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。     

非饱和黄土的结构强度与抗剪强度

本文分析了非饱和黄土强度的组成和结构强度的来源，给出了结构强度的确定方法，研究了结构强度的变化规律，结果表明：非饱和黄土的结构强度可用其天然结构破坏后所丧失的强度衡量，结构强度与初始含水量间具有幂函数关系；结构强度与不稳定凝聚力具有良好的线性关系；提出了非饱和黄土结构强度终止含水量的概念；给出了非饱和黄土抗剪强度的计算公式。     

玄武岩纤维加筋黄土力学参数优化试验研究

为了研究玄武岩纤维加筋黄土的力学性能,通过正交试验设计进行无侧限抗压强度试验,并采用极差分析和方差分析相结合的方法对试验结果进行分析,研究了含水率、纤维掺量、压实度等3个主要因素对玄武岩纤维加筋黄土无侧限抗压强度影响的主次顺序。随后还基于分析结果进行固结不排水三轴压缩试验,进一步研究了纤维掺量对玄武岩纤维加筋黄土抗剪强度指标的影响规律。研究结果表明:影响玄武岩纤维加筋黄土抗压强度的主次因素顺序依次为纤维掺量、含水率、压实度;方差分析得到的最优水平组合为纤维掺量0.4%、含水率11%、压实度0.95;玄武岩纤维的掺入能够有效提高抗剪强度,凝聚力随掺量的增加先增后减,而内摩擦角波动区间较小;玄武岩纤维加筋黄土的应力-应变关系总体能够较好地符合双曲线模型,其拟合结果b值随围压增大而减小,随纤维掺量增加而先增后减,且纤维掺量存在0～0.2%这一临界区间。     

Q3原状黄土与重塑黄土的土水特性研究

黄土土水特征曲线与其强度、渗流及本构关系等密切相关。为研究Q3黄土的土水特性,分别进行了Q3原状黄土和重塑黄土的土水特征曲线测试,并用经典的B-C模型和V-G模型对试验结果进行拟合,分析孔隙比对Q3重塑黄土土水特性的影响。结果表明:原状黄土土水特征曲线分为快速减小、缓慢减小和稳定3个阶段,进气值为20kPa左右,随土体排水,空气进入孔隙内部,吸力逐渐增大,稳定阶段土体饱和度很低,土体处于大吸力段,孔隙排水不明显;重塑黄土土水特征曲线整体趋势与原状黄土一致,但孔隙比对其影响较明显,当孔隙比较大时,体积含水率降低引起吸力明显增加,进气值较小,孔隙比较小时,随着吸力值增加,体积含水率降低速率较小,随着孔隙比减小,土体进气吸力值逐渐增大;采用B-C模型和V-G模型与原状黄土试验结果进行对比,B-C模型低吸力段拟合效果不佳,高吸力段拟合较好,V-G模型整体拟合效果良好。     

应力路径对固结排水条件下饱和原状黄土

在轴向加载、径向卸载和轴向卸载、径向加载二种类型的等应力比应力路径下,对杨凌饱和原状黄土进行K0固结排水三轴剪切试验,探讨了应力路径、固结围压等对饱和原状黄土的变形及强度特性影响的规律.研究表明,应力路径类型对其变形及强度特性有明显的影响;在二种类型等应力比应力路径下,体积变形皆表现为剪缩性,且固结围压及应力路径类型相同时,体应变随应力路径的变化呈现出规律性的变化;对于同一类型的等应力比应力路径,破坏强度值因应力路径的变化而异,但不同应力路径下临界状态线是唯一的,挤伸破坏时抗剪强度要比压缩破坏时低.     

主应力方向角对重塑黄土各向异性的影响研究

为探究主应力轴循环后不同主应力方向角对青海重塑黄土各向异性的影响,对取自青海西宁地区的黄土进行了主应力循环后的定向剪切试验。试验结果表明:主应力方向角对重塑黄土各向异性具有显著影响,不同主应力方向角下重塑黄土的八面体剪应力-应变曲线和偏应力-主应变曲线均表现出很大差异,且不同主应力方向角下土体归一化强度不同;当主应力方向角超过60°时,土样剪切破坏的八面体剪应变变小;土体大主应变曲线的发展趋势与八面体剪应变相似,主应力方向角不超过75°土体中主应变不断向正向发展,主应力方向角为90°时,中主应变有着不同变化趋势,不断向负向发展,土体小主应变的总体变化趋势为负向;重塑黄土归一化强度随主应力方向角增大呈非线性降低,且主应力方向角为90°时土体归一化强度最小。     

