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。     

软土次固结变形特性的试验研究

对原状和重塑软土做了大量的分级加载室内一维次固结试验研究.结果表明,荷载对次固结变形特性有着较明显的影响,并对其关系进行了探讨;原状土和重塑土有着相似的次固结变形规律,在相同荷载作用下的重塑土的次固结系数比原状土的次固结系数小;对室内试验结果用最小二乘法拟合出次固结系数与压力之间的关系,得出其关系表达式,为实际地基的次固结变形的计算提供参考.     

预压作用下重塑软土蠕变特性试验研究

杭州地区滨海软黏土具有含水量高、强度低和压缩性高等特点，研究其固结蠕变特性对保证构筑物地基稳定具有重要意义。利用GDSAOS全自动固结仪对杭州重塑软黏土展开了一维固结蠕变试验，分析前期预压对土体蠕变特性的影响。试验结果表明：不同加荷比或不同预压条件下，土体蠕变变形量均随加载而逐渐减小；应变与孔隙比时程曲线具有类似发展规律，在应力施加100 min后主固结基本完成，进入次固结阶段；次固结系数与固结压力、预压条件和加荷比均有关，加荷比越小，次固结系数在后期加载中的增长越明显；在相同加载模式下，预压荷载越大，次固结系数在分级加载前期的值越小。这表明可通过施加预压荷载增大土体的固结度，以提高实际工程中软土地基的稳定性。     

应用一步流动法快速测定土水特征曲线试验研究

实验室常用压力板仪进行常规试验测定粉土土水特征曲线（SWCC）,需耗费数月时间,效率不高。对快速测定粉土SWCC进行了试验研究：采用压力板仪对粉土试样开展一步流动法试验;同时,用Hydrus-1D建立一维水分运移模型;结合模型对干密度为1.78 g/cm3粉土试样中溢出水量随加压时间的关系曲线进行拟合,并得出VG模型中难以实测的参数α和n;根据参数反算出粉土试样SWCC并和压力板仪常规试验的SWCC进行对比。为了消除试验中加载压力过大可能造成的固结对试验结果的影响,还对干密度为1.65 g/cm3的粉土试样进行固结试验使其干密度增大为1.78 g/cm3,再对固结后粉土试样分别进行常规试验和一步流动法试验。对由两种试验得到的固结粉土的SWCC与初始干密度1.78 g/cm3粉土由两种试验实测的SWCC进行了比较。结果表明：① 一步流动法试验拟合的SWCC与常规试验实测的SWCC重合度高;② 一步流动法试验具有快速性和有效性;③ 由Hydrus-1D建立的一维水分运移模型得出的SWCC与常规试验实测的SWCC接近;④ 一步流动法试验结果不会受到固结的影响。     

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。     

黏性土的抗剪强度特性试验研究

利用环剪仪针对塑性指数不同的3种黏性土,在不同的固结状态下进行了较系统的试验研究,探讨了大变形黏土的抗剪强度变化规律,分析了残余强度的影响因素。试验结果表明：本试验所采用的环剪仪无论对于粉质黏土还是黏土均具有良好的稳定性,测试精度高,因此能够保证试验结果的准确性;对于塑性指数不大的粉质黏土,应力历史对其抗剪强度的影响并不显著;对于塑性指数较大的黏土,应力历史对残余强度没有影响,而峰值强度随着超固结比的增大而增大,最终接近粉质黏土的峰值强度;塑性指数是影响残余强度非常重要的因素,随着塑性指数的增大,残余强度显著降低;黏性土剪切沉降曲线的类型与塑性指数和超固结比有关。     

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。     

应力作用下非饱和重塑黏土土水特征曲线研究

利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,研究了竖向应力对非饱和重塑黏土土水特征曲线的影响,并采用FX模型,通过最小二乘法对试验结果进行拟合。结果表明,竖向应力越大,试样的空气进入值越大,曲线越平缓,水越难排出,相同吸力下含水率越高。FX模型可以较好的描述本次试验各组试样的土水特征曲线。通过分析拟合参数,提出一个只与竖向应力有关的土水特征曲线经验公式。     

