基质吸力对非饱和重塑黄土变形的影响及破坏准则

利用非饱和土三轴仪对宁夏固原地区重塑黄土开展了不同基质吸力和不同围压下的固结排水剪切试验,探讨了该黄土在不同围压、不同基质吸力下的变形规律,计算了不同含水率下的强度参数,得到了总黏聚力随吸力的变化曲线。研究表明：该重塑黄土的偏应力应变曲线整体呈硬化型,且强度和硬化程度与基质吸力和净围压关系较大;不同含水率条件下净围压50 kPa时该重塑黄土具有明显的剪胀特性,净围压300 kPa时具有明显的剪缩特性,且剪胀和剪缩程度与基质吸力有关;黏聚力与吸力均近似呈线性关系;摩擦角随吸力的变化不明显。此外,将试验数据拟合得到的强度参数随吸力的变化关系引入Lade-Duncan破坏准则中进行修正,得到π平面内不同吸力下重塑黄土的强度破坏面。验证表明,该修正破坏准则可以考虑吸力对非饱和黄土强度的影响。     

易溶盐对黄土强度特性的影响

黄土的强度由黏聚力和摩擦力组成,黏聚力受颗粒间胶结物质的影响,当湿度增加、盐分溶滤时易溶盐胶结作用逐渐丧失进而使得黏聚力降低。利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪对陕西杨凌重塑黄土进行了三轴固结不排水剪切试验,研究了易溶盐对黄土强度特性的影响。试验结果表明:去易溶盐土样在高含水率和低围压下与普通土样的应力应变曲线基本重合;普通土样的破坏应力值与去易溶盐土样的破坏应力值的差值随土体含水率的减小而增大;去易溶盐土样的抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角φ值随着土体含水率的减小而增大,但去易溶盐土样的抗剪强度指标c值和φ值均比普通土样的要小,易溶盐对土体抗剪强度指标c值的影响要比对φ值的影响大。     

基质吸力对灰岩区滑带土强度影响的试验分析

基质吸力是非饱和土中水-土耦合作用的重要力学参数,对于研究非饱和土抗剪强度、降雨或库水位变化诱发的滑坡稳定性具有重要意义。为了探究降雨诱发的基质吸力变化对灰岩区滑带土的影响,通过标准应力途径三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与剪应力的关系曲线、净围压与剪应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:相同基质吸力条件下,剪应力随着剪应变的增加呈现快速增长和缓慢增长2个阶段,其界限点在剪应变10%处;在相同围压条件和非饱和条件下,剪应力随着基质吸力的增加而增加;总黏聚力与基质吸力呈线性关系,其增长斜率夹角即基质吸力相关角为15.5°;当基质吸力为0,30,60,90 kPa时,其总黏聚力分别为22.7,33.4,43.8,46.9 kPa,内摩擦角分别为21.8°,23.6°,26.2°,24.5°。根据Fredlund和Ralaadjo非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式,研究成果可为非饱和土抗剪强度的进一步研究提供参考。     

直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

【目的】为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,【方法】通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律。【结果】结果显示：轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低。随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小。其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15%、EPS颗粒体积比由20%增长至40%和60%时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20%、44.73%。【结论】结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感。与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获...     

剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明：轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。     

重塑非饱和黏土脱吸湿抗剪强度对比

基于压力板仪与非饱和土直剪仪,针对脱湿与吸湿条件非饱和土的抗剪强度特性进行对比试验研究,探讨不同基质吸力、不同竖向压力下非饱和粉质黏土试样的抗剪强度特性。研究结果表明,抗剪强度与基质吸力成正比;基质吸力的变化对抗剪强度的影响主要表现在对黏聚力的影响,对摩擦角影响不大。进行脱湿与吸湿情况下相同含水率的抗剪强度对比,发现脱湿后试样的抗剪强度高于吸湿试样的抗剪强度;脱湿过程中试样的抗剪强度参数高于吸湿试样的抗剪强度参数。     

不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究

以湖北宜昌三峡库区风化砂为研究对象,在风化砂中掺入不同量的水泥,然后改变剪切速率、改变上覆垂直荷载,进行室内直接剪切试验,研究了剪切速率、垂直荷载对不同掺量水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响。试验结果表明:剪切速率、垂直荷载对水泥稳定风化砂抗剪强度指标有明显影响。在相同的剪切速率和垂直荷载下,水泥稳定风化砂的黏聚力会随着水泥掺量的增加显著提高,但内摩擦角会先增大再减小;在相同的水泥掺量下,增大剪切速率和垂直荷载均会显著增大水泥稳定风化砂的黏聚力而减小其内摩擦角。剪切速率较大时,试样在剪切破坏过程中不仅要克服颗粒间的滑移,还要克服颗粒的旋转、滚动与换位阻力,使黏聚力增大。较大的垂直荷载会使试样产生较大的压缩固结,粒间的孔隙减少,孔隙间的水应力和垂向附加应力增大,砂颗粒间的相互作用力加强,抗剪强度提高。     

