库水作用下库岸边坡红土的侵蚀模型试验研究

库水位的升降变化会引起库岸边坡红土的侵蚀。本文采用室内边坡模型试验和浸泡试验的方法,研究库水作用下库岸边坡红土侵蚀过程中的颗粒迁移、土压力、孔隙水压力的变化及其对应的抗剪强度和渗透性的变化情况。试验结果表明:在相同库水位下,边坡红土颗粒迁移现象不明显,库水位以下的土压力与孔隙水压力都比水面以上的土压力与孔隙水压力值大;随着库水位上升,土体内部孔隙中的气泡随水带出,边坡红土内部的土压力减小,孔隙水压力增大,且两者呈显著的非线性变化;随着浸泡时间的增长,土体抗剪强度先迅速减小,后缓慢回升,之后强度持续降低;渗透系数随浸泡时间延长明显增大;随着浸泡温度的升高,土体抗剪强度先增大后减小,但在常温作用时强度最大。     

冻融循环下冷却温度对粉质黏土力学性质影响的试验研究

 环境温度是土体冻结和融化过程中常见的变量。为明确冷却温度对土体冻融循环效应的影响规律,以青藏高原粉质黏土为对象,进行不同冷却温度和冻融次数的冻融循环试验及三轴剪切试验,并测定试样冻融循环后的水分重分布和体积变化特征。结果表明,冻胀和冻缩在冻结过程中是同时存在的,且均随冷却温度的降低而增大,两者正负变形量比例关系的不同是土体冻融循环效应多变的主要原因之一。随着冷却温度的降低,由于冻胀先于冻缩达到极限状态,体积增加量呈先增大、后减小的规律,转折点对应的是冻胀和冻缩在微小温差条件下变形附加量相对大小关系发生改变的临界温度值。破坏强度随冷却温度的变化与干密度一致,呈先减小、后增大的规律,以劣化为主。未冻水含量和水分迁移量均随冷却温度的降低而减小,因此冷却温度越低,破坏强度随冻融次数的变化范围越小,达到新的稳定状态所需的冻融次数也越少。黏聚力和内摩擦角随冷却温度和冻融次数的变化规律可以采用Logistic模型拟合与预测,以方便工程应用。     

冻压条件下冻融软土孔隙特征与动力特性分析EI北大核心CSCD

杭州软土地区地铁联络通道建设多采用冻结法施工,在整个冻结范围内,不同区域的土体冻融期间承受不同冻结温度与冻融压力。通过自主研发土样制作仪器,得到不同组合冻结条件的试样,再基于核磁共振试验,研究冻融土在不同冻结压力、冻结温度以及加载情况下精确孔径分布特征曲线变化规律,并结合动三轴试验深入探究以孔压、应变以及刚度为代表的动力特性。最终,建立以一次对数为基础的动孔压预测模型,该模型参数物理意义清晰,能较好地预测不同冻融条件下软土动孔压发展。研究结果表明:随着冻结温度的降低,孔隙中的水冻胀效果更为明显;冻融期间围压可有效使融土骨架结构更为紧密,从而减少融土在循环荷载下的变形;循环荷载作用下,小孔隙尺寸大幅度减小,尺寸分布范围增大,中等孔隙进一步向次级孔隙发展;不同冻融压力作用下,孔压极限值与冻融完成后中等孔隙的面积呈类线性相关。研究成果可作为冻结法施工条件下,预测冻融土结构损伤程度与循环荷载下孔压发展的可靠依据。     

