含水率对青海地区原状黄土力学性能的影响

为了研究青海地区原状黄土在不同含水率下的力学特性,利用英国GDS标准应力路径试验系统对原状黄土进行了不排水三轴试验,并且对偏应力-应变关系进行了归一化分析。建立了考虑含水率和围压影响的归一化偏应力-应变关系,通过计算结果和试验结果对比得出归一化的偏应力-应变关系,预测原状黄土的偏应力-应变关系。结果表明:试样偏应力-应变曲线呈应变硬化型。而且,在相同的围压下,试样最大偏应力随着含水率的增加而减小;弹性模量随着围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小;黏聚力随着含水率的增加降幅比较大,内摩擦角变化很小。通过拟合黏聚力与内摩擦角随含水率变化曲线得到以含水率为变量的库仑抗剪强度公式,对青海地区实际工程设计以及地基处理具有一定的参考意义。     

平面应变条件下黄土各向异性试验研究

为弄清原状黄土在不同剪切方向角下的强度变形规律,利用平面应变仪,并考虑原状黄土各向异性,对取自陕西泾阳的原状黄土进行了不同剪切方向角、固结围压、含水率条件下的平面应变试验。试验结果表明:平面应变条件下,土体应力应变曲线为硬化型;随着围压增大及含水率减小,原状黄土强度显著升高;随着主应力角增加,应力应变曲线更低缓,呈现弱硬化型,而且土体初始剪切模量也有所降低;土体凝聚力与内摩擦角随主应力角的增大而显著减小,不同主应力角下,含水率对凝聚力的影响比对内摩擦角的影响要大;破坏主应力差随主应力角、含水率的增大而减小。     

Ｑ2重塑黄土强度与变形特性的试验研究

为了研究Ｑ2重塑黄土的强度特性及变形特性,采用改进的非饱和土三轴仪进行三轴固结排水剪切试验,试验过程中控制吸力、净围压均为常数。试验结果表明:相同吸力下,随着净围压增大,试样的偏应力越来越大,相同净围压下,随着吸力的增大,试样的偏应力也逐渐增大;不同应力状态下,剪切初期试样的偏应力随轴向应变的增加变化较大,而后应力随应变的变化逐渐减小;试样刚开始剪切时,如果吸力较大会出现轻微的剪胀现象,但并不明显,吸力较小的试样在剪切过程中基本都处于剪缩状态;吸力越大,土体的表观黏聚力ｃ及参数ｋ也就越大,但吸力的变化对有效内摩擦角φ′及参数ｎ影响不大。     

陕西子洲原状黄土平面应变试验研究

采用多功能三轴压缩仪对陕西子洲原状黄土进行常规平面应变试验及单侧限平面应变试验,分析含水率、围压及侧限条件对原状黄土强度的影响,结果表明:除土样在低含水率、小围压条件下产生脆性破坏外,原状黄土的应力应变关系曲线大多呈强硬化型;在围压一定的情况下,含水率越大,达到同一应变时的主应力差越小,含水率对黄土的结构强度起削弱作用;在含水率一定的情况下,围压越大,黄土的强度越大,达到同一应变时主应力差越大,围压对黄土的结构强度起增强作用;单侧限条件下,土样的应力应变曲线与双侧限呈现相同规律,且同荷载下单侧限土样变形大于双侧限条件下的变形;一定含水率范围内,随着含水率的增大,黏聚力减小,内摩擦角变化幅度不大。     

武汉天然老黏性土的压缩和剪切特性试验研究与数值模拟

武汉天然老黏性土是一种超固结硬黏土 ,在开挖卸载条件下容易产生应变软化 ,经常给深基坑、边坡工程带来不利影响.目前对其超固结性、结构性以及剪切特性等还缺少深入认识.利用高压固结仪和三轴剪切仪对其饱和原状样和饱和重塑样分别进行了压缩试验和三轴不排水剪切试验 ,并且应用上下负荷面剑桥模型对原状样的三轴不排水剪切试验进行了模拟.研究结果表明 :天然老黏性土为一种强超固结的结构性土 ,采用两种方法得到的原状土前期固结压力和结构强度基本一致 ;在低围压下 ,原状样明显表现出应变软化和剪胀性 ,其破裂面易受微裂纹影响;与文献中的天然软土不同 ,天然老黏性土在结构破坏后剪缩并不明显 ;原状样的黏聚力明显高于重塑样 ,两者内摩擦角非常接近 ;采用上下负荷面剑桥模型模拟的原状样应力-应变曲线和孔压曲线与室内试验结果基本一致.     

