含砂粉质黏土剪切力学指标随深度变化关系研究

含砂粉质黏土具有黏性土和砂性土的共同力学特性。论文以武汉港阳逻港区集装箱铁水联运一期工程为研究背景,在现场采集了不同深度的含砂粉质黏土,开展室内剪切指标土工试验,获取了含砂粉质黏土的剪切力学指标随地层深度的变化关系。结果表明:固结快剪的黏聚力和内摩擦角均随地层深度的增加而变大,黏聚力增加率71.08%,内摩擦角增加率30.48%,两者随深度呈抛物线非线性增大,黏聚力随深度变化的相关性较好,内摩擦角随深度变化相关性较差;直接快剪的黏聚力和内摩擦角也均随地层深度的增加而变大,黏聚力增加率53.96%,内摩擦角增加率20.21%%,两者随深度呈抛物线非线性增大,黏聚力随深度变化的相关性较好,内摩擦角随深度变化相关性一般;固结快剪和直接快剪的剪切指标大小存在明显差异,固结剪切的黏聚力略大于直接剪切,但两种剪切形式的内摩擦角结果却迥然不同。     

泥岩压剪破坏裂隙演化规律及其分形特征

 运用非线性分形理论,通过对自然含水状态泥试样品的变角剪切压模试验,研究泥岩压剪破坏裂隙演化规律和破裂块体分布的分形特征。研究结果表明：(1) 使用变角剪切压模试验数据绘制莫尔强度包络线可获得满意的岩石材料黏聚力和内摩擦角参数;(2) 压剪破坏的载荷–加载点位移曲线形状类似于岩石的全程应力–应变曲线,分为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段等4个阶段,可真实反映压剪耦合作用下岩块的变形破裂过程;(3) 压剪破坏是能量耗散的非线性动力学过程,破裂块体分布具有明显的自相似性,可用分形维数值表征破裂块体的块度分布特征;(4) 受破裂类型由张性破裂为主转变为剪切破裂为主的影响,随剪切角的增大,破裂块体分布的分形维数值呈对数关系递减。     

冻融循环作用下砂岩三点弯曲断裂性能试验及其破坏形态研究

针对不同初始缝高比砂岩试样的三点弯断裂性能展开冻融循环试验研究,分析砂岩试样断裂破坏面的三维形貌随冻融循环作用的变化规律;同时,探讨试样破坏面的三维粗糙度系数与其起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度、断裂能等参数的关系。研究结果表明:冻融循环作用对砂岩试样起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度和断裂能有不同程度的劣化作用,其劣化作用的程度又受试样初始缝高比的影响。砂岩试样断裂面的粗糙度系数随冻融循环次数、初始缝高比的增大呈增大的趋势。当初始缝高比一定时,粗糙度系数与冻融循环次数呈较为明显的指数函数关系。冻融循环作用下,砂岩试样断裂峰值荷载的损伤因子、断裂韧度的损伤因子与粗糙度系数的增量有着较为显著的线性递增关系。     

冻土冻融循环过程输电塔基极限承载力分析

为了弄清冻土季节性冻融循环过程对输电线路塔基极限承载力的影响,文章以黑龙江省典型季节性冻土为例,研究了土体含水量和冻融循环引起土壤的变化情况,采用极限平衡法计算分析了输电线路塔基的极限抗拔承载力。结果显示:(1)土壤黏聚力和内摩擦角整体随土壤含水量的呈线性下降趋势,但是内摩擦角下降率略低于黏聚力;(2)随着冻融循环次数的增加,土壤黏聚力和内摩擦角呈反饱和下降态势;(3)杆塔基础的极限承载力随着冻融循环次数、含水量的增加而直接下降。研究成果为冻土区域输电线路设计与运行提供技术支撑。     

冻融循环条件下饱和粉砂的剪切特性研究

为研究饱和粉砂在冻融循环作用下的剪切特性,基于直剪试验,对饱和重塑粉砂在经过不同次数冻融作用后的黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度的变化开展研究。研究结果表明:随着冻融次数的增加,饱和粉砂黏聚力,内摩擦角及抗剪强度总体均呈现先波动,后平稳,总体下降的趋势;在现有研究的基础上改进,提出饱和粉砂土抗剪强度随冻融循环变化表达式;在实际工程中,当粉砂含水率不小于12%时,进行冻融性质检测循环次数应尽量不小于13次。     

