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。     

适用于强结构性黏土的修正邓肯-张模型研究

土体的力学特性受结构性影响十分显著,结构性越强,破坏后变形越大,对实际工程影响越显著。目前对结构性土的特殊工程性质已有广泛认识,但如何用数学方法准确描述其强度和变形间的关系仍是主要研究内容。对分布在云南昭通地区的强结构性黏土进行了试验研究,结果表明:其结构屈服应力高达800 kPa,属于典型的强结构性土。根据常规三轴试验的应力-应变关系,将强结构性黏土的剪切变形划分为结构未破坏阶段、结构逐渐破坏阶段和结构完全破坏阶段;基于破坏过程,对传统邓肯-张模型进行修正,引入损伤比参数,建立适用于强结构性黏土的修正邓肯-张本构模型。对模型中的初始剪切模量、主应力差渐进值和剪切模量参数进行推导分析,各参数值与试验的土体剪切变形规律相符合;对已有结构性土的试验数据进行拟合分析,结果表明该修正模型可以较好地描述强结构性黏土的应力-应变特性规律。     

K_0固结条件对上海粘性土强度和变形的影响

通过对上海第②层～第⑤层粘性土进行Ｋ０固结三轴不排水剪切试验，探讨Ｋ０固结初始应力对上海粘性土强度和变形性能的影响规律，并与各向等压初始应力的三轴固结不排水剪切试验的情况进行比较和分析。试验结果表明，Ｋ０固结初始应力对上海粘性土的强度和变形性能有影响；正确测试土的天然强度及变形规律，应使三轴试验的固结应力状态符合天然土层的初始应力条件，即Ｋ０固结状态。     

一种基于土体率敏性的长期变形预测方法

土体长期变形的预测与控制是大量工程建设的关键性问题。常规方法是结合蠕变试验来预测土体变形,其存在耗时长、难以考虑复杂应力路径以及不便用于复杂有限元计算分析等缺点。考虑土体的率敏性特征,通过对饱和超固结土以及人工制备结构性土分别开展3种不同加载速率下的三轴剪切试验,获得了土体强度、变形以及率敏性指标,从而得到了基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型参数,并利用该模型成功预测了土体的率敏性和蠕变变形行为。结果表明:①结合土体率敏性试验来预测土体长期变形,仅较常规土三轴试验增加了几组不同加载速率的剪切试验,而不需增加额外的试验条件,试验效率高;②由土体率敏性试验确定的本构模型参数能正确预测土体的蠕变变形,试验结果与模型预测结果吻合良好;③基于上下负荷面的弹黏塑性本构模型可用于复杂边值问题的有限元计算。结果表明提出的结合土体率敏性来预测土体长期变形的新方法将具有很好的工程应用价值。     

K0固结条件对上海粘性土强度和变形的影响

通过对上海第（２）层￣第（５）层粘性土进行Ｋ０固结三轴不排水剪切试验，探讨Ｋ０固结初始应力对上海粘性土强度和变形性能的影响规律，并与各向等压初始应力的三轴固结不排水剪切试验的情况进行比较和分析。试验结果表明，Ｋ０固结初始应力对上海粘性土的强度和变形性能有影响；正确测试土的天然强度及变形规律，应使三轴试验的固结应力状态符合天然土层的初始应力条件，即Ｋ０固结状态。     

武汉老黏性土小应变硬化模型参数的试验研究

随着城市建设的迅速发展,基坑环境对变形要求越来越严格。小应变土体硬化模型（ＨＳＳｍａｌｌ） 能考虑在小应变条件下土体刚度呈非线性变化的特征,逐渐成为城市深基坑数值模拟常用的本构 模型之一。推广应用该模型的关键是如何确定不同土体的模型参数。针对武汉地区天然老黏性土,利 用高压固结仪和ＧＣＴＳ动三轴仪进行了固结试验、三轴剪切试验和小幅值动三轴试验研究,分别获得了 压缩指标、强度参数和小应变刚度。在此基础上,应用ＰＬＡＸＩＳ软件模拟了三轴固结不排水剪切试验,通 过与实测曲线对比进一步修正了ＨＳ－Ｓｍａｌｌ模型参数。结果表明,ＨＳ－Ｓｍａｌｌ模型可以较好模拟天然老 黏性土峰前应力应变关系,采用低幅值动三轴试验获得小应变刚度是一种值得推广的实用方法。     

结构性土的二元介质模型

本文在岩土破损力学的理论框架内，认为弹脆性元在破损以前的变形特性可以用理想的弹性材料描述，弹脆性元破损后转化成的弹塑性元的变形和破坏特性可以用修正的剑桥模型来描述，通过引入反映破损过程的结构参数(破损参数和应力比)，建立了结构性土的二元介质模型。最后与人工制备结构性黏土的等向压缩试验和原状海积软土的三轴排水剪切试验进行对比，表明所建立的模型可以较好的描述结构性土的变形特性。     

不同应力路径下饱和粉土强度与变形特性试验研究

为了模拟地下工程施工过程中不同位置处受扰动土体实际的应力和变形状态,探讨不同应力路径条件下土体的强度和变形破坏特性,共进行了4组试验,分别为常规三轴压缩试验、等 P 压缩试验、等压固结减压压缩试验和偏压固结减压压缩试验。试验结果表明在不同的剪切路径下土体表现出不同的强度与变形特征,即在常规压缩条件下强度最高,减压压缩条件下的强度最低。而且,常规三轴压缩、等P压缩和减压压缩这3种剪切方式下土体均没有出现应变软化现象。试验结果所揭示的规律可为现场施工提供科学有益的指导。     

