炭质泥岩粗粒土动态回弹模量及预估模型研究

【目的】为研究炭质泥岩粗粒土动态回弹模量在荷载、级配和含水率影响下的变化规律,【方法】开展室内三轴试验,探究不同应力状况、分形维数和含水率条件下炭质泥岩粗粒土的动回弹特性。【结果】试验结果显示：炭质泥岩粗粒土动态回弹模量随体应力的增大而增大,随动偏应力和含水率的增大而减小;含水率对动态回弹模量影响较大,在含水率较小时,回弹模量随分形维数的增大而减小,随着含水率的增大,回弹模量逐渐随分形维数的增大而增大。【结论】采用三参数复合模型对试验结果进行回归分析,试验结果与模型有较好的拟合效果,并提出了基于含水率和分形维数的三参数经验预估模型,可有效预估炭质泥岩粗粒土动态回弹模量。     

冻融循环作用下粉质砂土的压缩变形特性研究

以季节冻土区粉质砂土为研究对象,以含水率、压实度与冻融循环次数为控制变量进行了冻融循环试验以及固结压缩试验,并对试验结果与规律进行可行性分析和总结。压缩模量是判断土体压缩性的重要指标,通过室内试验测得粉质砂土的压缩模量,并得出重塑试样的含水率、压实度以及冻融循环次数的相关规律。结果表明:冻融循环3次时压实度为0.85、含水率为16%的试样压缩变形量最大,可达1.118 mm。经过反复冻融10次后试样的压缩变形量趋于稳定。冻融循环15次时,压缩变形率随固结压力的增加而增长。在同一含水率下,压缩变形率随压实度的增加而减小,在同一压实度下,压缩变形率随含水率增加而增大。压缩模量随着含水率的增加而减小,随压实度的增加而增大,随着冻融循环次数的增加而增加。对于粉质砂土,提高压实度、降低含水率是减小路基沉降的有效措施。     

季节性冻土区铁路路基冻融变形规律

为探究冻融循环作用对季节性冻土区铁路路基变形特性的影响,以兰新铁路的路基填土为研究对象进行冻融循环试验和固结压缩试验,得到了冻融变形和压缩特性的变化规律,并利用正交试验对压缩特性的影响因素进行显著性分析。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,冻胀率和融沉系数均呈多项式函数增加;在相同冻融循环次数下,两者均与含水率呈正相关,与压实度呈负相关。压缩模量随冻融循环次数的增加先增加,最终趋于稳定,各因素及其交互作用对压缩模量的影响从高到低依次为压实度B、含水率C、冻融循环次数A、B和C的交互作用BC、A和B的交互作用AB、A和C的交互作用AC。建议选取9次冻融循环后的压缩模量作为兰新铁路路基强度设计值,该研究成果对防治冻胀融沉和控制路基变形具有一定的指导意义。     

压实度对脱硫石膏动模量和阻尼比的影响试验研究

为研究不同压实度下脱硫石膏动模量与阻尼比特性,分别对压实度为0.85,0.90,0.95的3组脱硫石膏试样进行动三轴试验。试验分为等压固结和偏压固结试验2部分,等压固结试验固结应力比为1,围压分别为100,200,400 kPa;偏压固结试验围压为100 kPa,固结应力比分别为1.0,1.5,2.0。试验结果表明:随压实度增大,脱硫石膏动模量逐渐增大,阻尼比在动应变＜10^-5时差异不明显,动应变＞10^-5时逐渐减小;初始动模量与压实度具有良好的幂相关关系,建立了考虑压实度影响的初始动模量公式,进而推求了考虑压实度影响的动模量衰减全过程曲线;归一化的脱硫石膏动模量和阻尼比差异较小,试验用脱硫石膏参考动应变取值范围为1×10^-4~4×10^-4。     

