陇东地区非饱和原状黄土的三轴力学特性

为获得陇东地区非饱和原状黄土的变形和强度特性及相关参数,对不同基质吸力及不同净围压下的非饱和原状黄土进行了常含水率三轴剪切试验,研究常含水率下陇东地区非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、强度参数及基质吸力变化特性。研究结果表明:不同基质吸力下,偏应力与体应变临界状态线均呈线性关系;p-q平面内的原状黄土强度包线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示;非饱和黄土的抗剪强度受基质吸力的影响,非饱和原状黄土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,有效内摩擦角受基质吸力的影响较小,可近似为一常数;并对不同基质吸力下陇东地区非饱和原状黄土的弹性模量进行拟合。     

干密度和基质吸力对重塑非饱和黄土变形与强度特性的影响

 为解决填方工程沉降和边坡稳定性问题,采用非饱和土三轴仪,对延安新区填方的重塑Q3黄土,进行3种初始干密度下一系列控制基质吸力的三轴剪切试验,研究重塑黄土的变形和强度变化规律。研究结果表明：初始干密度和吸力对重塑黄土的破坏形态、变形特性和强度特性影响较大;随初始干密度的增大,试样的偏应力–轴向应变曲线逐渐由应变硬化型向理想弹塑性再向应变软化型转变;初始干密度和吸力越大,试样的剪胀性越显著,强度越高;有效黏聚力、内摩擦角和吸力摩擦角均随初始干密度的增加而增大;内摩擦角随吸力几乎不变,而黏聚力随吸力呈线性增加;初始切线杨氏模量和切线体积变形模量均随初始干密度与吸力的增加而提高。根据研究结果提出考虑初始干密度和吸力影响的重塑黄土的抗剪强度参数与非线性模型参数的表达式,可用于预估不同初始干密度、不同吸力下重塑黄土的强度和变形参数,为工程应用和数值模拟提供了依据。     

Q_2黄土的非饱和直剪试验研究

改进了后勤工程学院研制的国内第一台非饱和土直剪仪,升级为四联非饱和土直剪仪。四联非饱和土直剪仪极大的缩短了试验时间,提高了效率。利用该仪器研究了原状、重塑非饱和Q2黄土的抗剪强度特性。试验结果表明,在试验研究的吸力范围内,原状、重塑Q2黄土的凝聚力均随吸力线性增加,内摩擦角随吸力的变化较小,可以认为是一常数;吸力摩擦角较大,说明Q2黄土的抗剪强度受吸力变化影响较大,也即受含水率变化影响较大。原状Q2黄土的抗剪强度大于重塑Q2黄土,随着吸力增大,结构性增强。     

黄土的非饱和特征参数与结构性的试验研究

黄土既有非饱和性,又有结构性。本文首先在控制基质吸力条件下进行了原状黄土和重塑黄土的非饱和直接剪切试验,分析了两种结构性状非饱和土的基质吸力对净应力强度指标,Fredlund抗剪强度公式中参数b,以及Bishop抗剪强度公式中参数χ的影响。表明两种土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,b和χ均随基质吸力的增大而减小;在相同基质吸力条件下,原状黄土的黏聚力、b和χ均大于重塑黄土。其次,通过无侧限抗压强度试验,测试了不同含水量原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的单轴抗压强度,得到了不同含水量下原状黄土和重塑黄土的构度值。最后,探讨了非饱和黄土的构度与基质吸力、净应力强度指标、参数b和χ之间的关系。     

非饱和结构性黄土的强度特性试验研究

黄土既有非饱和性,又有结构性。首先在控制基质吸力的条件下进行了原状黄土与重塑黄土的非饱和直接剪切试验,分析了两种结构性状非饱和土的基质吸力对净应力强度指标、Fredlund抗剪强度公式中参数b、以及Bishop抗剪强度公式中参数的影响。表明两种土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,b和均随基质吸力的增大而减小;在相同基质吸力条件下,原状黄土的黏聚力、b和均大于重塑黄土。其次,通过无侧限抗压试验,测试了不同含水率原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的单轴抗压强度,得到了不同含水率下原状黄土和重塑黄土的构度值。最后,探讨了非饱和黄土的构度与基质吸力、净应力强度指标、参数b和之间的关系。得到非饱和黄土的b和值随构度分别有单调的变化规律;相同构度值条件下,原状黄土的b和值均大于重塑黄土的值,反映了两种非饱和土结构性状的差异。     

