平面变形超固结软黏土蠕变特征

通过对原状软土进行平面变形蠕变试验,研究超固结软土平面变形条件下的蠕变特征。研究表明,正常固结软土平面变形蠕变的体变过程,和一维变形条件下正常固结软土的次固结过程具有相同的规律,在主应力比与K₀状态相同时,相对于一维变形平面变形情况具有较小的轴向变形;平面变形条件下,采用土体受到的不同时期的体积球应力定义超固结比,能够全面地反映超固结软土的超固结特征;平面变形条件下,超固结软土蠕变的体积变形较正常固结状态明显减小,超固结比越大减小程度越明显,由超固结比确定体积蠕变系数具有合理性;平面变形在主应力比为K₀的状态下,超固结软土蠕变的轴向蠕变系数与超固结比负相关,由超固结比直接确定轴向蠕变系数是可行的;平面变形条件下土体的超固结应力历史,使超固结软土相对于正常固结状态具有较大的泊松比,在限制水平变形方向具有较大的主应力。     

天津滨海重塑软黏土一维固结蠕变特性研究

软黏土蠕变产生的长期变形严重影响建筑物及地基的安全性和稳定性,故通过设置不同预压条件模拟软黏土的初始受力状态,对重塑软黏土进行一维固结蠕变试验。研究表明:不同预压条件下,重塑软黏土一维固结蠕变历时曲线的瞬时变形较大,随着加载时间的增长,土体产生缓慢的蠕变,变形量逐渐减小,最终趋于稳定;此外,软黏土一维固结蠕变等时曲线中应变随应力水平的增大而增大,曲线延伸方向逐渐向应变轴靠拢,非线性愈加明显。基于上述研究,引入时间参量t,建立了软黏土一维固结蠕变预测公式,并对公式的准确性和适用性进行验证。该公式可对软黏土地基因蠕变产生的长期变形进行预测分析,为实际工程的设计、施工提供理论指导。     

温州超固结软黏土次固结试验研究

为研究超固结比对软黏土次固结特性的影响,对温州正常固结和超固结软黏土开展长期一维压缩试验,系统性研究先期固结压力、超固结比等因素对次固结变形和次固结系数的影响。试验结果表明:先期固结压力对软黏土固结变形发展曲线有显著影响,固结压力小于先期固结压力时,曲线变化较小,接近直线,此时次固结系数随固结压力增长较快;当固结压力超过先期固结压力后,曲线变化明显,呈三段式发展,次固结系数随固结压力的增大略有减小,最后趋向某一稳定值。软黏土的次固结系数随超固结比的增大而减小,通过试验结果分析得到了次固结系数随超固结比变化的计算式。次固结变形随时间的变化在双对数坐标下近似为直线关系,基于此建立了次固结变形累积方程。     

复杂加载下K0超固结黏土的本构模型

卸载后的K₀超固结黏土同时具有初始各向异性以及超固结特性,其特点有如下三方面：(1)当大主应力沿着K₀固结沉积面法线方向加载时,此时的剪切模量较等方向固结的剪切模量更高。(2)由于初始偏压固结导致三轴压缩下K₀固结黏土的临界状态应力比相较等方向固结的更大。(3)循环加载导致超固结特性以及应力诱导各向异性更为显著。基于超固结土UH模型,引入反映初始各向异性的边界面转轴参量ζ,通过倾斜边界面来提高其塑性模量。分析其剪胀应力比特征,提出状态应力比来替换统一硬化参数中的普通应力比,用来反映应变硬化、软化现象,引入旋转硬化规则用来反映复杂加载路径下的应力诱导各向异性性质,同时修正统一硬化参数,用来反映循环加载下的塑性体应变累积特性,塑性偏应变的滞回圈与棘轮特征,卸载路径的塑性变形特性。利用基于t准则的变换应力方法将上述新模型转变为三维本构模型,通过与一系列K₀超固结黏土在不排水及循环加载等复杂加载路径下的试验与预测结果进行对比,结果表明：新模型可简单方便地应用于K₀超固结黏土在复杂加载路...     

