主应力方向偏转条件下粘性土的变形特性

在研究土体应力应变关系时,应力路径的影响因素是主要研究内容之一。在实际工程中,由于在土体上部加荷,土体中不同位置的主应力方向发生偏转,这是应力路径的一个重要特征。本文介绍了用单剪仪和空心圆柱扭剪仪进行的试验研究成果。试验资料表明,不同应力洛德角θ_σ(相应于不同主应力方向偏转角θ_α)其应力应变关系可用双曲线拟合,但不能归一化,即初始切线斜率和极限应力不同。这说明,第三主应力不变量对应力应变关系和剪切强度存有影响。对剪切强度的影响可用应力状态函数ψ(θ_σ)表示。同时证明,对复杂加荷条件,广义剪应变增量方向不仅是f/q的函数,而且也是(f/θ_σ)/q的函数。因此,不论p—q平面,还是π平面,塑性势函数等于屈服函数,流动规律是相适应的。     

不排水条件下饱和砂土的应力比与应变比之间关系的试验研究

通过饱和砂土的固结不排水三轴试验结果，在不同应力平面（强度发挥面及ＳＭＰ面）上，对剪正应力比￣剪正应变增量比及剪正应力比￣剪正应变全量比关系进行了研究，得知：不同面上应力比￣应变增量比具有较强的线性关系，应力比￣应变全量比关系与σ１￣σ３￣ε１关系的型式相关，在硬化型及软化型的峰值点以前仍有线性关系，并得到了密度，周围压力，应力平面对其线性参数影响的一些规律性认识。     

加筋砂土三轴试验研究

通过三轴压缩试验，探讨了两种不同土工合成材料加筋砂土的应力——应变关系，分析了影响加筋土应力——应变关系及抗剪强度的因素，并把两种加筋土的应力——应变曲线与素土进行了比较。发现砂土加筋后，可以提高土体的抗剪强度，其加筋效果随围压的增大而减小，加筋对土体内摩擦角影响不大，但可明显提高土体粘聚力。     

饱和淤泥爆炸排水固结试验研究

对采用爆炸排水固结法处理淤泥类软土地基进行了试验论证.爆炸试验表明,水平向应力波对土体排水的贡献大于竖向应力波,缩短排水距离有利于土体的排水固结,炸药用量对试验有很大影响.直剪试验显示爆炸后土体粘聚力和内摩擦角较爆炸前均明显改善.爆炸后土体含水量显著降低.试验还得到了爆炸后土体出水量与时间的关系曲线,从几个方面证实了饱和淤泥爆炸排水固结处理软土地基方法的可行性.试验结果与理论分析相吻合.     

水库土石坝填土料冻融交替下UU试验力学特征影响分析研究

为研究水库土石坝填筑料土体的力学特征影响特性,设计孔隙度、冻融交替次数下的UU试验,获得了两因素下土体力学特征变化规律。冻融次数、孔隙度均抑制土体应力水平。土体变形阶段拐点应变不受冻融次数影响,但孔隙度增大,可造成拐点滞后,且孔隙度增大,可引起土体线弹性变形能力降低。两抗剪参数与孔隙度均为负相关关系,且冻融交替次数不影响两抗剪参数随孔隙度变化幅度,孔隙度增大2%,黏聚力、内摩擦角平均降幅分别为24.2%、11.1%;黏聚力与冻融次数具有二次函数关系,内摩擦角受冻融影响较小。研究成果可为土石坝等水利工程中填土料土体力学特征影响规律提供一定参考。     

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.     

排水条件对土工合成材料加筋黏性土特性的影响

通过固结排水和不固结不排水条件下的三轴剪切试验，研究了加筋对黏性土体强度和应力应变关系的影响以及不同排水条件下的加筋效果。结果表明，在排水条件下，筋材与土体的相互作用相对充分，明显提高了土体的峰值强度和残余强度，且峰值后强度的降低幅度较小，改善了土体的应力应变特性；随加筋层数和筋材拉伸模量增大，加筋效果明显提高。而在不排水条件下，由于孔隙水压力的影响，筋材与土体的作用相对复杂，加筋土体的强度和变形特性以及加筋效果与排水条件下的大不相同；在剪切初期，筋材的作用几乎被超静孔隙水压力抵消，加筋甚至对强度起相反作用，使加筋试件的强度低于素土试件；仅当应变较大时，加筋对抗剪强度才有轻微的增强作用，同时，在不排水条件下，筋材拉伸模量和加筋层数提高对加筋土体强度的影响不明显，因此，在加筋土工程中，排水条件是首先要考虑的因素。     

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.     