加卸载条件下吸力对黄土变形特性影响的试验研究

为了探讨基质吸力和净围压对黄土的变形–强度及卸载–再加载模量的影响,用非饱和土三轴仪对原状Q_3黄土及其重塑土共做了3组27个试验,即9个控制吸力和净围压等于常数的原状Q_3黄土的三轴固结排水剪切试验、9个原状Q_3黄土和9个重塑Q_3黄土的控制吸力和净围压等于常数的三轴固结排水卸载–再加载剪切试验。研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力–应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性型演变为硬化型,因其结构性导致偏应力–应变曲线的初始阶段存在交叉现象,试样一直处于剪缩状态;重塑试样在净围压较小时由剪缩逐渐变为较强的剪胀,在净围压较大时则只发生剪缩;表观凝聚力、切线杨氏模量和卸载–再加载模量均随着吸力的增大而增大;而吸力对有效内摩擦角及参数n(原状Q_3黄土的初始杨氏模量随净围压增大而变化的指数)、n_(ur)(原状Q_3黄土的卸载—再加载模量随净围压增大而变化的指数)和n_(ur)'(重塑Q_3黄土的卸载—再加载模量随净围压增大而变化的指数)的影响很小,皆可视为常数。基于试验研究结果,提出了考虑吸力和净围压影响的表观凝聚力、切线杨氏模量和卸载—再加载模量的修正计算公式,完善了非饱和土的增量非线性模型。     

广吸力范围内非饱和原状黄土的力学特性

为了研究广吸力范围内非饱和原状黄土的力学特性,采用轴平移技术和饱和盐溶液蒸汽平衡法控制试样的吸力,对Q3原状黄土进行了一系列控制吸力的常净围压三轴剪切试验,分析了吸力和净围压对原状黄土强度和变形特性的影响。试验结果表明:净围压一定条件下广吸力范围内原状黄土破坏时的偏应力随着吸力的增大而增大;不同吸力条件下原状黄土剪切过程中表现出不同程度的应变硬化或应变软化现象,同时吸力对黄土的剪胀性有明显的影响,且吸力越小或净围压越大,剪胀性越小;原状黄土的强度参数黏聚力随着吸力的增大而明显增大,而内摩擦角在低吸力范围内变化不明显,在高吸力范围内随吸力增大而明显增大。     

非饱和粉砂临界状态的试验研究

非饱和土临界状态给出了土变形过程的终点,对于分析土的基本力学性质和建立相应的本构模型十分重要。以非饱和粉砂为研究对象,利用非饱和土双压力室三轴试验系统(GDS)开展相关试验研究,对不同干密度粉砂在不同净应力和吸力条件下剪切至临界状态过程中,分别测定了强度、体变、含水率及饱和度等相关状态参量的变化规律。结果表明:剪切至临界状态过程中,不同干密度非饱和粉砂的强度和变形特性差异明显;随轴向应变的不断增加,不同初始干密度粉砂试样的偏应力、体应变以及饱和度曲线最终趋于稳定值,试样剪切达到临界状态。基于试验结果,揭示了临界状态条件下非饱和粉砂强度、孔隙比、孔隙水比体积随吸力的变化规律,并建立了q–p?、ν–ln p?、νw–ln p?平面内的临界状态线方程,提出了从强度、变形和孔隙水三个方面对非饱和粉砂临界状态进行综合描述的方法。     

非饱和重塑膨胀土的强度试验研究

通过不同干密度、不同吸力的非饱和重塑膨胀土的三轴剪切试验,研究分析了广西非饱和重塑膨胀土的应力应变硬化与软化和体变剪缩剪胀特性与土样内部的孔隙孔径大小及孔隙间的连通性的相关性,研究表明低密度试样内部孔隙孔径较大且连通性较好,应力–应变曲线表现为硬化和体变呈剪缩性,当土样密度增大后逐步由硬化–剪缩向软化剪胀转化,同时研究发现非饱和重塑膨胀土的的吸力强度与吸力的双曲特性。     

三轴剪切下黄土结构特性试验研究

为了研究原状黄土结构性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了原状与重塑黄土的应力—应变曲线和结构强度qs的变化规律。试验结果表明:重塑黄土与控制吸力为50kPa的原状黄土呈塑性破坏,而吸力为100kPa、200kPa的原状黄土试样则呈脆性破坏;三轴剪切条件下,黄土结构强度发挥曲线分为三个阶段,当轴向应变ε1为2%左右时,瞬时结构强度τε达到峰值,即为原状黄土结构强度qs。含水量w是影响黄土结构性的主要因素,吸力s是非饱和土中重要的应力变量,利用数学函数拟合,分别建立了黄土结构强度qs与含水量w、黄土结构强度qs与吸力s的数值关系。     

常含水率三轴条件下非饱和原状黄土的吸力和力学特性

为了模拟实际工程在不排水条件下土体的快速破坏,对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了常含水率等向压缩和三轴剪切试验,研究了常含水率下非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、屈服及吸力变化特性。研究结果表明: 在等向压缩和三轴剪切应力条件下,非饱和黄土的变形和吸力变化特性不同;不同初始吸力下,偏应力与净平均应力临界状态线为平行直线,偏应力与有效平均应力临界状态线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示,半对数坐标系上孔隙比与净平均应力及有效平均应力临界状态线皆近似为平行直线,直线斜率比饱和土的大,比屈服后等向压缩曲线的小;对于不同初始吸力,相同有效平均应力下非饱和原状黄土与饱和黄土的临界状态孔隙比之比与气体饱和度关系可以归一;屈服净平均应力及屈服偏应力皆随着初始吸力的增大而增大;q-p平面上初始及后继屈服曲线为对称于K₀线的椭圆,吸力及应力硬化对屈服曲线的影响是等向的。     

