海岸带强风化花岗岩强度及应力应变特性的尺寸效应研究

近年来,随着我国海洋经济的快速发展,越来越多的工程建设涉及到海洋地质。在海洋工程建设的前期勘察中,首要任务是精确测定各土层的强度参数。为探讨不同试样尺寸对海洋土体的强度及应力应变特性的影响,针对福建平潭综合试验区某海岸的强风化花岗岩,开展了试样直径分别为39.1mm、61.8mm和101mm的常规三轴固结不排水剪切试验,研究了强风化花岗岩应力—应变以及强度特性的尺寸效应。研究表明:对于三轴固结不排水剪切试验,强风化花岗岩剪应力峰值强度随试样直径增大而减小;其抗剪强度指标也随着试样直径的增大而减小;试样尺寸效应客观存在于三轴试验,实际工程的土工试验应注意选择合适的试样尺寸。     

硫酸盐渍土的力学和细观特性试验研究

通过对粉土质砂硫酸盐渍土的CT-三轴剪切试验,得到了硫酸盐渍土的应力-应变关系和剪切过程中试样的CT图像.分析表明:试样表现出明显的剪缩特性;试样均呈塑性破坏;随着围压增加,其应力—应变性状由理想弹塑性过渡到应变硬化;含盐率对盐溃土的强度和变形影响明显,随着硫酸钠的增加,硫酸钠的溶解和降温结晶都会造成土体干密度减小,引起强度降低;含盐率较高时,试样在剪切初期会出现压密阶段.对CT图像的分析表明:随着三轴剪切试验的进行,试样趋于密实和均匀;相同含盐量条件下,CT数均值同体变线性相关性明显.     

海岸带花岗岩残积土三轴试验尺寸效应研究

随着海洋工程建设深入开展,掌握海洋地质条件下土体的工程特性越发显得重要。本文针对福建平潭地区海岸带的花岗岩残积土,开展了试样直径分别为39.1mm、61.8mm和101mm的常规三轴固结不排水剪切试验,初步探讨了不同试样尺寸对花岗岩残积土的应力-应变特性以及强度的影响。研究结果表明,试样尺寸小的花岗岩残积土三轴试样,其应力应变曲线峰值强度大于尺寸较大的试样;同时,花岗岩残积土的抗剪强度指标也随着试样尺寸的减小而增大。因此,实际工程应用中应注意试样的尺寸效应。     

轴对称状态下土体剪切带触发形成的分叉理论

室内试验观察到三轴压缩试样在特定的应力状态下有剪切带的出现,但这种轴对称状态的土体失稳现象从理论上一直没有得到严格的验证。鉴于此,本文基于分叉理论对土体轴对称试样失稳问题作了详细的理论解析,证明了剪切带触发形成的必要条件,然后对完全排水条件下密砂三轴压缩试样进行分析,通过与室内试验结果进行对比,验证了本文理论解析的合理性。     

桂林重塑红黏土剪切带试验研究

基于红黏土不排水三轴试验,首先观测了红黏土剪切破坏形态,分析其应力-应变曲线特性,讨论了红黏土剪切带形成条件,并对剪切带倾角进行测试与计算。试验结果表明:三轴不排水试验中,剪切带出现四种不同形式,分别为单一型、次单一型、双缝T型及多缝平行剪切带;红黏土剪切带的倾角量测值与剪切带理论计算结果存在较大差异,量测所得剪切带倾角均大于理论计算值,宜采用Mohr-Coulomb理论预测红黏土剪切带倾角;土体的不均匀性是土样产生剪切带的内因,外部荷载及边界条件是产生剪切带的外因,试样的围压及干密度为剪切带倾角的影响因子。     

密度对砂土应力应变强度特性影响试验研究

针对某级配砂土,对不同密度试样进行常规三轴固结排水剪切试验,探讨了密度对砂土应力应变特性、强度特性的影响。试验结果表明:密度对砂土应力应变的形态影响不大,对试样破坏时的轴向应变有显著影响;砂土试样发生相变时的体积应变受密度影响显著。通过研究密度和围压对变形的影响,定量分析了相变体积应变随相对密实度和围压的变化关系,同时,发现砂土密度对其变形模量影响较大;密度对试样破坏偏应力比影响较大。试样砂土的强度指标总体上随相对密实度增大而增大,但在试验范围内影响有限。对非线性指标φ_0,Δφ,随试样相对密实度变化均可近似用直线表示;D_r每增大0.1,内摩擦角φ增大0.66°。     

