7 0 0 、1 0 0 0 k P a 。 2 读取排水管初读数，打开压力室阀门，使土 样加压。 3 每半小时读一次排水管读数，直至固结稳 定。固结稳定标准连续三次前后读数差小于 0 ．1c m 3 ／h 。 2 ．4 试样剪切 1 试样剪切的应变速率为0 ．0 0 3 ％一O ．0 1 2 ％／ m i n ，换算成剪切速率为0 ．0 1 5 m m ／m i n 。 2 调整变速箱的速度为0 ．0 1 5 m m ／m i n 。合上电 源开关。 3 用手轮调整压力室高度，使之与试样刚好接 触。 4 开动马达，合上离合器，使试样底座上升，试 样发生压缩变形。 5 百分表读数为O ，2 5 ，5 0 ，7 5 ，1 0 0 。1 2 5 ，1 5 0 ， 1 7 5 ，2 0 0 ，2 5 0 ，3 0 0 ，3 5 0 ，4 0 0 ，4 5 0 ，5 0 0 ，⋯。1 6 0 0 ，记读 排水管读数和量力环量表读数。 万方数据 有色金属第6 3 卷 6 试样剪切完毕，关闭围压及排水管的阀门， 降低压力底座，卸掉围压，拆卸试样。 7 再装上新的试样，施加另一种围压，进行固 结剪切。 3 试验数据整理 根据前面所述邓肯一张模型中的各种曲线，最终 整理出该尾矿料的邓肯- 张模型八大参数如下 表l粉黏土邓肯- 张模型八大参数 T a b l e1 E i g h tp a I ．a m e t e r so fD u n c a n - C h a n gM o d e lf b rs i l t yc l a y 表2 粉土邓肯- 张模型八大参数 T a b l e2 E i g h tp a r a m e t e r 8o fD u n c a n C h a n 只M o d e lf o rs i l t 千密度P d c 妒 R ，DKnG， ／ 叠c m 一3 ／k P a／。 。 1 ．7 l83 4 ．7O ．8 0 91 ．7 6 61 5 8 ．4 50 ．5 0 0 8O ．4 0 7 20 ．2 5 8 2 1 ．6 22 23 4 ．4O ．7 7 61 ．6 71 5 8 ．4 5O ．5 0 0 80 ．4 0 7 20 ．2 5 8 2 1 ．6 03 23 4 ．30 ．8 0 22 ．5 98 8 ．9 21 ．1O ．3 0 2 9O ．1 5 9 1 ．5 32 83 3 ．90 ．8 0 42 ．0 9 61 1 3 ．8 4O ．4 4 5 6O ．3 2 5 6O ．1 2 2 5 1 ．4 93 83 3 ．20 ．7 0 31 ．8 58 0 ．3O ．8 2 4 1O ．3 4 4 6O ．2 5 8 2 1 ．4 34 l3 2 ．5O ．7 4 32 ．9 2 1 4 9 ．0 4 0 ．5 2 9 9O ．2 6 7 80 ．0 9 8 4 表3粉砂邓肯- 张模型八大参数 T a b l e3 E i 曲tp a 陋m e t e r so fD u n c a n C h a n 只M o d e lf o rs i l t ys a n d 干密度p 。 c 妒 R ，DKnc， ／ E ．c m 一3 ／k P a／。 。 1 ．7 503 4 ．80 ．8 2 83 ．2 7 64 3 6 ．5 2O ．7 0 2 70 ．4 6 2 5O ．1 8 3 l 1 ．6 7O3 4 ．7O ．7 4 91 ．24 2 9 ．5 4O ．2 8 2 3O ．4 1 3 40 ．2 2 3 5 1 ．6 5O 3 4 ．5 O ．7 0 22 ．4 8 51 9 9 ．5 3O ．3 9 6 4O ．3 4 6 7O ．2 3 1 ．6 0O3 4 ．3O ．7 0 6O ．9 8 2 4 2 9 ．5 4 O ．3 2 4 6 O ．3 9 6 6 0 ．2 3 6 1 ．5 7O 3 4 ．1O ．7 6 52 ．8 I B 46 1 ．8 6 1 ．3 2 8 8 0 ．5 6 8 3 O ．4 5 2 6 1 ．5 4O 3 3 ．7O ．6 5 71 ．2 4 7 51 3 I ．8 3 0 ．6 4 8 9 O ．3 3 7 I O ．