弱超固结黏土-混凝土接触面力学特性直剪试验研究

为探讨黏土的超固结比对黏土-混凝土接触面力学特性的影响,利用直剪仪对不同弱超固结黏土与混凝土的接触面进行直剪试验。试验成果分析表明：黏土的超固结比从1增加到2时,接触面的黏聚力增大40%,内摩擦角增大38%。弱超固结黏土与混凝土接触面尚未剪切破坏时,剪应力-剪切位移曲线符合双曲线模型;接触面剪应力达到抗剪强度后,接触面破坏,进入滑动摩擦不收敛状态。接触面的抗剪强度、初始切线劲度系数与破坏比随着超固结比的增大而逐渐增大;接触面的抗剪强度符合摩尔-库伦破坏准则。建立了黏聚力、内摩擦角、ΔL/τ-ΔL关系中的斜率和截距与超固结比的经验公式,结合摩尔-库伦破坏准则,又建立了简单的接触面本构模型。并用试验数据验证其合理性,可供相关工程参考。     

不同应力路径下红黏土的力学特性与含水率的变化规律试验研究

针对实际工程中不同部位土体所经历的应力路径不同的问题,以研究不同含水率、不同应力路径下贵州红黏土的力学特性为目的,选取实际工程中典型的三种应力路径,设计了采用K_0固结方式的不同含水率的三轴固结不排水试验。结果表明:不同的含水率及不同的应力路径对贵州红黏土的力学特性有很大的影响,红黏土的水敏性及对应力路径的敏感性都与其自身的结构性有很大关系;含水率及应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要都表现在对黏聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小;坚硬、硬塑状态的红黏土在卸荷状态下达到抗剪强度峰值时的变形值最小,而含水率较高的红黏土在卸荷状态下的抗剪强度最差,在实际工程中该部分往往是发生变形破坏的突破点,应重点加强对该部分土体的加固与治理。研究成果对今后红黏土基坑的支护设计与计算及相关的数值模拟等具有参考价值。     

卸荷对花岗岩残积黏性土抗剪强度的影响分析

以广州地区花岗岩残积黏性土为研究对象,通过击样法制备特定含水量试样,在不同压力下进行固结加、卸荷抗剪强度试验。对比分析试验数据,研究加、卸荷状态下花岗岩残积黏性土的抗剪强度变化,探寻应力历史对抗剪强度指标的影响,并得出相应结论。总体而言,土体的应力历史对其强度指标影响较大,由于土体卸荷路径不同,土体的卸荷抗剪强度也随之不同。残积土卸荷抗剪强度理论要比加荷土体复杂,在卸荷工程土体设计中应该采用卸荷抗剪强度指标。     

循环应力作用下饱和软黏土的不固结不排水强度与破坏准则

通过循环三轴与循环扭剪试验,研究了饱和软黏土不固结不排水循环强度的变化。结果表明：当循环破坏次数给定后,饱和软黏土的不固结不排水循环强度取决于土单元受到的静剪 （偏） 应力,与其受到的围压无关;当作用在土单元上的静剪 （偏） 应力比从0.3变化至0.6时,饱和软黏土循环强度也逐渐增大。进一步,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环应力作用下饱和软黏土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软黏土单元不固结不排水循环强度的变化关系。     

特殊应力路径下软黏土变形与强度特性试验研究

通过进行软黏土的常规三轴固结排水试验、K0固结轴向加载排水剪切试验及K0固结侧向卸荷排水剪切试验,模拟基坑侧壁土体的实际应力路径,对比分析3种不同应力路径下土体的变形和强度特性。分析结果表明：① 在3种试验应力路径下,软黏土土样破坏时的主应力差值随着固结围压的增加而增加,均呈近似线性变化;② 侧向卸荷应力路径下,软黏土的变形和强度特性较之常规三轴试验结果均有较大差异;③ 相对于各向等压固结,K0固结条件下土体的凝聚力减小,内摩擦角增大。研究结论为基坑设计时采用反映土体实际应力路径的力学参数提供了理论依据。     

黏性土的抗剪强度特性试验研究

利用环剪仪针对塑性指数不同的3种黏性土,在不同的固结状态下进行了较系统的试验研究,探讨了大变形黏土的抗剪强度变化规律,分析了残余强度的影响因素。试验结果表明：本试验所采用的环剪仪无论对于粉质黏土还是黏土均具有良好的稳定性,测试精度高,因此能够保证试验结果的准确性;对于塑性指数不大的粉质黏土,应力历史对其抗剪强度的影响并不显著;对于塑性指数较大的黏土,应力历史对残余强度没有影响,而峰值强度随着超固结比的增大而增大,最终接近粉质黏土的峰值强度;塑性指数是影响残余强度非常重要的因素,随着塑性指数的增大,残余强度显著降低;黏性土剪切沉降曲线的类型与塑性指数和超固结比有关。     

