干湿循环对粉砂土改良膨胀土裂隙及强度影响

为探究黄泛区粉砂土改良膨胀土路基在干湿循环作用下裂隙发育与强度的影响规律,设计并开展了室内干湿循环试验,分别进行了11%、13%、15%、17%四种不同含水率下改良膨胀土经历不同干湿循环次数的直剪试验,然后采用MATLAB开发的图像处理技术对干湿循环作用后的土样裂隙进行定量分析,探讨改良膨胀土的裂隙率和抗剪强度的关系。结果表明:随着含水率的增大,改良膨胀土的裂隙率、黏聚力和内摩擦角逐渐减小; 当含水率一定时,裂隙的发展随干湿循环次数的增加而增大,改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着裂隙率的增大而减小; 当含水率为11%时,前两次干湿循环作用导致改良膨胀土的裂隙快速发展,裂隙率曲线较陡,黏聚力下降较快,但是内摩擦角变化不大,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的判定系数达到0.95; 当含水率为17%时,前4次干湿循环作用下改良膨胀土的裂隙虽然发育迟缓但裂隙率增长较快,4次干湿循环之后裂隙率的增长变得不明显,裂隙率曲线较平缓,黏聚力和内摩擦角下降较少,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的相关系数仅为0.70。     

边坡残积土直剪强度特性试验研究

通过边坡残积土的物性试验和室内直剪试验,分析了不同土质、不同含水条件下原状土和击实土的直剪特性,结果表明:饱水土的粘聚力和内摩擦角以及抗剪强度均比保湿条件下低,不同土质条件由保湿向饱水转变时土的抗剪强度减幅不同;利用土性对含水率的敏感度可以粗略判断边坡浅层滑动和深层滑动的可能性;击实土样的抗剪强度随含水率增高而增强,在一定值时达到峰值,然后随含水率的增高而逐渐减弱,呈单峰状,这一峰值含水率与土样最优含水率基本一致。     

原状黄土人工节理抗剪强度特性试验研究

应用直剪仪对原状黄土人工节理的抗剪强度进行试验研究,试验结果表明:原状黄土的节理形态特征对节理内聚力影响较大,而对节理内摩擦角影响较小;干密度对原状黄土节理内聚力的影响较大,而对内摩擦角的影响较小;黄土节理内摩擦角随含水量变化呈二次曲线规律变化,当大于界限含水量时,内摩擦角随含水量减小而增大;当小于界限含水量时,内摩擦角随含水量减小而减小;对于表面平整节理,内聚力随含水量变化而呈二次曲线规律变化,对于表面粗糙节理,内聚力随含水量变化呈指数规律变化。     

基于温度变化的路基盐渍土动强度参数试验研究

基于英国GDS动三轴试验系统,对青海西部地区的路基盐渍土进行动三轴试验,在温度变化条件下探讨其破坏动应力、动黏聚力及动内摩擦角等相关参数随围压、频率的变化规律,建立了不同动载频率下破坏动应力-围压-温度关系曲面,得到了与温度相关的曲面拟合方程。试验结果表明：土-冰-盐的胶结作用对温度变化极其敏感,随着温度降低,盐渍土的破坏动应力明显增大;动黏聚力和动内摩擦角随温度的降低而增大。     

低温条件下花岗岩力学特性试验研究

 从辽宁锦州拟建地下储库工程现场钻取典型花岗岩岩芯,进行不同冻结温度(－10 ℃～－50 ℃)和不同含水状态(干燥和饱和)的单轴及三轴压缩试验,分析岩石的变形破坏规律、干燥和饱和状态抗压强度以及三轴剪切强度参数c,j 值随温度的变化关系。试验结果表明：(1) 无论干燥还是饱和试样,微风化花岗岩单轴及三轴抗压强度随着低温温度的降低而提高,但呈现非线性增加的趋势,得到花岗岩抗压强度随低温温度变化的非线性关系拟合式,并认为微风化花岗岩存在一个抗压强度趋于稳定的温度界限值,此值约为－40 ℃;(2) 微风化花岗岩在干燥和饱和条件下,黏聚力c值随温度的降低而增大,在干燥条件下尤为明显。干燥条件下,微风化花岗岩内摩擦角随低温温度降低变化较小,摩擦角基本保持在57°左右,饱和条件下,微风化花岗岩内摩擦角随温度降低而增加, 由－10 ℃～－50 ℃增长幅度约为3.43%。该研究成果可为液化天然气(LNG)的低温地下存储提供一定的力学参数依据。     

酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化影响研究

 为了研究酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化的影响,以重庆三峡地区某边坡的泥质砂岩为研究对象,对不同酸性(pH = 3)干湿循环次数n(0,1,5,10,15,20)作用的泥质砂岩试件进行室内单轴、三轴压缩试验及电镜扫描观察,并借助离散元软件PFC2D对三轴压缩试验峰值强度状态时试件的颗粒接触、裂纹分布进行模拟。研究发现,泥质砂岩的单轴抗压强度?、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角?和三轴抗压强度?′都随n的增加而降低。n = 1时?,E,c和?的阶段劣化度最大,酸性干湿循环作用对c的劣化影响要大于对?的劣化影响。泥质砂岩微细观形态随n的增加大致经历整齐致密、多孔团絮和开裂紊流3个阶段。此外,在三轴压缩试验峰值强度时,n的增加对泥质砂岩试件颗粒接触网络,微裂纹的发育、试件破坏模式等都影响显著。     

天然和饱水状态B类角砾岩的力学性质及其对地下厂房稳定性的影响

 从现场勘查、室内试验和数值计算的角度对某厂房出露的B类角砾岩的岩体特性、力学性质与开挖卸荷后围岩稳定性做系统的分析。室内试验结果表明,0～15 MPa围压下B类角砾岩表现典型的弹脆塑性;饱水试样在相对较高围压下加载时,试样的变形趋于均匀化,此时弹性模量不再随围压增大而增大。峰值强度的离散性较大,这是由于试样中方解石含量不同,随方解石含量增大,试样峰值强度增大;饱水状态试样较天然状态内摩擦角小而黏聚力大,体现水对角砾岩黏结强度的提高和内摩擦因数的弱化作用;利用角砾岩区域的三维数值模型计算得到开挖卸荷条件下B类角砾岩区域围岩的基本力学响应。计算结果与现场监测数据吻合较好。经过对B类角砾岩出露区域系统地加强支护,确保了施工期角砾岩区域的稳定性。     

冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究

 冻融循环是冻土地区路基填料性能劣化的主要因素之一。以压实度和冻融循环次数为主要变量,对青藏高原粉质黏土力学性质的变化规律进行三轴试验研究。试验结果表明：初始压实度对粉质黏土力学性质的冻融效应具有显著影响。不同压实度试样的应力–应变曲线形式随冻融次数的增加趋于接近,并由应变软化型向硬化型过渡。封闭系统中试样的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,低压实度有利于增大水分迁移量和含水率增高区的分布范围。冻融过程对高压实试样的破坏强度以降低为主,对低压实度试样则相反。在最优含水率附近,土体抗剪强度随含水率呈非线性变化规律,因此试样内部水分重分布也可能会导致强度的改变,且其作用效果受压实度影响具有不确定性,压实度较高时会导致试样黏聚力减小,压实度较低时则相反;不同压实度下内摩擦角均呈现增大的趋势,且压实度越低,变化幅度越大。冻融过程中,土体干密度和含水率变化对力学性质的影响是同时存在的,由于初始压实度和冻融次数的不同,对强度变化起主导作用的因素也不同。水分重分布是不同压实度土体力学性质冻融循环效应的整体趋势和具体过程呈现多样化的原因之一。     

松花江松浦段岸坡土冻融直剪强度试验研究

为了对冻融作用对松花江松浦段岸坡土抗剪强度影响特征进行研究,对该段岸坡土体进行了冻融和直剪试验,试验结果表明:试样土体经过单次冻融后粘聚力会大幅度下降,内摩擦角会大幅度上升,土体抗剪强度会大幅度上升,试样多次冻融后粘聚力大幅度下降,土体内摩擦角会大幅度上升,土体抗剪强度会经第一次冻融后有所增加,随着冻融循环次数的增加,土体抗剪强度大幅度下降,该结果可为松花江岸坡稳定性分析提供科学依据。     

冻融循环作用下原状过湿土的抗剪强度试验

为了研究季冻地区过湿土的抗剪强度特性,利用青冈过湿土路基段原状土进行抗剪强度试验,分析了不同含水量对过湿土的抗剪强度影响,重点研究了冻融循环作用下过湿土抗剪强度变化规律。试验结果表明:不同含水量的过湿土应力应变曲线均趋于硬化型,含水量越大,过湿土的抗剪强度越小,相应的内摩擦角和黏聚力也越小;同未冻融土相比,经冻融循环的过湿土黏聚力显著增加,内摩擦角减小;相同含水量的过湿土经冻融循环的次数越多,融化后土的抗剪强度越大,而且随着冻融次数的增多,黏聚力开始下降,内摩擦角显著增大。     