干湿循环下复合改良黄土剪切力学特性试验研究

纤维可有效改善土体的力学特性。通过不固结不排水三轴剪切试验,研究了玻璃纤维掺量、纤维长度、养护龄期及干湿循环次数对纤维-秸秆灰-石灰复合改良黄土剪切力学特性的影响规律。试验结果表明:随着纤维的掺入,复合改良土的应力-应变曲线逐步转为应变硬化型,极限偏应力、黏聚力及内摩擦角随着纤维掺量及纤维长度的增加,呈现先增加后减小的趋势,当纤维掺量为0.4%、纤维长度为9 mm时为最优配比。干湿循环条件下,复合改良土的极限偏应力、黏聚力及内摩擦角逐步减小,前期衰减速率较大,后期基本趋于稳定,衰减幅值受纤维掺量、纤维长度影响明显。养护龄期越长,改良土在不同干湿循环下的强度越高,稳定性越好。     

非饱和原状黄土强度特性试验研究

为了探究非饱和原状黄土在快速施工条件下,不同含水率、剪切速率和围压对其强度特性的影响,进行了UU三轴剪切试验。试验结果表明:试样的体积含水率在脱湿和吸湿过程中均随着基质吸力的增大而减小。当剪切速率达到1.5 mm/min时,3种含水率试样的黏聚力分别达到各自的峰值43.2 kPa、40.6 kPa和38.7 kPa,当剪切速率小于此值时黏聚力随着剪切速率的增大而增大。剪切速率达到3 mm/min时,黏聚力分别降为31.8 kPa、21.2 kPa和19.6 kPa;在剪切速率仅为0.5 mm/min时,3种含水率下试样的内摩擦角分别为27.5°、27.3°和27.6°。而后,随着剪切速率的增大内摩擦角逐渐减小,降幅分别为1.6°、1.3°、1.8°;试样的黏聚力随着剪切速率的增大表现为先增大后减小,而内摩擦角随着剪切速率的增大逐渐减小。随着含水率的增大,试样的黏聚力明显减小,但含水率对内摩擦角影响甚微。原状黄土的应力-应变曲线、抗剪强度与剪切速率之间是二次函数关系,存在临界剪切速率;与含水率之间呈负相关性,含水率的增大对土体强度具有软化作用;与围压之间呈单向递增函数关系,围压的增大对土体强度具有强化作用。     

不同含水比贵阳原状红黏土CU三轴试验研究

为研究贵阳地区原状红黏土在CU三轴试验下的力学性质,采取原状土试样制备的方法,得到三种不同含水比的原状红黏土试样,进行CU三轴试验。试验得到了贵阳原状红黏土在不同围压、不同含水比下的应力-应变关系、破坏形式以及孔隙压力变化规律,采用Mohr-Coulomb准则和规范法得到抗剪强度指标且分析了含水比对抗剪强度指标的影响。研究结果表明:(1)贵阳原状红黏土的应力-应变关系、孔隙压力均出现"驼峰型"软化特性,且围压越低、含水比越低,软化现象越明显,但也有少部分试样表现出微弱的硬化特征;(2)CU三轴试验中,随含水比的减小、围压的增大,贵阳原状红黏土试样的破坏形态由剪切破坏转变为鼓状破坏;(3)抗剪强度指标与含水比呈线性趋势变化,其中内摩擦角与含水比呈正相关,黏聚力与含水比呈负相关。     

