原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验

利用应变控制式静力三轴剪切仪,对3组夯实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。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、有效应力路径和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以及产生的原因。试验结果表明：在3组对比试验中,两种重塑样之间、重塑样原状样之间的应力-应变关系和有效应力路径均差异较大     

武汉天然老黏性土的压缩和剪切特性试验研究与数值模拟

武汉天然老黏性土是一种超固结硬黏土 ,在开挖卸载条件下容易产生应变软化 ,经常给深基坑、边坡工程带来不利影响.目前对其超固结性、结构性以及剪切特性等还缺少深入认识.利用高压固结仪和三轴剪切仪对其饱和原状样和饱和重塑样分别进行了压缩试验和三轴不排水剪切试验 ,并且应用上下负荷面剑桥模型对原状样的三轴不排水剪切试验进行了模拟.研究结果表明 :天然老黏性土为一种强超固结的结构性土 ,采用两种方法得到的原状土前期固结压力和结构强度基本一致 ;在低围压下 ,原状样明显表现出应变软化和剪胀性 ,其破裂面易受微裂纹影响;与文献中的天然软土不同 ,天然老黏性土在结构破坏后剪缩并不明显 ;原状样的黏聚力明显高于重塑样 ,两者内摩擦角非常接近 ;采用上下负荷面剑桥模型模拟的原状样应力-应变曲线和孔压曲线与室内试验结果基本一致.     

结构性对黄土抗剪强度的影响研究

为揭示结构性对原状黄土和重塑黄土抗剪强度的差异影响,以国道Ｇ310三门峡西至豫陕界段的黄土路基为研究背景,对具有相同含水率和干密度的原状黄土和重塑黄土进行一系列直剪试验和扫描电镜试验,对比分析了原状黄土与重塑黄土在抗剪强度和微观结构的差异及其机理。直剪试验结果表明:剪切过程中原状黄土的应力应变关系呈应变软化而重塑黄土的应力应变关系呈应变硬化;原状黄土的应变软化现象随着垂直压力的增大逐渐减弱;原状黄土的抗剪强度参数比重塑黄土的大。原状黄土和重塑黄土的抗剪强度均随黄土黏粒含量的减少而降低。微观试验结果表明:原状黄土具有清晰的骨架颗粒、明显的支架孔隙、密集的接触处胶结物,其完整的原生结构是使其抗剪强度高于重塑黄土的主要原因。     

标准砂冷冻法制样试验研究

为了科学评价黄河中下游地区砂土的力学性能,选择砂粒组中的标准砂力学性能指标为参考标准,对其进行一系列三轴固结排水剪切试验,研究了冷冻法制样和湿装法制样对标准砂应力应变关系和抗剪强度指标的影响。结果表明:①无论采用冷冻法制样还是采用湿装法制样,标准砂试样的主应力差都随相对密度的增大呈增大趋势,其应力应变关系曲线从硬化型过渡到软化型。②对于疏松状态的标准砂,轴向应变不大于5%时,湿装法制备试样的主应力差大于冷冻法的;对于密实状态的标准砂,轴向应变不大于6%时,湿装法制备试样的主应力差小于冷冻法的;但随着轴向应变的增大,二者强度趋于一致。③两种制样方法制备的试样,其内摩擦角均随相对密度的增大而增大,不同方法制备试样的内摩擦角相差不大。④对于疏松状态的标准砂采用湿装法制备试样,在装样过程中易受到扰动,导致其峰值强度高于冷冻法的,处于密实状态的标准砂采用湿装法制备试样,装样时对其扰动较少,但其峰值强度低于冷冻法制备试样的,因此对于疏松状态的标准砂建议采用冷冻法制样,且在动三轴试验仪器上进行常规三轴试验,以尽量减少装样对试样的扰动。     

密实度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响

为研究试样相对密度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响,对4组不同相对密度的砂卵砾石料进行不同围压下的中型三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:在试验的相对密度范围内,随着围压增大,相对密度小的试样应力应变曲线硬化特征逐渐明显,而相对密度大的试样无论围压大小,应力应变曲线都呈应变软化型;试样在剪切过程中均表现出不同程度的剪胀性;试样抗剪强度指标φ和φ0随着试样相对密度Dr增大而增大,c和Δφ随Dr增大而减小,并建立了试样抗剪强度与相对密度的函数关系式;割线模量、切线体积模量都随Dr增大而增大,可近似用线性关系表示。     

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.     

