红黏土在不同应力路径下的力学特性试验研究

采用应力-应变控制式三轴仪对贵阳市某基坑内的原状和重塑红黏土进行了等压固结和K₀固结条件下的增p剪切、减p剪切、等p剪切应力路径室内试验,以研究在不同应力路径下红黏土的力学特性。研究结果表明,不同应力路径下红黏土的力学特性有较大的差异,红黏土对应力路径的敏感性与其自身的结构性有很大关系,初始固结条件和应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要表现在对粘聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小。应力路径是孔隙水压力变化特征的决定因素之一。排水条件对红黏土的变形影响较小,对其强度值影响明显。对等压固结和K₀固结剪切结果进行比较,认为其在两种固结条件下的变形和强度上均存在较大差异。     

饱和软黏土固结过程中的不排水抗剪强度特性

集成大直径固结仪和微型十字板剪切仪的功能,开发和研制了饱和软黏土固结过程中可以随时开展剪切试验的系统装置,考虑超孔压随时间和空间变化的不均匀性,在微型十字板剪切仪板头处的空心轴杆底端配置微型孔压计,并在大直径固结仪中配置微型土压力计,使其具备自动实时监测在十字板剪切试验测点处有效应力变化的功能。利用该系统装置,开展了饱和软黏土在不同固结压力作用下,固结过程中不同时点的十字板剪切试验,实时监测了固结过程中的变形和孔压变化过程,得到了十字板剪切试验测点处的有效应力和不排水抗剪强度,分析了固结过程中不排水抗剪强度和有效应力之间的相关关系。结果表明,在不同固结压力作用下,固结完成后的不排水抗剪强度与有效应力呈现出传统的线性关系,但是,在某一固结压力作用下,固结过程中的不排水抗剪强度却随有效应力的增长呈非线性增长,而且,在不同固结压力作用下,固结压力越大,固结过程中达到相同的有效应力时所对应的不排水抗剪强度越大。固结过程中的不排水抗剪强度并不仅仅取决于剪前固结有效应力,还与剪前孔隙比相关,孔压消散速率小于变形速率是导致固结初期、剪前固结有效应力较小时,不排水抗剪强度较快增长的主要原因。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

饱和黏性土不排水分析中总应力强度指标的选用

针对饱和黏性土在不排水条件下的总应力分析，首先进一步深入阐释泰沙基有效应力原理，指出应注意区分静水压和超静水压，区分含有总水压的平衡总应力和仅含有超静水压的本构总应力。采用总应力法进行饱和土不排水分析时，这“总应力”只能是本构总应力。进而指出固结不排水强度指标一般不宜直接用于不排水强度计算，直接计算所带来误差的情况与实际总应力路径的斜率有关。建议此时采用饱和土原状土样在实际有效自重应力下预固结后不排水剪切试验测得的不固结不排水强度cu，并给出从固结不排水强度指标计算不固结不排水强度c_u的公式。最后就地基承载力、朗肯土压力和基坑稳定分析三类问题给出算例，分别采用不固结不排水强度和直接采用固结不排水强度指标进行计算，通过对比展示后者的误差情况并对其具体原因进行分析。     

考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究

基坑开挖过程中,基坑坑侧各区域土体受到不同程度的卸荷或堆载作用,从而呈现出复杂的应力路径。因此,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K₀固结不排水剪切试验、K₀固结侧向卸荷试验和K₀固结侧向卸荷轴向加荷试验等不同的应力路径试验,来研究基坑开挖前后基坑坑侧土体的不同应力路径变化情况,比较分析了各应力路径条件下土体的抗剪强度、应力应变的变化情况,归纳了基坑开挖前后复杂应力路径条件下土体的应力变形及强度特征。研究表明,在不同的应力路径条件下,土体所对应的应力变形及强度参数,具有明显的差异性;软黏土在不同的侧向卸荷应力路径情况下,应力应变曲线均呈现应变软化型,且侧向卸荷对土体强度影响较大,坑侧堆载引起的轴向加荷对土体强度变化也有一定影响。     

广州粘土真三轴试验研究

通过对广州原状粘土不同围压和不同中主应力系数下的周结不排水真三轴剪切试验,分析结构性粘土在固结不排水剪切状态下的应力与应变、强度与变形特性,并研究偏应力、孔隙水压力,应力比,有效主应力比值随不同围压和中主应力系数的变化规律。     