干湿循环对云南饱和重塑红土固结不排水剪切特性的影响

以云南红土为研究对象,以反复的低温脱湿、浸泡增湿为干湿循环控制条件,考虑干湿循环次数、干密度和围压等影响因素,利用TSZ-2型全自动三轴仪,开展干湿循环作用下饱和重塑红土的固结不排水剪切试验,研究不同影响因素对干湿循环饱和重塑红土三轴剪切特性的影响。试验结果表明:固结不排水条件下,饱和重塑红土的应力-应变关系表现出应变软化的特征,孔压曲线呈S形变化。随着干湿循环次数的增多,饱和重塑红土的峰值应力、峰值应变、峰值孔压均出现减小,固结排水量、残余应力变化量、残余应变变化量均出现增大;随着干密度的增大,峰值应力、残余应力增大,饱和重塑红土的固结排水量、峰值应变、残余应变、峰值孔压减小;随围压的增大,饱和重塑红土的固结排水量、峰值应力、峰值应变、残余应力、残余应变、峰值孔压均出现增大。饱和重塑红土的总应力强度指标和有效应力强度指标随干湿循环次数的增多呈波动减小的变化趋势。反复的干湿循环对饱和重塑红土的微结构产生了损伤,影响了固结过程中的排水情况和试样的密实状态,相应地改变了剪切过程中的受力特性。     

海砂力学特性的黏粒效应和围压效应试验分析

利用GDS标准应力路径三轴试验系统,对钦州港海砂开展不同有效围压、黏粒含量下固结排水三轴剪切试验,分析有效围压、黏粒含量对钦州港海砂强度、变形特性的影响。结果表明：同一有效围压下,随着黏粒含量的增加,含黏粒海砂应力-应变曲线由应变软化型曲线向应变硬化型曲线过渡,峰值强度、应力相对软化系数及体积应变不断减小,而峰值应变增加。同一黏粒含量下,试样峰值强度随有效围压的增加逐渐增大,纯砂试样有效围压为300 kPa时的峰值强度相比于有效围压为100 kPa时提高了1.517倍,峰值强度与有效围压之间呈现良好的线性关系;而应力相对软化系数、体积应变则随有效围压的增大而减小。最后,建立了黏粒含量在0%～20%的应力相对软化系数与有效围压、黏粒含量之间的联系。     

花岗岩残积土应力路径试验研究

由于常规的三轴剪切试验不能反映实际工程中多种应力路径对土体力学特性的影响,以福州地区花岗岩残积砾质黏性土为研究对象,进行了常规三轴固结排水剪切试验、K0固结排水剪切试验、K0固结侧向减载试验和K0固结侧向减载轴向加载试验等多种室内试验,对不同应力路径条件下土体的抗剪强度、应力与应变的变化情况做出比较分析,总结了花岗岩残积土在复杂应力路径下土体的变形特性及强度特征。研究表明:在不同的土体应力路径情况下,土体所对应的强度参数及变形参数具有明显的差异性,花岗岩残积土在不同的应力路径情况下应力-应变曲线均呈现应变硬化型,在实际工程中,应综合考虑各种工况,以应对土体强度及变形的变化对工程进展的影响。     

模型维数对岩土离散元试验影响的宏-微观研究

对实验室常规三轴试验分别进行了二维和三维的离散元数值试验,从试样宏观力学响应和剪切带演化的角度比较模拟结果,分析模型维数对岩土力学性质模拟结果的影响。数值试验结果表明,最密实状态的、具有相同参数的二维和三维试样,在剪切过程中均会表现出软化特性,试样峰值应力均随围压的提高而增大,其峰值应力的数值相近,但三维数值试样达到峰值应力所对应的应变约为二维试样的1/4。随着围压的增大,二维和和三维离散元数值试样剪切带均趋于集中;但在相同围压作用下,不同维数数值试样宏观剪切带的形状和厚度均不同,二维试样剪切带的范围和厚度均较大。     

