酸性环境对原状黄土结构性的影响研究

为了研究酸性环境对原状黄土结构性的影响,通过室内侧限压缩试验及常规三轴试验,构建了侧限条件和三轴条件下的结构性参数,分析研究了不同压力条件下酸性环境对原状黄土变形特性和结构性的影响。试验结果表明:在侧限压缩条件下,当压力小于100kPa时,浸酸试样的压缩性明显大于浸水试样的压缩性,随着压力的增大,浸水试样和浸酸试样沉降量逐渐趋于一致。在低压下,浸酸浓度越大,其压缩结构性参数越小。在压力较大时,两种浸酸试样结构性参数基本趋于一致,且小于浸水试样的结构性参数。在三轴条件下,围压一定时,结构性参数随着含水量的增大而减小。含水量一定时,结构性参数随着围压的增大而减小。不同围压下,浸酸浓度对原状试样的结构性参数影响不同。     

结构性黄土的本构模型

天然沉积黄土具有结构性，因为其在结构破坏前后表现出非常不同的力学特性。为了真实地反映黄土的结构性、湿陷变形特性，在室内试验的基础上，应用充分扰动饱和粘土的稳定孔隙比和稳定状态原理，根据不可逆变形由团块之向滑移和团块破碎机理所引起的概念及土体损伤演化定律，建立了非饱和黄土的屈服函数和损伤函数，得到了非饱和原状结构性黄土的结构性数学模型。该模型能够模拟加载及其他力学特性，且物理意义明确，数值计算结果与试验结果吻合很好。     

人工制备遗址土蠕变试验研究

为了研究糯米浆对土蠕变特性的影响,用不同含水量、不同糯米浆掺入量配制人工制备遗址土。通过单轴蠕变试验,研究了不同压力条件下人工制备遗址土的蠕变特性。试验结果表明：含水量越大,蠕变现象越明显。随着糯米浆掺量的增加,人工制备遗址土的蠕变量呈现出先减小后增大的趋势,在土与糯米浆质量比为90:10时,蠕变量达到最小。根据试验结果,分别建立了适合人工制备遗址土蠕变特性的经验蠕变模型和基于分数阶微积分的非线性黏弹性模型。通过对比发现,基于分数阶微积分的非线性黏弹性模型能弥补传统经验模型不能描述瞬时应变的缺陷,更好地反应人工制备遗址土的蠕变特性。     

细粒尾矿静态液化的室内试验研究

为研究细粒尾矿的静态液化特性,基于内掺法配制不同细粒含量的尾矿试样,并通过固结不排水三轴试验,研究不同围压、不同细粒含量尾矿的静态液化特性。试验结果表明：有效固结围压越小,饱和尾矿的静态液化现象越明显,并且可以用不排水脆性指数、液化势指数和失稳势指数3个液化参数对尾矿的静态液化特性进行定量描述。随着细粒含量的增加,尾矿的3个液化参数均呈现出先增大后减小的趋势,并在细粒含量为30%时达到最大值,尾矿此时的静态液化潜势最大。最后基于修正状态参数将尾矿的静态液化特性进行分类,并通过其他种类尾矿试验结果和相关性检验对其进行分析,论证修正状态参数标准对尾矿的静态液化特性分类的合理性。     

不同应力路径对加筋土应力—应变关系的影响

对加筋土在常规三轴上进行了三种不同应力路径（σ３＝ｃ、ｐ＝ｃ、η＝ｃ）的试验研究。结果表明：不同应力路径对加筋土的应力应变关系及抗剪强度指标—粘聚力ｃ值有较大影响，但是对其抗剪强度指标—内摩擦角φ值影响不大。     

黄土的增湿变形特性及其与结构性的关系

在不同含水量下对西安、兰州原状黄土进行压缩试验，根据同一压力下原状黄土与重塑饱和黄土的孔隙比定义一个定量结构性参数mP，探讨黄土的结构性参数随压力及增湿含水量ω变化的特性，用结构性变化特性分析原状黄土增湿变形特性机制。研究表明：（1）同一压力下，mP-ω关系可分为平缓和下降2段，而增湿湿陷系数δs与ω的关系可分为平缓和增长2段，交点处的增湿结构破坏起始含水量ωf随压力的增大而减小。（21在ω〈ωf时，黄土对水的敏感性很弱；ω〉ωf时，水的敏感性很强。（3）高压力处增湿湿陷性强，低压力处增湿湿陷性弱，增湿压力的影响在低初始含水量时要比高初始含水量时明显得多。（4）同样增湿含水量下，增湿变形随着初始含水量ω0增大而减小，但当ω0〈ωf时，ωo变化对增湿湿陷变形的发展几乎没有影响，可以归一。（5）在不同压力和初始含水量下，西安、兰州黄土的δs-（mP．ω0-mP，ω）之间的线性关系非常相近，即增湿变形的发展受结构性影响的规律是基本相同的。     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,工程特性更为复杂,但其强度理论尚不完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土变形稳定性分析的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和及非饱和黄土的应力–应变曲线为基础,根据在相同σ1-σ3下产生同一轴向应变ε1的变形等效的原则,确定与对应饱和度Sr相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证该数学公式的正确性。根据试验结果分析含水率对非饱和土抗剪强度的影响,建立非饱和土的实用抗剪强度公式。该研究为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,其工程特性更为复杂,但其强度理论尚不十分完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土力学变形与稳定性分析理论及计算方法的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出了用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行了验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和黄土以及非饱和黄土的应力-应变曲线为基础,根据变形等效的原则确定某一饱和度相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证了该数学公式的正确性。为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。并根据试验结果分析含水量对非饱和土变形模量的影响,建立非饱和土的变形模量公式。     

复合地层盾构开挖面极限支护力上限分析

随着地下空间进一步的开发与利用,盾构施工面临的地质条件更加复杂多样。盾构在复合地层中掘进时,因地层间力学性质差异,易因开挖面支护力确定不当而造成失稳破坏,给工程带来负面影响。针对盾构隧道穿越复合地层时,由于上下地层间力学性质差异而导致开挖面支护压力较均质土体中难以确定问题,基于组合对数螺旋线破坏模式作为复合地层中盾构开挖面失稳模型,利用极限分析上限定理推导了复合地层盾构隧道开挖面极限支护力上限表达式,结合非线性优化技术求得极限支护力最优解答,并通过与现有文献进行对比,验证了采用组合对数螺旋破坏模式的合理性;同时讨论了不同参数对极限支护力及临界破坏模式的影响,给出了破坏时临界滑动面示意图。研究结果表明：当上部地层内摩擦角和黏聚力固定,极限支护力随下部地层内摩擦角和黏聚力的增大而降低;随着隧道直径的增大,极限支护力显著增大;定义深度系数为上层地层深度与隧道直径之比,深度系数越小,极限支护力对于地层抗剪强度参数变化越敏感,但对于单一地层,深度系数的变化对极限支护力没有影响。所得结论对实际工程具有一定的指导意义。