广吸力范围内非饱和粉土动力变形特性

以非饱和粉土为研究对象,利用饱和盐溶液蒸汽平衡法和吸力可控的动三轴仪进行动力变形试验,得到了广吸力范围内非饱和粉土试样在净围压和吸力基本不变条件下的骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,研究了吸力对非饱和粉土动力变形特性的影响。结果表明,在同一净围压下,非饱和粉土试样的骨架曲线和动弹性模量随着吸力增大而提高,而阻尼比随着吸力增大而减小。此外,随着试样的水力状态从边界效应区到过渡区再到残余区的变化,非饱和粉土试样的骨架曲线和动弹性模量的提高幅度逐渐减小,而阻尼比减小的趋势显著,动弹性模量随应变的衰减率随着吸力的增大而减小。     

常含水率三轴条件下非饱和原状黄土的吸力和力学特性

为了模拟实际工程在不排水条件下土体的快速破坏,对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了常含水率等向压缩和三轴剪切试验,研究了常含水率下非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、屈服及吸力变化特性。研究结果表明: 在等向压缩和三轴剪切应力条件下,非饱和黄土的变形和吸力变化特性不同;不同初始吸力下,偏应力与净平均应力临界状态线为平行直线,偏应力与有效平均应力临界状态线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示,半对数坐标系上孔隙比与净平均应力及有效平均应力临界状态线皆近似为平行直线,直线斜率比饱和土的大,比屈服后等向压缩曲线的小;对于不同初始吸力,相同有效平均应力下非饱和原状黄土与饱和黄土的临界状态孔隙比之比与气体饱和度关系可以归一;屈服净平均应力及屈服偏应力皆随着初始吸力的增大而增大;q-p平面上初始及后继屈服曲线为对称于K₀线的椭圆,吸力及应力硬化对屈服曲线的影响是等向的。     

陇东地区非饱和原状黄土的三轴力学特性

为获得陇东地区非饱和原状黄土的变形和强度特性及相关参数,对不同基质吸力及不同净围压下的非饱和原状黄土进行了常含水率三轴剪切试验,研究常含水率下陇东地区非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、强度参数及基质吸力变化特性。研究结果表明:不同基质吸力下,偏应力与体应变临界状态线均呈线性关系;p-q平面内的原状黄土强度包线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示;非饱和黄土的抗剪强度受基质吸力的影响,非饱和原状黄土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,有效内摩擦角受基质吸力的影响较小,可近似为一常数;并对不同基质吸力下陇东地区非饱和原状黄土的弹性模量进行拟合。     

非饱和原状黄土增湿条件下力学特性试验研究

利用FSY30型应变控制式非饱和土三轴仪采用常含水率试验,研究陕西泾阳县某边坡原状黄土在不同含水率(无偏应力条件下增湿)、不同固结围压下的强度和变形特性,求得Fredlund双应力状态变量抗剪强度公式中b?值并利用含水率建立了工程中实用的抗剪强度公式;再将天然原状土在不同偏应力水平下增湿饱和后继续剪切,观察其力学特性。两种增湿条件下试验结果表明:该地区黄土应力应变曲线关系呈剪切硬化型;含水率与初始基质吸力呈双曲线关系,剪切过程中基质吸力无明显变化,抗剪强度指标黏聚力随着含水率的增大显著降低而内摩擦角所受影响较小;有偏应力条件下试样浸水饱和后破坏强度显著降低,但对应力应变关系影响较小,增湿时偏应力水平越低,土样饱和后的稳定偏应力值越小。     

非饱和原状黄土的湿剪破坏特性

用非饱和土三轴剪切渗透仪,对原状黄土进行了常吸力三轴剪切与常剪应力增湿两类水力路径试验,分析了应力剪切与增湿剪切作用下原状黄土的应力应变及临界状态特性,探讨了水力路径对原状黄土增湿抗剪特性的影响,明晰了发生湿剪破坏时需满足的必要条件.研究结果表明:常吸力三轴剪切试验获得的不同吸力原状黄土的偏应力与净平均应力表示的q-p...     