非饱和结构性黄土吸附强度的试验研究

 以甘肃永登非饱和结构性黄土为研究对象,通过等吸力三轴试验,研究非饱和黄土在控制吸力条件下的剪切性状,得到基质吸力随含水率及围压的变化规律和基质吸力与吸附强度之间的相互关系,并推导新的吸附强度公式,该公式可预测不同吸力对非饱和黄土抗剪强度的贡献。试验结果表明：非饱和黄土的基质吸力随含水率和围压的增大分别减小,但含水率的变化对基质吸力的改变起着主导作用,在低含水率情况下,基质吸力灵敏度较高,吸附强度随基质吸力的增大而增大,围压对吸附强度的影响较小。本研究为非饱和黄土抗剪强度应用于西部地区黄土工程实践提供了一种新的方法。     

非饱和原状黄土增湿条件下力学特性试验研究

利用FSY30型应变控制式非饱和土三轴仪采用常含水率试验,研究陕西泾阳县某边坡原状黄土在不同含水率(无偏应力条件下增湿)、不同固结围压下的强度和变形特性,求得Fredlund双应力状态变量抗剪强度公式中b?值并利用含水率建立了工程中实用的抗剪强度公式;再将天然原状土在不同偏应力水平下增湿饱和后继续剪切,观察其力学特性。两种增湿条件下试验结果表明:该地区黄土应力应变曲线关系呈剪切硬化型;含水率与初始基质吸力呈双曲线关系,剪切过程中基质吸力无明显变化,抗剪强度指标黏聚力随着含水率的增大显著降低而内摩擦角所受影响较小;有偏应力条件下试样浸水饱和后破坏强度显著降低,但对应力应变关系影响较小,增湿时偏应力水平越低,土样饱和后的稳定偏应力值越小。     

原状黄土剪缩性测试与理论分析

 为揭示剪切过程中黄土的应力–剪缩规律,在黑方台典型滑坡后壁获取原状试样,开展了饱和黄土的等压固结不排水试验、等压固结排水试验,与非饱和黄土的常含水率试验,探讨了该黄土的应力应变规律和临界状态强度,调查了该黄土的状态参数与剪缩/剪胀行为,并进一步结合经典剪胀方程进行了对比研究。研究结果表明：首先,该饱和黄土在上覆荷载应力范围以内的临界状态线可近似为一条直线,在94～100 kPa基质吸力条件下非饱和黄土的临界状态线也可简化为一条与前者平行的直线;其次,该黄土总体表现为剪缩趋势或剪缩变形,但是受初始孔隙比、初始应力水平影响,该黄土可能表现出剪胀行为;第三,该原状土可用土的状态参数描述,且亦可表现出剪缩–剪胀的相转化行为;第四,剑桥模型的剪胀方程总体上能够反映该黄土的剪缩行为。     

重塑非饱和黄土的变形、强度、屈服和水量变化特性

共做了３种应力路径的三轴试验,即：控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的三轴收缩试验和同时控制吸力与净室压力的三轴排水剪切试验。研究结果表明：应力路径对土的变形和水量变化有较大影响;土－水特征曲线依赖于净平均应力;与净法向应力相关的摩擦角在各种吸力下近似等于饱和土的有效摩擦角;剪切强度与吸力的关系是非线性的;三轴剪切条件下的水量变化指标接近常数;屈服净平均应力和屈服偏应力随吸力增大;在净平均应力不变的条件下屈服吸力是一常数但不一定等于土样在历史上曾受过的最大吸力。根据试验资料,提出了一个新的吸力增加屈服条件,并建议了一个确定三轴剪切条件下的屈服应力的新方法。     

非饱和重塑黄土强度与屈服特性试验研究

为研究非饱和重塑黄土的强度与屈服特性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了重塑黄土的应力-应变曲线、强度与屈服特性。试验结果表明：在试验控制吸力条件下,重塑黄土的破坏形式均呈塑形破坏;在同一吸力、不同净围压作用下,重塑黄土从理想塑形破坏（或弱硬化型）向强硬化型发展;在p-q面内,强度包线几乎呈直线;黏聚力c随吸力增大而增大,但内摩擦角φ变化较小;不同吸力作用下,重塑黄土的εr-log（q／p）关系曲线呈三阶段分布,得到了非饱和重塑黄土的屈服应力（ps,qs）。     

基于侧限压缩下非饱和黄土结构特性试验研究

为研究原状黄土结构性随竖向荷载、含水率、吸力的变化规律,进行了非饱和黄土的侧限压缩试验,定量分析了原状黄土联结结构性参数M1与摩擦结构性参数M2,以及黄土的结构性参数Mp的变化规律。试验结果表明:黄土结构性参数Mp与竖向荷载p的关系曲线分为3个阶段;在同一吸力作用下结构性参数Mp与含水率w呈S型曲线;结构性参数Mp与吸力s的变化规律与竖向荷载p有关,当p小于400kPa时呈指数函数分布,当p大于400kPa时呈线性函数分布;天然原状黄土在自重应力作用下Mp-s曲线呈指数函数分布。