干密度和竖向应力对原状非饱和黄土土水特征影响的试验研究

利用非饱和土固结仪对原状非饱和黄土进行常含水率固结试验,试验中分别选用3种不同干密度、6种不同含水率试样,分析天然干密度和竖向应力对原状非饱和黄土土水特征的影响。试验表明,原状非饱和黄土的吸力随着试样含水率的增大而降低,干密度对土水特征曲线有不可忽视的影响。同一含水率下,原状非饱和黄土的吸力随着天然干密度的增大而增大;提出吸力临界荷载的概念,干密度相同时,吸力临界荷载随着含水率的增大而降低;含水率相同时,吸力临界荷载随着干密度的增大而增大。含水率一定时,竖向荷载引起的干密度变化与初始干密度变化对吸力的影响是不相同的;竖向应力对土水特征曲线影响较小,可以用无荷载条件下的土水特征曲线来描述其吸力状态。最后,提出原状非饱和黄土土水特征曲线函数经验表达式。     

干密度对非饱和黄土基质吸力的影响

为了研究起始湿度、天然密度以及竖向荷载对吸力特性的影响,对西安原状黄土进行不同起始湿度、密度条件下的常含水量压缩试验,提出无应力作用下同时反映初始含水率和天然干密度的基质吸力表达式。研究结果表明:天然干密度、初始含水率、应力相关的干密度对基质吸力的影响程度都与试样的起始湿度有关,起始湿度小于试样塑限含水量时,影响都比较大,起始湿度大于试样塑限含水量时影响都很小。净竖向荷载对吸力特性的影响与起始湿度、天然密度有关,净竖向荷载小于等于400 kPa时,对吸力的变化影响很小,可不考虑净竖向荷载影响,可用未受荷载作用时的SWCC曲线来描述原状试样的吸力特征;净竖向荷载大于400 kPa时,对吸力的变化影响较为显著。视起始湿度和天然密度的不同,净竖向应力相关的干密度增大引起基质吸力非单调增减或单调下降,天然干密度的增大引起基质吸力单调上升。     

侧限压缩条件下非饱和原状黄土的土水特征

 用非饱和土固结仪对不同初始含水率的西安原状黄土进行常含水率压缩试验,最大净竖向应力为1 600 kPa,采用轴平移法测定有、无竖向应力条件下黄土的吸力,探讨侧限压缩条件下应力变化对原状黄土吸力特性的影响。结果表明：含水率一定时,净竖向应力变化对非饱和原状黄土的吸力状态有一定的影响,且影响规律随初始含水率而异,影响程度与应力及初始含水量的大小有关;较低净竖向应力(≤400 kPa)时,应力变化对不同初始含水率原状黄土吸力的影响皆很小;初始含水率大于塑限时,应力的影响较小,小于塑限时,其影响较大。在与应力及含水率相关的二种饱和度变化条件下,吸力与饱和度关系呈现出不同的变化特性。净竖向应力对土水特征曲线的影响与其大小有关,净竖向应力较大(＞400 kPa)时,其影响较大,净竖向应力较低(≤400 kPa)时,其影响很小。为了工程应用简便起见,较低净竖向应力(≤400 kPa)时,原状黄土的土水特征可用无应力条件下含水率与吸力关系来描述,较大净竖向应力(＞400 kPa)时,应分别确定,不同应力作用下的土水特征曲线可用幂函数来描述。     

非饱和Q_3原状黄土及其重塑土的持水特性研究

为研究黄土结构性变化对其持水特性的影响规律,以兰州和平镇非饱和Q3原状黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和四联固结仪和压力板仪,对28个环刀试样进行了施加竖向应力和吸力的固结排水试验,以获取原状黄土和重塑黄土的土—水特征曲线。研究结果表明:固结试验中,竖向应力对黄土的持水特性有着明显影响。在同一竖向应力和吸力作用下,重塑土的固结排水要大于原状土;原状黄土的进气值和残余含水率均要略高于重塑土;吸力在20~80k Pa范围内,随着吸力的增大,原状土饱和度的减小趋势要强于重塑土;在吸力80~1000k Pa范围内,在同一吸力条件下,原状土饱和度要大于重塑土。低吸力作用下,原状黄土特殊结构有利于其排水;而高吸力作用下,对于原状黄土,其大孔隙和竖向孔洞中气体抑制水分排出,使得原状土排水减小,重塑土的排水增大。通过分析原状黄土和重塑黄土持水特性的差异,可为黄土结构性的研究提供一种新思路。     

