饱和度的变化对非饱和土抗剪强度参数影响的试验研究

本文通过对不同饱和度的非饱和土的室内三轴试验,系统地研究了饱和度对非饱和土抗剪强度参数的影响,认为随着饱和度的变化,非饱和土 粘聚力将有较大变化,而其内摩擦角基本保持不变,从而为工程应用提供了依据。     

深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性

采用解析方法在频率域内研究了深埋圆形隧洞非饱和土-衬砌结构系统的动力特性。基于Bishop非饱和土有效应力原理和单相流固结理论,建立了单相流条件下非饱和土的运动方程。通过位移势函数解耦,得到了非饱和土在简谐荷载作用下的动力响应解答。将衬砌结构视为均匀弹性介质,基于弹性理论,得到了简谐荷载作用下圆柱形衬砌结构的稳态形式解答。利用土体与衬砌界面的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定了表达式的待定系数。在此基础上,考察了饱和度、吸力折减系数、衬砌厚度等参数对非饱和土响应幅值的影响。结果表明:随着衬砌厚度的增加,系统响应幅值逐渐减小;饱和度和吸力折减系数对孔隙水压力幅值的影响较大,而对径向位移和环向应力幅值的影响较小。     

非饱和土坡危险含水量分析

介绍了由于雨水入渗,使非饱和土坡的含水量发生变化,而含水量正是与基质吸力有着直接的联系;同时通过分析条件水压力和非饱和土的容重与含水量的变化规律,得到基质吸力、饱和度、非饱和土容重与整个土坡的稳定性规律,也就是安全系数与含水量分布的规律。得出当土坡处于危险状况下的含水量分布,即当土坡中的含水量达到危险含水量时,土坡处于危险状态。因此,通过监测土坡的含水量的变化,获得土坡的稳定信息,为生产和安全提供保障     

非饱和膨胀土强度的分形特征

本文从膨胀土微孔隙分形分布的特点出发，导出了膨胀土的强度与基质吸力的关系式，非饱和膨胀土的强度与其吸力在双对数坐标上呈直线相关，这一关系得到了宁夏膨胀土的三轴试验结果的初步证实。     

非饱和膨胀土强度的分形特征

本文从膨胀土微孔隙分形分布的特点出发，导出了膨胀土的强度与基质吸力的关系式，非饱和膨胀土的强度与其吸力在双对数坐标上呈直线相关，这一关系得到了宁夏膨胀土的三轴试验结果的初步证实。     

非饱和黏性土的三剪次加载面模型研究

基于非饱和土三剪强度准则和次加载面模型，构建了适用正常固结非饱和黏性土的Bishop和Fredlund应力变量法三剪次加载面模型，将2个模型计算结果与非饱和黏土的单调静三轴试验及循环动三轴试验结果做了对比，结果表明，Fredlund应力变量法本构模型要更接近试验结果。在静三轴试验的土体变形后期，Fredlund和Bishop应力变量法的模型计算结果与试验数据的应力偏差分别为2%和10%;在动三轴试验的土体振动后期，Fredlund和Bishop应力变量法与试验结果的应变偏差分别为4.2%和7.5%。另外，对所提模型的真三轴分析结果可知，静真三轴试验的中间主应力影响系数和基质吸力的增大均会使得土体的抗剪强度增加，随着基质吸力增大，不同模拟结果依次的应力偏差均为11%左右；随着中间主应力影响系数增大，不同模拟结果之间的应力偏差大致为4%。动真三轴试验的最小主应力或中间主应力越大，非饱和黏性土的棘轮效应和抗剪强度也越大，不同中间主应力模拟结果之间的应变偏差为3.3%,不同最小主应力模拟结果之间的应变偏差为8.5%。     

正常固结非饱和黏性土的三剪边界面模型研究

将三剪统一强度准则分别与非饱和土的单应力变量理论和双应力变量理论相结合提出了正常固结非饱和黏性土的三剪强度准则,在此基础上采用等量代换法与坐标平移法分别推导出可以反映土体全应力状态效应的三剪破坏应力比。将该三剪破坏应力比引入非饱和黏性土修正剑桥模型的屈服面方程以确定初始边界面,采用径向映射法则确定后续边界面,根据插值函数得到加载面上的塑性模量,据之建立了非饱和黏性土单应力变量和双应力变量下分别采用等量代换法和坐标平移法的4个三剪弹塑性边界面模型并对这4个模型做了单调和循环压缩荷载试验验证。结果表明,所建模型均能较好地反映土的变形特征,但相比之下,双应力变量下建立的模型相对单应力变量下建立的模型更接近试验结果,采用等量代换法建立的模型相对坐标平移法更接近试验结果的特点。真三轴数值模拟结果表明,单调加载时,相同应力条件下中主应力影响系数增大会引起非饱和土强度增大;循环加载时,最小主应力或中间主应力的增大均会引起土体抗剪强度的增大,且荷载振幅越大,非饱和土的轴向应变随之增大。比较4个边界面模型在真三轴应力状态的模拟结果表明,单调加载时,非饱和黏性土在双应力变量下的模拟抗剪强度值相对较大;循环加载时,单应力变量下所得塑性变形相对较大。     