地基强度随固结度增长规律的试验研究

 通过离心模型试验和三轴试验,研究了土固结程度与抗剪强度的关系。表明:抗剪强度随着固结度的增加基本呈线性关系,与以往经验相符;c,φ值随固结度U的增加而增加,但增加的幅度逐渐减小,且不呈线性关系,可以用双曲线关系模拟。在此研究基础上,提出了一种在土体固结过程中根据实测沉降量估算土体固结度和强度增长的方法。     

三轴不固结不排水剪的试验方法

介绍土工试验标准与土力学教科书中关于三轴不固结不排水剪的试验方法。指出按照目前规范方法获得的三轴不固结不排水剪强度参数规律与教科书中论述的相应规律有明显的差别:对于均匀土层,按照规范得到的饱和正常固结土的抗剪强度值基本不随取样深度而变化,与实际情况(现场十字板抗剪强度试验结果)不相符;按照教科书方法得到的抗剪强度值则随取样深度增加而增大,与实际情况(现场十字板抗剪强度试验结果)相符。为统一试验方法和提高试验参数的可用性,建议修订土工试验标准中规定的三轴不固结不排水剪试验方法。     

土体力学特性尺度效应的三轴抗剪试验分析

土体的物理力学特性受到颗粒尺度及其级配的强烈影响,具有显著的颗粒尺度效应。文中采用天然黏土和商品石英砂,制备具有不同颗粒粒径和体分比的一系列三轴抗剪试样,通过不固结不排水和固结不排水三轴抗剪试验,测得了应力应变关系曲线以及剪应力屈服强度,基于试验结果对土体力学特性的颗粒尺度效应进行分析;同时,引入胞元土体模型,对土体力学特性颗粒尺度效应的物理机制进行解释。实验结果表明,随着土体中砂粒体分比增加和粒径的减小,土体的变形特性明显增强,其剪应力屈服强度也随之显著提高;砂粒的体分比对变形和强度颗粒尺度效应的影响比粒径的影响更为显著;胞元土体模型解释了实验结果的颗粒尺度效应的物理机制。     

长江三角洲北岸软土的不排水强度特征研究

采用三轴不固结不排水试验、无侧限抗压强度试验和快剪试验对长江三角洲北岸软土的不固结不排水剪切强度特征进行了研究。研究表明:研究区软土为碱性环境下沉积的非均质海陆交互相软土,软土剪切强度具有固有各向异性。土体制样采用垂直方向的切取试样方式,采用三轴不固结不排水试验时,土体沿45°+φ_(uu)/2这一椭圆形斜剪切面破坏,研究区土体破裂面主要集中在45.5°~46.3°这一区间内。根据三轴不固结不排水试验得出的抗剪指标,辅以土体单元极限平衡理计算出了土体实际剪切强度。无侧限抗压强度试验测得的土体平均剪切强度小于三轴不固结不排水试验测得平均剪切强度,这与研究区软土破坏时应力状态和摩擦强度较大有关。最后,从软土颗粒组成、矿物成分活性、微观结构等方面解释了研究区软土抗剪强度较高的原因。     

水作用下土石坝黏土心墙抗剪强度衰减规律

为得到土石坝黏土心墙在水作用下抗剪强度的衰减规律,依托济南卧虎山水库工程,通过模型分析和现场取样室内试验,研究了土石坝黏土心墙抗剪强度随含水率的衰减规律。研究建立了土石坝黏土心墙抗剪强度衰减的基本模型,推导了黏土抗剪强度的衰减公式,并分析了含水率和压实度对黏性土体抗剪强度参数的影响规律。结果表明:1黏性土体的黏聚力和内摩擦角影响其抗剪强度;2黏性土体抗剪强度衰减公式由强度参数的待定系数及其表达式构成,可分别通过室内击实试验求解;3压实度一定时,黏聚力随含水率的增大而减小,且最大内摩擦角对应最优含水率;压实度的增大引起抗剪强度增大,但内摩擦角对抗剪强度的影响不显著。     

基于孔穴扩张和临界状态的黏土超固结比估算

黏土超固结比常规测试方法很难消除应力释放和土体扰动的影响,提出基于孔穴扩张和临界状态概念的利用旁压试验估算黏土超固结比的新方法,该方法能够充分利用旁压试验成果和临界状态参数。运用该方法估算了4种不同类型黏土的超固结比,并与改进的固结试验得到的超固结比展开对比。结果表明:在重度超固结比黏土中,该方法与固结试验获得的超固结比变动范围相近;在轻度超固结比黏土中,该方法获得的超固结比稍大于固结试验获得的超固结比;估算结果能够满足工程勘察要求。该方法作为一种估算黏土超固结比的原位测试新方法,扩大了旁压试验成果的应用范围,具有一定的工程实用价值。     

应力路径对正常固结饱和粘土 φCU 的影响

从有效应力强度指标的唯一性和Ｈｅｎｋｅｌ孔隙水压力公式出发，笔者推导了正常固结饱和粘土在不同应力路径的三轴固结不排水剪切试验条件下总应力强度指标表达式；比较了各种应力路径下的φＣＵ值并初步验证了理论公式的正确性；说明了工程实践中合理选取应力路径进行试验的重要性     