密砂单剪试验的非共轴本构数值分析

在土体主应力方向的旋转过程中,主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在非共轴现象,传统的共轴本构理论无法合理描述非共轴现象及其对应力-应变关系的影响。通过有限元二次开发,在应变软化共轴模型的基础上引入了角点结构非共轴理论,对密砂的单剪试验进行数值模拟及分析,系统地研究了非共轴现象及其影响。数值分析结果与试验结果的对比表明:非共轴模型能够合理地反映非共轴现象及其影响,且非共轴现象受到静止侧压力系数、竖向应力和流动法则等因素的显著影响。     

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。     

应力偏量加载条件下混凝土力学行为试验研究

为了分离平均应力、广义剪应力和罗德角对混凝土变形的影响，采用解耦应力路径，在液压伺服真三轴试验机上对边长为100mm的立方体混凝土试块进行准静态加载。对每个试块先施加平均应力到设计值，并与罗德角一同保持不变，单调地施加应力偏量。平均应力有5档，罗德角有3档（分别对应于拉、压、剪加载），两者组合成15组应力路径。给出了15组路径对应的偏应力~偏应变曲线、广义剪应力~广义剪应变曲线，分析了平均应力、罗德角对峰值应力、峰值应变、软化特性等力学特征的影响。首先，发现在平均应力、罗德角恒定的加载过程中，广义剪应力~广义剪应变曲线在下降段的变化幅值远远小于单轴和三轴比例加载时的变化幅值；并解释为，对于后者，加载中应力球量的变化放大了强化、软化作用。其次，发现如果用等向强化的屈服面描述混凝土的力学行为，则随着加载的进行在同一偏平面上屈服面的截面图除了大小发生变化之外，形状也发生变化；在不同的偏平面上，截面图之间形状并不相似。第三，证明了由应力的第一不变量和偏应力的第二不变量组成的塑性势函数只能描述拉伸和压缩这类假三轴加载，而不适用于剪切等真三轴加载。     

桩-海洋黏土界面剪切性状试验研究

桩-土界面剪切性状制约着桩基受力特性,对研究桩-土相互作用机理具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行海洋黏土与钢板、混凝土板的界面剪切试验,研究不同含水率、不同固结时间的海洋黏土与钢、混凝土界面的剪切应力-剪切位移关系。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系表现出较好的弹塑性关系,可用双曲线模型表示;随着法向应力增大、含水率减小和固结时间增长,界面峰值剪切应力增大,所需峰值剪切位移增加,峰值剪应力的增加集中在固结开始后的14 d内;界面摩擦角和界面黏聚力随含水率增加而减小,界面摩擦角受固结时间影响不大,集中在20°～23°范围内,界面黏聚力随固结时间增加而增大,且集中在固结开始后的14 d内。研究成果可为海洋桩基工程沉桩阶段阻力估算及数值模拟提供参考。     

等应力比应力路径下饱和原状黄土的孔压特性

对杨凌饱和原状黄土在轴向加载且径向卸载以及轴向卸载且径向加载二种类型的等应力比应力路径下,进行了K0固结不排水三轴剪切试验,探讨了应力路径、固结围压等对饱和原状黄土孔压发展特性的影响。研究表明:(1)当忽略被动压缩应力路径在较小围压开始阶段所产生的极小负孔压值时,在两种类型的等应力比应力路径下孔压随轴向应变(压缩或挤伸)的增大,先快速增大后缓慢变化且均为正值;(2)固结应力条件相同时,应力路径对孔压发展特性有很大的影响,对于轴向加载且径向卸载类型的等应力比应力路径,孔压随加载应力比的增大而增大;而对于轴向卸载且径向加载类型的等应力比应力路径,孔压却随加载应力比的增大而减小;(3)在有效球应力和偏应力坐标系上,在轴向加载且径向卸载类型的各种等应力比应力路径下近似地具有唯一的有效应力路径;而在轴向卸荷且径向加载类型的各种等应力比应力路径下具有不同的有效应力路径,且随着加载应力比的增大,其有效应力路径由右向左按顺时针方向依次排列;(4)在不同应力路径下,孔压是由平均正应力增量和剪应力增量两部分共同引起的,由平均正应力增量引起的孔压与土的非线性变形特性无关,由剪应力引起的孔压与剪应力间呈显著的非线性关系。     