基质吸力对非饱和滑带土抗剪强度的影响试验研究

在滑坡地质灾害中遇到的滑带土大多数是非饱和土,研究吸力对非饱和滑带土c、φ值的影响,对于滑坡防治具有十分重要的意义。通过不同基质吸力和剪切速率的条件下的四联直剪试验,探讨了基质吸力与非饱和粘性滑带土抗剪强度的关系。试验结果表明,在同一基质吸力条件下,抗剪强度随轴向荷载的增大而增大,且保持平稳线性增长的趋势;随着吸力值的增大,其总粘聚力与内摩擦角均呈现增大趋势。对于总粘聚力来说,当基质吸力≤100 kPa时,随着吸力的增大,总粘聚力增长曲线斜率较大,增长速率较快;当基质吸力100 kPa时,随着吸力值的增大,总粘聚力增长曲线斜率放缓,增长速率减慢;但总体处于平稳增长的态势。对于内摩擦角来说,当基质吸力≤50 kPa时,随着吸力的增大,内摩擦角增长曲线斜率较大,增长速率较快;当基质吸力50 kPa时,随着吸力值的增大,内摩擦角增长曲线斜率放缓,增长速率减慢。     

硫酸钠溶液对水泥土抗剪强度的影响试验

为研究硫酸钠溶液对水泥土抗剪强度的影响,对硫酸钠溶液腐蚀后的水泥土进行了无固结排水直剪试验。试验结果表明:水泥土的抗剪强度随着硫酸钠溶液浓度的增加而逐步降低,相应的内摩擦角和黏聚力也逐步降低;硫酸钠溶液浓度不变时,水泥土抗剪强度随着硫酸钠溶液腐蚀时间的增加而逐步降低,黏聚力也逐步降低,腐蚀对黏聚力影响较大,而对内摩擦角影响很小。     

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。     

Characteristics of structural loess strength and preliminary framework for joint strength formula

The strength of structural loess consists of the shear strength and tensile strength. In this study, the stress path, the failure envelope of principal stress （ Kf line）, and the strength failure envelope of structurally intact loess and remolded loess were analyzed through three kinds of tests： the tensile strength test, the uniaxial compressive strength test, and the conventional triaxial shear strength test. Then, in order to describe the tensile strength and shear strength of structural loess comprehensively and reasonably, a joint strength formula for structural loess was established. This formula comprehensively considers tensile and shear properties. Studies have shown that the tensile strength exhibits a decreasing trend with increasing water content. When the water content is constant, the tensile strength of the structurally intact soil is greater than that ofremolded soil. In the studies, no loss of the originally cured cohesion in the structurally intact soil samples was observed, given that the soil samples did not experience loading disturbance during the uniaxial compressive strength test, meaning there is a high initial structural strength. The results of the conventional triaxial shear strength test show that the water content is correlated with the strength of the structural loess. When the water content is low, the structural properties are strong, and when the water content is high, the structural properties are weak, which means that the water content and the ambient pressure have significant effects on the stress-strain relationship of structural loess. The established joint strength formula of structural loess effectively avoids overestimating the role of soil tensile strength in the traditional theory of Mohr-Coulomb strength.     

非饱和重塑黄土固结特性试验研究

以延安新区工程建设中填方区的重塑黄土为研究对象,以准确计算填方区黄土地基的沉降为主要目标,以工程实际中填方区黄土的岩土工程设计参数为参照,室内制取了 Q3重塑黄土固结样。开展了4组控制吸力的非饱和土固结试验,得到了非饱和重塑黄土的压缩曲线,分析了吸力对重塑黄土固结特性的影响。研究表明：初始状态相同的重塑黄土土样,压缩系数随吸力的增大而减小;非饱和重塑黄土试样的压缩指数除了受竖向压力影响外,也受吸力作用的影响,压缩指数随着吸力的增大而减小;在2 MPa 的竖向应力下,重塑黄土土样总的竖向应变较小,最大的竖向应变为0．7％。     

