应力路径对饱和黄土孔压的影响研究

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对陕西杨凌Q3饱和黄土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的各向等压固结不排水三轴试验,探讨和分析了应力路径对饱和黄土孔隙压力的影响,试验结果表明:不同应力路径作用下,饱和黄土的孔隙压力随着轴向应变的增大而不断增大;当土体的轴向应变较小时,孔隙压力基本上不受初始固结围压的影响,而当轴向应变超过5%之后,饱和黄土所受的初始固结围压越大,主应力差越大,其孔隙压力也会越大。     

应力路径对饱和黄土排水试验力学特性的影响

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对陕西关中地区某地原状黄土进行了应力和应变控制的常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的各向等压固结排水三轴试验,探讨和分析应力路径对黄土的强度、变形特性的影响.试验结果表明:不同应力路径下土的应力应变关系均符合邓肯-张模型,且在主应力差达到200～250kPa时均出现明显的拐点;但其强度指标随应力路径和控制方式的不同而不同;体变在各应力路径下均表现出很好的线性关系.     

基于扰动状态概念的陇东Q_3结构性黄土本构模型试验研究

陇东Q_3黄土具有显著的结构特征,深入研究其力学变形特征,进而提出合适的本构模型对于理论研究及实际工程建设均具有重要意义。基于扰动状态概念,提出陇东Q_3结构性黄土的本构模型,通过三轴剪切试验,结合原状黄土及对应的饱和正常固结黄土应力–应变曲线和体变曲线,分别提出反映球应力扰动及剪应力扰动的体应变扰动因子D_p和剪应变扰动因子D_q,以根据相关测试结果建立扰动状态函数表达式,函数表达式中的参数可以通过三轴等向压缩试验及三轴剪切试验求得。通过相关验算证明,模型可较理想地模拟黄土在受荷扰动条件下的变形特性。     

冻融作用下兰州饱和黄土的液化特性研究

为了研究冻融循环作用对饱和黄土液化特性的影响,通过室内冻融循环试验和动三轴试验,研究冻融循环前、后兰州饱和黄土的动残余应变和动孔隙水压力变化特征,分析冻融循环次数对饱和黄土液化循环剪切破坏次数的影响规律,探讨冻融循环前、后饱和黄土的平均有效应力–偏应力和动应力–动应变变化特征,并结合冻融前、后的颗粒分析试验和SEM微结构测试结果,分析冻融循环导致饱和黄土结构的变化特征及其对土体液化特性的影响。研究结果表明:冻融循环导致了饱和黄土的抗液化性能的劣化,循环剪切破坏次数在冻融循环次数为0～5次时显著减小。随着冻融循环次数的增加,饱和黄土动残余应变总体增加;冻融循环后,土体的动孔隙水压力比总体上较原状黄土的动孔隙水压力比明显增加,但与冻融循环次数的相关性不明显。随着冻融循环次数的增加,土体中黏粒含量增加,砂粒含量减少,团粒减少,土体颗粒趋于破碎,架空孔隙明显减少;冻融循环引起的土体颗粒与结构变化是导致土体液化特性变化的主要原因。     

三轴剪切下黄土结构特性试验研究

为了研究原状黄土结构性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了原状与重塑黄土的应力—应变曲线和结构强度qs的变化规律。试验结果表明:重塑黄土与控制吸力为50kPa的原状黄土呈塑性破坏,而吸力为100kPa、200kPa的原状黄土试样则呈脆性破坏;三轴剪切条件下,黄土结构强度发挥曲线分为三个阶段,当轴向应变ε1为2%左右时,瞬时结构强度τε达到峰值,即为原状黄土结构强度qs。含水量w是影响黄土结构性的主要因素,吸力s是非饱和土中重要的应力变量,利用数学函数拟合,分别建立了黄土结构强度qs与含水量w、黄土结构强度qs与吸力s的数值关系。     