多相非饱和多重孔隙介质的有效应力定律

多孔介质的有效应力定律广泛应用于流固耦合变形分析问题。该文考虑孔隙的重数、孔隙流体的相数、各向异性、非饱和、基质吸力等条件,提出了广义多相非饱和多重孔隙介质的有效应力定律。在固体相及各流体相线弹性变形的假设下,首先通过应力状态分解、边界条件叠加方法,得到了不考虑基质吸力的多相等效饱和各向异性多重孔隙介质的有效应力。考虑到非饱和多孔介质中两相界面张力引起的基质吸力,在线弹性变形基础上,叠加了基质吸力引起的变形部分,推导得到非饱和多孔介质的有效应力定律的一般形式。将所得公式根据实际需要进行简化处理,可以得到目前常用的有效应力定律的表达形式,充分说明了该文所得结论的合理性。     

复杂应力条件下饱和粉土剪切特性的试验研究

利用动--静态空心圆柱扭剪仪,采用两种不同的成样方法制备空心圆柱试样,在不排水条件下控制平均主应力和中主应力系数保持不变,进行单调扭剪试验。并着重讨论成样方法对重塑粉土孔隙水压力发展、应力——应变关系、破坏模式、有效应力路径等特性的影响。研究表明:在主应力轴连续偏转的不排水条件下,成样方法对重塑饱和粉土变形及强度特性具有显著影响。     

正常固结非饱和黏性土的三剪弹塑性本构模型

基于临界状态土力学框架,采用单应力变量法和双应力变量法非饱和土三剪强度准则,将原饱和土屈服函数中的屈服应力和破坏应力比分别替换成能反映土体饱和度影响的屈服应力和三剪破坏应力比,采用等量代换法和坐标平移法的三剪屈服函数推导出4种三剪弹塑性本构模型.所提本构模型能反映非饱和土全应力状态下土的强度区间效应、拉压强度差及黏聚力...     

简谐荷载作用下非饱和土地基中波阻板隔振效果研究

鉴于非饱和土地基振动问题的普遍性和复杂性,环境振动下非饱和土地基振动控制已成为土动力学的研究热点。基于单相弹性介质和非饱和多孔介质理论,对简谐荷载作用下非饱和土地基中设置单相固体波阻板的隔振效果进行了研究。考虑地表排水排气的边界条件,利用Fourier积分变换和Helmholtz矢量分解原理,建立了动荷载作用下地基动力响应的计算列式。分析了非饱和土地基中土体饱和度、荷载频率、波阻板的埋深、厚度以及弹性模量对其隔振性能的影响规律。结果表明：非饱和土地基中设置波阻板能够取得很好的隔振效果。地表位移幅值随饱和度和波阻板埋深的减小而显著降低,随荷载频率、波阻板的厚度和弹性模量的增大而明显减小。     

堆石料非饱和湿化变形特性试验研究

降雨会在土石坝体中导致非饱和入渗过程,并可发生显著的湿化变形,从而对坝体的应力变形性状产生重要的影响。该文采用模拟降雨入渗的方法控制堆石体的湿化饱和度,进行了侧限压缩条件下的非饱和湿化试验,研究和分析了堆石体的非饱和入渗过程和不同饱和度情况下的湿化变形特性。试验分析结果表明,只有小孔隙吸附水才是有效湿化含水量,堆石体的湿化变形主要发生在小含水量湿化阶段,而大孔隙自由水为无效含水量,对堆石料湿化变形的影响不大;对所研究的糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,其有效湿化饱和度小于25。5%。     

非饱和土三维固结问题探讨

本文推导了非饱和土三维固结控制方程组，它由三个静力平衡方程、一个连续性方程和一个吸力状态方程组成，包含五个基本未知量（三个位移分量、一个孔隙水应力和一个孔隙气应力）。这是不同于前人思路的一种尝试，饱和度可用其它基本未知量表达，不作为独立变量而只作为方程中的可变参数出现。饱和土的Ｂｉｏｒ固结方程可作为该方程组的一个特例而存在。文中还就方程组求解、本构模型和参数测定等问题提出了一些设想。     