低应力条件下海洋粉土的不排水强度特性及其在海底浅层滑坡分析中的应用

 针对浅层滑坡等海底地质灾害,设计并实施一系列的十字板试验和三轴试验,对低应力条件下典型海洋粉土的不排水强度特性进行研究探讨。试验结果显示：固结度对粉土的十字板强度有明显影响,十字板强度随着超孔隙水压力的升高而降低。剪切应变速率对粉土的固结不排水三轴强度影响很小,而超固结比和剪切围压则影响较大;三轴试验中各个试样都能够达到临界状态,临界状态强度随着超固结比和剪切围压的增大而增大。分析波浪作用下海床土剪切滑动的渐进特性,指出临界状态是滑坡发生时滑带土所能达到的最终状态。采用平均有效应力,对十字板强度和三轴临界状态强度进行归一化处理,两种强度显示较好的一致性,得到低应力条件下海洋粉土的临界强度线。最后,应用所得的临界强度线,对风暴潮作用下黄河水下三角洲粉土海床浅层滑坡及“复活”进行很好地分析和解释。     

温度对饱和黏性土剪切特性影响的试验研究

采用温控三轴仪,考虑不同的温度–应力路径,对两种正常固结的饱和黏性土进行了固结不排水和固结排水剪切试验,研究了温度变化对土体强度、应力应变关系、孔压响应和流动法则等的影响。结果表明,温度效应的强弱与土的类别有关,温度变化对粉质黏土的剪切特性基本没有影响,但对黏土的影响不容忽视。随着温度的增加,黏土的不排水和排水峰值强度有明显的提高,临界摩擦角基本保持不变。不同温度下黏土不排水剪切过程中均产生正的超孔压,排水剪切中土体体积均持续减小,表明高温下偏应力偏应变曲线出现软化的原因与强超固结土的剪胀机理有区别。黏土剪切特性的变化程度与温度–应力路径相关,先升温后固结试样的不排水强度比固结后升温试样的低。温度循环一周后,黏土的不排水强度较室温下有明显提高。     

剪切应变速率对淤泥土力学性状影响试验研究

为研究剪切应变速率对高含水量淤泥土力学性状的影响,运用SPAX-2000真三轴测试系统进行了不同周围压力和不同应变速率的固结不排水剪切试验,分析了淤泥土不排水抗剪强度和孔隙水压力随应变速率的变化规律。试验结果表明,高含水量淤泥具有“应变速率软化”现象。在剪切过程中(应变速率为10^-6/s～10^-2/s),淤泥土不排水抗剪强度随剪切应变速率增长而增长,符合指数变化规律;根据试验数据,建立了经验方程式,并求得其应变速率参数η_e1为0.130 5,η_e2为0.131 9;当变率增长10倍时,淤泥土的不排水抗剪强度增长率为13.12%。不同于强结构性黏土,淤泥土的强度随剪切应变速率呈渐进性变化,未出现明显临界速率转折点。在加载初期,孔隙水压力增长和最大孔隙水压力受应变速率影响较明显;在试验过程中,孔隙水压力变化具有一定波动性和滞后性。     

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。     

饱和黏土不排水抗剪强度各向异性的热力学本构模型研究

基于饱和土体TTM（Tsinghua thermodynamic soil model）热力学本构模型分析研究了饱和黏土的不排水抗剪强度各向异性问题。模型及试验研究表明：非等向或固结历史是引起土体强度各向异性的重要原因,固结应力比越小,不排水强度各向异性越大。不排水加载过程中主应力轴的方向对土体不排水抗剪强度和变形有着重要影响。一般而言,当主应力轴方向从0°旋转到90°时,土体的不排水抗剪强度逐渐下降,峰值应变却逐渐增大。此外,非等向固结会导致土体主应力与主应变的非共轴性。利用TTM理论模型,对Kaolin Clay 和Boston Blue Clay的不同试验结果进行了模拟验证和预测。结果表明,TTM理论模型具有反映和预测应力引起的饱和黏土强度各向异性和应变软化等特性的能力,同时也具备精准描述主应力轴旋转等复杂路径下饱和黏土的强度和变形特征的能力。     