基于坝壳湿化过程数值模拟的心墙坝初蓄水力劈裂机理研究

初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一。为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因。分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理。最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议。     

不同剪切速率对改良膨胀土抗剪强度影响研究

为了研究不同方法改良的膨胀土在不同剪切速率下抗剪强度指标的变化规律,分别在2.4mm/min和0.8 mm/min剪切速率下对风化砂、石灰、水泥以及粉煤灰改良的膨胀土样进行了室内直接剪切试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验结果表明:(1)剪切速率对同一材料改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均有影响,并且对粘聚力的影响要大于对内摩擦角。(2)风化砂改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均随剪切速率的增大而增大。(3)同一剪切速率下,掺砂改良膨胀土的内摩擦角随掺砂比例的增大先增大后减小,粘聚力随掺砂比例的增大而减小。(4)同一剪切速率下,掺水泥改良膨胀土的抗剪强度指标最大。从效果上看,掺风化砂、石灰、水泥和粉煤灰均能提高膨胀土的抗剪强度。     

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明:非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。     

四种人工合成纤维加筋黄土的抗剪特性

为了对比分析不同类型纤维的加筋效果及其作用机制,选取玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维和玻璃纤维4种常用的人工合成纤维,以黄土为研究对象,在控制试样含水率、干密度、纤维长度和掺量等参数一定的条件下,制备5组试样进行直剪试验。试验结果表明:①纤维加筋前,土体的剪应力-剪切位移曲线存在比较明显的应变软化特征,纤维加筋后的曲线逐渐由应变软化转化为应变硬化。②纤维的掺入能够有效提高土体的抗剪强度。比较而言,玄武岩纤维的增强效果较其他纤维更好,玄武岩纤维加筋土的黏聚力和内摩擦角增幅分别为52.03%和24.30%;聚丙烯纤维次之,增幅分别为45.94%和16.01%;聚酯纤维和玻璃纤维增强效果相对较差。③加筋土黏聚力的提升与纤维-土界面的黏结力、纤维自身的抗拉强度有关,内摩擦角的提升主要与纤维-土之间的界面摩擦力有关。比较而言,玄武岩纤维的表面粗糙,抗拉强度大,使得加筋土的抗剪性能提升明显。相关分析结果可为比选纤维加筋土类型提供较好的参考。     

不同应力路径下粉煤灰本构模型研究

研究粉煤灰在不同等应力增量比路径下的应力-应变-体变特性，提出考虑土的应变软化、剪胀(剪缩)性和应力路径影响的非线性弹性模型. 通过与试验及有限元计算成果对比，验证了模型的适用性     

土工膜/GCL界面多级加荷剪切性能的试验研究

土工膜作为一种防渗材料已广泛应用于工程和环保领域,但在施工铺设过程中的损伤会降低其抗剪强度。利用大型直剪仪进行土工膜(GM)与膨润土防水毯(GCL)界面多级加荷剪切与直接剪切试验,探究加载对土工膜抗剪强度的影响。试验结果表明多级加荷剪切峰值强度较小于直接剪切峰值强度,2种剪切方式界面均表现出明显的应变软化特性;正应力为7.1~52.1 kPa时,多级加荷剪切峰值强度和残余强度分别与直接剪切峰值强度和残余强度均较为接近;大正应力下的重复剪切对土工膜损伤有较大影响,当正应力大于102.1 kPa,多级加荷剪切峰值摩擦角降低了7.05°,残余摩擦角降低了3.09°。