冻融过程中未冻水含量及冻结温度的试验研究

 土体冻融过程中的未冻水含量是控制水分迁移及冻胀融沉的关键因素,而冻结温度是判断土体是否处于冻结状态的重要指标。基于频域反射法(FDR),测定不同初始体积含水率条件下青藏高原粉质黏土,冻融过程中的体积未冻水含量及温度变化,分析引起体积未冻水含量及冻结温度产生差异的主要原因。试验结果表明：初始含水率较高的土体,冻结过程中出现了很明显的过冷现象以及温度和体积未冻水含量的突变,而初始含水率较低的土体,这种现象并不明显。初始含水率较大的土体冻结先于初始含水率较小的土体,并且对温度突变的敏感性大于初始含水率较小的土体。对冻融过程体积未冻水含量的滞后分析发现,体积未冻水滞后度?θ和温度滞后度?T均是先增大后减小,体积未冻水滞后度?θ的峰值发生在相变区附近,其峰值随着初始含水率的增大而增大。当初始含水率等于或高于液限含水率时,含水率对冻结温度影响不大;当初始含水率低于液限含水率时,冻结温度随含水率减小而降低。     

不同幅值温度荷载下一种饱和红黏土的固结效应

通过室内试验,研究一种饱和红黏土在不同升温幅值温度荷载作用下的固结效应。亦即,首先将试样在初始温度20℃和一定围压下（σ₃=50,100,150,200 kPa）进行固结。然后,在不排水条件下将试样温度由20℃上升至40℃（或50℃,60℃,70℃,80℃）,再让试样在该温度荷载下进行等温排水固结。试验表明,温度荷载引起的孔隙水压力最大值随升温幅值的增大而增大,达到同一温度设定值后的孔隙水压力与围压比随围压的增大而相应减小,而孔隙水压力值则增大。在温度荷载作用下,固结体应变随温度幅值的增大而增大,而随围压的增大有减小的趋势。在相同幅值温度荷载和相同围压作用下,红黏土的孔隙水压力增长速率及最大值要明显大于一种低塑性的粉质黏土,而其固结体应变却要小些。     

高压力作用下深部黏土冷却过程及其特征研究

深部黏土的埋深决定着深部黏土在进行人工冻结期间所承受的地压力的大小,而较大的地压力将会影响冻结壁形成时冻结温度的大小以及冻结壁的冷生构造,从而影响冻结壁的强度与稳定性。本研究通过对高压力作用下的深部黏土在不同含水率状态下进行冷却过程试验,分析了压力大小对不同饱和状态的深部黏土冷却曲线形式及初始结晶温度、冻结温度及过冷度的影响。结果表明:深部土的冻结温度、初始结晶温度以及过冷度都与土体所承受的压力密切相关。不论是非饱和状态、饱和状态还是过饱和状态下的深部黏土,其冻结温度都随土体所承受压力的增大而减小,而初始结晶温度则随压力的增大呈起伏状变化。利用物质结晶理论,进一步分析后认为冻结过程主要是自由孔隙水的相变过程;而压力作用会通过改变土体中土颗粒对孔隙水分子的吸附作用,改变土体中自由水的含量,进而改变土体冻结过程中潜热释放量的大小,最终影响土体冷生构造。     

土体冻融对西北地区深基坑桩锚支护内力影响试验研究

在西北高寒高海拔地区,冻融是导致深基坑支护结构变形与破坏的重要因素.通过室外试验,监测自然冻融条件下桩侧土压力、锚杆应力等数据,分析气温、水分变化对土体温度、冻胀力及锚杆应力变形的影响.结果 表明:土体温度分"骤降、平缓下降、波动下降"三个阶段,表层土体温度受气温影响下降速率最快;自然冻融条件下,基坑上部所受冻胀力随含水率变化显著,中部冻胀力随时间持续增长;基坑坑壁土体在局部深度范围内受竖向与侧向双向冻融作用,且锚杆自由段受坑壁冻融作用影响较锚固段明显;持续低温导致基坑下部锚杆应力增大,其中M4锚杆应力最终增长约56％.可见,土体冻融对支护结构的影响不可忽略,研究结果可供类似气候土质地区相关工程参考.     