Triaxial extension and tension tests on lime-cement-improved clay

This paper presents the results of a series of undrained and drained isotropic consolidated triaxial extension, tension and compression laboratory tests on lime-cement-improved very soft clay. The main objective of these tests was to investigate the material strength and stiffness properties for stress conditions similar to those expected on the passive side of excavations where a retaining structure is supported by Deep Mixing columns. The different stress paths to failure were obtained by varying the directions of the major and minor principal stresses in a conventional triaxial test cell. The undrained tests conducted at low consolidation stresses, corresponding to depths of approximately 0–10 m below the ground surface, revealed significant differences in undrained strength depending on the directions of the major and minor principal stresses, indicating anisotropic material behavior. Based on the undrained triaxial test results, the relationship among the undrained strength, the effective consolidation stress and the over-consolidation ratio (OCR) is presented for different stress paths to failure.The experimental data from the drained tests show that a failure surface comprised of a shear failure function based on the Mohr-Coulomb failure criterion and a tensile failure function based on the tensile strength and the confining stress can be applied for lime-cement-stabilized clay.     

基于CPTU数据融合技术的黏性土应力历史与强度特性评价研究

超固结比(OCR)和不排水抗剪强度(S_u)是土的基本力学参数,对土体沉降变形分析和稳定性计算具有重要影响。采用数据融合技术,结合孔压静力触探(CPTU)测试数据,提出了江苏典型黏性土超固结比和不排水抗剪强度的预测模型。利用特征级数据融合技术(回归树、模型树)与决策级数据融合技术(自举聚合、堆叠泛化)对预测模型的可行性进行分析。将土的超固结比和不排水抗剪强度的预测值、室内试验所得到的参考值以及CPTU传统方法所得到的估计值进行对比分析。结果表明,模型树预测结果比回归树要好,决策级融合算法可以提高回归树的预测结果,但对模型树的预测结果影响较小;叠加回归树和模型树的预测结果会使其预测的不排水抗剪强度比回归树预测的结果要好,但比模型树预测的结果要差;对于几种数据融合模型,OCR预测值大致相当,回归树模型在预测OCR方面稍优于其他数据融合模型,数据融合技术能更好地预测土的超固结比和不排水抗剪强度。     

Effect of initial water content on undrained shear strength of K0 consolidated clay

This study investigates the effect of initial water content on the pore pressure response and undrained shear behavior of K₀ consolidated reconstituted clay. A series of K₀ consolidated undrained triaxial compression tests were conducted on reconstituted Lianyungang clay. Results were compared to those obtained by isotropic consolidated undrained triaxial tests. The testing results showed that the K₀ consolidated undrained strength envelope of reconstituted soil content is a straight line passing through the origin regardless of the initial water content. The initial water content would affect the undrained strength of K₀ consolidated clay as decreased normalized undrained shear strength was observed with clay at higher initial water content. The slope C of normalized pore pressure and stress ratio is affected by the consolidation method, where C is found to be a soil constant for K₀ consolidated clay and the value would be higher with clay under K₀ consolidation. The pore pressure increases with increasing initial water content at a certain axial strain under given consolidation pressure, and the difference in excess pore pressure increases with the increasing consolidation pressure. Pore pressure coefficient at failure (A_f) increases as the initial water content increases, where a trendline can be well fitted between the pore coefficient at failure and the ratio of initial water content to the liquid limit of clay. The undrained strength indexes, i.e., effective cohesion and effective internal friction angle have decreasing tendency with increasing initial water content; however, changes in the total strength indexes of soil in this study are insignificant with varying initial water content.     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

重塑黏土临界状态线随初始含水率的变化规律

针对具有不同初始含水率的两种饱和重塑黏土进行了一系列的三轴固结不排水剪切试验,探讨初始含水率对黏土临界状态的影响,得到了不同初始含水率重塑土的应力-应变关系和有效应力路径。根据应力-应变关系曲线发现不同初始含水率重塑土均存在临界状态应力比。基于临界状态土力学理论研究了在p´-q平面和v-lnp´平面内临界状态线随初始含水率的变化规律,并分析了初始含水率对临界状态参数的影响。