基于三轴试验的黄土结构演变探讨

为了研究结构性黄土在固结、剪切全过程中的结构演变,进行了三轴试验,定义了固结结构强度和结构强度固结比,研究了一直被忽略的固结对结构的影响问题,以及围压和含水率对不同初始结构黄土的影响,基于损伤理论建立了剪切过程中不同初始结构的黄土的损伤演化数学模型。结果表明,固结结构强度随含水率的增大而降低,低含水率下的降幅大于高含水率下的降幅,结构强度固结比在高围压下变化幅度较大。初始切线模量随含水率的升高迅速减小,低含水率下随围压升高其先减小后增大,高含水率下随围压升高其一直增大但增幅较小。黄土在低围压下的损伤速度要快于高围压下的。围压和初始结构共同决定了结构的演化规律,固结对初始结构的破坏程度将决定剪切过程的结构演化,偏应力起到破坏作用,围压具有压损和压硬两种作用,黄土结构演化过程并非是单纯的损伤过程,其程度和方向内部取决于初始结构条件,外部取决于荷载大小和荷载性质。     

冻融循环下格栅加筋粘土土体 含水率试验研究

通过一系列室内含水率测试试验,研究了格栅加筋粘土在多次冻融循环条件下土体含水率的变动情况,探讨了填料压实度,加筋层数和初始含水率对冻融后土体含水率变动的影响规律。结果表明,压实度对土体ωi影响最大,低压实度时,Δω1为正值,高压实度时,Δω1为负值;加筋层数次之,ω1值随加筋层数增加而减小,在压实度高的土体中尤为显著;初始含水率影响最弱,仅在土体压实度较低时,较大的初始含水率会引起较大的Δω1值。     

含水率和压实度对路基填土力学特性的影响

路基填土的强度特性和压缩特性直接关系到路基的长期稳定性。为研究含水率和压实度对路基填土的力学特性的影响,对某路基填土进行了直剪和压缩试验,得到了不同初始含水率和压实度下土体的抗剪强度指标和压缩特性指标,讨论了粘聚力、内摩擦角和压缩系数随含水率和压实度的变化规律,并从水分变化和土体结构差异的角度分析了其影响机理。结果表明:相同含水率下,粘聚力随压实度的增大而增大;相同压实度下,粘聚力在最优含水率ωop附近有峰值,当ω>ωop时,粘聚力急剧减小。相同含水率下,内摩擦φ随压实度的增大而增大;ω<ωop时,φ随压实度的变化率较小,反之则较大。路基填土的压缩系数随压实度的增大而减小,随含水率的增大而增大。更多还原     

冻融对压实黄土工程地质特性影响的试验研究

季节冻土区黄土路基经常遭受强烈的冻融循环作用,使得路基土体的水分重新分布、密度发生变化,严重的会导致路基发生较大变形而破坏,造成一定的经济损失和安全隐患。通过补水条件下的压实黄土冻融循环试验,研究冻融循环作用对压实黄土的水分分布、变形和干密度等工程地质特性的影响。试验结果表明:反复的冻融循环作用使得土样含水率增加,从底板到顶板土样含水率逐渐递增,且含水率增加幅度随冻融次数的增加而增加;土样在冻融循环初期冻胀变形大于融沉变形,总体变形显著增加,经过一定冻融循环次数后土样总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得土样的干密度逐渐减小,冻融循环次数越多,其干密度减小幅度越大。研究成果对压实黄土路基病害形成机理及防治措施研究具有重要的科学意义。     

土石坝心墙掺砾土的渗透特性冻融演化规律试验研究

高土石坝普遍采用掺砾黏土作为心墙区的压实填筑材料,而高寒区土石坝心墙在施工过程中面临严峻的冻融问题。对经历冻融作用后的压实掺砾黏土料开展一系列三轴渗透试验,研究冻融条件下其渗透特性的演化规律。试验结果表明:冻融作用后,掺砾黏土的渗透系数较未冻融时增大,且增加程度受冻融次数、围压、掺砾量和初始含水率等因素影响。随着冻融次数的增加,渗透系数逐渐增大,且在第1～2次冻融过程中增幅最大;低围压和高初始含水率情况下冻融导致的劣化作用更为突出,渗透系数增大更显著;掺砾量对渗透特性冻融演化规律的影响与掺砾黏土内部的土-石细观结构分布密切相关;随着初始含水率的增加,冻融后的渗透系数逐渐增大,但增幅在压实试样处于最优含水率的干侧时较大,而在湿侧时则较小一些。研究结果可为高寒季冻区高土石坝的防渗设计和冬季施工过程的冻融防控提供一定的指导依据。     

