软土结构性对土体力学特性的影响

天然软土大多具有结构性,对天津附近软土进行了高压固结试验,探讨了软土结构性对土体力学特性、压缩曲线和土体变形的影响。结果表明:在相同固结压力下,重塑土的竖向变形量大于原状土的竖向变形量,原状土的先期固结压力大于重塑土的先期固结压力,原状土的压缩模量大于重塑土的压缩模量,原状土的压缩系数小于重塑土的压缩系数,压缩模量、压缩系数和固结压力均满足乘幂关系。该软土的灵敏度为5,按土的结构性分类等级为灵敏。     

结构性软土力学特性的试验研究

对扰动程度不同的原状样和重塑样分别进行单向固结试验和固结排水及不排水三轴剪切试验,研究结构性对上海软土的变形、强度特性的影响。压缩试验结果表明:结构性强的原状样具有明显的结构屈服应力,结构性一般的原状样,结构屈服应力不明显;原状样比重塑样具有更大的压缩指数Cc和膨胀指数Cs。剪切试验结果表明:相同固结压力下,结构性强的土样强度不仅低于结构性弱的土样强度,而且低于重塑样的强度。这是由剪切时土样的孔隙比差异造成的。若消除孔隙比的影响,则结构性将使原状样具有更高的强度,且结构性越强,土体强度越高。     

考虑结构性影响的吹填软土流变历时特性研究

通过三轴流变试验仪,以原状土样与重塑土样为试验材料,对吹填软土流变历时特性进行了研究。研究结果表明:结构性对土体流变特性有明显影响。结构性的存在,使得原状土流变破坏峰值高于重塑土;当应力低于结构屈服应力时,由于结构性的作用,抵抗变形能力强,使原状土流变趋于稳定的时间要小于重塑土;当应力高于结构屈服应力时,随着结构的破坏,其流变历时特性逐渐向重塑土靠拢,最终趋于一致。     

水泥固化锌污染黏土的压缩特性试验研究

通过压缩试验对不同水泥掺量、不同锌离子浓度的水泥固化污染土的压缩特性进行研究,分析水泥固化锌污染土的固结屈服应力py'、压缩指数Cc与水泥掺量和锌离子浓度的关系;引入评价天然重塑黏土固有压缩特性的孔隙指数Iv,对压缩试验结果进行正规化处理,进一步探讨不同水泥掺量下不同锌离子浓度污染土的压缩特性。结果表明,锌离子浓度对于水泥固化污染土的压缩特性和结构性具有显著影响。锌离子浓度越高,水泥固化锌污染土的结构性越差,固结屈服应力py'和压缩指数Cc越低。     

天然沉积软黏土的次固结变形机理分析

土体在天然沉积过程中由于时间效应会产生次固结变形和结构性,两者都使土体的固结屈服压力增大,传统Bjerrum次固结模型无法解释后者的机理,也无法描述结构性土的次固结变形特性。通过天然沉积结构性土的次固结试验,基于Burland提出的孔隙指数Iv和固有压缩曲线ICL,分析了结构性土的次固结变形机理。当固结压力小于固结屈服压力时,天然沉积结构性土的结构强度抵抗了孔隙的压缩势,压缩曲线与固有压缩曲线间的距离△Iv随压力增大而增大,该阶段存在稳定的土颗粒骨架结构,土颗粒的蠕动变形受抵抗,导致几乎不产生次固结变形;而当土体处于临界屈服状态时,土结构强度受破坏,孔隙压缩势的抵抗作用消失,大孔隙骨架坍塌,Iv发生骤减,土颗粒的蠕动变形剧烈,次固结系数骤增出现峰值;△Iv随固结压力的进一步增大而减小,次固结系数的变化表现出与△Iv密切的线性相关性;基于天然沉积土SCL压缩曲线说明了天然沉积土的次固结变形不可能无限发展。     

