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。     

不同初始状态下黄土的平面应变卸载力学特性

针对于黄土工程中的平面应变卸载问题,利用平面应变改造后的真三轴仪,开展了不同初始状态（原状、重塑和饱和）黄土在不同固结围压和含水率条件下的平面应变卸载试验,揭示了不同初始状态黄土的应力-应变演化关系、中主应力特性和强度特性。研究结果表明,不同初始状态黄土的应力-应变曲线在低含水率和低围压条件下呈现理想塑性,随着固结围压和含水率增大,从弱硬化型向强硬化型转变;黄土的不同初始状态对应力-应变关系演化特性影响较大,原状黄土曲线最高,重塑黄土次之,饱和黄土最低;固结围压越大、含水率越低,初始切线斜率越大,应力应变曲线越高,土的强度发挥越快。原状和饱和黄土的中主应力和中主应力参数均先减小后增大,衰减幅度大,增长幅度小,中主应力参数的增长幅度要大于中主应力;重塑黄土的中主应力和中主应力参数则先减小后基本保持稳定。平面应变卸载条件下不同初始状态黄土的黏聚力和内摩擦角均随含水率增大近似呈现线性减小;不同初始状态对土黏聚力的影响要明显大于内摩擦角。原状黄土在低围压和低含水率条件下沿着剪切带形成明显的侧向滑移破坏,其余条件下均发生测胀破坏。     

K0固结后卸载状态下冻土应力-应变特性研究

通过模拟人工冻结凿井中土体同结、冻结、受力的实际过程，研究了经K0固结后兰州冻结黄土在径向卸载状态下的应力-应变行为，并利用试验资料所建立的数学方程研究了K0固结后冻土的初始切线模量Ei和主应力差渐近值(σ1-σ3)ult与初始围压σ3、温度的关系。结果发现，K0固结后再冻结的黄土试样在整个卸载过程中，其特征类似于理想刚塑性应力-应变曲线；初始围压σ3的升高和温度的降低都可以使深部冻土抵抗变形的能力增强。因此，当深度一定时，应先考虑深度对强度影响后再选择最优温度来满足此深部土体卸载时的强度要求；初始弹性模量Ei在较低负温、较高初始围压状态下，不随初始围压σ3而变化，且趋近于一常数：(σ1-σ3)ult随初始围压σ3的增大而线性增大，在较低初始围压状态下受温度影响较小，随着初始围压的增高，受温度影响逐渐明显：可利用主应力差渐近值(σ1-σ3)ult与破坏比之间的关系来估算破坏强度的大小。     

平面应变加、卸荷条件下黄土的非线性变形特性的研究

针对黄土深基坑开挖坑壁土体侧向变形和填土路堤地基加载侧向挤出变形等平面应变问题,利用西安理工大学真三轴仪改变加载机构,模拟平面应变条件下路堤黄土地基竖向加载和黄土基坑侧向卸载,进行了竖向加载和侧向卸载的黄土平面应变试验,研究了平面应变条件下不同含水率原状Q3黄土的加、卸载应力应变关系。揭示了平面应变竖向加载应力路径下原状Q3黄土的大、小主应力差与轴向应变及轴向应变与侧向应变服从双曲线关系;平面应变侧向卸载应力路径下原状Q3黄土的大、小主应力差与侧向应变及侧向应变与轴向应变也服从双曲线关系。依据平面应变条件下三向的切线线弹性关系,建立了切线弹性模量和泊松比随应力应变状态变化的关系,以及非线性本构模型。经平面应变加、卸载应力路径下原状黄土应力应变关系的模型计算与试验结果比较,验证了两种平面应变路径下非线性模型的正确性。     

地裂缝带Q3黄土强度与流变长期强度关系研究

西安地区是我国地裂缝最为发育,灾害最为严重的地区,随着城市建设的不断发展,尤其是地铁工程的陆续进行,地裂缝灾害成为工程建设的制约因素。考虑到地裂缝灾害的严重性,通过对西安地区长安地裂缝带Q₃原状黄土进行了不同围压下的固结不排水(CU)常规三轴试验,在试验基础上,分析了地裂缝带Q₃原状黄土的应力-应变关系及试样破坏类型,建立了地裂缝带Q₃原状黄土的应力-应变关系模型,获得了地裂缝带Q₃原状黄土不同应变量所对应的抗剪强度值,并分别用摩尔圆法和σ₁-σ₃应力平面法求得了抗剪强度参数。结合蠕变试验曲线,绘制了长期强度曲线,建立了长期强度方程,获得了长期强度方程参数。分析了流变瞬时强度及长期强度值与不同应变量所对应抗剪强度值的关系。     