非饱和硬土的长期固结特性探讨

利用室内一维固结试验研究了非饱和硬土在受到长期荷载作用下的固结特性。研究发现非饱和硬土的长期固结曲线在"反S"型趋势后继续下弯,揭示了非饱和硬土内部超静孔隙气压力和超静孔隙水压力的分段消散过程。温度对于非饱和硬土长期固结特性的影响较为明显,随温度的升高,固结速率明显增大。非饱和硬土并不一定能完全满足高速铁路地基土的设计要求,实际工程中还要根据土体性质、排水条件、上覆荷载等条件进行综合判定。     

盾构施工引起土体超孔隙水压力峰值的计算及 影响因素分析

摘 要： 运用应力释放理论及应力传递理论,推导了盾构施工引起周边土体任一点的 超孔隙水压力峰值 的计算公式。并通过算例分析表明：与衬砌相邻的土体超孔隙水压力峰值呈 近似 圆形（底部大于顶部）;随着离隧道中心距离的增加,土体超孔隙水压力峰值呈凹曲线衰减。同时发现盾构直径及埋深对土体超孔隙水压力峰值的影响是相反的。当直径减小或是埋深增大,均会使得与衬砌相邻周边土体超孔隙水压力峰值的底部与隧道中心水平线处的差异更加明显,反之亦然。隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道上方区域的等值线间距逐渐变大,即变化变缓。在一定深度处,超孔隙水压力峰值在隧道轴线上方为最大,远离隧道轴线则减小;随深度增大,其最大值有增大趋势。     

冻融循环导致洛川黄土边坡剥落病害产生机制的试验研究

 冻融循环作用导致洛川黄土边坡剥落病害的发生。作为对比,在洛川剥落边坡及铜川未剥落边坡分别采样,模拟自然坡面冻融过程,在开放不补水条件下,开展冻融循环试验,测定在冻融循环作用下土样表面的变化特征及土样高度、干密度、含水率、黏聚力及内摩擦角的变化情况。试验结果表明：洛川土样在初始几次冻融过程中,土样体积稍有增大,含水率变化较大,冻结过程中冰晶冻胀力破坏土体结构,融化时结构不可恢复,反复冻融导致土体强度弱化。冻融循环10次左右后,土体物理力学状态趋于稳定。融化时,在水的软化作用和冰的促化效应下,沿着水冰交界面易产生剥落病害;铜川土样在冻结过程中,在冻结缘处产生负孔隙水压力,土体密度增大,体积减小,强度增大;融化时,有效应力减小,总应力不变,融沉量大于冻胀量,土体黏聚力略有增强,不易产生剥落。     

土体冻融对水份迁移影响及微观研究

为研究冻融循环作用对土体水份迁移的影响,采用自行研制的装置进行单向冻融试验,测定并分析了冻融循环作用下土体中水分迁移变化,同时利用扫描电子显微镜(SEM)采集了不同冻融循环次数的微观图像。通过对比研究了冻结温度、冻前含水率、孔隙直径、颗粒直径及微观结构特征变化对水分迁移的影响。结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,土样中含水率变化规律为逐层降低-回升变为逐层降低-平稳,最后变为逐层降低;(2)随着冻融循环次数增加,孔隙直径组成发生改变,大直径孔隙减少,小直径孔隙增加。     

振动沉管碎石桩处理填土地基效果分析

通过振动沉管碎石桩复合地基平板载荷试验、现场堆载试验,监测沉降变形和孔隙水压力的变化规律,对复合地基的加固效果进行了分析。经过碎石桩处理后的复合地基沉降量有效减小,孔隙水压力加速消散,土体的有效应力不断增加,地基变形以垂直向的压缩固结变形为主,达到了复合地基的处理效果。     