低应力状态下干湿-冻融循环对季冻区膨胀土强度的影响

考虑渠道浅层土体的实际应力状态,开展了一系列低围压下的三轴固结不排水剪切试验,分别研究了干湿循环、冻融循环和干湿－冻融循环三种环境作用对取自黑龙江大庆的膨胀土的应力－应变关系和抗剪强度的影响。结果表明,在低围压下:未经历和经历了三种循环作用的试样,其应力－应变曲线总体上表现为弱应变软化型或应变稳定型;相同围压下,经历了三种循环作用的试样均随作用次数的增加,产生破坏强度明显降低的现象,其中经历干湿－冻融循环的试样在作用８次后趋于稳定,其试样破坏强度降低的幅度最大;经历三种循环作用后,试样黏聚力均呈指数型衰减,而内摩擦角变化不大,其中经历干湿－冻融循环作用的试样黏聚力衰减程度最大。     

干湿循环作用下原状黄土宏-微观参数关系研究

为探明不同干湿循环条件对原状Q₂黄土宏观力学性能与微观结构的影响,明确宏观力学参数与微观结构参数的定量关系,开展了干湿循环试验、三轴压缩试验和扫描电镜试验,分析了干湿循环过程中原状黄土宏观强度和微观结构的变化规律,基于综合结构势思想,利用宏观力学参数定义了原状黄土可变性参数表达式,推导了用以描述黄土微观孔隙结构特征的孔隙特征参数,建立了原状黄土宏-微观参数关系表达式。结果表明：干湿循环作用下,原状黄土孔隙面积比和分形维数呈增长趋势,黄土峰值偏应力和黏聚力持续减小,干湿循环幅度越大,下限含水率越高,黄土孔隙结构的扩张和宏观强度的衰减越快,但内摩擦角变化不大;原状黄土的可变性可用宏观峰值偏应力与土体黏聚力的比值表征,即可变性参数,随着干湿循环次数的增加,原状黄土可变性参数整体呈非单调增长趋势变化;原状黄土的微观孔隙结构特征可用孔隙面积比和孔隙分形维数的乘积表征,即孔隙特征参数,其与可变性参数的变化关系和三角函数接近;原状黄土峰值偏应力与孔隙特征参数的比值随黏聚力的变化规律服从指数函数关系,经验证,该函数关系可较为合理地描述原状黄土宏观和微观参数间的数量关系。     

考虑中溶盐作用下的结构性黄土强度准则

以西安地区Q₂^eol黄土为研究对象,采用室内试验和理论研究的方法探究以CaSO₄为代表的中溶盐含量对原状黄土结构性强度的影响。通过对4种不同含量(0、0.476、0.952、1.904 g/L)的CaSO₄溶液饱和下的黄土试样进行不同围压(50、100、200、400 kPa)的三轴固结不排水剪切试验,测定并分析结构性黄土试样强度的变化规律。结果表明,该土样的应力-应变关系曲线均呈硬化型,且在同一围压作用下,黄土强度随中溶盐含量的增大呈先快增再缓增的趋势。基于岩土体的二元介质模型,对结构性土体的强度准则进行修正,得到与中溶盐含量相关的剪切抗力分担率参数,建立了适用于西安地区考虑中溶盐含量的结构性黄土强度准则,为具有该特性的黄土区域建设提供参考。     

循环应力作用下饱和软粘土的不固结不排水强度与破坏准则

通过饱和软粘土循环三轴与循环扭剪试验,研究了循环应力作用下饱和软粘土不固结不排水强度的变化。结果表明,当循环破坏次数给定后,饱和软粘土的不固结不排水循环强度取决于试验土样受到的静剪（偏）应力,与其受到的围压力无关;当作用在试样上的静剪应力比（静偏应力比）从0.3变化至0.6时,饱和软粘土循环强度也逐渐增大;进一步依据Mises破坏准则,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,阐明了循环荷载作用下饱和软粘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粘土单元不固结不排水循环强度的变化关系。     

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。     

结构性对黄土抗剪强度的影响研究

为揭示结构性对原状黄土和重塑黄土抗剪强度的差异影响,以国道Ｇ310三门峡西至豫陕界段的黄土路基为研究背景,对具有相同含水率和干密度的原状黄土和重塑黄土进行一系列直剪试验和扫描电镜试验,对比分析了原状黄土与重塑黄土在抗剪强度和微观结构的差异及其机理。直剪试验结果表明:剪切过程中原状黄土的应力应变关系呈应变软化而重塑黄土的应力应变关系呈应变硬化;原状黄土的应变软化现象随着垂直压力的增大逐渐减弱;原状黄土的抗剪强度参数比重塑黄土的大。原状黄土和重塑黄土的抗剪强度均随黄土黏粒含量的减少而降低。微观试验结果表明:原状黄土具有清晰的骨架颗粒、明显的支架孔隙、密集的接触处胶结物,其完整的原生结构是使其抗剪强度高于重塑黄土的主要原因。     