季冻区典型土类抗剪强度冻融修正系数研究

目前冻融循环下土抗剪强度变化规律尚无统一认识,工程上也缺少计算依据。选取季冻区3种代表性土类,黏土、粉质黏土和粉土质砂,采用新的制样标准,通过三轴试验,发现冻融循环下土抗剪强度指标变化模式和规律,定义了冻融循环修正系数,以未经冻融循环的抗剪强度指标为基准,并给出冻融循环下典型土类抗剪强度计算公式。结果表明:冻融循环试验中试样制备不能采用常规土样制备标准,否则试样密度离散性被放大,导致试验结果很容易出现离散而没有规律性;冻融循环下黏土、粉质黏土、粉土质砂黏聚力呈指数下降,而内摩擦角随着冻融循环次数的增加呈指数增加,但具体表现不同。冻融循环下粉土质砂黏聚力降低约20%,内摩擦角增加约10%,受冻融影响较少,冻融稳定性较好;粉质黏土黏聚力降低约55%,内摩擦角增加约20%,冻融稳定性次之;黏土黏聚力降低约70%,内摩擦角增加约40%,受冻融影响最大,冻融稳定性最差。     

基于钻孔式锚固单元体试样的锚-土界面剪切特性研究

为探究土体干密度和含水率对锚杆锚固体-红土界面剪切特性的影响,研制了一种钻孔成孔的锚杆单元体试样制作装置。制备了6组不同土体含水率、不同干密度的红土锚固单元体试样,测试其界面剪切特性,获得了锚-土界面剪应力-剪切位移全过程曲线(τ-s曲线),并同步开展相应土体的直剪试验,获得了土的抗剪强度包线。试验结果表明:随着含水率的降低,土体黏聚力和内摩擦角均呈减小趋势,而随着干密度的增大,土体黏聚力显著增加;随着土体含水率和干密度的增大,锚-土界面剪切τ-s曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,且含水率越高,软化特征越明显;此外,随着土体干密度的增大,锚-土界面剪切强度增加,峰值位移减小,界面剪切刚度增大,而随着土体含水率的增大,锚-土界面剪切强度减小,峰值位移也减小。最后,通过回归分析建立了锚-土界面剪切强度随土体黏聚力和内摩擦角变化的经验公式。     

干湿循环作用下硫酸盐渍土强度特性试验研究

宁夏地区硫酸盐渍土在夏季的多雨高温时节经历干湿循环过程,土体强度劣化。为探究干湿频次、含盐量对土体强度的影响,采用不固结不排水三轴剪切试验测定配置试样的黏聚力с和内摩擦角φ,探究其变化规律,结合扫描电子显微镜技术分析试样强度劣化机理。试验结果表明:硫酸盐渍土试样的应力应变曲线随干湿次数、围压及含盐量的增加,由应变软化型逐步向应变硬化型过渡;试样的内摩擦角均随干湿次数和含盐量的增加而减小,且含盐量越高,经历的干湿循环次数越多,内摩擦角降幅越大;干湿循环初期(1～3次),黏聚力随含盐量增加而增大。干湿循环后期,含盐量在0%～2%区间,黏聚力随含盐量的增加而减小;而在2%～5%区间,黏聚力随含盐量的增加而增大。随含盐量的增大,干湿循环作用下硫酸盐渍土整体强度逐渐降低,且含盐量越高,特征越明显。     

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。     

土石混合体的剪切面分形特征及强度产生机制

 基于考虑含石量、含水率、块石岩性、初始孔隙比、法向压力5个影响因素的土石混合体室内大型直剪试验,利用剪切面在分形几何学上的统计规律和颗粒流数值模拟方法得到的直剪试验中颗粒的相互作用规律,对土石混合体的抗剪强度产生机制进行研究。结果表明：(1) 土石混合体的剪切面呈不规则的起伏形态与块石的存在关系密切,且具有较好的分形特征,分形维数随着含石量和块石强度的增大、含水率和法向压力的减小均呈增大趋势;(2) 含石量高于40%时,黏聚力小于30 kPa;(3) 内摩擦角随着含石量的增大、块石强度的增大、含水率的降低、初始孔隙比的降低、法向压力的降低均呈增大规律,且与分形维数满足正相关函数关系;(4) 块石附近应力集中较明显,剪切过程中,颗粒间的接触力主要通过迎着剪切方向的接触面传递,而背着剪切方向的颗粒接触面基本不传递力;(5) 内摩擦角 等于剪切面上与颗粒本身接触性质有关的接触面内摩擦角 和与剪切面分形维数有关的接触面倾角 之和,利用此机制可解释直剪试验中强度参数的变化规律。     

冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明：随石灰掺量增大,最优含水量也逐渐增大,最大干密度却呈减小的趋势。不同石灰掺量下,冻融循环后改性黄土的应力应变关系曲线随冻融循环次数的增加由弱硬化型向弱软化型过渡,最后趋于强软化型。随冻融循环次数的增加,破坏强度呈下降趋势,石灰掺量为6%且冻融次数10次时,围压越大,破坏强度衰减率越小;石灰改性黄土的黏聚力随冻融循环次数的增加而降低,最终趋于稳定,而内摩擦角几乎保持不变。石灰掺量一定时,随冻融循环次数增加,结构性参数减小,且变化趋势不大;冻融循环次数一定时,随石灰掺量的增加,结构性参数呈减小的趋势;同时,随着围压不断地增大,结构性参数也呈减小趋势,结构性参数与轴向应变关系曲线随着围压的增大由强软化型向弱软化型过渡。     

高温后粗砂岩常规三轴压缩变形与强度特征分析

通过对经历400℃~1 000℃高温后的粗砂岩进行常规三轴压缩试验,分析试样变形、强度和破坏特征与温度、围压的关系。结果表明:经历400℃高温后的试样围压高于20 MPa时,试样峰值强度附近出现明显屈服平台,经历超过600℃以上高温的试样均具有明显峰值点,随温度升高试样的塑性减弱脆性增强;400℃以内高温对试样的变形参数影响不大,经历超过400℃以上高温的试样的弹性模量、变形模量和极限应变随围压增加单调增加呈正相关性;试样的弹性模量和变形模量随温度升高单调降低,而峰值应变随温度升高单调增加。高温后试样峰值强度随围压增大而单调增加,符合Coulomb强度准则,综合围压影响系数为6.541;800℃以内高温对试样黏聚力、内摩擦角影响不明显,经历1 000℃高温后的试样黏聚力急剧降低,内摩擦角稍有增加;800℃以内高温对粗砂岩具有强化作用,扣除围压影响后试样材料强度与温度呈正相关,超过800℃以上高温使试样强度有所弱化,试样材料强度与温度呈负相关性;高温后试样的试验破坏角和理论破坏角基本一致,高温对试样破坏角影响较小,试验破坏角随围压增加而单调减小,围压对试样破坏角的影响大于温度的影响。     

干湿循环作用下砂岩细观损伤演化及宏观劣化研究

针对周期性干湿循环作用下岩石损伤劣化问题,以三峡库区某边坡的中风化砂岩为研究对象,分别对不同干湿循环次数作用下"干燥"和"饱和"状态的砂岩进行全断面CT扫描试验、巴西劈裂试验、单轴和三轴压缩试验。试验结果表明:在相同的干湿循环次数n下,"干燥"状态下砂岩的宏细观力学参数大于"饱和"状态下的参数;各典型区域的CT数均值随着循环次数非线性累积增加,初期变化较快,当n≥3时,细观损伤演化速度趋于缓慢;砂岩单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角随n的增加呈对数下降,泊松比随n的增加而增大。干湿循环作用对砂岩不同力学参数的劣化程度不一,岩样"抵抗拉伸性能"大于"抵抗压缩性能"对水的敏感性。基于试验数据拟合,对不同干湿循环作用下两种含水状态的砂岩M–C屈服准则进行了修正,为工程中获得任意围压下岩石的破坏强度提供了理论依据。     

基于直剪试验的试样尺寸效应研究

土体作为一种特殊的散体材料,其各向异性及不均匀性尤为明显,且直接剪切试验中剪切破坏面的特定性等因素都导致了其不同于其他材料的破坏规律。分别采用直径61.8 mm和150 mm两种尺寸试样,进行了四种不同种类土的直接剪切试验,分析了土试样抗剪强度尺寸效应特性,研究表明：试样尺寸的变化不影响试样的应力应变变形特性;但试样尺寸的增大,抗剪强度峰值出现的位置更晚,抵抗变形的能力加强;随着试样尺寸增加,有效剪切面积比例增大,导致理论抗剪强度增大;对于黏性土,主要表现为黏聚力的增大,内摩擦角变化不大,而对于砂类土,主要表现为内摩擦角的增大。     

软弱夹层对深基坑水平位移影响的数值模拟分析

以某深基坑支护工程为背景,研究了软弱夹层对基坑水平位移的影响。利用有限元分析软件PLAXIS 2D和M C土体本构模型对该工程排桩预应力锚杆支护段进行数值模拟。对比分析了软弱夹层的黏聚力、内摩擦角、厚度、埋置深度对基坑水平位移的影响,得到了这些因素对基坑水平位移的影响规律。结果表明:软弱夹层的存在对基坑水平位移有较大影响;内摩擦角对基坑水平位移的影响比黏聚力更加明显;黏聚力和内摩擦角同时变化引起基坑水平位移的变化大于单一参数变化引起的基坑水平位移变化之和;基坑水平位移随软弱夹层厚度的增大而增大;随着埋置深度的增大,基坑水平位移呈现先增大后减小的趋势。     