不同降雨强度下红黏土边坡干湿循环试验研究

干湿循环过程中红黏土边坡力学参数发生了变化,红黏土边坡破坏特征和机理与一般土质边坡不同。以贵州红黏土为研究对象,采用浴霸–人工降雨模拟干湿循环,在室内制备了较大尺寸边坡模型,同时在边坡内部不同位置埋设含水率、孔隙水压力和温度传感器,分析了干湿循环下红黏土边坡力学参数演变规律和破坏机理。研究结果表明,随着深度增加,边坡土体含水率受降雨强度影响逐渐减弱,表层含水率受降雨强度影响明显。干燥期含水率呈现先增加后减小的现象。同一降雨强度下,坡脚含水率最大,其次为坡面、坡肩,最后为坡顶。表层孔隙水压力在降雨、渗透期上升,干燥期降低。降雨强度越大,温度变化幅度越大。随深度增加,边坡温度变化幅度逐渐减小。坡脚温度变化幅度较其他部位大。边坡破坏特征由溅蚀→面蚀→片蚀→裂缝→冲沟,未见明显的滑动面。     

动、静荷载作用下细粒土的冻胀特性实验研究

随着列车速度的不断提高,季节冻土区路基工程的冻胀问题也越来越突出。为研究细颗粒土在动荷载作用下的冻胀特性,进行了无荷载、静荷载和动荷载条件下室内开敞系统的冻胀实验,对比分析了无荷载、静荷载和动荷载条件下细粒土的冻胀变形、水分迁移速率及土中含水量的分布。实验结果表明：静荷载、列车动荷载对土的冻胀都具有一定的抑制作用,随着外荷载值的增大,该细颗粒土的冻胀率逐渐减小;且当静荷载值等于动荷载幅值的二分之一时,动、静荷载对细颗粒土冻胀的影响基本相同;土冻结过程中水分迁移速率随着冷却温度的降低而逐渐增大,而随列车动荷载值的增大而相应降低;土的冻胀特性基本不受列车动荷载频率变化的影响。     

从变形、水量变化和强度三方面验证非饱和土的两个应力状态变量

为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期用各向等压试验验证非饱和土的两个应力状态变量的基础上,使用改进的非饱和土三轴仪和重塑Q_3黄土做了两类验证试验:第一类是两组控制净围压、偏应力和吸力的固结不排水剪切试验,第二类是3组控制净围压和吸力的固结排水剪切试验。在第一类试验中,等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压、吸力和偏应力本身不发生变化,发现试验过程中土样的体积变化和含水率变化均非常小,可以忽略不计。第二类试验的每一组包含两个控制净围压和吸力分别相同的固结排水剪切试验,其中一个试样在固结完成后直接进行排水剪切试验,另一个试样在固结完成后等值增加总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压和吸力本身不发生变化的条件下进行排水剪切试验,发现二者的抗剪强度、剪切过程中的体积变化、排水量和广义剪应变都分别十分接近,可以认为两两相等。研究结果从变形(包括体应变和剪应变)、水量变化和强度3个方面说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,进一步夯实了非饱和土力学的应力理论基础,为非饱和土的两个应力状态变量理论提供了牢靠的试验依据。     

饱和砂土液化后流体本构模型研究

利用空心圆柱扭剪仪开展了饱和南京细砂液化后常速率加载试验,考虑了有效固结压力和加载速率对饱和南京细砂液化后流体特性的影响,结果表明:液化后静加载过程中剪应力与孔压比的发展具有明显的二阶段特性,且剪应力与孔压比的发展有着良好的线性相关关系,有效围压及加载速率对二者的关系有着明显影响;据此提出一种符合液化后静加载过程的率相关性及孔压相关性流体本构模型,该模型将构成饱和砂土强度的土颗粒摩阻力与土–水黏滞阻力分别表示为时变型和非时变型剪切稀化流体;最后进行了该模型的验证性试验,并将模型预测结果与其他学者研究成果对比,验证试验及对比结果均表明该模型具有较好的适用性。     

