非饱和黄土在真三维应力状态下的结构变化特性初探

以应变综合结构势作为土结构性参数,对真三轴条件下的非饱和黄土的结构变化特性进行了初步探讨,分析结果表明:真三轴试验条件下非饱和黄土的结构性参数曲线与常规三轴试验条件下黄土结构性参数曲线具有相同的线形和变化特征;中主应力变化对黄土结构强度具有显著影响;真三轴试验条件下,周围压力和含水率对黄土结构性参数的影响规律同于它对常规三轴试验条件下黄土结构性参数的影响。     

基于强度条件的黄土结构性动力试验研究

土体结构是其强度、变形的内在的决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于强度条件的黄土动力结构性参数即联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd,并通过黄土的动扭剪试验研究黄土结构性及基于强度条件的黄土动力结构性参数的变化规律,揭示含水率、固结压力、动剪应变对黄土结构性的影响,并对所提出的基于强度条件的黄土动力结构性参数的合理性进行讨论。     

黄土结构性定量化参数的探讨

 黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,要定量描述黄土的结构性,就是要定量研究黄土联结结构强度和摩擦结构强度的变化规律。由此,针对不同的受力条件,提出基于变形条件的黄土结构性参数(联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2以及结构变形势参数mp)、基于强度条件的黄土静力结构性参数(联结结构静力强度势参数m?1、摩擦结构静力强度势参数m?2以及结构静力强度势参数m?)和基于强度条件的黄土动力结构性参数(联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd)。并对所提出的黄土结构性参数的合理性、稳定性和广泛适用性进行讨论。     

Q_3结构性黄土的压缩和剪切结构势演化特性研究

针对结构性土的应力比结构性参数,从反映压缩和剪切作用下土结构性变化角度出发,定义了与平均主应力对应的压缩综合结构势和与广义剪应力对应的剪切综合结构势,分析压缩剪切过程中平均主应力和广义剪应力共同作用引起的土结构性衰减变化的规律。依据对Q_3黄土的三轴试验结果,分析了压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变的变化规律。结果表明:黄土的剪切综合结构势比压缩综合结构势大;不同含水量黄土的压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变发展具有明显的规律性;压缩作用较剪切作用更易引起土结构性的损伤破坏。     

动荷载作用下阜新风积土结构性参数试验研究

通过一系列动三轴试验,获得不同动应力幅值、围压和含水率条件下阜新风积土轴向累积应变与振动次数的关系曲线。基于土结构性研究成果,定义风积土联结结构动应变势参数mN1、摩擦结构动应变势参数mN2和风积土总结构动应变势参数mN,探讨饱和重塑风积土发生结构破坏时,上述各结构性参数指标与试验条件间的关系。研究结果表明:mN1随振动次数的增加而减小,mN2和mN随振动次数增加而增大,且振动次数较少时各结构性参数指标变化较快,说明振动初始阶段风积土结构性损伤较为剧烈。动应力幅值和含水率越大,围压越小,风积土联结结构稳定动应变势mfN1、摩擦结构稳定动应变势mfN2和总结构稳定动应变势mfN越大。依据破坏振次与风积土总结构动应变势间的关系,建立了确定饱和重塑风积土动强度的新方法。     

结构性黄土的修正剑桥模型

天然岩土材料强度变形特性与其结构性密切相关。在综合结构势理论的框架内,将结构性参数合理地引入到修正剑桥模型中,来预测结构性土的力学特性。首先,分析天然岩土材料的压缩特性和结构性之间的关系,即建立结构性参数与准先期固结压力、压缩指数和回弹指数的关系;其次,分析结构性土的强度特性,提出随结构性参数变化的临界状态线;最后,将结构性参数引入修正剑桥模型,建立符合天然岩土材料强度和变形特性的结构性模型。经过初步验证,该模型可以较为准确地反映结构性土的强度变形规律。     

由压缩试验分析砾质花岗岩残积土的结构特性

通过引入应力综合结构势来分析砾质花岗岩残积土的结构性.以深圳南山区太子花园施工工地的砾质花岗岩残积土为例,对土样在不同含水量及干密度条件下进行原状、饱和、重塑状态的压缩试验,由压缩曲线得到应力综合结构势,并由此做出结构性参数曲线,据此考察含水量和干密度的变化对砾质花岗岩残积土结构性的影响.得出含水量与干密度的变化对砾质花岗岩残积土的结构性有显著影响的结论.     

