复杂应力状态下的土结构性参数

分析了应力综合结构势具有的局限性，继承了其合理内核，探求了一种新的、可以方便应用于复杂应力状态下的结构性参数——应变综合结构势，突破了结构性参数在复杂应力条件下应用的局限性，拓展了其应用空间。     

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。     

刚柔混合型大型真三轴仪研制与验证

真三轴仪是研究三维主应力作用下土的变形强度变化规律的关键设备,同时也是岩土力学理论研究的试验仪。在西安理工大学已经开发的竖向刚性、水平面内正交两向柔性真三轴加载机构的基础上,将自主研发的试样尺寸分别为70 mm×70 mm×70 mm和70 mm×70 mm×140 mm小型真三轴仪进一步开发为上、下两端伺服控制同步加载的300mm×300 mm×600 mm大型真三轴仪。该真三轴仪包括压力室主机架,竖向主应力加载伺服控制液压油源,水平面内主应力加载伺服控制液压体变控制器,试样孔隙水压力伺服控制液压控制器,以及伺服控制和信号采集控制系统。压力室加载机构具有沿竖向轴水平面内转动、径向滚动和液压驱动伸缩运动的隔板,有效地隔离了相邻柔性液压囊;具有上下端对称变形的液压缸加载刚性顶板和底座和侧面对称作用分布压力特征。真三轴仪研制中分别采用特殊构造的乳胶膜和装样模以及轴–板滚动结构和PID闭合控制优化算法,解决了试样尺寸增大带来的试样制备和安装、试验操作、边界影响等问题,水平面内正交两向柔性加载腔互相干扰的问题,以及自动控制系统的稳定性问题。最后利用大型真三轴仪对重塑黄土进行了等b试验验证,其应力–应变特性、抗剪强度特性得到了一致的结果。     

考虑黄土结构性变化的地基增湿压缩变形分析

通过湿陷性黄土的侧限压缩试验,按照损伤力学复合体理论,研究了压缩应力应变曲线及其切线压缩模量的变化规律,提出了能够考虑加载及增湿耦合作用的结构损伤比,并在考虑实际地基浸水和附加应力变化的耦合作用下,建立了切线压缩模量随含水量和附加应力连续变化的函数。发现切线压缩模量随压应力的增大而减小,随含水量的升高而降低;压缩应力和增湿作用下的结构损伤性较压硬性更加突出,加荷和增湿作用过程就是黄土结构的损伤过程。基于黄土的结构损伤比,给出了地基土压缩模量随含水量和压缩应力连续变化的函数,提出的地基沉降验算方法是评价湿陷性黄土地基可能湿陷量的一条有效途径。     

考虑Q3黄土增湿特性的隧道围岩变形分析

力、水耦合作用使黄土结构性降低,开挖扰动和增湿是黄土隧道围岩失稳的主要原因.基于已提出的Q3黄土初始切线模量与含水量的关系,对一典型的黄土隧道进行了增湿变形分析,从围岩的变形、地面沉降、衬砌的受力状态三个方面对比分析了增湿对围岩稳定性的影响.结果表明,含水量从5.175%增大到22%时,隧道拱顶沉降和地面变形均增大了一倍左右,初始含水量较小时,增湿引起较大的围岩变形,初始含水量较大时增湿引起较小的围岩变形;衬砌结构的弯矩和轴力随含水量增大而增大,按规范求得弯矩的设计值大于数值分析的结果,而轴力的设计值小于数值分析的结果.     

西安洪庆地铁车站地基湿陷性研究

以西安地铁洪庆站为研究对象,针对现行“湿陷性黄土地区建筑规范”评价方法所得结果误差较大的问题,开展了现场原位试坑浸水试验,表明了该车站位于自重湿陷性黄土场地。通过数值分析方法,模拟车站施工过程,分析了不同埋深条件下车站基底分布实际竖向应力,揭示了地铁车站修建过程中地层内的卸荷特征,建立了不同埋深车站基底及围护结构基底竖向压缩应力分布函数。应用Flamant弹性解,建立了基底黄土实际竖向压缩应力随埋深变化的计算公式。通过结构压缩屈服应力与综合物理特征量的关系、压缩孔隙比与初始孔隙比比值与压缩应力与结构压缩屈服应力比值的关系,建立了计算浸水饱和黄土湿陷系数的“浸水结构破坏湿陷性”评价方法,并与现场试坑浸水试验结果进行比较,验证了评价方法的可靠性。对黄土地区城市轨道交通工程设计中湿陷变形量预测和地基处理深度的合理确定具有一定的参考借鉴意义。     