加荷增湿作用下Q3粘黄土的结构损伤特性

基于三轴加荷与增湿作用下原状Q3粘黄土的变形特性,从增湿、等向压缩及增湿、剪切变形引起黄土结构产生损伤演化发展出发,寻求得到了通过应力应变曲线初始切线模量变化反映湿压原状结构损伤和次生结构增长,以及剪切变形过程不同应力应变状态对应的等结构性应力应变理想双曲线变化反映湿剪结构损伤和次生结构增长,揭示加荷与增湿作用下原状黄土结构性变化发展全过程的途径。提出了一个能全面反映湿陷性粘黄土在湿度和应力变化条件下原生结构的损伤演化规律的结构性损伤比,并建立了结构性黄土应力应变方程。     

Q3结构性黄土的扰动状态本构模型试验研究

 Q3黄土在我国西北地区分布广泛,且Q3黄土都具有显著地结构性,深入研究Q3结构性黄土的本构关系在理论与实际工程应用中就显得尤为重要。为了更合理地描述结构性黄土的应力–应变关系,基于扰动状态理论提出Q3结构性黄土的本构模型,在本构模型中结合Q3结构性黄土和与其对应的正常固结土的受力变形关系,使用新的扰动因子,扰动因子既能反映球应力作用产生体应变对土体扰动的影响,也能反映剪应力作用产生剪应变对土体扰动的影响,分别称其为体应变扰动因子(Dv)及偏应变扰动因子(Ds),以理论和试验为基础建立扰动函数,使本构模型符合土体的实际受力过程。本构模型中各参数物理意义明确,可由等向压缩试验和三轴剪切试验求得。通过试验曲线与理论计算曲线及修正剑桥模型计算曲线的对比可知本构模型可以较合理地描述Q3结构性黄土加载扰动条件下的变形特性,具有很强的工程应用前景。     

非饱和原状黄土增湿条件下力学特性试验研究

利用FSY30型应变控制式非饱和土三轴仪采用常含水率试验,研究陕西泾阳县某边坡原状黄土在不同含水率(无偏应力条件下增湿)、不同固结围压下的强度和变形特性,求得Fredlund双应力状态变量抗剪强度公式中b?值并利用含水率建立了工程中实用的抗剪强度公式;再将天然原状土在不同偏应力水平下增湿饱和后继续剪切,观察其力学特性。两种增湿条件下试验结果表明:该地区黄土应力应变曲线关系呈剪切硬化型;含水率与初始基质吸力呈双曲线关系,剪切过程中基质吸力无明显变化,抗剪强度指标黏聚力随着含水率的增大显著降低而内摩擦角所受影响较小;有偏应力条件下试样浸水饱和后破坏强度显著降低,但对应力应变关系影响较小,增湿时偏应力水平越低,土样饱和后的稳定偏应力值越小。     

平面应变条件下黄土的竖向加载变形与强度特性分析

针对黄土地区工程建设中的平面应变问题,该文利用西安理工大学真三轴仪,在不同围压条件下进行了不同含水率黄土竖向裂隙向大主应力加载的平面应变试验,研究了原状黄土的平面应变强度、变形特性,以及中主应力变化规律。表明低固结围压条件下,低含水率黄土的平面应力应变曲线呈原生结构损伤软化型;随着固结围压增大,压缩损伤增强,平面应力应变曲线呈次生结构形成硬化型。黄土原生结构损伤软化剪切过程伴随着剪胀变形;压缩损伤次生结构形成剪切过程伴随剪缩变形。平面应变固结竖向加载剪切过程中平面应变方向上的主应力由小主应力逐步转换为中主应力,中主应力系数由单调减小转变为单调增大,破坏时的中主应力系数介于0.15～0.35之间。不同含水率黄土平面应变剪切强度破坏线近似为线性关系;随着含水率的增大,粘聚力明显增大,内摩擦角基本不变。     

Q_3结构性黄土的压缩和剪切结构势演化特性研究

针对结构性土的应力比结构性参数,从反映压缩和剪切作用下土结构性变化角度出发,定义了与平均主应力对应的压缩综合结构势和与广义剪应力对应的剪切综合结构势,分析压缩剪切过程中平均主应力和广义剪应力共同作用引起的土结构性衰减变化的规律。依据对Q_3黄土的三轴试验结果,分析了压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变的变化规律。结果表明:黄土的剪切综合结构势比压缩综合结构势大;不同含水量黄土的压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变发展具有明显的规律性;压缩作用较剪切作用更易引起土结构性的损伤破坏。     