干湿循环作用下硫酸盐渍土强度特性试验研究

宁夏地区硫酸盐渍土在夏季的多雨高温时节经历干湿循环过程,土体强度劣化。为探究干湿频次、含盐量对土体强度的影响,采用不固结不排水三轴剪切试验测定配置试样的黏聚力с和内摩擦角φ,探究其变化规律,结合扫描电子显微镜技术分析试样强度劣化机理。试验结果表明:硫酸盐渍土试样的应力应变曲线随干湿次数、围压及含盐量的增加,由应变软化型逐步向应变硬化型过渡;试样的内摩擦角均随干湿次数和含盐量的增加而减小,且含盐量越高,经历的干湿循环次数越多,内摩擦角降幅越大;干湿循环初期(1～3次),黏聚力随含盐量增加而增大。干湿循环后期,含盐量在0%～2%区间,黏聚力随含盐量的增加而减小;而在2%～5%区间,黏聚力随含盐量的增加而增大。随含盐量的增大,干湿循环作用下硫酸盐渍土整体强度逐渐降低,且含盐量越高,特征越明显。     

化学溶液和干湿循环作用下砂岩抗剪强度劣化试验及化学热力学分析

 为研究化学溶液和干湿循环共同作用下砂岩抗剪强度的劣化机制,在不同pH环境下,通过不同干湿循环次数后的单轴、三轴试验,计算出砂岩的黏聚力和内摩擦角,同时得到其与循环次数的关系式,进而获得砂岩在浸泡环境下抗剪强度随干湿循环次数的变化公式。根据砂岩的组成矿物及其百分含量,得到各种主要组成矿物在中性、碱性、酸性溶液中溶解的化学反应方程式,利用化学热力学的基本原理,确定各主要矿物在中性、碱性、酸性溶液浸泡下能否稳定。为了验证分析的正确性,对浸泡溶液中的部分离子(Ca2+,SiO2,Na+,K+)浓度进行测试。结果表明,酸性环境下,砂岩抗剪强度劣化最为严重,碱性次之,中性最轻。在酸性环境中,对抗剪强度影响较大的胶结物主要组成成分(长石、方解石)的性质不稳定,溶解反应能自发进行,而碱性环境中,对强度影响较小的骨料主要组成成分(石英)的性质不稳定,溶解反应能自发进行。酸性浸泡液中,方解石、钾长石、钠长石溶解出的Ca2+,K+,Na+的浓度明显高于中性和碱性液中Ca2+,Na+,K+的浓度,而碱性溶液中,石英溶解出的SiO2的浓度明显高于中性和酸性液中SiO2的浓度,与热力学分析结果一致。     

饱和砂土的动强度及破坏准则

本文以饱和砂土的振动三轴试验和振动扭剪试验研究为基础,给出了动荷载下土的瞬态有效抗剪强度理论,阐明了土的瞬态有效抗剪强度,包括粘聚力c_t（对于饱和砂土,c_t=0）、内摩阻力σft′tgφd′和动粘滞力ηY_t三部分,建立了瞬态有效抗剪强度的一般表达式。试验表明,饱和砂土的动有效内摩擦角φd′和动粘滞系数η是稳定的土性直,有效摩擦应力空间中亦存在一个稳定的强度破坏面,且与松岗元准则相当一致,从而给出了动荷载下饱和砂土的破坏准则。     

基于单轴剪切破坏的岩石M–C准则参数反演分析

基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与试验结果差值在6%~10%之间。采用实例进行岩石黏聚力和内摩擦角的反演分析,以岩石实际单轴剪切破坏形式和试验结果为依据,两两结合联立计算得到岩石的黏聚力和内摩擦角。实例表明:基于单轴剪切破坏形式和单轴抗压强度值计算岩石黏聚力和内摩擦角的方法准确,具有实用价值,该关系式也揭示了岩石试样破坏类型与岩石力学参数间的内在关系。     

水蒸气增湿对重塑黄土抗剪强度影响的试验研究

为研究水蒸气增湿对重塑黄土抗剪强度指标的影响,以兰州市大青山地区重塑黄土为研究对象,进行不同水蒸气压力（0.05MPa、0.1MPa）下的重塑黄土高温高压水蒸气扩散柱增湿,采用快剪试验研究不同水蒸气压力增湿作用下土体抗剪强度指标的变化规律。结果表明,同一深度处,水蒸气增湿后土体的含水率沿径向减小,抗剪强度沿径向递增,水蒸气压力0.1MPa时各点处的抗剪强度均小于水蒸气压力0.05MPa时;距水蒸气扩散柱15cm处的土体含水率终将达到土体自身性质所决定的最大值,故15cm处土体的抗剪强度基本相同;同一深度处黏聚力沿径向增大,内摩擦角总体沿径向增长,但增长极小,同一点处水蒸气压力0.1MPa时的黏聚力、内摩擦均小于水蒸气压力0.05MPa时;沿深度方向,与通气点相同距离处的土体黏聚力表现出随填筑层数的增加而增加,内摩擦角没有明显差异。     