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。     

非饱和原状黄土的变形及屈服特性试验研究

对不同吸力非饱和原状黄土进行了等应力比三轴压缩及常规三轴剪切路径下的试验,研究了偏应力比q/p(q及p分别为净平均应力及偏应力),吸力及净围压对不同应力路径下变形及屈服特性的影响。研究结果表明:在等应力比三轴压缩及常规三轴剪切过程中,孔隙比e与净平均应力p关系(e-lnp)皆位于二条相交的直线上,吸力、偏应力比及净围压对弹性指数的影响很小,对屈服应力及压缩指数的影响较大。等应力比三轴压缩路径下,偏应力比一定时,屈服应力及压缩指数皆随吸力的增大而增大;吸力一定时,随偏应力比的增大而先增大后减小。常规三轴剪切路径下,吸力一定时,屈服应力及压缩指数皆随净围压的增大而增大;净围压一定时,随吸力的增大,屈服应力增大,压缩指数减小。以塑性体应变作为硬化参数时,q-p平面上的初始及后继屈服面皆为对称于饱和土K₀线的倾斜椭圆,吸力及应力增大时,屈服面没有旋转,而是产生等向扩大。     

非饱和原状黄土湿陷变形及孔隙压力特性

 通过用改装的应力2应变控制式三轴仪, 对等应力比条件下的非饱和原状黄土进行了“分级浸水”, 同时测试了试样在初始、加压固结和浸水湿陷几个状态下孔隙气压力和孔隙水压力的变化过程。初步分析了非饱和原状黄土湿陷变形特性以及湿陷过程中的孔隙水压力、孔隙气压力以及基质吸力的演化规律。     

非饱和原状黄土边坡浸水试验研究

 非饱和黄土的渗流问题,由于其理论的复杂性和测试手段的滞后,至今发展很慢。通过大型现场试验,得到水在边坡中的渗透范围,分析在浸水试坑下部2～3 m范围内土体每日含水率的变化规律,讨论暂态饱和区的形成和水在边坡土体中的运移过程,得出本次试验水在非饱和原状黄土边坡中渗透范围的形成机制和运移规律。结果表明：水在非饱和黄土中的渗流过程是暂态饱和区不断下移扩大的过程;浸润角不是定值,随着水入渗总量增加而增大;水在非饱和黄土中的渗透范围分为四部分：第一、第二部分为水的横向运移段,第三部分为水的竖向渗透段,第四部分为暂态饱和区的湿润锋面;水在非饱和黄土中的渗透范围是一个闭合的近似椭圆形区域。     

Q_3原状非饱和黄土的水量变化和临界状态特性

用双室非饱和土三轴仪,对Q3原状黄土进行一系列控制吸力的各向均等压缩及同时控制吸力和净围压的三轴排水剪切试验,分析了吸力,净围压及应力路径对非饱和原状黄土临界状态及水量变化特性的影响,提出了各向均等压缩及三轴剪切应力条件下水土体积比与净平均应力关系的表达式、偏应力与净平均应力临界状态关系模式。研究结果表明:应力路径对非饱和原状黄土水量变化的影响显著,随着净平均应力增大,等向压缩应力条件下处于排水状态,剪切应力条件下视吸力及净围压的大小可能处于吸水或排水状态,不同试验条件下水土体积比与净平均应力或其增量之间对数关系呈二段直线。吸力对偏应力与净平均应力临界状态线的影响皆随着净围压增大而减小,不同吸力(大于0)下水土体积比与净平均应力的对数关系临界状态线皆近似为平行直线。     

干密度对非饱和黄土基质吸力的影响

为了研究起始湿度、天然密度以及竖向荷载对吸力特性的影响,对西安原状黄土进行不同起始湿度、密度条件下的常含水量压缩试验,提出无应力作用下同时反映初始含水率和天然干密度的基质吸力表达式。研究结果表明:天然干密度、初始含水率、应力相关的干密度对基质吸力的影响程度都与试样的起始湿度有关,起始湿度小于试样塑限含水量时,影响都比较大,起始湿度大于试样塑限含水量时影响都很小。净竖向荷载对吸力特性的影响与起始湿度、天然密度有关,净竖向荷载小于等于400 kPa时,对吸力的变化影响很小,可不考虑净竖向荷载影响,可用未受荷载作用时的SWCC曲线来描述原状试样的吸力特征;净竖向荷载大于400 kPa时,对吸力的变化影响较为显著。视起始湿度和天然密度的不同,净竖向应力相关的干密度增大引起基质吸力非单调增减或单调下降,天然干密度的增大引起基质吸力单调上升。     