干湿循环作用下非饱和重塑黏土变形特性研究

为了研究了基质吸力与干湿循环对非饱和重塑黏土压缩变形特性的影响,利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,在控制基质吸力的条件下进行非饱和土压缩试验。研究结果表明,吸力越大,土体的压缩性越小,屈服应力越大,含水率减小的幅度也越小。试样经历干湿循环后,土体的压缩性增大,屈服应力减小,土体弹性变形的应力范围也减小。非饱和土的压缩变形以孔隙气体的压缩为主,土体中孔隙水的排出处于次要地位。干湿循环对非饱和土变形特性有重要影响,考虑其影响对于实际工程应用是十分必要的。     

应力路径对天然沉积土压缩特性影响的试验研究

工程中如何考虑复杂应力路径对地基土压缩性状的影响是岩土工程中一个关键的问题。然而目前土体压缩性状的研究通常采用一维压缩和三向等压压缩试验,没有考虑应力路径的影响。通过对天然沉积土进行不同应力路径下的GDS三轴压缩试验,研究不同应力比对天然沉积土压缩性状的影响规律。结果表明：不同应力路径下天然沉积结构性土的平均结构屈服应力和结构屈服后的压缩性参数均先随应力比的增大而增大,达到最大值后又随着应力比的进一步增大而减小。通过对比分析不同应力路径下的GDS三轴压缩屈服性状与一维压缩屈服性状,得出天然沉积土的静止土压力系数在屈服过程中并非常数,而是呈现由小到大的变化,在屈服后趋于恒定。     

上海软黏土压缩特性的试验研究

为研究结构性对上海软黏土压缩特性的影响,利用单向高压固结仪,对取自上海不同地点的3种软黏土的原状样及相应的重塑样进行了大量的一维主固结和次固结试验。主固结试验结果表明:结构性的存在使原状样的压缩曲线位于重塑样的上方,具有明显的结构屈服应力;结构屈服应力的大小与取样方式密切相关,现场直接切取试样的压缩曲线的结构屈服应力点最明显,应力值最大,厚壁样的压缩曲线则几乎没有屈服应力点。次固结试验结果表明:结构性的存在使原状样的次固结系数与固结压力密切相关,且次固结系数最大处的固结压力为结构屈服应力的1.5~2.5倍,而正常固结状态的重塑样的次固结系数与固结压力几乎无关。最后,正常固结状态下上海软黏土的次固结系数分布范围表明,其次压缩性为中等至高等,次固结系数与压缩指数的比值Ca/Cc表明,上海软黏土为无机质黏土及粉土。     

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。     

深厚结构性软土地基的一维固结

1　前　　言 软土广泛分布于我国沿海、内河两岸和湖泊地区 ,厚度可达几十米甚至上百米 ,许多建筑物 (如高速公路、国际机场、大型油罐等 )建在软土地基上 ,因此对天然软土工程性质的研究具有重要意义。大多数天然土都有一定的结构性 ,结构性对土的工程性质有强烈影响[1] 。张诚厚对湛江黏土和上海黏土[2 ] ,Ｙｏｎｇ对Ｌｅｄａｃｌａｙ的研究表明[3] :结构性原状黏土具有明显的结构屈服应力 ,当应力增加到结构屈服应力附近时 ,则固结系数急剧降低 ,然后趋于重塑土固结系数 ,渗透系数也有相似的规律。大量试验和工程实测结果表明 :当压应力达到其结构屈服应力时即伴随土体结构的大量破坏 ,此时土体的压缩     

基于微观破损规律的结构性土本构模型

在岩土破损力学理论的基础上,通过考虑土体结构性破损的微观机理,建立了结构性土的本构模型。通过定义与重塑土屈服面几何相似的结构性屈服面,模型可以反映结构性对土体力学特性的影响;通过引入表征结构性损伤的破损参数,确定了结构性土加载过程中的硬化规律。该破损参数基于岩土破损力学中应力应变分担的概念而提出,具有明确的力学意义;模型的硬化规律同时考虑了塑性体应变及塑性主应变的影响,可以更好地反映土体结构性损伤过程。将该本构模型用于结构性土室内固结试验及三轴压缩试验结果的模拟,初步验证了该模型的合理性。     