羧甲基纤维素钠改良土强度影响因素研究

边坡防护工程中常使用无机胶凝材料（水泥、石灰等）作为黏合剂、固化剂以改善土体的力学性能,但无机材料的过度使用对自然生态环境带来巨大负担。羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）是一种环境友好型生物高分子聚合物,同样具有改善土体结构、提高力学强度的性能。通过向粉质黏土中掺入 ＣＭＣ,研究了 ＣＭＣ对黏性土的改良效果及规律。结果表明:在粉质黏土中加入 ＣＭＣ能有效提高其抗剪强度。对比了湿法和干粉两种处理方式,干法拌和直接掺入 ＣＭＣ后的改良土强度能获得更高的提升。研究了ＣＭＣ掺入量、含水量、养护时间等对 ＣＭＣ改良土的影响;当 ＣＭＣ掺入量为 2％、控制含水率为 15％时,对土体强度的提高幅度最大。     

结构性对淤泥质土强度影响试验研究

以郑州新区淤泥质土为研究对象,在室内对原状土、部分愈合重塑土及完全重塑土进行不固结不排水三轴试验,研究淤泥质土的结构性对应力-应变关系及土体抗剪强度的影响.结果表明:受土体天然结构性的影响,原状土体具有明显弹性变形阶段,完全重塑土体无明显弹性阶段,部分愈合重塑土体具有较小范围的弹性变形阶段;部分重塑土体的抗剪强度大于原状土体,原状土体的抗剪强度大于完全重塑土体.     

冶勒水电站坝基超固结粉质黏土物理力学特性

冶勒水电站大坝坝基由超过400 m厚的粉质黏土和卵砾石层组成,研究其土体物理力学特性对工程设计和施工具有重要意义。通过物性试验、静力和动力试验对坝基粉质黏土进行物理力学特性研究,结果表明:土体级配良好,属低液限、超固结、低压缩性粉质黏土,先期固结压力为4.5~6.0 MPa,压缩模量为35.7~152.3 MPa,变形模量为35.00~80.74 MPa;摩擦角为33.70°~35.94°,黏聚力为0.12~0.21 MPa,抗剪强度指标高;动剪切模量为568 MPa,动弹性模量为1 686 MPa,动强度参数随振动次数的增加略有降低,但降幅较小。最终提出了一种特殊土体——超固结粉质黏土的物理力学参数指标。     

含水率对高液限细粒土砾与粉质黏土抗剪强度影响比较研究

近年来,随着极端气候的变化,土石坝安全性问题日益突显。为了研究不同筑坝材料对土石坝安全的影响,利用应变直剪仪对粉质黏土和高液限细粒土砾土样在不同含水率和实施不同正应力下进行不排水不固结快剪试验,研究不同含水量和不同应力情况对土的抗剪强度的影响。试验结果表明,粉质黏土在最大干密度和最优含水率时抗剪强度最大,在最优含水率以前随含水率越大抗剪强度越大,在最优含水率以后随含水率越大抗剪强度越小;而高液限细粒土砾的含水量越大抗剪强度越小。     

交通荷载路径下超固结软黏土变形特性研究

长期交通荷载作用下软基道路往往产生过大沉降,超载预压地基处理是目前控制沉降的有效方法。经超载预压处理后,路基软土表现出明显的超固结特性。利用GDS空心圆柱扭剪系统模拟交通荷载应力路径,对不同超固结比软黏土进行不排水循环加载试验,研究超固结比对软黏土应变发展规律、应力-应变滞回曲线发展规律、回弹模量发展规律的影响。试验结果表明:超固结作用可以限制循环荷载作用下软黏土累积应变的发展;当荷载一定时,土体的超固结比越大,循环荷载作用下的累积应变值就越小,孔压和累积应变达到稳定所需要的循环次数就越少;当荷载一定时,超固结比越大,应力-应变滞回曲线随循环次数的变化越不明显;土体的回弹模量越大,弹性特征越明显。     

基于电渗法的新近吹填土快速结壳试验

针对新近吹填土地基承载力低,无法满足机械进场施工的问题,基于电渗固结阳极区域土体固结快的特点,设计了一种新近吹填土快速结壳电渗电极,采用该电极分别开展了电渗、真空不同联合方式的室内试验,对比分析了排水量、电渗能耗、最终含水率、抗剪强度及承载力等土性参数指标。结果表明:采用该电渗电极处理后的吹填土含水率降低31.0%～61.4%,土体表层承载力最高可达192 kPa;单纯电渗处理后土层抗剪强度沿深度衰减,电渗-真空联合作用下土层抗剪强度更高且分布均匀;设计的电渗电极可实现高含水率新近吹填土浅表层快速加固。     

渗流对土体抗剪强度的影响

土体的抗剪强度是土体的主要强度指标之一。当土体中的渗流时，由于水流的力学、物理、化学等作用，会使土体的抗剪强度发生变化（主要趋势是使抗剪强度降低）。本文定量分析了各种情况下渗流作用对土体抗剪强度指标、有效应力及切向力的影响，得到了渗流作用下土体抗剪强度的定量表达式、并给出应用算例，说明了渗流对土体抗剪强度的明显影响。