非饱和南宁膨胀土蠕变特性试验研究

针对不同试验条件,对非饱和南宁膨胀土进行了一系列室内对比试验研究,探讨了该膨胀土样的蠕变特性,结果表明：对于一定含水率的非饱和膨胀土样,当上部荷载为50kPa时,其应变随时间呈衰减趋势,且随荷载增加,应变迅速发展,加载6h后,土样应变随时间呈非衰减趋势。     

南宁非饱和膨胀土在剪切条件下剪应力松弛特性的试验研究

针对南宁膨胀土进行一系列室内剪应力松弛试验,探讨南宁非饱和重塑膨胀土在直剪条件下的剪应力松弛特性.试验结果表明:在不同含水率条件下的剪应力松弛曲线均属于非完全衰减型,剪应力逐渐少并趋于一个稳定值;松弛曲线可以明显地分为三个阶段:加速松弛阶段、匀速松弛阶段和稳定松弛阶段;含水率越高,应力-应变等时关系曲线的非线性程度越大...     

南宁膨胀土三轴压缩应力松弛特性试验研究

采用土体三轴流变仪,对南宁膨胀土在不同恒应变分级加载条件下的三轴应力松弛特性开展试验研究,探讨在不同恒应变水平下南宁膨胀土的应力松弛特征和松弛模量等变化规律。根据应力-应变等时曲线特征,研究南宁膨胀土在三轴压缩条件下的应力松弛特性。通过对试验结果的分析,建立可描述南宁膨胀土非线性应力松弛特性的经验模型。模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了经验模型的可靠性。     

滑坡滑带土非饱和蠕变特性试验研究

在库水位变动及降雨入渗作用下,一方面,滑坡土体在饱和与非饱和状态之间转化,土体强度和变形具有非饱和土的特性; 另一方面,滑坡变形发展大都经历了一个时间过程,具有流变特性,因此,考虑吸力（含水率）作用的非饱和土蠕变特性对于水作用下的坡体长期稳定性研究具有非常重要的意义 。 以 三峡库区 某大型滑坡滑动带土为研究对象,开展了一系列非饱和三轴蠕变试验 ,给出了不同偏应力荷载,不同基质吸力条件下的蠕变试验曲线。试验结果表明,同一偏应力荷载下,随着吸力逐渐减小,蠕变变形及蠕变速率均不断增加,且随偏应力荷载的增加增幅更大。在此基础上,建立了各级吸力水平下滑动带土的 Mesri 蠕变模型,即剪应力–应变关系采用双曲线模型,应变–时间关系采用幂函数。接着,通过建立吸力与 Mesri 模型参数 — 初始排水切线模量 之间的函数关系,构建了滑动带土的应力–吸力–应变–时间模型。最后,通过该模型的预测值与试验值的对比分析,发现模型能较合理地预测滑坡滑动带土的蠕变特性。     

流变物质含量及其分布对软土蠕变特性影响的试验研究

采用改进的直剪蠕变仪,在相同试验条件下完成7组含有机土、石英和长石不同重量百分比及不同分布形式试样蠕变特性的测试。获得试样平均黏滞系数与流变物质含量及尺寸的关系;探讨流变物质含量及其分布形式对软土蠕变特性的影响。试验结果表明,土体平均黏滞系数随着流变物质尺寸减小及空间分布均匀性增加而减小,且存在一临界值;流变物质含量比例对蠕变特性影响显著,平均黏滞系数随着有机质含量的增加近似呈线性减少;当土体中流变物质尺寸小于临界尺寸时,即流变物质分布达到一定均匀性时,土体蠕变特性仅与流变物质含量、性质有关,而与其形状、分布形式无关。     

含弱面砂岩非线性黏弹塑性流变模型研究

 利用CSS–3940YJ型岩石剪切流变试验机,对向家坝水电站左岸坝基挤压带含弱面砂岩进行剪切流变试验。试验结果表明：该岩石属于典型的软岩,在恒定剪应力水平下具有显著的亚稳定蠕变特性。在应力达到一定水平时,岩石经过衰减和亚稳定蠕变之后发生加速蠕变破坏。根据含弱面砂岩剪切蠕变特性,对非线性流变元件进行改进,定义其在应力阈值前后分别等同于牛顿黏壶和非线性黏塑性体。将改进的元件与广义Kelvin模型串联,组合成四元件流变模型。该模型可以充分反映岩石亚稳定蠕变和加速蠕变特征,并具有结构简单、参数少的优点。推导四元件流变模型的本构方程,从理论上对岩石非线性蠕变特性进行分析。采用所建立的模型对岩石进行剪切流变力学参数辨识,并研究应力水平超过阈值后的参数辨识方法。通过模型计算结果与试验结果的比较,对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行验证,显示所建模型的正确性与合理性。     