Residual Strength Characteristics of Naturally and Artificially Cemented Clays in Reversal Direct Box Shear Test

The naturally cemented clay preserving chemical bonds that was gradually disintegrated by weathering is a soil exhibiting a progressive failure such as a landslide. The residual strength of soil possessing cementation properties given by diagenesis has not yet been investigated. The objective of this study is to clarify the residual strength characteristics of naturally and artificially cemented clays using an improved reversal direct box shear test apparatus. Based on the test results of reconstituted Kaolin clay, undisturbed, remolded and reconstituted samples of three natural clays, this paper describes the influence of normal stress, shear displacement rate, consolidation and shear histories on the residual strength of cemented clay. Especially, to simulate the same mechanical behavior as the naturally cemented clays, the cementation was artificially reproduced by adding cementing agents to slurry clay. Consequently, 1) the residual strength of cemented clay is independent of consolidation yield stress and initial void ratio. 2) The residual strength of cemented clay as well as non-cemented clay increases with increasing the shear displacement rate. 3) The residual strength of cemented clay as well as non-cemented clay is not affected by any stress history.     

考虑软黏土结构性损伤的圆柱孔扩张弹塑性分析

针对天然沉积软黏土中施工扰动导致原位土结构性损伤和强度降低的特征,根据圆孔扩张过程中产生的塑性剪切应变以及实测的渗透系数与不排水强度随径向距离的变化规律,提出对数式的原位扰动度函数以描述塑性损伤区的屈服强度变化;基于结构性剑桥模型屈服准则,采用屈服应力比和灵敏度分别表征初始结构稳定性和结构强度可变性大小,并与扰动函数相结合,推导了考虑土结构性损伤的软黏土柱孔扩张弹塑性解,表达式中灵敏度值为1时退化为不考虑结构损伤的传统解。进而通过竖井和沉桩施工引起的超静孔隙水实测结果与理论计算值的对比,验证了本文理论解的有效性;并分析了土结构及其损伤对柱孔扩张效应的影响,结果表明：屈服应力比越大,塑性区半径越小,径向应力越大,超静孔压随径向距离先增大后减小;灵敏度越大,径向应力越小,超静孔压越大。分析推导结果对准确预测挤土效应与合理揭示孔压静力触探等原位试验测试机理具有实用价值。     

Geo-mechanical behavior of clay soils stabilized at ambient temperature with fly-ash geopolymer-incorporated granulated slag

Geopolymer is a cementitious material that can replace ordinary Portland cement in several geotechnical engineering applications, such as soil stabilization, with the advantages of much lower harmful emissions and energy consumption. This paper presents a rigorous evaluation of the geo-mechanical behavior of different types of clay soils treated with geopolymer, including the influence of soil characteristics and mineralogy. Two natural clay soils in addition to a commercially available kaolin clay were used for this investigation. Laboratory experiments were performed including unconfined compressive strength (UCS) and consolidated undrained (CU) triaxial compression tests under different confining pressures. The UCS and triaxial tests indicated that the addition of geopolymer considerably increased the yield stress and initial stiffness of all examined clays. With the increase of geopolymer content, the stress–strain behavior of treated clays was found to develop progressively from ductile response into a post-peak brittle fashion. The CU tests also demonstrated that the addition of geopolymer changed the initial characteristics of remolded clays from quasi-over-consolidated to heavily over-consolidated, rendering high yield surface and more effective shear strength parameters (i.e., cohesion and friction angle). Moreover, although the overall qualitative stress–strain and stress path responses of the clays were similar, significant quantitative differences were observed, particularly in terms of the attainable yield strength, stiffness, and shear strength. These differences can be attributed mainly to the heterogeneity associated with the soil mineralogy and the corresponding differences in the interaction between the clay/non-clay minerals and geopolymer.     