非饱和Q_3原状黄土及其重塑土的持水特性研究

为研究黄土结构性变化对其持水特性的影响规律,以兰州和平镇非饱和Q3原状黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和四联固结仪和压力板仪,对28个环刀试样进行了施加竖向应力和吸力的固结排水试验,以获取原状黄土和重塑黄土的土—水特征曲线。研究结果表明:固结试验中,竖向应力对黄土的持水特性有着明显影响。在同一竖向应力和吸力作用下,重塑土的固结排水要大于原状土;原状黄土的进气值和残余含水率均要略高于重塑土;吸力在20~80k Pa范围内,随着吸力的增大,原状土饱和度的减小趋势要强于重塑土;在吸力80~1000k Pa范围内,在同一吸力条件下,原状土饱和度要大于重塑土。低吸力作用下,原状黄土特殊结构有利于其排水;而高吸力作用下,对于原状黄土,其大孔隙和竖向孔洞中气体抑制水分排出,使得原状土排水减小,重塑土的排水增大。通过分析原状黄土和重塑黄土持水特性的差异,可为黄土结构性的研究提供一种新思路。     

常吸力下非饱和粗粒土率相关力学特性试验研究

为研究山区高填方路基的时效变形特性,针对路基粗颗粒填料,开展了粗颗粒填料持水特性和一系列常吸力作用下的率相关力学特性试验,采用三种不同剪切速率对试样进行剪切,分析围压、基质吸力及剪切速率对土体强度和变形特征的影响。试验结果表明：粗颗粒填料的土水特征曲线未出现残余吸力值;不同围压下粗颗粒填料的峰值强度可表示为基质吸力的函数,基质吸力越大,非饱和粗粒土的剪切强度越高,且体积剪缩变形越小;非饱和粗粒土的强度与体积变形均受剪切速率的影响,且变化趋势表现出高度一致性,剪切速率越大,试样强度越高,对应的体积变形越小。     

酸性溶液浸泡下原状黄土物理力学特性试验研究

黄土中存在大量碳酸钙胶结物,该胶结物对黄土力学性状的影响很大。采用浓度为0.1,1和2 mol/L的盐酸溶液,开展了原状黄土试样的浸泡试验,测定了不同时间浸泡溶液中钙离子的浓度,开展了经不同时间浸泡土样的颗粒分析试验、固结试验及剪切试验,分析了酸性溶液浸泡下原状黄土力学特性及其变化规律。试验表明：黄土中胶结物主要是以粒径小于0.01 mm的颗粒存在,在酸性溶液浸泡作用下,土中钙质胶结物逐渐被溶蚀,试样中细小颗粒逐渐减少,尤其是颗粒直径小于0.005 mm的含量明显减少,浸泡液酸性越强,土体中钙质胶结物溶蚀的速度越快并且溶蚀得越充分。胶结物在土体中的作用主要是连接骨架颗粒,因此,胶结物对土体的黏聚力影响较大,而土体内摩擦角受胶结物溶蚀的影响不明显。经盐酸溶液浸泡后,试样的黏聚力随浸泡时间延长持续降低,浸泡60 d后,土体的黏聚力逐步趋于稳定。经0.1,1,2 mol/L盐酸溶液浸泡120 d后,试样的黏聚力分别降低约47%,63%,87%,且呈现出浸泡液酸性越强,黏聚力减少越多的情形。胶结物的溶蚀引起土体孔隙增加,压缩系数增大。随着胶结物的减少,土体的快剪应力-应变关系逐渐由应变硬化型向应变软化型转变。     

非饱和原状和重塑Q3黄土渗水特性研究

为研究非饱和 Q₃ 黄土渗水特性,设计一套原状黄土取样设备,取得大尺寸原状竖直和水平土柱各 2 个;并制备 5 个干密度不同的重塑土样。对 9 个试样进行水平土柱试验,用 TDR 水分计和热传导吸力探头分别检测土样不同断面处的体积含水率和基质吸力。试验结果表明：土中裂隙的走向和干密度对入渗率均有影响。对于原状试样,浸水前期竖直试样入渗率要大于水平试样,湿润锋超过 50 cm 后,竖直和水平试样入渗率几乎接近一致。竖直与水平原状试样的非饱和扩散率主要差别在饱和度低于 0.6 的区域,饱和度高于 0.6 两者扩散率差别不大;对于重塑试样,低饱和度区域干密度对扩散率影响要大于高饱和度区域。同等干密度和含水率条件下,低饱和度区域重塑试样非饱和渗透系数大于原状试样;而高饱和度区域原状试样非饱和渗透系数大于重塑试样。取样方法和研究成果对同类工作具有重要参考价值。     