反复荷载作用下软土次固结特性试验研究

在高压固结仪上,对3种原状软土13个试样进行了反复加卸荷载的一维固结试验,研究了反复荷载作用下软土的次固结特性。结果表明:初始加荷时,次固结系数C■随固结压力p先增大后减小,但次固结系数峰值对应的荷载并非前期固结压力;在超固结状态下,第1次再加荷时,C■随p增大而减小,但35次荷载循环后再加荷时即使在超固结范围内C■随p增大而增大;次固结系数随荷载循环次数增加显著减小;荷载比对次固结系数的影响明显。试验及分析结果对工程实际具有一定的指导意义。     

基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结

在太沙基一维固结理论的基础上,引入分数阶导数Merchant流变模型来描述土体的变形特性,通过对微分型流变方程和一维固结方程进行Laplace变换,推导得到了Laplace变换域内饱和软黏土的一维流变固结方程,采用FlexPDE软件对方程进行求解,并通过Durbin反Laplace变换获得了平均固结度的时域解答。在此基础上,研究了分数阶导数流变模型的微积分阶数和流变模型参数对饱和软土一维流变固结特性的影响规律。计算结果表明:基于整数阶和基于分数阶导数流变模型的流变固结理论在固结前期基本相同,但在固结后期两者差异显著,基于分数阶导数流变模型的软黏土U_p要高于整数阶的情况,而U_s的规律则截然相反。此外,微分阶数β对两种定义的平均固结度均有较大影响,β越大,U_p越小而U_s就越大,软黏土的流变效应越显著。随着流变模型参数F的逐渐增大,同一时刻软黏土的U_p逐渐减小,而U_s则逐渐增大;随着参数β₁的逐渐增大,同一时刻软黏土的U_p和U_s均随之减小。     

K0固结珊瑚砂的应力-应变模型及变形参数研究

珊瑚砂作为岛礁吹填地基的填料，在填筑期的应力路径具有K₀固结的特点。利用三轴试验系统对不同初始相对密度的珊瑚砂进行了一系列的K₀固结试验，研究了珊瑚砂的应力–应变特性，测试了珊瑚砂的K₀系数和颗粒破碎率。基于广义虎克定律，建立了幂函数形式的非线性弹性模型来描述K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系，提出了变形参数的函数表达式，并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：K₀固结珊瑚砂的应力-应变关系可用幂函数表示。随着轴向有效应力的增加，K₀减小，颗粒破碎率增大。在相同的轴向有效应力条件下，珊瑚砂的初始相对密度越小，K₀越大，颗粒破碎率越高。在K₀状态下，随着轴向有效应力的增加，珊瑚砂的切线模量增加，切线泊松比减小。珊瑚砂的初始相对密度越大，相同轴向有效应力下的切线模量越大，切线泊松比越小。幂函数模型合理地预测了一定应力范围内K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系，模型及变形参数反映了K₀     

粘粒尾矿材料次固结特性影响因素研究

针对尾矿库扩容增高建设过程中遇到的固结问题,以粘粒尾矿材料为试验材料开展一维固结试验,研究加荷比、干密度、预压荷载大小及预压时间对粘粒尾矿材料的次固结系数的影响。研究表明:在固结应力为600kPa之前加荷比会对次固结系数有影响,600kPa以后几乎没有影响;次固结系数随着干密度的增大而增大;经过预压之后,试样沉降量明显小于未处理的试样,预压效应在固结应力为100~800kPa时起作用,当固结应力大于800kPa时,预压处理效应消失;预压时间在一定范围内对次固结系数影响较大,当达到一定的时间时,这种时间效应逐渐消失。最后,研究试验材料的次固结系数与压缩指数间的关系,研究表明二者之间可以用线性关系式表示。     

