黄土结构性定量化参数的探讨

 黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,要定量描述黄土的结构性,就是要定量研究黄土联结结构强度和摩擦结构强度的变化规律。由此,针对不同的受力条件,提出基于变形条件的黄土结构性参数(联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2以及结构变形势参数mp)、基于强度条件的黄土静力结构性参数(联结结构静力强度势参数m?1、摩擦结构静力强度势参数m?2以及结构静力强度势参数m?)和基于强度条件的黄土动力结构性参数(联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd)。并对所提出的黄土结构性参数的合理性、稳定性和广泛适用性进行讨论。     

基于强度条件的黄土结构性动力试验研究

土体结构是其强度、变形的内在的决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于强度条件的黄土动力结构性参数即联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd,并通过黄土的动扭剪试验研究黄土结构性及基于强度条件的黄土动力结构性参数的变化规律,揭示含水率、固结压力、动剪应变对黄土结构性的影响,并对所提出的基于强度条件的黄土动力结构性参数的合理性进行讨论。     

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。     

动荷载作用下阜新风积土结构性参数试验研究

通过一系列动三轴试验,获得不同动应力幅值、围压和含水率条件下阜新风积土轴向累积应变与振动次数的关系曲线。基于土结构性研究成果,定义风积土联结结构动应变势参数mN1、摩擦结构动应变势参数mN2和风积土总结构动应变势参数mN,探讨饱和重塑风积土发生结构破坏时,上述各结构性参数指标与试验条件间的关系。研究结果表明:mN1随振动次数的增加而减小,mN2和mN随振动次数增加而增大,且振动次数较少时各结构性参数指标变化较快,说明振动初始阶段风积土结构性损伤较为剧烈。动应力幅值和含水率越大,围压越小,风积土联结结构稳定动应变势mfN1、摩擦结构稳定动应变势mfN2和总结构稳定动应变势mfN越大。依据破坏振次与风积土总结构动应变势间的关系,建立了确定饱和重塑风积土动强度的新方法。     

湿压剪条件下黄土的结构屈服与强度特性

针对黄土的典型结构性特征,以常规三轴试验为手段,研究了黄土的结构性宏观力学反应及结构屈服与强度特性,研究结果表明:(1)在湿压剪应力作用下,土骨架被扰动、颗粒之间的联结被削弱,土稳定状态从亚稳定状态逐渐向稳定状态过渡,结构性降低;(2)在湿压减应力作用下,由于结构性黄土对水的特殊敏感性,结构性黄土的剪切屈服点向正常固结土的剪切屈服线移动,当这种增湿作用造成解结构性渐变演化过程完成时,结构性黄土的剪切屈服线与正常固结土的剪切屈服线重合;(3)对于结构性黄土而言,同一含水率条件时不同结构性参数p－q偏平面的临界状态线基本互相平行。(4)依据等结构性条件下黄土的结构屈服特性,建立了考虑结构性的摩尔库伦准则及黄土结构强度与应力比结构性参数之间的关系。     

考虑围岩结构特性的黄土开挖隧道稳定性分析

依托油坊沟黄土隧道工程,对其围岩黄土进行了土工试验,建立了黄土结构性参数与围压、含水率、变形之间的函数关系,并提出了结构性参数与强度参数间的数学模型。最后通过有限差分软件FLAC3D将结构性参数引入到黄土隧道分析中,揭示了围岩结构对黄土隧道开挖稳定性的影响机理。研究表明:(1)结构性参数与黏聚力呈双曲线关系,但摩擦角对其影响较小;(2)考虑黄土结构变化时隧道开挖变形值与实测数据吻合更好,说明在结构性黄土隧道分析中应考虑结构性的影响。     

非饱和黄土在真三维应力状态下的结构变化特性初探

以应变综合结构势作为土结构性参数,对真三轴条件下的非饱和黄土的结构变化特性进行了初步探讨,分析结果表明:真三轴试验条件下非饱和黄土的结构性参数曲线与常规三轴试验条件下黄土结构性参数曲线具有相同的线形和变化特征;中主应力变化对黄土结构强度具有显著影响;真三轴试验条件下,周围压力和含水率对黄土结构性参数的影响规律同于它对常规三轴试验条件下黄土结构性参数的影响。     

黏土的结构性定量化表征及其弹塑性本构模型研究

结构性可增强土骨架的稳定性,在相同的应力条件下,结构性土与重塑土相比可保持更大的孔隙比.从结构性土的形成过程出发,详细分析了结构性对土体变形特性的影响及变形过程中结构性的衰退规律,提出了土体结构的定量化表征参数——相对结构度,并给出了该变量在土体变形过程中的演化方程.随后基于该参数推导了结构性土的体变方程,该方程反映了...     