基于多级破坏方法确定岩石卸荷强度参数 的试验研究

 根据卸荷路径确定岩石卸荷强度参数时,为避免岩样本身离散性过大对强度的影响,采用了卸荷多级破坏试验方法。将卸荷应力路径与多级破坏方法有机结合,用单个岩样获取多个强度值,然后通过回归确定岩石卸荷强度参数。基于MTS 815.02岩石三轴试验机,研究荷载控制方式下多级破坏试验中峰值判断、破坏状态变形控制等几个问题,并提出相应的解决方案。最后成功开展了大理岩卸荷多级破坏试验,取得了与常规卸荷破坏试验较一致的结果。研究成果表明,卸荷应力路径中引入多级破坏的方法,既考虑了应力路径对强度的影响,又有效避免岩样离散性过大对强度的影响,是一种实用、有效的确定岩石卸荷强度参数方法。     

原状黄土剪缩性测试与理论分析

 为揭示剪切过程中黄土的应力–剪缩规律,在黑方台典型滑坡后壁获取原状试样,开展了饱和黄土的等压固结不排水试验、等压固结排水试验,与非饱和黄土的常含水率试验,探讨了该黄土的应力应变规律和临界状态强度,调查了该黄土的状态参数与剪缩/剪胀行为,并进一步结合经典剪胀方程进行了对比研究。研究结果表明：首先,该饱和黄土在上覆荷载应力范围以内的临界状态线可近似为一条直线,在94～100 kPa基质吸力条件下非饱和黄土的临界状态线也可简化为一条与前者平行的直线;其次,该黄土总体表现为剪缩趋势或剪缩变形,但是受初始孔隙比、初始应力水平影响,该黄土可能表现出剪胀行为;第三,该原状土可用土的状态参数描述,且亦可表现出剪缩–剪胀的相转化行为;第四,剑桥模型的剪胀方程总体上能够反映该黄土的剪缩行为。     

堆石料平面应变条件下统一强度理论参数研究

 堆石料的常规三轴、方形三轴和平面应变试验对比分析表明,方形三轴试验的应力–应变曲线与常规三轴的存在显著差异,方形三轴试验对应的峰值强度高于常规三轴试验,堆石料密度较大时,应力–应变曲线呈现软化特征,存在明显的偏应力峰值。任何一组方形三轴试验对应的莫尔圆大致具有同一条公切线,平面应变试验也具有类似的强度特性,可采用直线型Mohr-Coulomb破坏准则描述堆石料的强度特性,同一种堆石料在平面应变条件下破坏时的Lode参数基本保持不变,且在数值上近似等于方形三轴试验对应内摩擦角的正弦值。在试验结果的基础上,通过双剪强度理论建立平面应变条件下堆石料的强度与方形三轴强度的关系式。对平面应变状态下堆石料强度影响因素分析表明,在本文的模型框架内,平面应变状态下的内摩擦角仅与三轴应力状态下的内摩擦角相关,而对应的黏聚力主要取决于方形三轴试验对应的黏聚力,三轴应力状态下的内摩擦角对其影响较小。通过与试验数据的对比表明,本文建立的强度关系式基本可以描述堆石料在平面应变条件下的强度特性。     

非饱和重塑黄土强度与屈服特性试验研究

为研究非饱和重塑黄土的强度与屈服特性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了重塑黄土的应力-应变曲线、强度与屈服特性。试验结果表明：在试验控制吸力条件下,重塑黄土的破坏形式均呈塑形破坏;在同一吸力、不同净围压作用下,重塑黄土从理想塑形破坏（或弱硬化型）向强硬化型发展;在p-q面内,强度包线几乎呈直线;黏聚力c随吸力增大而增大,但内摩擦角φ变化较小;不同吸力作用下,重塑黄土的εr-log（q／p）关系曲线呈三阶段分布,得到了非饱和重塑黄土的屈服应力（ps,qs）。     