黄土剪切损伤演化及其力学特性的CT-三轴试验研究

利用应力控制式CT-三轴仪研究了非饱和Q3原状黄土与扰动黄土三轴剪切变形特性,并利用CT技术对其内部结构变化进行了无损量测,得到内部结构演化的CT图像和相应的CT数据,从细观上解释了结构性黄土三轴剪切破坏细观结构演化规律。结果表明:随围压的增大,黄土三轴剪切偏应力轴应变关系曲线由弱软化型逐渐转变为弱硬化型,原状黄土的体应变无论是剪缩还是剪胀均大于扰动黄土。剪切变形呈应变弱软化型黄土平均CT数与轴向应变关系曲线先经历一个小幅增长后逐渐减小。剪切变形呈应变弱硬化型黄土平均CT数与轴向应变关系曲线在剪切初期快速增长,随后在剪切过程中缓慢增长。扰动黄土剪切破坏过程中试样中部相比全区剪切破损较小,裂纹主要在试样外围衍生;原状黄土胶结区表现为逐渐破损,空洞区由于周围土颗粒的滑移而逐渐被压密。CT技术使土的细观结构研究达到定量阶段,为建立土的结构演化方程和结构性本构模型提供了试验基础。     

黄土的动变形特性及模型研究

利用SDT-20型双向动三轴仪对原状黄土和重塑黄土的动变形特性进行研究,定性分析了不同试验参数对原状和重塑黄土动剪切模量和动剪切应变累积特性的影响。基于小应变前提,忽略试样在加载过程中的径向应变,并利用其轴向动应变推算出试样在动力加载过程中的孔隙比变化,作出e-σ_d曲线并分析了黄土试样的动力压缩特性。分析发现,和静力压缩不同,黄土的结构性在动力压缩过程中并没有表现出来,原状黄土和重塑黄土在动荷载作用下经历相似的形变过程,其e-σ_d曲线均存在明显的拐点,原状和重塑黄土均存在临界动应力σ_dc。当σ_d<σ_dc时,黄土的动变形发展缓慢;而当σ_d>σ_dc时,黄土的动变形急剧增大并迅速发生破坏。此外,提出双曲模型对黄土在循环荷载作用下的动应变累积特性进行了描述,并利用差分进化法求得模型参数,发现双曲模型可以较好地描述黄土在动荷载作用下的应变累积特性。     

定侧压下混凝土的双轴动态抗压强度及破坏模式

在大型三轴静、动态电液伺服试验机上对66个立方体混凝土试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。四组试验的侧向恒定压力分别为单轴静态抗压强度的0、30.5%、61.0%、91.5%，加载速率分别为10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1、10-2s-1四个量级。试验表明，随着应变速率的提高，不同恒定侧压下混凝土的破坏强度均有提高。在较高的恒定侧向压力下，混凝土材料对应变速率的敏感程度降低；在较高应变速率下，恒定侧压对混凝土破坏强度的加强作用也有所减弱。     

干湿循环作用下压实黄土三轴剪切特性试验研究

为研究干湿循环引起的压实黄土结构损伤对其应力-应变特征及三轴剪切强度的影响,对最优含水率条件下压实到干密度为1.7 g/cm~3的黄土试样进行不同路径的干湿循环试验和三轴剪切试验。结果表明:干湿循环对压实黄土的三轴剪切特性影响显著,随着干湿循环次数的增加,压实黄土的应力-应变曲线先急剧下移,再逐渐上移,最后趋于稳定;干湿循环对压实黄土三轴剪切强度具有劣化作用,存在临界干湿循环次数n_c,当干湿循环次数小于临界干湿循环次数时强度指标急剧减小,等于临界干湿循环次数时强度指标最小,大于临界干湿循环次数时强度指标逐渐增大并趋于稳定;分段函数能够较好反映三轴剪切强度指标的劣化规律和劣化过程;受干湿循环幅度影响,压实黄土存在干湿循环最劣含水率w_w,可以根据压实完成后黄土的瞬时含水率是否接近或等于最劣含水率来评价干湿循环对三轴剪切强度的劣化程度。     

非饱和黄土弹性模量与饱和度关系模型研究

为研究非饱和黄土弹性模量与饱和度的相关性,采用一种基于吸应力理论与粒子图像测速技术相结合的方法对典型非饱和马兰黄土重塑样品的弹性模量随饱和度变化规律进行测试与分析。该方法通过自主研制的多功能摄影测量装置获取饼状土样从饱和状态至干燥过程中的高分辨率数码图像与含水率变化数据,同时使用压力板仪与单轴压缩仪分别测试试样的土水特征曲线与泊松比。结合吸应力理论与极坐标形式应力-应变关系理论计算土样在不同饱和度状态下的弹性模量。3种干密度重塑土样在自然风干过程中的弹性模量变化测试结果表明,马兰黄土的弹性模量随饱和度降低而呈指数增大,提出了拟合弹性模量与饱和度关系的数学模型。     

