干湿循环条件下不同初始干密度土体的力学特性

利用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,测试了大连地区典型粉质黏土试样干湿循环前后的力学特性。通过对干湿循环前后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,探讨了干湿循环对不同初始干密度土体力学特性的影响,结果表明:土体对干湿循环的响应与土体的初始干密度有关。干湿循环使得初始干密度为1.61g/cm3的试样的应力-应变关系曲线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,循环前后有效应力路径的发展趋势发生了明显变化。初始干密度1.71g/cm3和1.76g/cm3试样干湿循环前后的应力-应变关系曲线形式未发生明显改变,干湿循环致使孔隙水压力的峰值所有增加,剪切初始阶段的有效应力路径位于未循环试样的左侧。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环导致土骨架的结构性转变。干湿循环过程中试样内部结构调整和基质吸力的压密作用使得土体的力学特性发生了不可逆转的变化。     

干湿循环条件下不同初始干密度土体的力学特性

利用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,测试了大连地区典型粉质黏土试样干湿循环前后的力学特性。通过对干湿循环前后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,探讨了干湿循环对不同初始干密度土体力学特性的影响,结果表明：土体对干湿循环的响应与土体的初始干密度有关。干湿循环使得初始干密度为1.61g/cm3的试样的应力-应变关系曲线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,循环前后有效应力路径的发展趋势发生了明显变化。初始干密度1.71g/cm3和1.76g/cm3试样干湿循环前后的应力-应变关系曲线形式未发生明显改变,干湿循环致使孔隙水压力的峰值所有增加,剪切初始阶段的有效应力路径位于未循环试样的左侧。干湿循环前后土体的电镜扫描（SEM）试验发现,干湿循环导致土骨架的结构性转变。干湿循环过程中试样内部结构调整和基质吸力的压密作用使得土体的力学特性发生了不可逆转的变化。     

库水循环加卸载条件下岸坡饱和土体变形特性试验研究

水库运行期水位每年周期性涨落,岸坡土体在库水循环加卸载作用下会发生不同程度的阶梯状变形。为探求循环加卸载对岸坡深部变形的诱发机理,本文以水库防洪限制水位以下岸坡土体为研究对象,在饱和土应力路径三轴试验过程中,控制非等向受压试样的孔隙水压力周期变化,模拟岸坡土体的水力-力学状态,实时测定土体的周期性变形特性及破坏特征。研究结果表明:等偏应力孔压循环加卸载过程中,试样剪应变为台阶式上升趋势,而体应变是循环的弹性变化;孔压持续增大造成试样破坏呈现脆变和剪胀的特征。最后,结合等偏应力孔压增大条件下粉质黏土的破坏特征与常规三轴剪切试验成果,对比两种应力路径下试样的有效应力比和剪应变的发展过程,分析了其强度差异的内在原因。     

干湿循环条件下粉质黏土在循环荷载作用下的动力特性试验研究

利用改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪,对反复干湿循环条件下的粉质黏土进行了动三轴试验研究,探讨了其在饱和条件下干湿循环对累积塑性应变与振次关系以及对动强度特性的影响,同时分析了不同基质吸力下反复干湿循环后的动强度特性。研究表明:干湿循环对粉质黏土的变形特性有明显影响,相同动应力及振次条件下干湿循环试样的累积塑性应变小于原始试样;干湿循环后土体的临界循环动应力以及动强度明显增大;反复干湿循环后,粉质黏土的临界循环动应力和动强度随基质吸力的增加而增大,但其随基质吸力增加而增长的速率随基质吸力的增加而减小。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环使得土颗粒排列更加紧密,干湿循环过程中试样内部并未出现微裂缝。     

粉质砂土的土-水特征及一维应力变形试验研究

浅层非饱和土的力学特性与其土-水特征密切相关,研究自重应力作用下土体的土-水特征曲线及一维应力变形对于边坡、基坑等工程的稳定性分析具有重要意义。采用应力相关的压力板仪对西南某地区的粉质砂土进行了干燥试验及k₀固结试验。结果表明:在较低的竖向应力状态下,应力大小变化对粉质砂土的土-水特征曲线影响不大;在一定的净竖向应力状态下,粉质砂土的体积应变随吸力的增加呈线性增大;在一定的吸力状态下,粉质砂土的k₀固结变形是非线弹性的,净竖向应力越大,土体的体积应变越大,孔隙比越小。     

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。     

循环荷载作用下珠海隧道饱和黏土软化试验研究

通过对珠海隧道正常固结饱和粉质黏土和淤泥质黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环荷载作用下土体软化情况。根据软化指数定义,得到土体软化指数曲线;分析了循环荷载过程中土体割线剪切模量发展规律;探讨动应力对土体软化的影响。结果表明:试样在每一循环次数中都存在临界屈服应变ε_p;循环次数较少时,土体刚度软化现象明显,随循环次数逐渐增加,土体刚度软化程度降低甚至不发生刚度软化;相对于加载波形为正弦波而言,半正弦波提高了土体刚度软化程度;动应力的提高增加了土体软化的程度。     

粘性土剪切带与屈服应力的探讨

利用全自动三轴仪,对南京地区典型的粉土、粉质粘土试样进行了固结不排水剪试验,研究具有剪切带性状试样的孔隙水压力随偏应力的变化关系,分析屈服应力、孔隙水压力和土体分叉之间的关系.试验结果表明,孔隙水压力的峰值可以表征土体局部开始屈服,并出现应变局部化的状态.围压的增大会延迟土体分叉,而干密度较大时易出现剪切带.可用土体初始分叉点来确定土体的强度参数.     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