地基土固结快剪与直接快剪指标相关性规律研究

为探究地基土固结快剪与直接快剪指标之间的相关性规律,该文以安徽华谊化工有限公司液体化工码头还建工程为依托,通过室内土工试验获取了各类地基土的剪切试验结果;定义了剪切比,分别对黏聚力和内摩擦角的固结快剪与直接快剪的相关性规律进行了拟合。研究结果表明:随着直接剪切黏聚力增大,黏聚力剪切比不断降低,随着直接剪切内摩擦角增大,内摩擦角剪切比不断降低;黏聚力与内摩擦角的剪切比-直接剪切拟合曲线均呈幂函数关系,两者拟合精度均超过0.93,表明地基土固结快剪与直接快剪指标之间存在较好的规律性。     

压实黄土(Q_2)溶滤变形特性研究

为探究压实黄土(Q_2)溶滤变形特性,开展12种应力组合条件下的宏观溶滤试验及不同浸水时长的微观电镜扫描试验。宏观试验结果表明,溶滤应变及强度参数变化具时效性;其中,溶滤轴、体应变及应变率近似自然指数变化,黏聚力随浸水时长增加而减小,内摩擦角变化不大。围压应力对溶滤变形有阻碍作用,湿化应力水平s对溶滤应变有促进作用,并决定其量级。微观参数定量分析表明,随浸水时长增加,微观孔隙的孔径、概率熵和分形维数减小,团粒概率熵和分形维数增大,团粒粒径和曲率系数变小,微观孔隙比和连接系数分别减小和增大。孔径与粒径均减小的现象表明,溶滤变形是浸水和压力共同作用下的压密过程。其次,试样粒径变化率随s减小趋于降低,表明微结构破坏重组程度与s成正比。此外,通过KPCA法确定了影响溶滤体应变的3个主要参数为孔径、孔隙分形维数和曲率系数;影响黏聚力的2个主要参数为孔隙概率熵和团粒分形维数。     

平面应变条件下冻融循环对黄土力学性质的影响

以原状黄土为研究对象,通过平面应变试验,研究冻融循环对原状黄土物理力学性质的影响。结果表明:随着冻融循环周期的增大,土样表面损伤越严重;在同含水率、同固结围压的条件下,原状黄土的偏应力轴向应变(σ_1-σ_3)-ε_1曲线随着冻融循环次数的增大而逐渐减小,并且冻融循环对原状黄土(σ_1-σ_3)-ε_1曲线的劣化作用随着含水率的增大而增大,随着固结围压的增大而减小;根据摩尔库伦强度准则,得出粘聚力和内摩擦角均随着含水率的增大呈线性减小,黏聚力随着冻融循环周期的增大呈指数减小,内摩擦角随着冻融循环周期的增大而减小,且在3°范围内变化。基于试验数据的合理性,拟合出原状黄土随冻融循环周期的劣化模型,该模型经试验验证可较好地描述原状黄土随冻融循环周期的劣化规律。     

聚丙烯酰胺改良黏土边坡稳定性分析

为研究聚丙烯酰胺(PAM)和木质纤维素对藏东南地区黏土冻融循环条件下的力学性质改良效果,对不同冻融循环次数后的未改良、PAM单独改良以及PAM和木质纤维素复合改良黏土试样,利用ZJ型应变控制直剪仪进行了直接剪切试验.利用Abaqus有限元模拟软件计算不同内摩擦角和黏聚力,进行边坡稳定性分析.通过分析,PAM单独改良以及...     

冻融循环作用下原状过湿土的抗剪强度试验

为了研究季冻地区过湿土的抗剪强度特性,利用青冈过湿土路基段原状土进行抗剪强度试验,分析了不同含水量对过湿土的抗剪强度影响,重点研究了冻融循环作用下过湿土抗剪强度变化规律。试验结果表明:不同含水量的过湿土应力应变曲线均趋于硬化型,含水量越大,过湿土的抗剪强度越小,相应的内摩擦角和黏聚力也越小;同未冻融土相比,经冻融循环的过湿土黏聚力显著增加,内摩擦角减小;相同含水量的过湿土经冻融循环的次数越多,融化后土的抗剪强度越大,而且随着冻融次数的增多,黏聚力开始下降,内摩擦角显著增大。