Laboratory evaluation of the behavior of a geotextile reinforced clay

To evaluate the behavior of cohesive soil reinforced with a geotextile, 144 unconfined and 72 unconsolidated–undrained (UU) triaxial compression tests were conducted. The moisture content of soil during remolding, relative compaction, soil type, confining pressure, type and number of geotextile layers were all varied so that the behavior of the sample could be examined. The results provide evidence that as the moisture content increases, the peak strength of both the reinforced and unreinforced samples decreases and the axial strain at failure increases. Moreover, with increasing relative compaction the peak strength of the sample and axial strain at failure increases, whereas the peak strength ratio decreases. The peak strength ratio is the ratio of the peak strength of the reinforced samples to that of the unreinforced samples. For soils with low plasticity indices the main cause of the increase in the strength is the increase in the cohesion of the reinforced sample. However, in soils of higher plasticity index, as the number of geotextile layers increases, the internal friction angle of the reinforced samples increases.     

基于三种强度准则下地基承载力的计算

现行地基承载力计算公式未考虑中主应力的影响,也未考虑侧压力系数K0的影响。基于平面强度理论,推导出SMP、Lade、M-C三大强度准则的统一表达式,进而推导出基于统一表达式的考虑K0变化的塑性界面方程,详细对比了三大准则在考虑K0及不考虑K0时塑性界面的特性。研究了内摩擦角、黏聚力及超固结度对于临塑、临界荷载的影响。结果表明:现规范采用的方法计算的临界荷载与同时考虑中主应力和K0变化的SMP准则得到的结果仅在内摩擦角较小时计算结果类似。临界荷载和临塑荷载随着内摩擦角或黏聚力的增大而增大。超固结度对于临塑荷载的影响很小,但对于临界荷载影响较大,且随着内摩擦角的增大而增大。     

不同压实度下重塑黄土抗剪指标分析

以吕梁地区马兰黄土和离石黄土为研究对象,在马兰黄土及离石黄土不同压实度下,处于天然、最优、塑限、饱和四种状态的含水量水平时进行试样直接快剪试验,通过试验数据分析了不同压实度、含水量条件下重塑土的粘聚力、内摩擦角的变化规律,得出了一些有参考价值的结论。     

岩石破损过程强度变化规律实测研究

 岩石材料强度会随着破裂发展而逐渐衰减,详细介绍自行设计的岩石强度衰减测试方法,试验思路、试件制作及关键技术;通过自行设计的直剪试验,测得常规压缩试验破裂得到的不规则损伤岩块在直剪过程中的剪应力–压应力关系曲线,由其拟合得到库仑强度曲线,并与已有(单、三轴)压缩试验数据线性拟合得到的莫尔强度包络线进行比较,分析讨论岩石在破损过程中材料强度(黏聚力和内摩擦角)变化规律,澄清现有黏聚力和内摩擦角变化规律2种完全相对立观点的适用范围。研究结果表明,由完整岩样进行单、三轴试验测得的黏聚力明显大于不规则岩块直剪试验结果,这主要是岩样在单、三轴压缩破坏过程中产生的损伤所致,而不是试验方法所导致的偏差;黏聚力反映的是岩石本质强度特性,受不同应力状态的影响较小。岩样单、三轴压缩试验测得的内摩擦角小于岩块直剪试验结果,这主要是受到不同应力状态和岩石缺陷分布的影响。在岩石破损过程中,内摩擦角随损伤的发展具有先快速增大至最大值后大幅降低直至保持一定趋势不变的规律。内摩擦角反映的是岩石摩擦强度特性,受不同应力状态的影响较大。黏聚力对应力水平的敏感程度远小于内摩擦角。岩石在破裂前后自身材料强度会产生明显衰减。     

岩石黏结摩擦特性及非线性强度的指数准则描述

 岩石具有黏结和摩擦特性,但两者在同一位置并不同时存在。裂隙摩擦力随围压增加,达到邻近完整岩石黏结力后将不再滑移引起材料破坏,影响试样强度的裂隙倾角范围随之减小,引起强度非线性增加。主控裂隙引起强度在低围压下线性变化,但不能以Coulomb准则直接确定岩石的内摩擦角。砂岩内存在多种倾角的自然裂隙,引起单轴压缩及低围压的强度离散,围压增高裂隙影响减小,强度随围压规则变化而以指数准则描述;轴向压缩塑性变形引起大理岩黏结力由低向高逐步丧失,而热力损伤引起黏结力整体降低;冻结使岩石黏结力提高而内摩擦角不变。若岩石具有宏观各向同性特征,则常规三轴强度可用指数准则描述,据其确定的初始围压影响系数可估计裂隙摩擦系数;进而理解裂隙对试样强度影响的非线性特征,评价岩石材料的真实黏结力和损伤。