循环扭剪作用下黄土的动剪切特性试验研究

原状黄土具有显著的结构性,在增湿及循环剪切作用下均可导致其结构破坏。通过不同固结围压条件下大尺寸原状黄土圆筒试样的动扭剪试验,测试分析了原状黄土从小应变到大应变的动应力应变关系,动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及逐级增大循环扭剪作用下黄土的剪切强度。得到了10^-5~10^-2剪切应变范围内黄土动剪切模量随固结围压和含水率的变化规律,分析了黄土最大动剪切模量随黄土构度的变化规律。建立了黄土最大动剪切模量与构度和固结围压的关系式。揭示不同固结围压条件下不同含水率黄土的阻尼比随动剪应变对数值的变化分布在一个带内;循环扭转作用下圆筒黄土样存在两组破坏面。     

湿陷性黄土砂井浸水试验的应用研究

随着中国西部大开发战略的进一步实施,湿陷性黄土地区的工程建设项目越来越多。黄土具有分布广、厚度大、湿陷性强、不均匀等特点,这就需要对黄土工程场地的湿陷性做出合理评价。测试和评价黄土湿陷性及地基湿陷变形的方法主要有两种:一是依据室内单轴压缩侧限变形应力条件浸水试验测试湿陷系数,评价黄土的湿陷性强弱,计算各土层的湿陷变形评价地基的湿陷等级,但其评价结果往往与实际情况有较大差异,甚至得到错误的结论;二是现场浸水试坑试验,这种试验在工程场地原位进行,在黄土工程中被广泛应用并得到认可,但受工程场地条和干旱半干旱气候环境件制约,试验费用高,周期长、难度大。鉴于目前黄土湿陷性评价方法的不足以及深厚黄土层湿陷性评价分析的需要,从黄土湿陷变形的特性和浸水入渗特征出发,业已提出了原位砂井浸水试验方法。分别在兰州榆中和西安选取了3个具有代表性的试验场地进行了试验,并与其它两种湿陷性评价方法进行了对比,进一步验证了该新方法对湿陷性评价的合理性、准确性以及实用性。     

结构性对原状黄土强度影响规律的真三轴试验研究

岩土材料的强度问题一直是岩土力学研究的热点。在对多种不同结构性原状黄土的真三轴试验基础上,分析了不同结构性原状黄土的强度变化规律。结果表明,当含水率较低时,干密度变化对结构性原状黄土的强度影响较大于含水率的变化,反之,含水率变化对结构性原状黄土的影响大于干密度的变化;当结构性黄土的强度越大时,其在#x003c0;平面上的破坏线越接近于抹圆曲边三角形;反之,当结构性黄土的强度越小时,其在#x003c0;平面上的破坏线越接近于抹圆角三角形;结构性黄土随着结构性的增大,在#x003c0;平面上的强度破坏线从抹圆角三角形逐渐向抹圆曲边三角形发展,最终趋近于Mises圆。各种原状黄土的摩擦角#x003c6;₁₃随中主应力比b值的增大而微弱减小,而内凝聚力c随着中主应力比b值的增大呈现先增大后减小的变化。     

纤维纱加筋黄土一维蠕变特性试验研究

将纺织废旧布料经过开松、分梳、切断制成纤维纱,在黄土中掺入一定比例及长度的纤维纱,制备成纤维纱加筋黄土,利用一维蠕变仪研究在不同竖向荷载作用下,纤维纱加筋黄土的一维蠕变变形特性。试验结果表明：在不同竖向荷载作用下,纤维纱加筋黄土的蠕变应变均小于素黄土的蠕变应变,纤维纱加筋对于抑制黄土的蠕变变形具有积极作用;当竖向荷载大于400k Pa时,纤维纱加筋黄土达到稳定蠕变的时间相较于素黄土更长;随着纤维纱掺加比例及纤维纱掺加长度的增大,纤维纱加筋黄土的蠕变应变呈现出先减小后增大的变化趋势;纤维纱最佳掺加比例为0.3%,纤维纱最佳掺加长度为30 mm。构建可以反映土体进入蠕变阶段后,长期强度稳定性能的蠕变指数表达式,当竖向荷载在400～800 kPa时,蠕变指数增长显著,当竖向荷载大于800 kPa时,蠕变指数随竖向荷载的增大逐渐趋于稳定。结合一维蠕变试验数据,建立了考虑纤维纱掺加比例及纤维纱掺加长度影响的纤维纱加筋黄土一维蠕变经验模型。