黄土结构屈服损伤与其土水特征的关系

通过非饱和土固结仪对原状黄土进行土水特征、压缩变形特性的试验研究,系统分析了原状黄土结构屈服损伤特性与其土水特征之间的关系。试验结果表明,原状黄土基质吸力随着竖向净压力的增大呈先增大后减小的变化趋势。定义基质吸力临界压力,发现基质吸力临界压力随着含水量的增大而减小。通过原状黄土及相应的饱和正常固结黄土的压缩曲线特征提出一种确定原状黄土结构屈服压力的新方法,该方法具有受压缩曲线形状影响较小、精度较高且作图简便等特点。统计得到原状黄土基质吸力临界压力与其结构屈服压力近似相等,进一步分析原状黄土结构屈服损伤破坏机理。     

西安张家铺地区黄土土—水特征研究

利用非饱和土压缩仪对西安张家铺地区原状非饱和黄土进行土—水特征曲线试验研究。在试验中充分考虑到天然干密度和竖向应力对土—水特征曲线的影响。根据试验资料揭示出:在较低的含水量条件下,土—水特征曲线走势比较平缓,而在较高的含水量条件下,土—水特征曲线走势比较陡峭;较小的竖向应力对土—水特征曲线影响较小,而较大的竖向应力对土—水特征曲线影响较大;通过大量试验结果拟合出了考虑天然干密度和含水量影响的原状非饱和黄土土—水特征曲线,用计算值与实测值进行对比,发现拟合效果较好,拟合的土—水特征曲线对实际工程有较好的参考意义。     

非饱和黄土土水特征曲线的研究

利用高速离心机法测试了在不同温度和密度条件下的非饱和黄土的土水特征曲线。试验数据分析表明:基质吸力随含水率的增大而减小;基质吸力随密度的增大而增大;温度、密度、基质吸力与含水率之间符合幂函数的变化关系。最后推导出了一个综合考虑温度、密度、基质吸力对含水率影响的非饱和黄土土水特征曲线拟合公式,可以用来直接计算不同温度、不同密度和不同基质吸力条件下的非饱和黄土的含水率。     

黄土塬地区非饱和结构性黄土的强度特性研究

为了揭示黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的结构性强度特性的有关规律,完善非饱和土的非线性模型,获得关于黄土塬地区非饱和黄土的变形和强度特性及相关参数,以陇东Q3原状及重塑黄土为对象开展试验研究,对不同初始吸力及不同净围压下的非饱和黄土进行了三轴固结排水剪切试验,研究了黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的变形特性、临界状态、强度参数及吸力变化特性。研究结果表明:原状黄土的剪切破坏表现出明显的剪缩现象,重塑土试样的变形出现剪胀和应变软化现象,剪切变形会出现明显的剪切带现象;不同初始吸力下,原状土偏应力与体应变临界状态线均成线性关系,而非饱和重塑黄土体应变受干密度的影响较大,试验过程中,较大干密度的试样出现了先剪缩后剪胀的现象;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吸力的增大而增大,有效内摩擦角受吸力影响较小,可近似为一常数,非饱和重塑黄土的强度受基质吸力和干密度的影响较大,但对内摩擦角的影响较小;试验得出黄土塬地区非饱和原状及重塑黄土的强度参数,且求得的原状土参数K比重塑土参数K受吸力的影响更大。     

关中地区黄土基质吸力与湿陷性关系试验研究

利用非饱和土侧限压缩仪对不同湿度的关中地区天然黄土试验,采用轴平移法测定有和无固结压力作用下不同初始含水率黄土的吸力,探讨了侧限应力条件对黄土吸力特性的影响,同时对竖向荷载作用下湿陷系数与基质吸力的变化关系进行了初探。研究结果表明:湿度确定时,侧限条件对天然原状黄土的基质吸力大小有改变,且变化程度随湿度变化而异。黄土的湿陷系数与基质吸力的关系在不同的竖向荷载作用下有着不同的变化规律。研究可为黄土基坑湿陷性评价提供参考,具有一定的工程意义。     