不同冲击频率与中主应力下细砂力学响应研究

使用SPAX-2000改进型真三轴试验系统对饱和细砂进行循环冲击动力固结试验,研究不同固结条件、不同冲击荷载作用频率与不同中主应力作用下细砂应力-应变关系等力学响应;并结合三轴剪切试验,分析对比了不同条件下冲击荷载作用后试样强度的变化特征。试验结果表明：中主应力增大,试样在冲击荷载的作用下更容易趋于密实,抗剪强度得到较大的提高;频率降低,在中主应力较小时动力固结后试样抗剪强度有明显的提高,而在中主应力较大时试样抗剪强度没有太大变化;表明了中主应力和冲击荷载频率是影响试样动力固结效果的重要因素。     

裂隙性膨胀土抗剪强度的试验研究

裂隙赋予了膨胀土特殊的结构性,裂隙的存在破坏了土体的整体性,使土体强度试验及评价变得十分困难。以南水北调磁县段膨胀土为研究对象,通过直接快剪、反复直剪和"预切面"三轴试验,来研究裂隙对膨胀土体强度的影响规律以及裂隙面的强度特性。结果表明:无论是直接快剪、饱和快剪或是饱和固结快剪试验,得到的重塑样的抗剪强度均较原状样的有所减小,残余强度也相对减小;原状膨胀土的裂隙强度低于原状样的峰值强度,略高于残余强度;采用含有不同倾角的"预切面"三轴试验测得的土体抗剪强度随切面倾角增大出现先减后增的现象;裂隙面倾角近似等于(45°+φ/2)时,试样土体的强度主要由裂隙强度所控制。     

应力路径对固结排水条件下饱和原状黄土

在轴向加载、径向卸载和轴向卸载、径向加载二种类型的等应力比应力路径下,对杨凌饱和原状黄土进行K0固结排水三轴剪切试验,探讨了应力路径、固结围压等对饱和原状黄土的变形及强度特性影响的规律.研究表明,应力路径类型对其变形及强度特性有明显的影响;在二种类型等应力比应力路径下,体积变形皆表现为剪缩性,且固结围压及应力路径类型相同时,体应变随应力路径的变化呈现出规律性的变化;对于同一类型的等应力比应力路径,破坏强度值因应力路径的变化而异,但不同应力路径下临界状态线是唯一的,挤伸破坏时抗剪强度要比压缩破坏时低.     

贵阳红黏土介-微观结构对力学特性影响试验研究

为阐明贵阳红黏土宏观力学强度与变形特性的介-微观机理,同时考虑不同围压、不同干密度下贵阳重塑红黏土宏观力学特性之间的差异,通过不固结不排水三轴剪切试验、N2吸附测试及电镜扫描(SEM)测试,研究了原状和重塑土样因颗粒形态、孔隙结构与分布等不同所产生的宏观力学特性之间的差异。试验结果表明:不固结不排水三轴剪切试验条件下贵阳红黏土原状样应力-应变曲线表现出具有驼峰状的应变软化特性;重塑样则呈现出明显的应变硬化现象。随着干密度的增加,一定围压下重塑样强度曲线硬化现象加强;随围压增加,强度不断增强。原状和重塑土样氮气吸附-脱附等温曲线均表现出明显的Ⅳ型、H3滞后环,曲线整体均呈反“S”型。不过,在平均孔径、比表面积、总孔容积等指标上有差异,反映出原状样孔隙主要由中大孔构成,含部分微小孔;经重塑后大孔和微孔有所减少,介孔呈增多趋势。扫描电镜(SEM)下原状样较重塑样介-微观结构更加复杂,介-微观结构形态参数更加优化,表现出明显的原生结构、更强的力学强度。     

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。     

干湿循环条件下不同初始干密度土体的力学特性

利用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,测试了大连地区典型粉质黏土试样干湿循环前后的力学特性。通过对干湿循环前后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,探讨了干湿循环对不同初始干密度土体力学特性的影响,结果表明：土体对干湿循环的响应与土体的初始干密度有关。干湿循环使得初始干密度为1.61g/cm3的试样的应力-应变关系曲线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,循环前后有效应力路径的发展趋势发生了明显变化。初始干密度1.71g/cm3和1.76g/cm3试样干湿循环前后的应力-应变关系曲线形式未发生明显改变,干湿循环致使孔隙水压力的峰值所有增加,剪切初始阶段的有效应力路径位于未循环试样的左侧。干湿循环前后土体的电镜扫描（SEM）试验发现,干湿循环导致土骨架的结构性转变。干湿循环过程中试样内部结构调整和基质吸力的压密作用使得土体的力学特性发生了不可逆转的变化。     