理想膨胀性非饱和土UH模型

膨胀性非饱和土具有吸水膨胀和浸水强度降低的特点，容易引发地基不均匀沉降导致建筑物开裂破坏。构建了与土体干密度和超固结度相关的膨胀式，并将其融入已有的非饱和土UH模型，从而能够合理地描述理想膨胀土湿化过程中体积膨胀与强度降低的特性。与已有模型相比，提出的模型所需参数少，可以更合理地考虑超固结度和初始干密度对膨胀土应力应变关系的影响，同时可以体现膨胀土在超固结状态下的应力软化特性和剪胀特性。该模型在不考虑土体膨胀式时可以退化成已有的非饱和土UH模型。通过与已有膨胀性非饱和土的试验结果对比分析，验证了模型在定量描述膨胀性超固结非饱和土应力应变特性上的合理性。     

非饱和膨胀土变形和强度特性的三轴试验研究

为了研究吸力变化对非饱和膨胀土变形和抗剪强度特性的影响,利用三套新研制的双压力室非饱和土三轴仪,进行一系列吸湿试验、等吸力压缩固结试验和等吸力剪切试验。试验土样取自鄂西北的中膨胀性土,采用静力压实方法制备试样。试验成果表明:该非饱和膨胀土在低围压吸湿过程中的体变性状呈明显的屈服特性,因此验证了Barcelona膨胀土本构模型中SD屈服包线的存在。在等向压缩固结过程中,该非饱和膨胀土的屈服应力随吸力增加而增大,而屈服后的压缩系数随吸力增大而减少,表明吸力对土体具有硬化作用。该非饱和膨胀土的有效内摩擦角不随吸力变化而变化,吸力对抗剪强度的贡献(似凝聚力)随吸力呈非线性增加,吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献明显高于压实高岭土和砂性土。     

非饱和土力学的分形理论

室内试验确定非饱和土的力学性质有许多困难,特别是非饱和土的渗透系数,非饱和土渗透系数量级小,随吸力变化幅度大。非饱和土的孔隙结构与非饱和土的力学特性有关,非饱和土的孔隙结构用分形模型表示,分形理论可以用于研究非饱和土的力学特性。本文采用分形理论描述土体孔隙特性,导出非饱和土的水份特征曲线、渗透系数、剪切强度、膨胀变形和压缩变形的表达式。非饱和土的吸力与孔隙的关系由Young-Lapalace方程表示,将孔隙与非饱和土力学性质联系起来。文中非饱和土的理论公式与试验结果符合得很好。     

岩石弹黏塑性流变试验和非线性流变模型研究

采用分级增量循环加卸载和单级加载方式,对金川有色金属公司 III 矿区二辉橄榄岩试样进行弹黏塑性流变试验,在对流变试验数据进行深入分析基础上,详细研究该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特性,将衰减蠕变曲线分离为黏弹性分量与黏塑性分量,研究各衰减蠕变变形分量的非线性特征,建立定常流动速率及加速蠕变率的应力、时间的拟合函数.根据不同应力水平下的加、卸载蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、黏塑性改进Bingham体串联而成的新的岩石非线性弹黏塑性流变模型,对模型参数辩识,提出非线性元件参数的确定方法.该流变模型具有两个屈服极限且流变元件参数是关于应力和时间的拟合函数,考虑了衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性特征,能反映不同应力水平下岩石流变规律,尤其能较合理地模拟岩石加速蠕变,从理论上给出非线性弹黏塑性流变模型的松驰方程和三维蠕变方程.利用不同应力水平下岩石蠕变全程试验曲线,对提出的非线性弹黏塑性流变模型进行充分验证.试验曲线与非线性流变模型理论曲线较吻合,显示所建非线性弹黏塑性流变模型的正确性与合理性.     

荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测

 为探讨荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的非饱和抗剪强度与土–水特征曲线(SWCC)的相关关系,利用Fredlund-Xing模型对3种膨胀土的SWCC试验数据进行非线性拟合,获得相应模型参数;利用Fredlund公式(1996年)对3种膨胀土控制吸力下的固结排水剪三轴压缩试验抗剪强度成果进行相关分析。分析结果表明：(1) 使用Fredlund-Xing模型拟合3种膨胀土SWCC试验数据的效果均较好。(2) 荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的进气值分别为210,68和18 kPa;石灰改良膨胀土的持水能力(水稳定性)最强,压实膨胀土次之,原状膨胀土最弱;3种膨胀土的残余吸力可均取为3 000 kPa。(3) 3种膨胀土的有效内摩擦角(j´)和与基质吸力相应的内摩擦角(jb)均非常数;j´与基质吸力相关,jb与基质吸力和应力状态均相关,这意味着Mohr-Coulomb破坏包面是双向弯曲的。(4) 使用Fredlund公式,能够在较大的吸力范围内较好地预测荆门膨胀土的非饱和抗剪强度,原状、压实、石灰改良膨胀土的土性参数κ分别为2.4,2.7及3.4。(5) 预测值与实测值间存在差别的主要原因是Fredlund公式本身未考虑到jb与应力状态相关,若要考虑该因素,可将应力状态对SWCC的影响引入到Fredlund公式中。     

昆明泥炭土直剪蠕变特性及长期强度试验研究

昆明泥炭土的蠕变特性影响着该地区各类建（构）筑物的长期稳定性和结构安全。采用改进的应力控制式直剪仪,以分级加载方式开展一系列的直剪蠕变试验,研究不同固结压力下剪应变随剪应力与时间的变化规律,以及长期强度与短期强度间的关系。结果表明：昆明泥炭土具有显著的非线性蠕变特性,当剪应力较低时,直剪蠕变曲线表现为衰减稳定蠕变;随着剪应力增大,蠕变曲线会同时出现衰减稳定蠕变和非稳定等速蠕变;当剪应力较大时,则会呈现出加速蠕变现象,并快速发生破坏。在施加水平剪应力的瞬间,泥炭土即产生较大的剪切应变,且瞬时应变随着剪应力的增加而加大,而瞬时应变占总应变的比例逐渐降低,表明泥炭土在高剪应力水平下,蠕变现象加剧。与短期强度相比,泥炭土长期强度的黏聚力和内摩擦角均有一定程度的下降。当固结压力为50~400kPa时,长期强度约为短期强度的57%~70%。     

土的弹粘塑性关系

本文根据土的室内蠕变试验提出了一项分析土的弹粘塑性应力-应变关系的方法。对武汉粘土、上海粘土及郑州黄土的单剪蠕变试验进行了分析研究。分析结果表明,三种土类的弹粘塑性应力-应变关系具有一定的规律性,本文给出了线性及双曲线函数数学表达式;三种土类都具有明显的屈服剪应力,当土的剪应力小于屈服剪应力时,三种土类的剪切特性表现为线性粘弹性,而当土的应力大于屈服应力时则表现为粘塑性。文内还给出了确定极限剪应力的分析方法,并与实测结果进行了对比。     

Shear strength of a fibre-reinforced clay at large shear displacement when subjected to different stress histories

The topic of fibre-reinforced soil has been introduced and studied increasingly in the past few decades. However, the shear strength response of fibre-reinforced clay soils with different initial void ratio values when subjected to large shear displacement has not been explored in the literature. The purpose of this study is to evaluate the shear strength responses of fibre-reinforced clay soils when remoulded with relatively small and large initial void ratio and subjected to large shear displacement. In order to exclude the composition variability of the fibre-reinforced samples when subjected to various normal effective stresses, a series of multi-stage reverse drained direct shear test was undertaken with four reverse cycles of ±7 mm, ±7 mm, ±7 mm and +14 mm to achieve an accumulative horizontal shear displacement up to 56 mm that is 93% of the sample dimension. The first stage of the testing programme was carried out on soil samples consolidated at normal effective stress of 600 kPa and unloaded to 50 kPa, followed by 4 shear cycles at normal effective stresses of 50, 100 and 200 kPa, respectively. The results of these tests confirmed significant effective stress ratio improvement with fibre reinforcement, even at large shear displacement to the fourth cycle. However, the rate of improvement decreased with normal effective stress and initial void ratio. Based on the experiments carried out in this study, the optimum fibre content to increase the shear strength of the clay soil with initial void ratio of 0.64 was found to be 0.25% with 140%, 81% and 23% increase in the stress ratio over that of the unreinforced soil at normal effective stresses of 50, 100 and 200 kPa, respectively. The second stage of the testing programme was conducted on a set of samples consolidated and sheared at normal effective stresses of 50, 100 and 200 kPa, respectively. The optimum fibre content was found to be related only to the initial void ratio of the soil, irrespective of the stress history of the soil and the applied normal effective stress. The shear stress ratio of the fibre-reinforced clay soils at large shear displacement was found to be relatively independent of the stress history of the soil. For all soil samples tested in this study, the stress ratio at 200 kPa normal effective stress was found to remain between 0.45 and 0.60.     