外加电场改性处理高填方黄土地基的试验研究

外加电场处理技术是一项新型土壤改性加固技术,具体操作步骤是先以一定量的石灰和硫酸钠为改性材料掺入黄土中拌和均匀,然后根据设计的干密度对混合土料进行压实,再对压实土样施加一定强度的外加电场处理。养护完成后对土样进行无侧限压缩试验、直剪试验、高压固结与湿陷试验。试验结果表明,与压实重塑黄土相比,混合土料经电场处理后其抗压强度与抗剪强度提高,压缩性降低,且在各压实度条件下均无湿陷性。利用扫描电镜(SEM)对其微观结构进行初步观察,分析了新型固化技术加固黄土的机理,为外加电场处理技术的进一步研究和应用提供依据。     

含水率对麦秸秆加筋土强度影响的试验研究

通过直剪与无侧限抗压强度试验,研究了含水率对麦秸秆加筋土抗剪强度指标与无侧限抗压强度的影响。研究结果表明:一定的含水量是麦秸秆发挥加筋性能的必要条件。随着含水率的增加,麦秸秆加筋土的粘聚力呈现先增大后减小的趋势,以最佳含水率时粘聚力最大;然而,加筋土的内摩擦角却随含水率的增加而逐渐减小。在合适的含水率条件下,麦秸秆加筋土的最佳质量加筋率在0.1%至0.3%间。     

含水率对红土结构强度影响的试验研究

本文以探求含水率对红土结构强度影响为目标，对不同含水率的原状红土和重塑红土进行了直接剪切试验，比较了不同垂直压力和不同含水率条件下原状与重塑红土的应力差。实验结果显示：在小变形阶段，原状红土与重塑红土的强度大小不具有绝对的可比性，但随着变形的发展，剪切应力差逐渐增大或趋于稳定。水对红土颗粒之间的胶结作用具有较大影响，在相同压力下，低含水状态下红土的抗剪强度差大于高含水状态，而高含水状态下的红土结构性能则在剪切作用的开始阶段就已被完全发挥。此外，红土的结构强度与土体的含水状态、固结状态密切相关，表现为随着含水率的增加和固结作用的减少而降低，随着含水率的减少和固结作用的增加而升高。在实际工程应用中应充分考虑含水率和固结状态对红土结构强度的影响，以确保准确评估土体力学性质。     

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。     

非饱和黄土抗剪强度特性试验研究

为了研究黄土滑坡的发生机理及剪切破坏特征,用探井法在延安滑坡体取样,进行了室内控制吸力的固结排水剪切试验,本次试验共做了10组(Q3、古土壤各5组)。试验结果表明:两种黄土存在不同剪切破坏面,古土壤颗粒中由于黏粒含量比较高,所以没有明显的剪切面;而Q3黄土由于其大孔隙发育,结构疏松,没有黏滞性,所以剪切面上有擦痕,存在明显的剪切面;抗剪强度参数会随着实验过程中基质吸力的改变而改变,黏聚力随着基质吸力的增加而增加,二者为线性关系;而内摩擦角的变化很小,几乎不随吸力的改变而改变;随着含水率的增加,吸力和黏聚力均呈现下降趋势,吸力的减小降低了土颗粒之间的有效应力,从而使土的抗剪强度降低。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化特性研究

冻融循环导致黄土强度的损伤规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土抗剪强度指标损伤规律与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先针对西安Q3重塑黄土进行室内冻融试验,得到不同干密度、含水率及冻融次数下的抗剪强度指标数据;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,得到各因素与抗剪强度指标间的预测模型。研究发现:黄土试样黏聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;黏聚力随含水率和干密度增加分别表现出线性衰减和增加特征且冻融后黏聚力与含水率和干密度的变化曲线近似重合;内摩擦角呈波浪形变化趋势且波动范围较小,无明显变化。冻融过程黄土黏聚力神经网络模型的预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与黏聚力的量化关系。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验，基于综合结构势的概念，建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中，得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性，表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系；固结围压越大，剪缩剪胀临界点的应力比越大，含水率越大，剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终，建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程，得到了与试验结果一致的变化曲线。     

杨凌揉谷黄土动强度变化规律研究

以杨凌揉谷原状和重塑黄土为研究对象,进行不同含水率、干密度和固结围压下的动强度试验,探究单向激振下土样动强度随振次变化规律,对比原状和重塑土样动强度值差异,为西部地区工程建设抗震设计提供一定参考.结果表明:随着干密度的增加、含水率的降低、固结围压的增加,相同破坏振次下的土样动强度值增大,原状土样和重塑土样的动强度值差异随固结围压的增大而增大,随含水率增大稍有减少.     

拱坝的有限元等效应力及复杂应力下的强度储备

有限元等效应力法今后将逐步取代拱梁分载法成为拱坝设计的主要方法，在计算有限元等效应力时，应直接进行数值积分，而不宜用二次曲线逼近，坝体自重宜用分步增量法计算，在坝体下游面压应力最大处，双向受压使混凝土抗压强度提高8％左右，如考虑施工期温度拉应力，抗压强度可能反而降低17％左右．在坝体上游面拉应力最大处，侧向压应力使混凝土抗拉强度下降7％～8％左右，在上游面拱冠区，三向受压，使抗压强度提高9％左右．