非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比研究

使用吸力可控或可测的非饱和土振动三轴试验仪,对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验,在不同净围压应力、不同初始含水率的条件下,得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,并量测试样吸力。试验结果表明:(1)非饱和粉土的骨架曲线比饱和粉土的高;(2)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土动弹性模量大小相近,而饱和土试样的动弹性模量略小;(3)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土阻尼比也相近,而饱和土粉土的阻尼比略大。     

三门峡地区黄土状粉土动静力学试验研究

以三门峡地区黄土状粉土为试样,分别对重塑黄土状粉土试样进行动、静力学三轴试验,结果表明在不固结不排水及固结不排水条件下,试样的应力一应变曲线有不同的变化规律.动三轴试验表明:在相同密度及水分状态下,试样的动抗剪强度较静抗剪强度有较大幅度降低;在不同干密度状态下,试样的动力学特性明显不同,干密度大小对动抗剪强度有较大影响.黄土状粉土动力、静力特征试验表明,击实后黄土状粉土的动静力学性质良好,在岩土工程中能够替代普通土料作为建筑材料.     

黄泛冲积平原土料的动力参数试验研究

利用DSZ-100型电磁式单向振动三轴仪对黄泛冲积平原饱和土施加循环荷载,确定土料的动力参数,并根据试验结果,对黄泛冲积平原具有代表性的黏土、粉质黏土、粉土在动荷载作用下的动力变形特性进行了比较和归纳:①同一固结比下,土的阻尼比和动弹性模量随固结应力的变化并不明显;②应变在10-4～10-2时,土的动弹性模量衰减幅度最大;③在同一固结比下,土的最大动弹性模量随固结应力的增大而增大;④固结比对土样的最大动弹性模量有很大影响.     

堰塞湖相沉积细粒类土固结系数试验研究

固结系数cv是一种土体固结特性的参数,其大小反映土体固结快慢的程度,是进行土层地基沉降变形分析的重要参数。以拉哇水电站坝址区堰塞湖相沉积细粒类土的固结系数为研究对象,通过室内重塑样的压缩固结试验,研究其河床覆盖层中堰塞湖相静水沉积细粒类土的固结系数特性。研究结果表明:当垂直荷载≤400 kPa时,其cv-P基本呈线性负相关;当垂直荷载400 kPa时,cv随着P的增大而变化不大;粉土质砂、砂质粉土、粉土、黏土等细粒类土的固结系数cv均满足随固结压力P增大而迅速减小之后趋于稳定;细粒类土的固结系数基本上是粉土质砂砂质粉土粉土或黏土。说明拉哇水电站坝址区堰塞湖相沉积细粒类土重塑样的固结系数基本上均位于i×10-3cm2/s量级。     

胶结土无侧限抗压强度试验研究

现今在水利工程上通过掺入胶凝材料来消除粉质黏土的时效性,改善粉质黏土的性能,以便更好地用于实际工程中。本文通过单掺、双掺及三掺胶凝材料(水泥、石灰、粉煤灰)对粉质黏土进行改性,并分别养护7d、14d、28d后进行无侧限抗压试验,分析了粉质黏土改性后的无侧限抗压强度的变化规律。试验结果表明:(1)改性后的粉质黏土无侧限抗压强度随胶凝材料的掺量增多而增大;(2)改性后的粉质黏土无侧限抗压强度随养护龄期的增长而增大,但增大趋势随养护龄期的增长而减小;(3)掺入3%水泥、1.5%石灰和1.5%粉煤灰是改性粉质黏土的最佳配制方法。本文试验方法和试验结果可为今后粉质黏土的改性起一定的借鉴作用。     

原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验研究

利用应变控制式静力三轴剪切仪，对3组原状饱和粉土试样进行了不同围压下固结不排水剪切试验；在此基础上，又采用干装法和控制固定含水率的湿装夯实法制备了相同干密度的重塑饱和粉土试样，对两种方法制成的试样进行了同样的对比试验研究。通过对原状试样与不同成样方法的重塑试样的应力-应变关系、应力路径、抗剪强度指标等试验结果的对比分析，探讨了两种室内成样方法制备重塑试样的试验结果与原状试样结果的差别及其产生的原因。试验结果表明：在3组对比试验中，两种重塑样之间、重塑样与原状样之间的应力-应变关系和应力路径均差异较大；湿装重塑样的抗剪强度指标均低于干装重塑样，两种重塑样抗剪强度指标均低于原状样。固结后的密实程度并不是导致试验结果差异的根本原因。原状样和重塑样固结过程的孔压消散曲线及正常固结线均有所不同，说明原状样和重塑样的结构不同，是导致试验结果不同的根本原因。     