压实黄土的一维次固结特性研究

在一系列的一维固结试验的基础上,探讨了压实黄土的次固结特性,分析了固结压力、固结时间、加载比和超载预压处理对次固结的影响。试验结果表明:随着固结压力的变化,压实黄土的次固结系数表现出与当前应力状态有关的变化规律。当处于正常固结状态时,次固结系数近似为一常数;而当超载预压处理后,次固结系数随超载比和超载作用时间不同而变化。同时,在正常固结状态时,次固结系数与压缩指数具有很好的相关性,且受加载比和作用时间的影响较小。     

高原湖相泥炭土固结系数变化规律试验研究

基于大量室内试验结果,系统分析高原湖相泥炭土一维固结特性,探讨取样深度、固结压力p、加荷比R、加荷方式和预压荷载等因素对固结系数Cv的影响及机制。试验结果表明:泥炭土重塑和原状样Cv均满足随p增大而迅速减小之后趋于稳定的规律,和普通黏性土差异较大;经过预压的泥炭土,当预压荷载≤100 k Pa时,其Cv-p关系和未预压样基本一致;预压荷载100 k Pa时,Cv较未预压样大幅度减小,并且随着p的增大,Cv变化不大;当固结压力p200 k Pa后,所有经过预压土样和未预压样的Cv值大小相近。分析表明:原状样结构性不显著是造成泥炭土固结特性的主要原因;固结压力作用下,泥炭土经历了从多孔隙状态至相对密实状态的转变。     

考虑固结压力和加热温度影响的软土次固结系数

目前常用的软土次固结变形计算方法视次固结系数为常数,但研究表明,固结压力和温度对软土次固结都有着重要影响.本文在梳理已有研究成果的基础上,对原状软土次固结系数Cα随固结压力p和温度T变化的规律进行了研究,提出了考虑两者耦合作用的数学表达式,并进行了验证.结果发现:软土的结构性对Cα-p变化曲线有显著影响,当固结压力很小...     

超载卸荷后再压缩软土的次压缩特征及变形计算

采用软土重塑试样进行了超载卸荷后再压缩过程的一维压缩试验。试验表明:超载卸荷后软土的再压缩过程较原压缩过程的主固结时间大大缩短,次固结系数在较长的时间内和时间无关,随再加荷压力的增大而增大,随着预固结压力的增大而减小,次固结系数和超载比之间具有规则的对应关系,可以用双曲线简化模型模拟;根据次固结系数双曲线模型建立的次压缩变形计算公式,既反应了软土本身性质的影响,也反应了预固结压力和再加荷压力的影响。工程算例数据和工程实测的工后沉降数据表明,使用改进的次压缩变形计算公式得到的结果,较之采用传统次压缩变形计算方法具有更高的可靠性,采用传统的次压缩变形公式计算再压缩软土的次压缩变形会产生较大的正偏差。     

循环荷载下平面变形超固结软土蠕变特征试验研究

采用原状试样试验研究平面变形超固结软土在循环荷载下的变形特征。研究表明,静力荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以固结变形为主要特征。循环荷载试验应力状态平面变形条件下,正常固结和超固结软黏土以剪切变形为主要特征,超固结软土侧向变形小于正常固结软土。饱和软黏土试样在循环荷载作用初期孔隙水压力不显示波动特征,总体趋势为累计增大到峰值后连续下降,与静荷载作用下的孔压变化特征类似。循环荷载长时间作用后,孔隙压力呈现波动特征,波动峰值随时间逐渐减小,衰减过程与应力状态和应力历史有关。     

粗粒土静止侧压力系数估算方法研究

静止侧压力系数K_0是土体基本的力学参数,进行粗颗粒土K_0系数的研究对土石坝及填方工程有重要的理论意义和应用价值。目前,适用于粗粒土K_0试验仪器及方法较少,因此准确可靠的K_0估算公式在实际土石坝工程中具有较强的应用性。为得到可靠的粗粒土K_0估算公式,利用大型K_0测试仪以及大型三轴仪,对某砂卵砾石料和堆石料同时进行了系列K_0试验以及CD三轴试验。基于各土料K_0试验结果,验证了笔者之前提出的粗粒土K_0与竖向应力的关系式。在此式基础上,结合三轴试验结果,总结了一个根据有效内摩擦角φ′预测任意固结状态以及应力状态下粗粒土K_0值的估算公式。最后,利用K_0试验结果验证了本文估算公式的准确性及适用性。     