岩石结构超塑性损伤本构理论及热力学框架

 基于热力学势函数引入损伤理论,建立适用于深部岩体的新结构超塑性损伤本构框架。通过定义新内变量对：应变(损伤积累应变,结构重排应变)及相应广义应力、温度和熵,用4种热力学能量函数：内能,Helmholtz自由能,焓和Gibbs自由能描述岩石结构超塑性本构关系。本理论框架即能满足热力学定律具有严格物理意义又能对结构性进行较合理考虑。通过Legendre变换建立各能量形式间的转换。利用运动内变量参数及其共轭变量(广义应力)引出耗散势。给出承压变温条件下深部岩体的塑形耗散函数或屈服函数形式,可反映损伤并考虑结构重排的体变行为,两者通过Legendre变换的退化特例进行联系。构建适用深部岩体热力学本构理论框架下具体的应力–应变增量本征关系及其新应用实例,并提供应用性的判断依据。该理论对深部地下工程实践中岩石的力学分析具有借鉴意义。     

压缩条件下非饱和黄土的结构流体等效应力特性

 对不同含水率的西安原状、重塑及人工结构性黄土进行压缩试验,依据变形等效原则,用同一固结孔隙比下非饱和黄土与相同干密度饱和黄土的应力之差确定结构流体等效应力,探讨结构流体等效应力的特性。分析结果表明：西安原状、重塑及人工结构性黄土的结构流体等效应力与总应力及饱和度之间呈幂函数关系,这与其他地区原状黄土定性上相同,结构流体等效应力的变化规律具有很强的普适性。结构流体等效应力能够反映黄土的结构性、湿度及应力的变化,其幂函数表达式中参数与含水率、结构性、干密度有关。根据此幂函数关系式可以确定湿载耦合作用下非饱和黄土的结构流体等效应力,进而得到非饱和黄土的有效应力及有效应力压缩曲线。     

杭州海积软土应力–应变特征与结构强度损伤规律研究

杭州海积软土是结构性土，其结构效应十分显著。海积软土在剪切试验中只产生剪缩现象，且其应力–应变曲线总体上呈一种特殊的应变硬化型，因而不同于典型的应变软化型结构性土。通过求取海积软土先期固结应力和结构屈服应力，得出了软土结构强度随埋深的变化规律以及软土在单向压缩条件下随压力的损伤规律，由此较好地实现了结构性土结构强度的求取，明确了结构强度的概念。     

一个考虑冻融循环作用的结构性定量参数的试验研究

土的结构性可以从本质上揭示土体的工程性质和行为本质。冻融循环对土体结构性有着非常重要的影响。在结构性定量参数"综合结构势"的基础上,增加考虑了冻融循环对土结构性的影响,提出了一个考虑冻融循环对土结构性的影响作用的结构性定量参数(简称冻融结构势)。并通过单轴压缩试验和单轴循环加卸载试验分别获得原状土、浸水饱和土及不同冻融循环次数下土样的单轴强度、失效应变、回弹模量和能量耗散,对用不同参数表示的冻融结构势进行了对比和分析。并利用CT扫描试验获得了不同冻融循环次数下土样中间截面的CT数均值,对冻融结构势进行了验证。认为不同参数表示的冻融结构势反映了土体结构性的不同方面,而用强度和能量耗散表示的冻融结构势能够较好地反映土结构性随冻融循环次数的变化情况,并提出在不同参数表示的冻融结构势之间的关系可能跟土质、加载方式等因素有关,明确了下一步的研究方向。     

土结构性及其定量化参数研究的新途径

考察了当前对土结构性及其定量化指标研究的现状和方法,提出了一个既能反映结构性关于颗粒排列（ 即几何特征影响） ,又能反映结构性关于颗粒联结（ 即力学特征影响） ,并具有简便、明晰特点的结构性定量指标---综合结构势。然后通过试验检验了这个定量化参数在表征结构性对土性影响方面的良好功能和合理性。     

基于变形条件的黄土结构性试验研究

黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,要定量描述黄土的结构性,就要定量研究黄土联结结构强度和摩擦结构强度的变化规律。为此,提出基于变形条件的黄土结构性参数即联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2及结构变形势参数mp,并通过黄土的侧限压缩试验研究原状黄土和人工水泥结构性黄土的结构性及其结构性参数的变化规律,揭示含水率、压力、密度、水泥含量等对黄土结构性的影响,并对所提出的基于变形条件的黄土结构性参数的合理性进行讨论。     