三轴剪切应力条件下非饱和原状黄土的土水特征

采用非饱和土三轴仪,对不同含水率的西安非饱和原状黄土在不同静围压下进行了常含水率三轴剪切试验。用轴平移技术量测了无应力和有应力条件下黄土的基质吸力,分析了不同含水率、不同静围压条件下偏应力变化对基质吸力的影响规律,提出了常含水率三轴剪切条件下非饱和原状黄土土水特征曲线的表达式。研究结果表明:含水率一定时,偏应力变化对非饱和原状黄土基质吸力的影响与含水率的大小有关,对于不同的净围压,含水率小于等于23%时,基质吸力随偏应力的增大先基本不变后增大;含水率大于等于28%时,基质吸力随偏应力的增大先基本不变后减小;不同的含水率与不同的净围压条件下,偏应力变化对基质吸力的影响较小。应力对原状黄土基质吸力的影响规律与应力路径有关。在偏应力变化(含水率一定)及含水率变化(干密度一定)所对应的2种饱和度变化条件下,2类黄土的基质吸力与饱和度关系具有不同的变化特性,含水率变化对应的饱和度变化明显比偏应力变化对应的饱和度变化对基质吸力的影响要大。净围压小于等于400kPa时,偏应力变化对饱和度与基质吸力关系的影响皆较大,对含水率与基质吸力关系的影响皆较小。不同静围压及偏应力作用下,原状黄土的土水特征皆可用无应力条件下呈对数函数的含水率与基质吸力关系来近似地描述。     

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。     

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。     

干密度和粒径对非饱和尾矿砂土水特征曲线的影响

为了得到干密度与粒径对非饱和尾矿砂土水特征曲线的影响规律,利用GEO-Experts压力板仪,开展了不同干密度、粒径的尾矿砂土-水特征曲线试验,探讨了干密度与粒径对尾矿砂土水特征曲线的影响,并采用F-X模型对试验数据进行拟合。结果表明:尾矿砂粒径越小,进气值越高,残余含水率越大,且小于0.25 mm粒径的含量增加能有效提高尾矿砂的持水能力;干密度对尾矿砂土水特征曲线的影响集中表现在过渡阶段,粒径相同时随着干密度的增大,脱水速率减小,残余含水率增大,但残余基质吸力基本不变;F-X模型对于尾矿砂土水特征曲线具有较高的拟合精度,能较好地反映尾矿砂的持水性能。     

Influence of initial dry density and water content on the soil–water characteristic curve and suction stress of a reconstituted loess soil

In the northwest of China, many loess landslides have occurred without clear triggering factors (i.e., rainfall, earthquake, human activities, etc.). To better understand and analyze the hydro-mechanical properties of these slopes and then provide evidence for their stability analysis subjected to matric suction, it is essential to clarify the soil–water characteristic curve (SWCC). In this study, we conducted a set of experimental trials to examine the influences of initial dry density, water content upon the SWCCs of a loess soil taken from a loess landslide area, by using a conventional volumetric pressure plate extractor. Two common SWCC models have been investigated to evaluate which one is better for loess soil. The suction stress characteristic curves (SSCCs) were also estimated and analyzed. We found that behaviors of SWCCs would be different when the matric suction was greater than a certain value. The two SWCC equations have approximately the same performance in describing the SWCC. The rates of desorption decrease and residual water content increases with increasing the initial dry density, while the initial dry density has little, if any, influence on the air-entry value (AEV). The specimen compacted under higher initial water content would exhibit a higher AEV value and residual water content but lower rate of desorption as compared with the lower initial water content. The magnitude of suction stress had an approximately linear relationship with matric suction before the AEV value, the SSCC shapes will be markedly varied with the initial dry density and water content.     

伊犁黄土总吸力和基质吸力土水特征曲线拟合模型

新疆伊犁黄土具有湿陷性强烈、易溶盐含量高的特点,描述其非饱和土应力状态中的吸力参量时,须同时考虑总吸力和基质吸力两个参量。为此,通过滤纸法开展了不同含盐量下伊犁黄土的土水特征曲线试验,测量了不同含盐下伊犁黄土的总吸力与基质吸力,计算了不同含盐量下土样中溶液浓度,分析了含盐量对湿陷的影响,基于Gardner模型,提出了可以考虑易溶盐含量影响的伊犁黄土总吸力和基质吸力土水特征曲线的拟合模型。研究结果表明:含盐量对新疆伊犁黄土的基质吸力有一定影响,对总吸力与渗透吸力影响较大;土样溶液浓度随着含盐量的增大而增大,总吸力与溶液浓度之间呈线性关系;随着土样内易溶盐含量的增加,土样湿陷系数明显增大;提出的土水特征曲线模型可以考虑易溶盐含量的影响,可以统一描述伊犁黄土总吸力和基质吸力随含水率、易溶盐含量变化的规律。