黄河大堤中牟段填筑土性质研究

研究黄河堤防浅层填筑土体组成及力学性质,为堤防加固、治理提供基础性资料。通过对黄河大堤中牟段填筑土进行固结排水三轴剪切试验,主要研究不同压实度和围压条件下的应力~应变、体积应变关系特征及压实度对抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明:无论压实度大小,浅层填土饱和试样在不同围压条件下应力~应变关系基本上均表现出应变硬化型,随围压增大,压实度对曲线影响减小;体积应变关系均呈现剪缩性,围压大小的不同使压实度对试样的剪缩性具有显著差异,低围压,压实度越大剪缩性越小,高围压时,压实度越大剪缩性反而越大;随压实度的变化,浅层填土黏聚力变化规律不明显,而其内摩擦角随压实度的增加而增大。     

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。     

颗粒级配与压实度对路基土-水特征曲线的影响

为探究东北寒区公路路基黏土的基质吸力与其含水率、压实度、颗粒级配之间的关系,通过控制黏土中细粒含量,制备3种不同颗粒级配的黏土试样,采取人工压实的方法制备3种不同压实度的土样,采用离心机法测定不同颗粒级配、不同压实度条件下的重塑黏土的基质吸力。结果表明,在同一种压实度情况下,体积含水率相同时,细粒含量越多,黏土的基质吸力越大,达到饱和的含水率越小;基质吸力相同时,细粒含量多的试样土体积含水率越大,其最终的残余含水率越大;在同一种颗粒级配情况下,体积含水率相同时,压实度大的试样土基质吸力较大,并有很好的持水能力。     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

湿干冻融耦合循环及干密度对膨胀土力学特性影响的试验研究

为探讨北疆高寒地区恶劣气候对不同干密度下渠基膨胀土力学特性的影响,利用自行设计的单向环境边界加载装置,设计了满足现场渠基膨胀土压实程度、符合北疆地区实际气候条件的三轴压缩试验,研究了湿干冻融耦合循环次数及干密度对膨胀土应力-应变关系、孔隙水压力、有效抗剪强度指标等力学特性的影响。试验结果表明:低围压(σ3=100 kPa)下试样应力-应变曲线的应变硬化程度随干密度的增加逐渐降低;湿干冻融耦合循环作用下干密度较高试样的体积整体呈增大趋势,而干密度较低试样则呈逐渐降低;耦合循环次数的增加促进了试样在不排水条件下偏应力向孔隙水压力的转化,且不同干密度试样的内部土骨架结构强度随循环次数增加存在相互转化现象;耦合循环作用下高干密度试样弹性模量的衰减速率明显低于干密度较低情况;干密度的增加抑制了试样有效黏聚力的衰减,但对有效内摩擦角的衰减却起到加剧效果。     

冻融循环下云母石英片岩三轴力学特性与强度预测模型

为探究云母石英片岩物理力学特性受冻融循环作用的影响,对饱水云母石英片岩开展了0、25、50、75、100次冻融循环试验,并对试样分别进行了4级围压下的常规三轴压缩试验,研究了其动弹性参数、三轴压缩破坏形式及三轴抗压强度的变化规律,取得如下成果:①随着冻融循环次数的增加,三轴抗压强度、动弹性模量、动剪切模量及动体积模量呈指数衰减,黏聚力及内摩擦角则呈线性衰减趋势;②随着冻融循环的进行,围压对试样强度的增大作用逐渐削弱,冻融循环对试样强度的劣化作用逐渐凸显;③冻融作用使云母石英片岩三轴压缩破坏形态由张拉破坏逐步演化为顺片理剪切破坏;④基于Jaeger破坏准则建立了一种以冻融循环次数、片理面倾角及围压为控制参数的斜交片理云母石英片岩三轴抗压强度预测模型,预测结果与实测数据具有较好的一致性。研究成果可为研究云母石英片岩冻融损伤劣化规律提供参考。     

冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程渗透特性研究

冻融循环导致黄土渗透特性的变化规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土渗透系数与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先对西安Q3重塑黄土进行冻融过程三轴渗透试验,得到不同干密度、含水率、围压及冻融次数下的渗透系数;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,建立各因素与渗透系数间的预测模型。研究结果表明:重塑黄土渗透系数变化规律,随围压增大,其值逐渐减小,且减小幅度先快后慢;随干密度和初始含水率增大,其值先增大后减小;随冻融次数增加,其值逐渐增大,且上升幅度先急后缓。冻融过程黄土渗透系数神经网络模型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渗透系数的量化关系。