原状黄土的结构性强度特性及其在黄土隧道围岩压力分析中的应用

依据原状黄土的应力应变变化规律及其抗剪强度随结构性参数的变化规律,揭示了黄土结构性与强度之间的内在联系,表明结构性是黄土强度的控制因素,结构性参数比与黄土的强度比符合简单的正比关系,即结构性越强,土的强度也越高。黏聚力随结构性参数的变化呈双曲线形态,而内摩擦角基本不变。当土的结构完全破损时,黏聚力趋于0,与饱和正常固结土相似。并将抗剪强度随结构性变化的关系引入了黄土隧道力学特性的分析中,指出黄土隧道在开挖和支护过程中,对围岩结构性破坏越大,围岩稳定所需的支护力或塑性区的范围将越大。     

黄土固结过程中电阻率参数的变化

为了定量评价黄土固结过程中的微结构变化,采用交流电阻率法研究黄土固结过程中的电阻率结构特性参数(平均结构因子、平均形状因子、各向异性系数)的变化规律,并对比分析了原状黄土与重塑黄土的电阻率参数变化,从结构变化角度解释电阻率参数的变化机理,同时分析了电流频率对电阻率的影响。试验结果表明:原状黄土与重塑黄土的电阻率参数变化规律不同;黄土固结过程中,随着压力的增大,原状黄土与重塑黄土的竖向电阻率先减小后增大、横向电阻率增大、各向异性系数先减小后增大;原状黄土的平均结构因子和平均形状因子先减小后增大,重塑黄土的平均结构因子和平均形状因子增大;各电流频率下的结构特性参数变化规律基本相似,但数值大小存在差异;建议合理的电流测试频率范围为50kHz~1 MHz。     

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。     

结构性黄土的变形特性

针对结构性黄土研究中的不足和存在的问题，以原状结构性黄土样和人工制备结构性黄土样2种试样的室内侧限压缩试验、等含水量三轴剪切试验和浸水变形试验以及等吸力三轴剪切试验为基础，研究了结构性黄土的湿陷及变形特性。结果表明，结构性黄土存在一个与广义应力路径无关的湿陷面，结构性黄土的变形与结构强度的破坏有直接的关系。     

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。     

黄土的构度及其与粒度、密度、湿度之间的关系

土的粒度、密度、湿度和构度是其固有的物质组成和状态特性指标,用来描述土的力学性质及其变化规律。土的构度是其结构性的定量描述指标,它不仅与土物质组成和存在状态的粒度、密度和湿度有关,而且与土骨架结构中土粒空间排列的组构和粒间联结特征有本质的联系。土骨架结构的土粒排列和粒间联结具有抵抗外荷作用的可稳性和遭受破坏的可变性,从比较黄土结构的可稳性和可变性出发,建立的构度指标实质上包括了原状黄土与其饱和条件下抗压强度比较确定的浸水灵敏度及原状黄土与重塑黄土抗压强度比较确定的扰动灵敏度。揭示黄土具有浸水灵敏度随含水率增大呈显著衰减的变化规律和不同含水率黄土的扰动灵敏度基本保持不变的特征。通过黄土构度随含水率和塑限差值的变化规律,构度随塑限、液限的变化规律,以及构度随液性指数的变化规律分析,揭示了构度与粒度、密度、湿度的之间的本质联系。通过黄土构度与液性指数、干密度和孔隙比表征的综合物理特征量之间的关系分析,揭示了干密度相近条件下黄土构度随综合物理特征量的单调变化规律。论证了黄土构度指标的可靠性与合理性。     

构度指标与黄土力学特性指标的关系研究

西北地区基础设施建设涉及地基、边坡、洞室、支护及环境等岩土工程,由于黄土对水敏感性、特有结构性及结构强度,常因黄土的结构性损伤及结构强度遇水衰减而产生许多岩土工程问题,如:“基础不均匀沉降、边坡滑坡、洞室工程塌方、支护位移变形、围岩稳定性及岩土生态环境问题”,这些岩土工程问题都与黄土的力学性质有关,且黄土的力学特性起主要作用。构度指标反映了土的初始结构性,是个基本物性指标,本文主要研究构度指标对黄土力学特性指标的影响。研究表明:构度指标随压缩系数增大而减小,随压缩模量增大而增大,随湿陷系数增大而增大;在处理黄土工程问题、分析黄土力学特性等方面,构度指标具有很好的实用性、合理性。     

下卧土体局部沉陷条件下复合衬垫系统的受力变形性能及设计

考虑上覆土体的土拱效应及衬垫的大变形,将下卧土体局部沉陷条件下的复合衬垫系统分为滑动区和沉陷区。建立了其受力变形分析模型,并以衬垫系统的最大拉应变作为控制标准,建立了工程上衬垫系统的抗沉陷设计方法。利用该分析模型研究了滑动区衬垫界面强度、衬垫上覆土体的厚度、重度、有效内摩擦角等参数和衬垫结构形式的影响,发现上覆土体厚度、重度及有效内摩擦角对衬垫受力变形影响很大,而衬垫的抗拉刚度直接决定了其拉应变大小。结合工程实例进行了衬垫系统的抗沉陷设计,并建议了衬垫的抗沉陷结构形式。