非饱和原状黄土浸水前后地基承载力测试研究

针对湿陷性黄土地区公路建设中的地基承载力问题,以兰州南绕城某立交上更新统湿陷性黄土为研究对象,开展了浸水前、后土体浅层平板载荷试验与静力触探测试,结合土体物理指标变化,分析了浸水前后黄土地基承载力的损失规律。研究结果表明,原状黄土地基破坏形式为典型的整体剪切破坏,地基承载力特征值可达165k Pa,与陇西地区新黄土地基承载力经验回归关系式较吻合;浸水后由于土体软化,破坏形式更趋近于局部剪切破坏,承载力特征值约为85k Pa。静力触探测试成果表明,浸水后黄土地基的承载力损失百分比与含水率均随深度增加而减小,地表处承载力损失最大,达58%,6m以内损失率约为20%~50%,6~10m深度范围内损失率随深度增加由50%降为25%。     

等向应力条件下非饱和原状黄土增湿渗水特性试验研究

渗水系数是非饱和土固结分析的关键参数之一。用自制的非饱和土三轴剪切渗透仪,在无应力及不同等向应力下分别对不同和相同孔隙比的原状黄土进行了直接向试样分级注水使吸力逐渐减小的增湿渗透试验,分析了孔隙比,应力与饱和度及吸力对增湿渗水系数的影响,对比分析了无应力与应力作用下的渗水特性,提出了可以考虑应力与饱和度或吸力影响的非饱和原状黄土增湿渗水的渗透性函数。研究结果表明:孔隙比和应力对渗水系数与饱和度关系及渗水系数与吸力关系皆有影响,吸力较大时对后者几乎没有影响,可近似归一。无应力及不同应力条件下,只要孔隙比相同,则渗水系数与饱和度或吸力关系相同;相对渗水系数与吸力的关系不能归一,同一吸力对应的相对渗水系数随孔隙比的减小或应力的增大而增大,而相对渗水系数与饱和度及吸力比(吸力与脱气值之比)关系皆可以归一。v G-M模型不适用于描述常孔隙比下原状黄土的渗水系数;提出的渗透函数可以预测一定等向应力作用下增湿过程中饱和度增大及吸力减小时原状黄土的渗水系数,预测结果与试验结果吻合较好。     

非饱和黄土地基的变形特性

Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｌｏｅｓｓｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ作者简介张炜，１９６２年生，１９８３年毕业于合肥工业大学，获岩土工程硕士学位，教授级高级工程师。主要从事黄土工程性质研究及岩土工程勘察、...     

干密度和基质吸力对重塑非饱和黄土变形与强度特性的影响

 为解决填方工程沉降和边坡稳定性问题,采用非饱和土三轴仪,对延安新区填方的重塑Q3黄土,进行3种初始干密度下一系列控制基质吸力的三轴剪切试验,研究重塑黄土的变形和强度变化规律。研究结果表明：初始干密度和吸力对重塑黄土的破坏形态、变形特性和强度特性影响较大;随初始干密度的增大,试样的偏应力–轴向应变曲线逐渐由应变硬化型向理想弹塑性再向应变软化型转变;初始干密度和吸力越大,试样的剪胀性越显著,强度越高;有效黏聚力、内摩擦角和吸力摩擦角均随初始干密度的增加而增大;内摩擦角随吸力几乎不变,而黏聚力随吸力呈线性增加;初始切线杨氏模量和切线体积变形模量均随初始干密度与吸力的增加而提高。根据研究结果提出考虑初始干密度和吸力影响的重塑黄土的抗剪强度参数与非线性模型参数的表达式,可用于预估不同初始干密度、不同吸力下重塑黄土的强度和变形参数,为工程应用和数值模拟提供了依据。