饱和重塑软黏土的归一化压缩性状研究

天然沉积软黏土与重塑黏土的压缩性状往往有着根本性的区别，如何评价土结构性和外加荷载对天然沉积饱和软黏土压缩性状的影响，是软土地基处理工程中一个非常重要的研究课题。通过对大量饱和重塑软黏土进行室内固结试验研究，明确饱和重塑软黏土的压缩性状和主要影响因素，导入一个简单指标——比体积指数对各种重塑软黏土的固结压缩曲线进行归一化。饱和重塑软黏土的归一化压缩曲线可以作为评价土结构性和外加荷载对天然沉积饱和土压缩性状影响的参考基准体系。     

干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响

以大连地区典型粉质黏土为研究对象,对经历不同干燥应力历史的粉质黏土试样在饱和条件下进行了固结不排水三轴剪切试验。通过对各组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,探讨了干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响。固结不排水三轴剪切试验结果表明:干湿循环过程中粉质黏土在饱和条件下的力学特性变化与历史干燥应力有关,历史干燥应力越大,土体在饱和条件下的力学特性变化越明显。相同围压条件下,干湿循环试样的初始剪切刚度比未经历干湿循环的原始试样要高,历史干燥应力越大,初始剪切刚度增长越明显。随着历史干燥应力的增加,干湿循环试样的应力-应变曲线逐渐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,有效应力路径逐渐由"S"型转变为向左下方发展。干湿循环过程引起了土体的不可逆体积压缩和微裂隙的发展,进而影响土体的饱和力学特性。     

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。     

冶勒水电站坝基超固结粉质黏土物理力学特性

冶勒水电站大坝坝基由超过400 m厚的粉质黏土和卵砾石层组成,研究其土体物理力学特性对工程设计和施工具有重要意义。通过物性试验、静力和动力试验对坝基粉质黏土进行物理力学特性研究,结果表明:土体级配良好,属低液限、超固结、低压缩性粉质黏土,先期固结压力为4.5~6.0 MPa,压缩模量为35.7~152.3 MPa,变形模量为35.00~80.74 MPa;摩擦角为33.70°~35.94°,黏聚力为0.12~0.21 MPa,抗剪强度指标高;动剪切模量为568 MPa,动弹性模量为1 686 MPa,动强度参数随振动次数的增加略有降低,但降幅较小。最终提出了一种特殊土体——超固结粉质黏土的物理力学参数指标。     

应力作用下非饱和土土-水特征曲线研究

总结有关土-水特征曲线的研究成果,利用非饱和土固结仪进行非饱和重塑粘土试样的土-水特征曲线试验,分析了竖向压力和固结压力对土-水特征曲线的影响,并利用Fredlund 3参数模型对试验数据进行拟合。研究结果表明,竖向压力越高,土-水特征曲线越平缓,空气进入值越大,同吸力下的土体饱和度越大。固结压力的影响与竖向压力相似。     

软黏土主次固结划分及其模型应用

现有蠕变模型计算值与实际变形量偏差较大,原因是没有合理的确定蠕变开始时刻,进而导致模型参数不符合要求。为了获得更可靠的蠕变模型,确定蠕变开始时刻,以珠海饱和软黏土为例,进行K0固结三轴排水蠕变试验,深入分析相关试验数据和主次固结理论后,发现主次固结曲线存在规律性拐点,且该点往后的变形以蠕变变形为主,同时提出一种新的方法确定该点。由试验数据可知应变与应力水平成幂函数关系、与时间成二次曲线关系,根据新方法获得的参数建立了严格意义上的蠕变模型。通过分析对比表明,该蠕变模型适合描述试验土样的蠕变特性,与试验数据吻合度高。更多还原