三轴试验土样径向变形的计算机图像测量

提出了一种三轴土样径向变形的计算机数字图像测量方法。将计算机图像识别技术应用于常规的土工三轴试验 ,实现三轴土样变形的直接测量和土样变形过程的摄像、自动测读和自动记录 ,不仅为土工三轴试验提供了一种直接、有效的测量手段 ,而且可以把常规三轴仪应用于非饱和土的变形测试。文中还分析了测量精度和测量误差产生的原因。给出了对于实际土样采用常规测量方法和数字图像测量方法测量结果的比较。     

基于数字图像测量技术的加筋土三轴试验研究

通过加筋土固结排水三轴试验,结合三轴试验土样变形数字图像测量系统,研究加筋中砂试样在三轴试验条件下的变形场。加筋材料采用玻璃纤维土工格栅,分别在4种不同布筋位置、3种不同围压下共进行45组试验。试验结果表明:在应变达到一定程度的情况下,土工格栅对中砂的强度和抵抗变形的能力的增强效果随布筋层数的增加而增大,单独布一层筋的加筋土的三轴试验中,围压越大加筋效果越明显,三层加筋的加筋土三轴试验中情况则相反;土工格栅对中砂的横向变形有很大的约束作用,这一约束作用随着围压的增大而增大,且随着围压从100kPa增大到300kPa的过程中水平约束作用增加28%～50%。     

考虑端部效应影响的非饱和压实土三轴试验研究

 在非饱和压实土控制吸力条件三轴试验中,应用数字图像测量技术,可研究非饱和压实土试样考虑端部效应影响下的强度与变形特性。通过比较非饱和压实土控制吸力条件三轴试验中试样整体与试样中部1/3区域的试验结果,证明试样中部1/3区域受端部效应的影响较小,其试验结果更能代表非饱和土的实际受力变形特性,可以为研究非饱和土的应力–应变关系提供更为准确的试验数据。应用双应力状态变量方法分析试样的抗剪强度,结果表明,端部效应对抗剪强度方程的参数取值有较大影响。应用非饱和土Alonso弹塑性模型进一步研究端部效应对非饱和土数值计算结果的影响。     

堆积软岩的强度及蠕变特性的三轴及平面应 变试验研究

 堆积软岩的力学特性是依存于应力条件的,但由于高强度岩土材料的试验难度较高,软岩的平面应变或真三轴试验比较少。采用新研制的仪器对堆积软岩进行三轴及平面应变剪切及蠕变试验。首先介绍新研制的平面应变试验仪,该试验仪可以实现初始等向固结,还可以测定试样剪切带内部或附近的孔压变化;然后介绍试验流程,包括试样的制作和饱和过程;最后对不同应力条件下软岩的应力–应变关系、应力比–剪涨比关系、蠕变破坏特性等试验数据进行详细分析。研究结果表明：平面应变状态下软岩的强度增加而剪涨量减少;相比于传统的八面体应力空间,建立在tij应力空间中的塑性势更适合软岩;无论三轴还是平面应变条件下,只有当荷载水平达到某一阈值之后软岩才会发生蠕变破坏;蠕变破坏所需时间与荷载相关。     

饱和砂土三轴试验中反压设置与抗剪强度的研究

为增加试样饱和度而采用反压饱和是室内三轴试验中普遍采用的技术手段,但现行规范对试样中反压取值没有具体规定。通过对福建标准砂的一系列固结不排水和固结排水三轴试验,分析了不同反压、围压下饱和砂土的应力–应变关系、孔压发展规律,并分析了几种常用破坏取值标准下土体强度指标的差异。试验结果表明固结不排水三轴试验中,反压对砂土应力应变关系、孔压发展有明显影响,从而影响强度取值;而在固结排水试验中,施加不同的反压对于砂土抗剪强度则基本无影响。在不排水剪切中,建议反压设为300～500 kPa,且在同一组试样中采用统一的反压对试样进行饱和。在破坏标准上,建议采用最大有效主应力比(σ'₁/σ'₃)_max对应强度作为砂土的不排水抗剪强度;而在考虑土体残余强度时,建议采用超静孔压下降为零为破坏标准。     