交通荷载应力路径下K_0固结软黏土变形特性试验研究

交通荷载作用下,软黏土路基土单元体上所受主应力的大小和方向是同时变化的,即在剪应力幅值改变的同时主应力轴连续旋转。针对该问题,利用GDS空心圆柱系统对K_0固结天然温州软黏土进行不排水大数目(10000次)循环扭剪试验,分析了K_0固结软黏土在考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下的应变特性。试验结果表明:主应力轴旋转的存在将使土体内产生更高的孔压,并在轴向上产生额外变形,且随着扭剪应力的等幅增加,竖向应变和孔压的增加量将越来越大。考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下K_0固结软黏土的变形发展模式有所不同,可由安定理论进行解释。确定了考虑主应力轴旋转下K_0固结温州软黏土的临界动应力水平——即门槛循环应力比、容许循环应力比和临界循环应力比的范围。提出可将容许循环应力比作为道路工程沉降控制的准则。与三轴试验结果相比,考虑主应力轴旋转时,道路设计中对动应力的控制应更为严格。     

温度梯度冻土蠕变变形规律和非均质特征

采用K₀DCGF（K₀固结—保持荷载冻结—形成温度梯度—再试验）方法,开展不同温度梯度冻结饱和黏土三轴蠕变试验,研究冻土蠕变变形规律和温度梯度诱导的冻土非均质特征。结果表明：K₀DCGF模式中温度梯度冻结饱和黏土蠕变曲线由瞬时蠕变、衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变4个阶段组成;温度梯度冻土径向蠕变速率小于轴向蠕变速率;温度梯度冻土最小轴向蠕变速率与蠕变应力之间满足指数函数关系,而长期强度极限与蠕变破坏时间之间则满足对数函数关系;梯度温度冻结过程中的水分场重分布和试验后冻土变形的非均匀分布是K₀DCGF蠕变试验中“温度梯度诱导的冻土非均质性”的重要体现;蠕变试验后温度梯度冻土冷端含水量最高,密实度最大;蠕变试验后温度梯度冻土宏观径向变形/试样高度沿试样高度方向分布随蠕变应力增加由先增加后降低规律逐步演化为持续增加规律,这一现象与冻土初始瞬时蠕变速率密切相关。     

深圳海相沉积软土蠕变特性的试验研究

为探求近代海洋沉积相软土的蠕变规律,对深圳海相沉积软土开展一维压缩蠕变试验和不同固结压力作用下的三轴固结不排水蠕变试验。试验表明,近海沉积相软土蠕变的非线性特性显著,非线性特征通过应力水平的增大而逐渐显露;由于一维压缩蠕变试验中环刀的侧限作用,试样没有发生快速蠕变破坏现象;次固结系数随着固结压力的增大会出现峰值,且峰值...     

长时高压K_0固结再冻结黏土的卸围压强度特性

深厚表土层中立井井筒建设普遍采用冻结法,而深部冻土的原位力学特性是影响冻结壁力学特性及其安全稳定性的关键;现有的浅部冻土的试验方法,由于忽略了深、浅部土体固结、应力环境及形成工况的差异,已难以可靠地获得深部土的力学参数。基于"长时高压K_0固结—冻结—恒轴压卸围压"试验模式,通过三轴试验,研究了深部土重塑人工冻结黏土的强度与变形特征,以及固结时间、固结应力的影响规律。结果表明:卸围压路径下冻土试样呈现为黏–弹塑性破坏,固结时间为1~7 d时,其卸围压强度随固结时间的延长增长显著,而单位降温引起的强度增长速率受固结时间的影响不明显;随着固结时间延长至28 d,其卸围压强度受固结时间的影响不明显,但单位降温引起的强度增长速率增加显著;单位降温引起的冻土卸围压强度增长速率不受固结应力影响。