残积红粘土的力学特性试验研究

通过对某建筑工地地基土的单轴固结压缩和固结不排水三轴剪切试验研究,得出了其地基土—残积红粘土的固结压缩特性,以及原状土和重塑土在不同围压下的破坏形式的变化,主应力差(σ1-3σ)和有效应力比(1σ′/σ3′)与轴向应变ε之间的关系,原状土和重塑土的孔隙水压力和轴向应变ε的关系等一系列的力学特性。     

陕北地区黄土隧道围岩工程特性试验研究

对延安-延川(陕晋界)高速公路黄土隧道原状黄土进行了物理力学性质试验,结果表明:除液性指数外,黄土围岩物性参数的变异系数均小于力学参数;可将9个物性指标根据其相关系数和因子分析结果分为3组,并根据它们与土的强度指标的关系,选取天然含水量、干密度和塑性指数作为黄土隧道围岩分级指标;深埋饱和原状Q₂黄土的应力-应变曲线在低围压下为应变软化型,高围压下表现为应变硬化型;无侧限抗压强度试验为小应变脆性破坏,应力-应变关系曲线有两种形式:一种是土样直接发生脆性破坏,丧失承载能力;另一种是先发生局部脆性破坏,仍保留有一定的承载能力。     

K_0固结粉质黏土非共轴特性试验研究

为研究主应力轴定向旋转条件下K_0固结饱和粉质黏土的强度特性和变形特性,利用GDS三轴试验系统,进行K_0固结饱和粉质黏土三轴定向剪切试验,研究不同大主应力方向角β时K_0固结饱和粉质黏土的应力–应变发展规律及应力–应变非共轴现象。结果表明:当β45°时,K_0固结粉质黏土表现为轴向压缩变形为主,其抗剪强度随着β的增大而增加;当β=45°时,试验变形以扭剪变形为主;当β45°时,试样轴向由剪缩变形转换为剪胀变形,径向和环向表现为挤缩变形,其抗剪强度随着β的增大而减小,土体抗剪强度最大值出现在β=60°时,而非纯扭剪试验β=45°时。K_0固结粉质黏土在τ_(zθ)/σ_(c0)-(σ_z-σ_θ)/(2σ_(c0))平面上强度包络线近似呈抛物线形。除纯扭剪试验外,其余组试验结果表明K_0固结粉质黏土应力–应变关系表现出明显的非共轴现象。上述研究成果为复杂应力路径条件下K_0固结饱和粉质黏土的力学特性及其本构关系研究提供了科学依据。     

压实黄土平面应变方向的主应力特性

对不同含水率压实黄土进行等小主动主应力σ_x的平面应变三轴试验,研究了含水率w及小主动主应力σ_x对加载过程中平面应变方向主应力σ_y特性的影响,根据试验结果提出了描述平面应变方向与其它方向主应力双线性关系的表达式,验证了基于典型强度准则的中主应力公式描述压实黄土σ_y变化的适用性。研究结果表明:在等向固结及初始加载阶段,平面应变方向主应力不是中主应力σ_2,而是小主应力σ_3;平面应变方向主应力比σ_y/σ_x随着主动主应力比R的增大先平缓后快速增大,转折点前后主应力之间分别呈线性和非线性关系;转折点处的主动主应力比Rz大于平面应变方向主应力由小主应力转变为中主应力临界点处的主动主应力比Rc,w及σ_x对Rz的影响较大,对Rc的影响很小。R较小时,w及σ_x对加载过程中σ_y/σ_x几乎没有影响。主应力参数K(=2σ_y/(σ_x+σ_z))与主动主应力比R之间呈双直线;前段为水平直线,K近似为常数Kc;后段为倾斜向上的直线;Kc及直线斜率m与w及σ_x的大小无关。提出的双线性函数能较好地预测压实黄土加载过程中σ_y的变化特性,而仅在土样破坏时,基于Lade-Duncan及SMP准则的中主应力公式的预测值与试验值比较接近。     

原状黄土的非线性弹性损伤本构模型

随着黄土地区工程的逐渐增多,对黄土力学本构关系的研究十分必要.通过原状黄土的三轴压缩变形试验,研究应力-应变和应变-体变曲线的变化特征,初步分析原状黄土的损伤机制,在此基础上建立了能描述原状黄土变形特性的本构关系,并通过试验验证了其合理性.