The Axis-Translation and Osmotic Techniques in Shear Testing of Unsaturated Soils: A Comparison

Matric suction in the laboratory testing of an unsaturated specimen is usually controlled by the axis-translation technique or the osmotic technique. To investigate possible differences in the axis-translation and osmotic techniques in shear testing of unsaturated soils, three series of unsaturated triaxial shear tests were conducted on a compacted expansive clay with an initial degree of saturation of 82%. Two of these series were performed using the axis-translation and osmotic techniques at HKUST. Another series was performed using the osmotic technique at ENPC. In the series using the axis-translation technique, the single-stage testing procedure was compared with the multi-stage testing procedure and these two testing methods were found to provide consistent shear strength information. The consistency of the results from the osmotic technique at HKUST and ENPC demonstrated the reliability of the osmotic technique. Based on the extended Mohr-Coulomb shear strength formulation, comparison of the results using the axis-translation technique and the osmotic technique showed that there was no difference in determining the internal friction angle, φ′. However, the values of φ^b in the test series using the axis-translation technique were slightly larger than those in the test series using the osmotic technique by 3°-4°.     

PVA纤维分散程度对水泥砂浆和水泥稳定碎石力学性能的影响

为研究聚乙烯醇(PVA)纤维的分散程度对水泥砂浆和水泥稳定碎石性能的影响,用粉煤灰对PVA纤维束进行分散处理,同时采用灰度共生矩阵图像处理法对PVA纤维的图像纹理进行熵分析,建立单因素方差分析数学模型,用以检验粉煤灰对PVA纤维分散程度的显著性影响,得出PVA纤维的分散程度与图像熵之间的关系;然后采用质量均分称重法对灰度共生矩阵图像处理法进行验证分析;再通过室内试验研究水泥基复合材料的力学性能与PVA纤维分散程度之间的关系.结果 表明:PVA纤维的分散程度随着添加的粉煤灰与PVA纤维质量比(简称质量比)的增加而增大,当质量比大于50:1时,PVA纤维束能在水泥基复合材料中均匀分散;图像熵随质量比的增加而增加,纤维均值的变异系数随质量比的增加而减小;水泥砂浆的抗折强度、破裂能和水泥稳定碎石的劈裂强度随图像熵的增加而增大.由此可知,提升PVA纤维在水泥砂浆和水泥稳定碎石中的分散程度,可提升水泥砂浆和水泥稳定碎石的力学性能.     

二灰土静态三轴力学性质试验研究

通过不排水三轴压缩试验对二灰土的力学特性研究,从应力-应变关系、抗剪强度、围压对强度的影响以及残余强度4个方面,分析了围压与压实度比对二灰土土体强度、变形和刚度的影响。试验结果表明,随着围压与压实度的增加,土体的强度与刚度均增加,应力-应变特性表现为软化型。压实度增加时强度增加不明显,仅为10%,而围压增加时强度增加幅度较大,能达到45%,峰值应力和残余应力都有所增加,围压增加时,应力-应变关系的弹性范围增大,曲线呈弱应变软化型或理想的弹塑性。     

凝硬和冻融作用对干贮粉煤灰的力学性质的影响

介绍了两种低氧化钙含量的粉煤灰和一种高氧化钙含量的粉煤灰在不同制样龄期条件的强度、渗透、压缩特性试验和冻融条件下的强度试验结果 ;分析了凝硬和冻融作用对干贮粉煤灰的力学性质的影响规律。试验结果表明 ,高氧化钙含量的粉煤灰的强度指标受上述两种作用的影响显著 ;低氧化钙含量的粉煤灰的强度指标在凝硬作用下也有所提高 ,但基本不受冻融作用的影响 ;干贮粉煤灰的渗透系数受凝硬和冻融作用的影响较小