膨胀土原位剪切模量–剪应变衰减曲线与特征分析

为了评价原位应力状态膨胀土在小应变作用下的刚度衰减特性,综合原位地震扁铲侧胀和室内共振柱试验,分析应力历史、应力状态和试样扰动对膨胀土剪切模量衰减规律的影响。结果表明,应力状态和应力历史对膨胀土剪切模量影响较大,相同应力历史下,剪切模量随围压增加而增大,随着应变的发展,衰减较快;相同应力状态下,经历加载–卸载过程的剪切模量–剪应变(G-γ)衰减曲线位于仅经历加载过程的曲线上方,但经历加载–卸载和加载–卸载–再加载过程后土的G-γ衰减曲线基本重合;另外,相同应力历史条件下,土的原位剪切模量较室内共振柱试验所得剪切模量值大,且衰减更快,说明取样卸荷、运输及制样等扰动因素对土体结构造成了不可逆的损伤,通过室内加卸载过程无法还原其原位力学性状;参考剪应变不同时,推求得到的原位G-γ衰减曲线的中间部分差异较大,参考剪应变越小,剪切模量衰减越快,说明合理选取参考曲线和小应变剪切模量是推求原位G-γ衰减曲线的关键。该研究可为类似场地地震分析和沉降分析提供理论基础和技术支持。     

软粘土路基三轴蠕变特性试验及模型研究

针对软粘土路基累积蠕变沉降变形的特点,开展可塑土、软塑土路基开展三轴固结不排水蠕变试验,确定软粘土路基抗剪强度,得出不同围压下软粘土破坏偏应力,为三轴固结不排水蠕变试验分级加载提供依据。鉴于软粘土非线性蠕变特性比较明显,以围压100 kPa下软粘土的蠕变试验为例,结合最小二乘法的拟合分析,建立了以幂函数为应力-应变关系,以双曲线函数为应变-时间关系的蠕变方程。该蠕变力学模型能够更好地反映和预测竹城公路软土蠕变特性。     

干湿循环效应对南宁外环膨胀土抗剪强度的影响

针对膨胀土边坡滑坍多呈浅层破坏的现状,选取南宁外环膨胀土原状样与重塑样开展对比试验,精心设计试验方案,改进常规直剪试样制备条件和试验方法,使模拟土体季节性干缩湿胀过程更接近实际,探究了2种土样经历多次干湿循环作用后抗剪强度的衰减规律。结果表明：试样制备中有上覆荷载作用,实测土样经历同样干湿循环次数后的强度衰减幅度比无荷条件下的小,再次验证荷载对抑制强度衰减作用明显；不管原状还是重塑样经干湿循环后的强度衰减主要是c值大幅降低,其值虽也减小但降幅都不大；此外,计入边坡浅层破坏时滑面的低应力条件开展试验并分析测试结果,得到做边坡浅层稳定性分析时合理的抗剪强度参数,研究结果可供工程设计参考。     

原状膨胀土直剪特性研究

详细介绍了由长江科学院引进的国内第一台GDS非饱和土直剪系统(UBPS)的结构、功能及特点,开展了相应的标定工作,并利用它对河南南阳原状中膨胀土的剪切性状开展了一系列的直剪试验研究工作,得到以下初步研究成果:土样在较低的吸力(<100 kPa)下,基本上表现出剪切硬化的趋势,且强度峰值不明显;当吸力较大时,则表现出剪切软化的趋势,表现出明显的峰值强度;非饱和中膨胀土的黏聚力在低吸力范围内随吸力线性增大,这表明非饱和土双变量强度理论适用于原状中膨胀土。由于原状土的裂隙及铁锰结核分布不均匀,选择干密度相近、无明显裂隙的原状土样进行分组试验对于其抗剪强度指标的确定至关重要。