围压和密度对粗粒料临界状态力学特性的影响

粗粒料的力学特性不仅取决于有效围压,还与密实程度密切相关。通过4组不同初始干密度粗粒料的大型三轴固结排水剪切试验,研究了围压和密度对粗粒料临界状态力学特性的影响。试验结果表明:软化型应力应变曲线破坏状态偏应力大于相变状态偏应力,而相变状态偏应力与临界状态偏应力较为接近;不同围压、不同密度的试验,随着剪切的进行,偏应力与平均正应力的应力比逐渐趋向于临界应力比,软化型试验应力比曲线呈单驼峰型形态,硬化型试验应力比曲线呈爬升型形态;临界孔隙比随临界平均正应力的增大而减小,随初始孔隙比的增大基本呈线性增大。研究成果可为特征状态参数研究和临界状态本构模型的建立提供依据。     

非饱和重塑与结构性黄土平面应变试验三维离散元模拟

黄土的宏观力学行为受其微观结构影响显著,为探究非饱和重塑与结构性黄土在平面应变条件下的宏微观力学性质,采用考虑粒间吸引力与化学胶结的非饱和结构性黄土胶结接触模型,开展了非饱和重塑与结构性黄土常含水率条件下的平面应变三维离散元模拟。分析了平面应变条件下不同有效围压对黄土宏观力学行为的影响,并探究其微观机理。模拟结果表明:有效围压对非饱和重塑黄土与结构性黄土应力应变响应影响存在较大差异。非饱和重塑黄土在较小有效围压时呈应变硬化,随有效围压的增大逐步过渡为应变软化,而结构性黄土在不同有效围压下均表现为应变软化,且围压越小,应变软化越显著。在微观尺度上,胶结达到轴向应变2％时开始持续破坏,对于结构性土的峰值应力影响显著;胶结同时会阻碍结构性土各向异性发展。     

干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响

以大连地区典型粉质黏土为研究对象,对经历不同干燥应力历史的粉质黏土试样在饱和条件下进行了固结不排水三轴剪切试验。通过对各组试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试验结果的对比分析,探讨了干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响。固结不排水三轴剪切试验结果表明:干湿循环过程中粉质黏土在饱和条件下的力学特性变化与历史干燥应力有关,历史干燥应力越大,土体在饱和条件下的力学特性变化越明显。相同围压条件下,干湿循环试样的初始剪切刚度比未经历干湿循环的原始试样要高,历史干燥应力越大,初始剪切刚度增长越明显。随着历史干燥应力的增加,干湿循环试样的应力-应变曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长,有效应力路径逐渐由"S"型转变为向左下方发展。干湿循环过程引起了土体的不可逆体积压缩和微裂隙的发展,进而影响土体的饱和力学特性。     

尾矿砂的动力变形及动强度特性研究

通过对某钼矿尾矿砂在不同固结应力状态下进行的动三轴试验，研究了该尾矿砂的动力变形和动强度特性。试验结果表明：该尾矿砂的动应力应变关系可用Hardin等效黏弹性模型描述，模型中的起始动剪切模量和最大动剪应力皆随固结应力比和有效固结围压的增大而增大，这两个参数与有效固结轴压成幂函数关系，且其受固结应力的影响较小。同时，该尾矿砂的阻尼比随动剪应变的增大而增大，有效固结围压和固结应力比的变化对阻尼比与动剪应变关系的影响较小；在不同固结应力条件下，阻尼比与最大阻尼比之比与动剪切弹性模量比的减小量之间在双对数坐标系中呈较好的线性关系。在振动条件下，该尾矿砂达到破坏时对应的动剪应力随有效固结围压和固结应力比的增大而增大，其动剪应力比受固结围压的影响较小，并随固结应力比的增大而减小。