Behaviour of Unsaturated Aggregated Soil in Oedometric Condition

Natural and agricultural soils usually possess an aggregated structure; in the sense that they are composed of aggregates and large inter-aggregate pores. Under the natural condition, these soils are usually unsaturated and the large pores are easily drained. The present paper looks at the combined effects of soil structure and partial saturation on the mechanical behaviour of aggregated soils. Conventional and suction-controlled oedometer testing are used to evaluate the soil response at different combinations of saturation and the initial soil structure. The soil structure effects are assessed by comparing the behaviour of aggregated to that of the corresponding reconstituted soil. The effects of suction in reconstituted and aggregated soils are evaluated by testing at different levels of suction.     

软土结构性定量化参数研究

土结构性研究的根本任务是寻找能全面反映土在应力作用下结构破损规律的定量化指标。对黄石、漳州、青岛地区软土进行单向与等向压缩试验,分析结构性土的压缩特性,探讨了不同试验条件对软土结构性的影响,结果表明:当压力低于结构屈服压力时,主要是初始结构的自我调整过程,结构存在少量的破损,压缩性较小;当压力大于结构屈服压力时,结构大量破坏,除了颗粒间的滑移,还伴随结构的塌陷,压缩性大大增加;重塑样在压缩过程中压缩性变化不大,这是由于重塑样已失去了结构性的影响。根据土样在压缩过程中结构破损情况提出了一个新的判别结构性强弱的定量化参数—结构破损系数,该值可通过AutoCAD软件简单获取,便于推广。利用该方法判别试验土样中结构性最强的为青岛软土,黄石软土次之,漳州软土最弱。最后利用结构破损系数解释了不同扰动程度对压缩曲线的影响。     

K0固结结构性软黏土的本构模型

本文在修正剑桥模型的基础上综合考虑了软黏土的各向异性、结构性及其演变和屈服面硬化规则中塑性剪切应变的影响,将传统模型发展为适用于K0固结结构性软黏土的本构模型。本文模型借鉴Collins等人提出的符合热力学耗散原理的本构模型,同时在描述土体结构性演变的过程中参考了Asaoka等人的次加载/超加载屈服面本构模型,并采用了具有明确物理意义的内变量。与传统的修正剑桥模型相比,增加了3个分别表征软黏土各向异性和结构性的参数(θn,R和R*)以及两个演化参数(m和a),而参数R和R*的初始值则可由结构性土的屈服应力比YSR和灵敏度St获得。本文选取了典型的浙江温州软黏土和Bothkennar软黏土,对比了三轴压缩的计算和试验结果,体现了本模型在结构性软黏土计算上相对于传统本构模型优越性。     

吹填超软土浅层真空预压加固处理前后的固结特性

超软土固结特性在吹填土地基处理设计中至关重要,针对#x0201c;浅层真空预压加固处理#x0201d;前后的超软土开展室内分级加载固结试验,研究了不同状态、不同方向下超软土的固结特性以及固结系数随固结荷载的变化规律。试验结果表明,超软土在低应力水平下,固结系数维持在一个较低的水平；随着固结压力的增加,固结系数虽有所增加,但增量比逐渐减小；与正常沉积土不同,超软土的径向与竖向结构屈服应力的比值明显大于正常沉积土；当固结压力超过结构屈服应力时,超软土的径向固结系数与竖向固结系数相差不大,这一特点与正常沉积土有较大的差别。     

天然沉积粉质土压缩特性研究

采用自由活塞薄壁取土器自地表至深度70m取得不扰动原状粉质土样,通过一系列物理力学试验,对比分析了天然沉积粉质土与天然沉积粘性土的异同。明确了位于塑性图A线下方的粉质土的重塑压缩性状可以用孔隙指数进行归一化,其孔隙指数和固结压力的关系与基于塑性图中位于A线上方的粘性土试验数据提出的固有压缩曲线一致。但是,天然沉积粉质土的天然沉积状态线位于普通粘性土的天然沉积压缩线的上方。结果表明,天然沉积粉质土比天然沉积粘性土有更高位的结构,灵敏度更高,更易于受到取样扰动的影响。