不同土工合成材料与再生混凝土骨料界面动剪切特性研究

针对研究5种不同土工合成材料与再生混凝土骨料(RCA)之间的界面循环剪切及后直剪特性,在不同法向应力与循环剪切幅值条件下进行了一系列单调直剪(MDS)、循环直剪(CDS)、后循环直剪(PCDS)试验,并综合对比分析了后循环直剪与单调直剪试验结果。试验结果表明,在循环直剪作用下,5种筋-土界面呈现出明显的剪切硬化现象,剪切刚度随循环次数增加而逐渐增大,而界面阻尼比随循环次数增加而减小。在该试验中的3种不同循环剪切位移条件下的加筋界面所引起的收缩量随剪切幅值的增大而显著增加,收缩量的增幅分别为18.6%,22.2%。在后循环直剪试验中,5种加筋界面的应力-位移曲线表现出明显的峰后软化现象,界面似黏聚力与内摩擦角随循环剪切作用而明显增大,后循环直剪试验的峰值、残余似黏聚力和内摩擦角的结果均大于单调直剪试验的相应结果。     

非饱和地基中Love波的传播特性

基于非饱和多孔介质的波动方程,考虑了土中水,气体与土骨架之间的粘性耦合作用,建立了弹性半空间上非饱和土层中Love波的弥散方程。首先分析了饱和度与频率对非饱和孔隙介质中剪切波速的影响。然后运用数值方法得到了不同饱和度下土层中多种Love模态波的弥散特性和位移分布情况,并用图表的形式给出。数值计算结果表明,上覆非饱和土层中Love波的传播速度和衰减系数不仅具有频散性,而且与土层的饱和度有关。在不同饱和度时的高模态(n≥2)的Love波的截止频率值不同。此外,讨论了饱和度对Love波水平位移幅值的影响。     

非饱和土中端承桩纵向振动问题简化解

基于单相流固结理论与Bishop有效应力原理,研究了单相流条件下非饱和土中端承桩的耦合纵向振动问题。建立了简化条件下非饱和土体的动力平衡方程,通过引入拉普拉斯变换和势函数对此方程进行解耦,并采用算子分解理论及分离变量法求得土体纵向振动位移形式解。依据桩土系统的边界和衔接条件,进而得到了桩顶动力响应的闭合形式解,并研究了主要参数对桩顶速度导纳和速度时域响应的影响。结果表明,桩长径比和桩土模量比对桩顶动力响应有着显著的影响,而吸力折减系数对其基本上没有影响。     

多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机的分级和验证

岩体结构面抗剪强度尺寸效应变化规律的研究需要在专门的多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验机上进行,以获得稳定的抗剪强度力学参数。为保证测试数据的可靠性,在满足测试载荷范围为2～1000 kN时要求恒定荷载示值精度为1％。由于现有测试系统的技术限制,无法实现在同一台设备上进行全部荷载的试验。为此,首先在提出一种设备荷载分级方法的基础上开发了一种多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机,在满足测试精度的要求下分3级尺度直剪仪进行直剪测试,每一级尺度直剪仪设置了荷载重叠区以保证测试数据的等效性。最后对该直剪试验一体机的精度和载荷范围进行了测试,通过了多尺度试样的测试要求。目前该多尺度岩体结构面抗剪直剪试验一体机为多尺度试样的测试研究提供了平台。     

块石含量和空间分布对土石混合体抗剪强度影响的离散元分析

土石混合体的抗剪强度在很大程度上取决于其块石的含量、空间分布、形态等参数。该文采用球体单元模拟土颗粒,通过组合颗粒单元构造非规则形态的块石,对不同含石量和块石空间分布下土石混合体的直剪过程进行了离散元数值模拟。计算结果表明,在低含石量下,土石混合体的抗剪强度随含石量的增加而增加;在中含石量下,受块石空间分布的影响,其抗剪强度呈现很强的波动性;在高含石量下,其抗剪强度显著增强,波动性相对较小。抗剪强度在中高含石量下波动现象的细观机理是块石空间分布影响下的力链结构特性。当块石的空间分布使其形成较强力链结构时,抗剪强度较高;反之,块石间的力链结构不稳定,抗剪强度相对较低。以上研究有助于从细观尺度揭示土石混合体变形和剪切强度特性的内在机理。     

考虑围压效应的冻土三阶段强度准则

冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大,现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律,也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律,该文对土与冰的特性分别进行了分析,认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律,不仅因为其继承了未冻土的强度特征,还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此,该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度,并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度,从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明,所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。     

非饱和土地基振动响应分析

非饱和介质波动理论的发展,使得非饱和土地基动力响应问题求解成为可能。根据现有的非饱和多孔介质动力方程,采用解耦技术,建立非饱和多孔介质动力反应分析的显式有限元分析方法,并编制相关计算程序。通过与已有解析解的对比,验证了方法及程序的正确性和精度。利用该方法,分别分析了刚性基础与柔性基础条件下非饱和土地基振动问题,重点讨论了饱和度对非饱和土地基振动响应的影响,结果表明:刚性基础条件下地基的振动响应大于相同条件下柔性基础地基振动响应;土体饱和度S_r=1时地基各点振动比S_r1时明显减小;刚性基础条件下,S_r1时,随着饱和度增加各点竖向位移减小,水平位移增大,而柔性基础条件下,S_r1时,饱和度对地基各点振动的影响有限。