土的结构熵及结构性定量化探讨

首先提出土的综合能量的划分、土的结构熵、土的结构性定量化参数、熵能转化参数的概念，使得复杂多变的土的微观结构要素能用能量状态一结构熵进行量化，打破传统土力学中以均质体理论研究非均质土的框架。描述土的宏观力学效应、微观能量状态两者的构架及其之间的联系，着重探讨宏微观能量状态的相互转化，并通过浸水膨胀性土与非膨胀性土中结构熵的力学效应的表现，说明结构熵理论可以解释微观结构所表现出的宏观力学效应，为土的结构性定量化研究提供一条新的途径。     

考虑结构性影响的原状黄土等效线性模型

对不同含水率的西安原状黄土及相同干密度的扰动饱和黄土进行动三轴试验,用同一动应变下原状黄土的割线模量Edy与扰动饱和黄土的割线模量Edrs之比值定义了动三轴应力条件下结构性参数mεd,它可以综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势(结构性强弱),探讨了动荷作用过程中不同固结围压及含水率下结构性参数变化特性。研究结果表明:①结构性参数可以反映含水率、固结围压对动三轴应力条件下原状黄土结构性的影响,具有很好的合理性、灵敏性、稳定性。用此结构性参数随含水率、固结围压的增大而减小的特性可以合理地解释原状黄土的动应力应变特性;②结构性参数的变化量mεd0?mεd与动应变εd关系可以用双曲线来拟合(mεd0为初始结构性参数),由此所得到的结构性参数表达式可以反映固结围压、湿度、密度、动应力和动应变对结构性的影响;③在扰动饱和土的等效线性模型中引入结构性参数所得到的原状黄土等效线性模型能够考虑增湿、加荷对原状黄土结构性的影响,计算结果与试验结果之间吻合较好。     

Effect of wet-dry cycles on shear strength of residual soil

In order to investigate the relationship between the shear strength of residual soil and the number of repeated wet-dry cycles it underwent, the direct shear for different water content, different numbers of wet-dry cycles and different vertical stresses were examined. Based on the comprehensive structural potential theory, a comprehensive structural potential model considering the water content, the number of wet-dry cycles and the vertical stress was constructed. Then, the internal relationship between microstructure characteristics and structural strength attenuation of residual soil under alternate wet-dry conditions was emphatically discussed. As the number of wet-dry cycles and water content increased, the structural variability provided by the soil particle arrangement increased, while the structural stability provided by the soil particle cohesion decreased, causing the shear strength and structural potential of the soil to show a downward trend. As vertical stress increased, the variation range of structural stability was greater than that of structural variability. This asynchronous change caused decreased soil structural potential m_τ. Under the same levels of vertical stress and the same water content, the model we constructed well represented the exponentially decreasing trend between the structural potential and the increased number of wet-dry cycles. Scanning electron microscope (SEM) images of the sample after five wet-dry cycles showed that the surface layer had lifted and the overhead structure between aggregates was clear, suggesting that unit cell connections had changed from face-to-face contact to edge-to-surface contact. That is, the overall orientation of the unit cell was diminished. As the successive wet-dry progressed, the overhead structure provided a more open water migration channel. The nuclear magnetic resonance (NMR) test showed that the content of micropores in soil samples decreased, and the proportion of mesopores and macropores increased, resulting in a decrease in soil strength. With the further development of wet-dry cycles (>5), the peak and residual strength of the soil gradually decreased to be stable. This is related to the decrease in soil saturation after multiple wet-dry cycles, and the stronger the stabilizing effect provided by soil–water meniscus.     

太湖湖沼相天然沉积土结构性评价

天然沉积土由于结构性的影响,通常具有与相应重塑样截然不同的力学性质。利用重塑土的固有特性作为评价参考基准,通过对太湖湖沼相典型沉积土的原状样和重塑样的固结压缩试验,从压缩特性方面探讨了如何评价土结构性对天然沉积土力学性状的影响。试验结果表明:土体结构性使天然土体具有的结构屈服应力对其变形性状起控制作用,屈服应力比YSR可判断土结构性的强弱;并与度量原位状态土体结构性抗力的应力灵敏度Sσ、衡量土的结构性对变形影响的稳定指数SI结合起来,作为定量分析和评价土结构性影响的指标;评价指标揭示出太湖湖沼相天然沉积土在沉积过程以及沉积后受到土结构性的影响,具有高位结构性。同时试验结果验证了该评价方法能够适合具有不同结构形式的天然状态土体。     

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。