加筋碎石土的抗剪强度特性研究

通过对比分析碎石土加筋前后高压大三轴饱和固结排水试验结果 ,研究碎石土加筋的抗剪强度特性。结果表明 :加筋碎石土复合体的应力 -应变 -体变关系仍然表现出不加筋碎石土的基本特性 ,加筋后的应力 -应变 -体变曲线比不加筋前显著提高 ,其本构关系可用邓肯 -张双曲线模型来描述。不论加筋与否 ,碎石土的加卸荷循环曲线基本都呈相互平行的直线。加筋增强了碎石土抵抗变形和破坏的能力 ,碎石土加筋的效果可以显著提高凝聚力 ,但对其内摩擦角影响很小。颗粒越粗硬 ,对提高强度、减小变形越有利。     

土体结构性数值模拟及应用研究

随着现代地基原位取土技术的发展以及对土体微观结构认识的提高,越来越多的研究认识到未扰动状态下的自然原状土与重塑土相比其力学特性存在显著差异。为研究土体结构性的影响,在剑桥模型基础上考虑超固结与结构性状态变量因素的影响,在上下负荷面剑桥模型理论框架下,通过三轴压缩试验对结构性土的受力响应特性进行了模拟试验研究,对受结构性因素影响下土体的屈服过程、可压缩性、在循环加载作用下超孔隙水压的发展以及相应状态变量演化规律进行了详细对比分析。试验研究结果表明:与重塑土相比,结构性土的加载响应存在明显的屈服软化过程,加载过程中伴随着结构性的破坏表现出更高的可压缩性且更容易导致动力液化的发生。在对土体结构性详细研究的基础上,通过数值模拟桩柱结构在自然地基环境下的地震响应,对结构性因素对结构动力响应的影响进行了研究分析。研究结果表明:由于更高的非线性以及可压缩性特征,自然原状土地基在地震作用下能够引起更高的超孔隙水压,加速土体力学强度的衰减进程,进而表现出更大位移响应以及震后塑性位移,直接影响结构的稳定与安全。研究结论加深了对自然土体结构性的认识,可为高结构性自然原状土地基条件下的结构受力分析与设计提供参考。     

用修正剑桥模型研究超固结土的变形特性

在原有的塑性体积应变状态量外,对修正剑桥模型的屈服函数引入描述超固结黏土变形和强度特性的状态量,以进一步改进修正的剑桥模型以应用于超固结土的变形特性研究.并给出该状态量的演化规则.通过对各种不同超固结比的三轴压缩和伸长剪切试验结果的验证表明,本文改进的三维修正剑桥模型能合理地反映不同超固结比黏土在三轴压缩和伸长条件下的变形及强度特性,同时,本文预测结果和中井子负荷面模型的预测结果基本一致.     

软土初始损伤门槛值的真三轴试验研究

对上海淤泥质软土进行真三轴试验，用损伤观点研究土在三维应力状态下的特性，认为软土的受力过程就是受损伤的过程。试验表明，中主应力及固结压力对上海软土的初始损伤点的出现有影响。初始损伤应力门槛值随中主应力比和固结压力的增大而增大，初始损伤应变门槛值随固结压力的增大而增大，但随中主应力比的增大而减小。最后，提出了确定土在三维应力状态下的初始损伤门槛值的经验方法。     

循环加载条件下土的应力路径本构模型

土的应力应变关系与应力路径密切相关，充分接近的两条加载路径所产生的变形基本相同，因此可将任意应力路径转化为与其充分接近且易于计算变形的应力路径，从而获得变形。在此基础上，本文通过定义两个应力状态的参量，分别描述等应力比循环加载和等平均应力循环加载条件下土的塑性变形规律，以及两者的相互影响，并给出一个新的加卸载准则，在不增加任何土性参数的条件下，将现有的土的应力路径本构模型扩展应用于循环加载条件，建立了循环加载条件下土的应力路径本构模型。通过与试验结果的比较表明，本文提出的循环加载模型可较合理地反映土在往复荷载作用下的变形特性。模型简单易用，只含5个土性参数，并具有明确的物理意义。     

一个适用于深基坑开挖的三维各向异性模型

现场地基中的土体一般处于Ｋ0(土体静止侧压力系数)固结状态，基坑开挖时坑底土体在卸荷作用下有时会处于三轴拉伸状态。采用剑桥模型，因弹性区偏大，导致计算精度较差；采用关口—太田各向异性模型，实测资料表明预测的变形偏大，且屈服面上有奇异点。本文在修正剑桥模型基础上，提出了修正各向异性模型，然后利用变换应力法将修正各向异性模型从三轴试验的轴对称应力状态扩展至一般应力状态。新模型(三维各向异性模型)采用的SMP准则(松岗元“空间准滑面”准则)，与扩展Mises准则(米塞斯准则)相比，能较好地反映深基坑工程中坑底土体在三轴拉伸状态下的强度和变形特性以及土体的初始应力各向异性，预测的坑底隆起变形比较可靠。     

考虑剪胀性和应变软化的粉细砂双屈服面本构模型

针对上海粉细砂不存在唯一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述粉细砂剪胀性和应变软化特性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了反映塑性体积应变由正转为负时对应的特征状态应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

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。     

软土的真三轴试验研究

对上海淤泥质软土进行真三轴试验，研究土在三维应力状态下的应力和应变的变化规律，试验结果表明：固结压力和中主应力对土的性质有很大影响，特别是中主应力对土的影响大。在试验基础上，建立了考虑中主应力影响的非线性模型。