静孔隙水压力与超静孔隙水压力——兼与陈愈炯先生讨论

土中的孔隙水压力是土力学的基本概念,也是饱和土体有效应力原理和渗流固结理论的基础。本文认为静止的地下水中和稳定渗流场中土中孔隙水压力均属于静孔隙水压力,而超静孔隙水压力是由于外部作用或者边界条件变化在土体中引起的,不同于静孔隙水压力的那部分孔隙水压力,在有排水条件下,它将逐渐消散,并在消散过程中伴随土体的体积变化。文中也针对一些例子进行了讨论。     

土质路堑边坡冻融失稳及植被护坡机理研究

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段路基加宽一侧粉砂质黏土路堑边坡,采用室内三轴实验、现场监测、原位测试等方法,开展了路堑边坡冻融失稳及植被护坡实验研究。三轴实验结果表明：在土体含水率小于最佳含水率时,土体黏聚力随含水率的增加而增大,超过最佳含水率时,黏聚力随含水率增加而减小,在最佳含水率附近达到峰值;土体内摩擦角随含水率的增加而减小。土体黏聚力随冻融循环次数的增加而降低。现场监测结果表明：边坡土体冻结的过程中,水分向冻结锋面迁移;木本护坡植物要比草皮有明显的吸水作用,紫穗槐表现的更加明显。现场直剪实验得出：木本植物根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度明显增大,在同一坡面相近位置,采用紫穗槐和胡枝子护坡时,其根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度大 2 倍左右。理论分析表明：有效地减小坡面荷载,可增加边坡稳定安全系数。     

粗粒盐渍土区既有高铁路基变形特性试验研究

为了探究某既有高速铁路路基变形特性,对路基填料进行了基础物理化学试验,得到了颗粒级配、最大干密度、最佳含水率和易溶盐含量等基本工程性质,然后选取典型标段路基填料,分别开展室内单次降温盐胀试验、溶陷试验、冻融循环试验和现场大型溶陷试验。结果表明:该段路基土体在单次降温试验中的最大盐胀率为0.96%,最大盐胀变形量与土样不均匀系数之间存在线性关系,土样最终盐胀量在很大程度上取决于土样级配和硫酸根离子含量; 在最不利工况下土样的最大溶陷系数为0.012,K87+950标段土样最终溶陷量最大,为5.67 mm,最大变形率为4.7%; K87+950标段路基变形量随温度变化呈现V形下降趋势,在第5次冻融循环周期相对融沉量达到最大,7次冻融循环后硫酸根离子沿土样高度呈现M形分布; 土样顶部接近制冷头部位的含水率明显增加,底部含水率减少,20～40 cm高度范围内土样含水率无明显变化,距土样顶部15～30 cm层位范围盐胀变形量最大; 由现场溶陷试验可知,注水量达到30 mm时,K31+000试验点路基溶陷量可达到最终溶陷量的80%,极端降雨不会引起该既有路基发生较大溶陷变形。     

饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究

在28℃,28℃→55℃,28℃→55℃→28℃三种工况下,开展宁波饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究,先对桩土加热(降温),再进行静载荷试验,测定土体的温度和孔隙水压力、地表沉降及桩顶位移、桩身轴力和荷载–沉降试验数据,研究土体的热固结过程及桩负摩阻力的形成机制;其次,以模型试验为原型,利用Abaqus软件建立了考虑热流固耦合作用的桩–土有限元模型,将计算结果与试验结果进行对比验证,进而讨论温度对桩身轴力和桩侧摩阻力的影响,结果表明:加热升温后,桩、土发生膨胀变形,土中出现超静孔隙水压力;随着孔压的消散,土体发生热固结现象,且其固结沉降量大于桩体沉降量,地基最终表现为沉降变形,而桩侧出现下拉荷载,产生负摩阻力;随温度的升高,沿深度方向,桩身轴力衰减,热固结后土体的强度有所提高,桩侧摩阻力增大,单桩极限承载力随温度的升高而增大。