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。     

砂质原状黄土强度各向异性试验研究

为研究各向异性条件下原状黄土的变形及强度特性,针对取自北京市郊某施工现场原状黄土试样,在保持土样天然含水率条件下,分别对水平方向和竖直方向原状土样开展了固结不排水和固结排水三轴剪切试验。试验结果表明:试验用原状黄土黏粒含量相对较低,砂粒含量则偏高;其抗剪强度在水平方向和竖直方向表现出明显的各向异性。对于固结不排水试验,竖直方向的内摩擦角和黏聚力均大于水平方向,当增大围压时,水平方向和竖直方向试样的最大偏应力以及破坏应变值都呈上升趋势;对于固结排水试验,竖直方向的内摩擦角大于水平方向,而黏聚力则是水平方向大于竖直方向,当增大围压时,水平方向和竖直方向试样的最大偏应力都呈上升趋势,水平方向试样的破坏应变值呈上升趋势,然而竖直方向的试样则呈现出先下降后上升的变化趋势。     

黄土结构性分析及新认识

通过对黄土结构性及其对黄土力学特性影响的深入分析,认为黄土颗粒之间的力有联结力和摩擦力两种。联结力属于短程力,包括化学胶结力、土颗粒间的分子引力、薄膜水和毛细管水产生的吸力,这些力形成了黄土的联结结构强度。摩擦力属于远程力,是土体受力时土颗粒之间有相互错动、移位、重新排列的运动或趋势时才产生的阻止土体变形的力,包括颗粒之间的摩擦力和咬合力,这种力形成了黄土的摩擦结构强度。黄土的结构强度就是由联结结构强度和摩擦结构强度组成的。提出了黄土联结结构强度、摩擦结构强度、压密强度等的定量化概念。     

改性钠羧甲基纤维素加固粉砂土水稳性及稳定机理分析

土壤加固剂可改善土体理化特性。选择改性钠羧甲基纤维素(M-CMC)为加固剂,以粉砂土为加固对象,研究M-CMC加固粉砂土水稳性及稳定机理。开展不同加固剂掺量下加固土湿化崩解试验进行崩解状态监测和完全崩解系数(C_R)测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,试样开始崩解的时间延时、崩解产物中粗粒含量增加、悬浮粒减少,C_R快速降低,当掺量达0.9%时,加固土样无崩解。进一步对试样的渗透性、基质吸力、抗剪强度、化学组分及微观结构进行测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,加固土样团聚体粒径增大、渗透性减小、基质吸力增大、抗剪强度提高。研究成果表明:M-CMC在土颗粒表面产生“包裹效应”、相邻土颗粒间产生“吸附效应”、相隔土颗粒间产生“连接效应”,使得土颗粒由镶嵌点接触转变为面式接触和链式连接,形成网状胶结结构团聚体,从而提高加固土水稳性。     

原状Q2黄土结构损伤演化的细观试验研究

利用和CT机配套的多功能土工三轴仪，对原状Q2黄土在三轴剪切过程中内部结构的变化进行了动态、定量和无损的量测，得到了软化破坏土样内部结构演化的CT图像和相应的CT数据，从细观上解释了软化破坏过程。试验结果表明，原状Q2黄土内部存在大量孔隙、裂隙、姜石等结构缺陷，初始损伤明显且具有各向异性。原状Q2黄土软化破坏细观变形可大致分为4个阶段，即微压密阶段，损伤开始阶段，损伤快速发展阶段和损伤减缓发展阶段。剪切过程呈现以局部变形为主的细观变形特点，但整体上CT数减小，方差增大。用CT数和方差均可较好的描述原状Q2黄土软化破坏的损伤演化规律，随着含水率和固结围压的增大，CT数和方差变化率越小。     

冰水沉积粉质黏土非饱和强度特征与细观机理研究

为弥补当前对非饱和粉质黏土细观结构研究的欠缺,基于Fredlund双应力变量理论、Fredlund-Xing土-水特征模型,通过室内试验从细观结构、矿物成分至非饱和力学特性方面展开对冰水沉积粉质黏土的系统研究,查明非饱和抗剪强度及参数变化特征,深入分析细观作用机理。研究表明:冰水沉积粉质黏土非饱和抗剪强度随基质吸力增大而提高,增长速率逐渐降低,内摩擦角φ′与含水率构成对数函数关系,内聚力c_total1具有峰值特征,峰值点含水率约为10.24%。土中的矿物组分遇水发生的水解、离子置换等作用对土体结构造成较大影响,在低基质吸力条件下造成宏观非饱和抗剪强度的损伤,根据其作用特征将非饱和抗剪强度随基质吸力的变化过程划分为3个阶段,建立了适用于冰水沉积粉质黏土的三维破坏包络面的概化模型。与此同时,分析发现材料参数φ^b在低基质吸力段并不为常数,以某一初始值逐渐减小,变化曲线呈反“S”形,最终无限趋近于0。     

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。