平面应变加、卸荷条件下考虑初始应力的原状黄土#br# 强度与变形特性试验研究

针对黄土工程中的众多平面应变加、卸载问题,利用平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟黄土原位沉积方向及不同初始应力状态,在不同围压下对不同初始应力状态原状黄土进行竖向加载和侧向卸载平面应变试验,揭示不同初始应力状态原状黄土在加、卸载不同应力路径条件下的强度和变形特性。研究结果表明：两种应力路径条件下的应力应变曲线均呈硬化型,加载曲线均高于卸载,加载强度大于卸载强度,但卸载时,土的强度发挥较快。剪切过程中,黄土的侧向变形与竖向变形均呈非线性关系。竖向加载时,土的初始应力状态k值对土强度和变形的影响与固结围压的大小关系紧密;侧向卸载时,k值的增大可以限制侧向变形的发展。竖向加载条件下的体积应变均为剪缩,侧向卸载时均为剪胀。加、卸载条件下p-q平面内的破坏强度线基本一致,近似呈线性关系。侧向卸载条件下土体破坏时的应变远小于竖向加载和常规三轴试验。随着k值的增大,加、卸载应力路径时,黏聚力均线性减小,内摩擦角均线性增大。     

考虑结构性影响的原状黄土等效线性模型

对不同含水率的西安原状黄土及相同干密度的扰动饱和黄土进行动三轴试验,用同一动应变下原状黄土的割线模量Edy与扰动饱和黄土的割线模量Edrs之比值定义了动三轴应力条件下结构性参数mεd,它可以综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势(结构性强弱),探讨了动荷作用过程中不同固结围压及含水率下结构性参数变化特性。研究结果表明:①结构性参数可以反映含水率、固结围压对动三轴应力条件下原状黄土结构性的影响,具有很好的合理性、灵敏性、稳定性。用此结构性参数随含水率、固结围压的增大而减小的特性可以合理地解释原状黄土的动应力应变特性;②结构性参数的变化量mεd0?mεd与动应变εd关系可以用双曲线来拟合(mεd0为初始结构性参数),由此所得到的结构性参数表达式可以反映固结围压、湿度、密度、动应力和动应变对结构性的影响;③在扰动饱和土的等效线性模型中引入结构性参数所得到的原状黄土等效线性模型能够考虑增湿、加荷对原状黄土结构性的影响,计算结果与试验结果之间吻合较好。     

高速列车荷载作用的动三轴试验模拟

动三轴试验是目前最常见的获取高速列车荷载作用下土体变形、强度特性的室内试验手段。为探讨模拟高速列车荷载时加荷模式、排水条件、加荷次数等因素对试验结果的影响,利用GDS动三轴仪,对高速铁路沿线典型黏性土进行高振次循环动三轴试验,研究不同试验条件下试样变形、孔压发展规律和临界循环应力比的变化。研究建议可采用半正弦波在排水条件下进行动力试验模拟高速列车荷载,获得地基土体的最大可能变形和临界动应力比,从而简化试验过程,大大缩短试验时间。     

Study on strength of artificially frozen soils in deep alluvium

This paper describes a series of stress-controlled uniaxial compressive tests performed on frozen loess and triaxial compressive tests performed on frozen/unfrozen loess, which experienced K₀ consolidated process before freezing, to study the stress–strain–strength behaviour of an artificially frozen soil in deep alluvium. The aim of subjecting the triaxial test samples to K₀ consolidation was to simulate the forming process of deep soils. These tests examined the influence of the initial confining pressure and the temperature of frozen soils on stress–strain–strength behaviour. An analysis of the mechanical behaviour of artificially frozen soil is performed from interpretation of results from the unconfined and triaxial compressive tests of frozen/unfrozen soils, in which the influence of both the degree of cementation arising from the interparticle bonding and the initial confining stress was investigated. For deep artificially frozen soils, it was concluded that the unconfined compressive strength is a direct measurement of the degree of cementation. Consequently, the triaxial compressive strength can be expressed as a function of only two variables: (1) the internal angle of the shearing resistance of the unfrozen soils; and (2) the unconfined compressive strength. Data from additional experiments performed later verified the validity of proposed relationship in evaluating the strength of deep artificially frozen soil.     

饱和黄土的液化特性与稳态强度

通过应力控制固结不排水三轴试验，研究了饱和黄土的稳态强度特性及超同结对其不排水性状的影响。对比分析了黄土与砂土静力液化特性之间的异同。提出了饱和黄土流滑破坏的产生条件和利用稳态强度判断饱和黄土能否产生液化流滑的方法。