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。     

双向激振对饱和软黏土应力应变循环刚度软化的影响

地震荷载作用将引起土体孔隙水压力上升，从而使土体的刚度、强度发生软化现象。循环软化是地震荷载作用下土体发生破坏的主要原因。本文利用双向动三轴试验系统，通过双向激振循环荷载试验对地震荷载的作用进行了模拟。并对双向激振循环荷载作用下饱和软黏土每一次循环内刚度软化现象进行了初步的探讨。分析了循环次数、循环偏应力比、径向循环应力比、初始剪应力等因素对双向激振循环作用下软黏土刚度变化规律的影响。研究结果表明：双向激振下，当循环偏应力比小于临界循环偏应力比时，饱和软黏土存在临界屈服应变，当应变幅值小于该值时，割线剪切模量逐渐增加不发生软化现象；只有在应变幅值大于该值的情况下才发生软化。循环偏应力比的增加、径向循环应力的提高都将加快刚度软化。双向激振下，随着初始剪应力的增加，刚度有所提高。并在试验的基础上建立了双向循环荷载作用下饱和软黏土的刚度软化模型。以该软化模型作为Masing准则的放大系数对双向激振下土体的应力－应变关系进行了描述，得到了与实测较吻合的结果，同时也验证了本文软化模型的准确性。     

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。     

冻融循环下饱和含黏粒粉砂动力学参数试验

为研究寒区饱和含黏粒粉砂的动力学特性,对松花江河漫滩饱和含黏粒粉砂土进行循环三轴试验,分析冻融循环、动应力幅值、有效围压、荷载频率等环境因素对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比的影响。结果表明:冻融循环对饱和粉砂土动剪切模量与阻尼比影响显著,表现为在不同冻融次数区间内两者不单一变化;未冻融饱和粉砂土动剪切模量随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而增大,而阻尼比随动应力幅值、有效围压、荷载频率的增大而减小。并进一步提出了可预测该种土不同工况下动剪切模量与阻尼比的经验公式。研究成果可以为粉砂土在路基工程中的稳定性与安全性设计提供参考。     

碱处理红黏土的力学强度试验研究

采用碱液加固红黏土,提高其力学强度,探讨在不同温度、不同干密度和不同加固方式下的碱液加固效果。并结合应力-应变控制式三轴仪对碱处理的红黏土进行了不同应力路径下的力学特性研究。结果表明:碱处理下,红黏土的力学强度随养护温度增加而明显上升,最优温度下无侧限抗压强度增强90.2%,最优干密度下的红黏土试样经过碱液处理后力学强度最大为162.1 kPa,碱液通过拌合的方式掺入加固效果最佳。不同应力路径下的红黏土三轴剪切试验表明,经过碱处理之后的红黏土在CTC(增P)、TC(等P)、RTC(减P)3种工况下,其抗剪强度均有所增加,有效应力路径的c值在CTC和RTC下增幅分别为77.84%和20.36%,φ值变化较小,但在TC路径下,c值基本未变,φ值增幅20.51%。研究成果对红黏土地基加固或基坑的支护设计具有实际意义。     

饱和砂土静动力剪切特性对比分析

在相同的初始应力条件下,通过进行循环扭剪试验和单调剪切试验,对比了初始固结应力状态完全相同时,饱和砂土的静动力剪切特性的相关性。试验结果表明,在初始固结应力状态相同的情况下,单调剪切和循环扭剪过程中,应力-应变关系的应变软化和硬化特性与流滑变形和循环流动特性具有密切的相关性,尽管在两种加载模式下都出现应变软化特性,但偏应力比增长均表现出硬化特性,增长模式也几乎一致,能作为静动力本构模型的物理基础。这一结果为对静力条件下的弹塑性模型进行修正和推广,从而进一步描述动荷载条件下的应力-应变特性的本构模型的建立提供了依据。     

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。     

交通荷载作用下焦作地区饱和粉质黏土变形特性及影响因素分析

为研究焦作地区长期交通荷载作用下典型饱和粉质黏土变形特性,利用动三轴试验方法对原状粉质黏土进行单样逐级和多样恒定幅值动力加载试验,从应变-振动次数变化曲线、动应力-应变滞回曲线2个方面重点分析了动应力、围压、固结方式以及振动频率对土体变形的影响。结果表明:焦作地区典型粉质黏土动应变随振动次数变化模式主要分为稳定型和破坏型,很少出现临界型;单样逐级加载会使土体强度增大,结构产生破坏所需的动应力幅值升高,平行多样恒定幅值加载中试样破坏前后可能存在一个明显的临界动应力值,动应力超过临界值后,试样变形急剧增长,低振动次数内便产生破坏;围压、固结比增大都会使土体强度升高,产生的可恢复弹性变形减小;振动频率对土体变形的影响可能存在一个临界频率值,在这个值前后土体变形都会增大。研究成果对保证研究区交通设施的安全运营具有重要意义。     

土与结构接触面等应力增量比路径单剪试验力学特征分析

利用大型单剪仪(DHJ-30)进行含砾粗砂与结构物接触面的等应力增量比路径单剪试验,研究加载路径及初始法向应力对接触面物理力学性质的影响。研究结果表明,土与结构物接触面的破坏强度与加载路径无关,破坏与否与加载路径相关,只有加载路径与抗剪强度包线相交才会发生破坏;初始法向应力一定时,加载应力增量比越小则剪应力~切向位移关系曲线初始阶段的切向劲度系数越大,法向压缩量峰值越大,最终剪胀量越小;加载应力增量比一定时,初始法向应力越大则剪应力~切向位移关系曲线初始阶段的切向劲度系数越大,法向压缩量峰值越大,最终剪胀量越小。