1 3 3 4 4结论 由上表可以得出 1 对于粉黏土、粉土、粉砂来说，随着干密度的 减小，内摩擦角妒值也逐渐变小。 2 破坏比R ，都大于O ．5 。 3 K 值变化最大。 在邓肯一张模型中，K 值的原本物理意义是围压 力矿， l o o k P a 时的初始模量E ，但无量纲。E i 在 模型推导过程中明确定义为占，一O 时的模量，即要 求在试验过程中尽可能地量测到微小应变、土体处 于弹性状态的模量。大量试验资料表明，由于各种 原因，x 值可以相差数倍到几十倍H 1 。 常规三轴试验过程中使用百分表量测轴向应 变，试验点绘在普通坐标中求取K 值。表面上看是 s ，_ 0 的纵坐标倒数，实际上多数情况下仅求取到 占， 1 0 。级的相应值，与原本物理意义相去甚远， 也是众多资料相差较大的原因之一1 。 5结语 ． 邓肯一张模型在国内外广泛使用近3 0 年，大量 的试验成果表明由于取样制样、试验仪器及量测精 度、试验方法与过程、试验人员操作熟练程度、整理 分析资料等诸多因素，使其8 个参数变化较大，K 值 万方数据 第2 期 刘聪聪某尾矿料的邓肯．张模型参数试验研究 2 6 7 可成倍甚至成量级相差，用于计算所得结果的差别 也较大。因此，提高仪器的量测精度，改变整理分析 方法，以及对理论、试验、计算的全面深刻理解和经 参考文献 验的积累才能使这些先进理论和方法更符合实 际‘引。 [ 1 ] 李广信．高等土力学[ M ] ．北京清华大学出版社，2 0 0 4 5 0 一5 3 ． [ 2 ] 何昌荣，杨桂芳．邓肯一张模型参数变化对计算结果的影响[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 2 ，2 4 2 1 7 0 一1 7 4 ． [ 3 ] 冯卫星，常绍东，胡万毅．北京细砂土邓肯- 张模型参数试验研究[ J ] ．岩石力学与工程学报，1 9 9 9 ，1 8 3 ；3 2 7 3 3 0 [ 4 ] 程保河，冯卫星．亚粘土邓肯- 张模型参数试验研究[ J ] ．石家庄铁道学院学报，1 9 9 8 ，1 1 2 4 4 4 8 ． E x p e r i m e n t a lS t u d yo nP a r a m e t e r so fD u n c a n C h a n gM o d e If o rT a Ⅲn g sM a t e r i a l H Uc o n g c o n g S ．I I 口o ，，口增№i 鲫苫毋，S _ I l 口。弦愕H “n 帆4 2 2 0 0 0 ，劬i n 口 A b s t r a c t T h et a i l i n g sm a t e r i a lw a sg a i n e df 而mat a i l i n g sd a m ，a n da l ln e c e s s a r yd r yd e n s i t ys a m p l e sw e r ep r e p a r e d ． T h ep a m m e t e r so fD u n k a n - C h a n gM o d e lf o r t h e t a i l i n g s m a t e r i a lw e 陀o b t a i n e d b ym a n ym u t i n et r i a x i a l e x p e r i m e n t 8 ．B e s i d e 8 ，t h ec a u s e so fe 1 1 r o r sw e r ea n a l y z e da n dt h ep a r a m e t e 璐c a nb eu s e da sr e f e r e n c ef o rt h ed e s i g n a n dc a l c u l a t i o no ft a i l i n g sd a m ． K e y w o r d s t a i l i n g sm a t e r i a l ；D u n k a n C h a n gM o d e l ；p a r a m e t e r s ；e x p e r i m e n t 责任编辑周叶 万方数据