基于应力路径的吸力对非饱和土性能参数的影响

以非饱和重塑粉土为研究对象,应用GDS非饱和土三轴仪进行三种应力路径试验,基于平均有效应力和平均净应力研究了吸力对试样性能参数的影响规律。研究结果表明:三轴等向压缩试验中基于平均有效应力得到的非饱和试样的先期固结压力随吸力增大而增大,而基于平均净应力得到的先期固结压力的变化规律则不明显。三轴不排水剪切试验中基于平均有效应力得到的临界状态线与吸力无关且唯一,基于平均净应力得到的临界状态线与饱和试样临界状态线平行,且随吸力增大临界状态线逐渐远离饱和试样的临界状态线。     

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。     

砂卵石土动、静特性的对比试验研究

 在室内砂卵石土动、静力特性对比试验基础上,通过大量试验数据对比分析了不同条件下非饱和砂卵石土和饱和砂卵石土的强度和变形特性。结果表明：非饱和试样和饱和试样破坏时,剪切位移变化比较一致,压力增大时,剪切位移增加;从非饱和土到饱和土,随着振动周次的增加, 粘着力和内摩擦角都有着不同程度的下降;不同含水量条件下,饱和样的强度增幅比较均匀,振动次数相同时,不同固结应力条件下的破坏应力约成等差关系;而非饱和样的强度增幅不均,有时相差很大 , 但非饱和砂卵石土的强度参数比饱和砂卵石土大很多。     

波浪荷载作用下饱和珊瑚砂动强度特性研究

分析了ＨＣＡ－１００空心圆柱扭剪仪加载限制条件,选择了符合实际波浪荷载作用的广义圆形应力路径实现方法和加载公式;利用空心圆柱扭剪仪模拟不同频率波浪荷载的广义圆形应力路径,研究了波浪荷载的加载频率和珊瑚砂相对密实度对饱和珊瑚砂动强度的影响规律。研究结果表明:广义圆形应力路径能够较好的模拟波浪荷载;试样破坏所需荷载循环次数随波浪荷载加载频率增加而增加,在低偏应力比条件下更为明显;相同加载频率下,饱和珊瑚砂动强度随破坏循环次数增加而减小;波浪荷载作用下饱和珊瑚砂动强度随荷载加载频率和珊瑚砂相对密实度增大而逐渐增大。根据不同荷载加载频率下饱和珊瑚砂对应的偏应力比与初始荷载加载频率为０．１Ｈｚ时的偏应力比之间的关系,建立了考虑荷载加载频率的饱和珊瑚砂动强度经验公式。     

非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

本文对陕西杨凌地区的非饱和黄土在不同湿度条件下进行动扭剪试验，测定了非饱和黄土的动剪切模量和阻尼比。结果表明，非饱和黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而减小，但减小的幅度愈来愈小；在其它条件相同时，最大动剪切模量随含水率的减小而增大，随固结应力的增大而增大；非饱和黄土的动剪切模量与黄土的结构状态及密实状态有关。在相同含水率、固结应力比和固结应力条件下，原状黄土的最大动剪切模量比重塑黄土的稍大，重塑黄土最大动剪切模量随试样干密度的增大而增大；非饱和黄土的阻尼比受含水率、固结应力比、周围压力、干密度等因素的影响，可以反映在其与动剪应变的关系上，在半对数坐标系中动剪切模量与动剪应变具有较为良好的线性关系。     

排水剪切下湿地湖泊相黏土结构性宏微观试验研究

为了探讨排水剪切条件下结构性对湿地湖泊相黏土力学特性的影响,对湿地湖泊相黏土原状样和重塑样进行三轴排水剪切试验,将试验后的原状样进行微观定性和定量分析,研究不同围压下结构性对土体剪切强度和变形特性的影响。结果表明:在土体结构屈服破坏前,结构性会提高原状土抗剪强度,减小剪切变形;当土体结构屈服破坏后,结构性会降低原状土抗剪强度,增大剪切变形。原状土的峰值结构强度随围压增大近似呈线性增加,而峰值结构体积应变随围压增大呈指数型趋势减小。在围压小于结构屈服应力时,剪切阶段由胶结联结和结构骨架承担荷载,孔隙压缩较小,颗粒和孔隙的形状和排列变化较小;当围压超过结构屈服应力后,在剪切阶段胶结联结和结构骨架逐渐破坏,孔隙受到压缩,颗粒和孔隙的形状趋向圆形,并向荷载优势方向调整排列。研究成果对于揭示湿地湖泊相黏土的结构破损机理及指导湖泊湿地地区的工程建设具有重要意义。