微结构特性对饱和黄土动残余变形的影响研究

通过对黄土高原不同微结构分区的黄土进行微结构电镜扫描试验和饱和状态下的动三轴液化试验,以及相同物性状态下兰州原状与重塑黄土液化的对比试验,得出了饱和黄土结构性对抗液化强度的影响规律,定性定量分析了微结构类型对饱和黄土动残余变形特征的影响关系,并通过分析不同地区黄土的动应力–动残余应变,得出了不同微结构特性黄土动残余变形发展的机制。研究结果表明:饱和黄土的抗液化强度与其结构性有关,重塑过程中由于颗粒重组和颗粒间胶结作用的减弱,导致土体的抗液化强度降低;饱和黄土液化时动残余变形随着振次增加呈指数关系增加,拟合参数主要受控于黄土的密度和塑性指数,动残余变形的增长与微结构特性关系密切,结构强度越高的黄土动残余变形增长越缓慢;不同微结构特性的黄土液化时动残余应变发展机理不同,胶结性较弱的黄土动残余变形可划分为黏弹塑性和塑性阶段,胶结性较强的黄土液化时依次产生黏弹塑性、黏塑性和塑性变形。     

水泥改性黄土的抗液化特性与机制

以改性处理减轻饱和黄土的液化势为目标,通过对不同配比的水泥改性黄土进行SEM细观结构测试和动三轴液化试验,研究了水泥改性黄土的液化特征,得出了不同配比水泥改性黄土的动残余应变和动孔隙水压力发展趋势,分析了水泥固化饱和黄土的物化机制,并基于试验结果,提出了水泥改性黄土的最佳配比。结果表明:水泥改性处理在黄土中形成了凝块状胶接结构,优化了土中孔隙分布,增大了土体的结构强度;水泥对土体的密实效应、掺加水泥导致的细粒增加和离子交换对黄土结构的胶结效应和黏粒增加对土中游离水的吸附作用共同提高了水泥改性黄土地基的抗液化稳定性;水泥掺量大于3%后,水泥改性黄土的动残余应变和孔隙水压力随着振次的增加均增长缓慢,且在m=5%时峰值最小,表明5%是水泥改性黄土地基抗液化处理的最佳配比。     

可液化土–高层结构振动台试验的土性参数识别

 基于已进行的可液化地基–桩–高层结构振动台试验,利用参数识别技术对试验记录的土体加速度和孔隙水压力进行分析,研究场地液化机制及土的动力特性。由振动台试验的土体加速度记录,通过剪切梁模型,求出土体的动剪切应力–剪切应变曲线,研究土体的动剪切模量及阻尼特性随动剪切应变的变化关系,并进一步研究土体剪切波速、有效应力路径及桩和土的剪切应变等情况。结果表明：在较强地震激励下,动剪切应力和动剪切应变滞回圈更饱满,表现出更强的滞回特性;土的刚度随着深度的增加而增大;孔压比存在明显的上升,孔隙水压力增长对土的剪切波速有影响,土的刚度随着孔隙水压力的上升而降低;利用参数识别技术得到的土的刚度与土动力性质试验得到的结果比较一致,而阻尼要高于土动力性质试验的结果;群桩内外土体的剪切应变形状相似,外侧土体的剪切应变比内侧土体的剪切应变大。该土性参数识别技术对于研究液化场地及液化场地中结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

振动荷载作用下黄土应变增长特征试验研究

以WF12440型空心圆柱扭剪仪为实验平台,通过室内饱和黄土动三轴液化试验,探讨了饱和兰州黄土液化过程中残余应变的发展规律:应力-应变滞回特性随着振动次数的增加发生变化,塑性逐步增大;当残余应变小于2％时,增长缓慢;此后,残余应变上升速率加大,3％应变一般出现在“初始液化”前;3％应变后,应变大幅增加,孔压有可能达到初...     

含水量及冻融循环对阳曲黄土压缩特性的影响分析

压缩特性是黄土的重要力学特性,是季节性冻土区黄土工程设计的重要依据。为研究冻融循环和含水量变化对黄土压缩特性的影响,以山西阳曲1号隧道为背景,对不同含水量的黄土进行冻融循环后的系列试验。结果表明:冻融循环通过强风化作用于土中自由水,使得土中自由水发生了原位的冻胀融沉和迁移,破坏了土颗粒的胶结物质,改变了土样固体颗粒的粒径分布,粗颗粒减小,细颗粒增加。使得土体的孔隙比、干密度、体积均增加,压缩系数的变化与含水量和冻融循环次数正相关,压缩模量的变化与含水量和冻融循环次数反相关,压缩性增强。本文的研究结果可对阳曲甚至山西的黄土工程提供帮助。     

基于能量法的尾矿土动孔压模型研究

通过应力控制式动三轴不排水循环剪切试验,对饱和尾矿土在循环应力比、轴–径向固结应力比等因素下孔隙水压力与累积能量耗散关系进行研究。研究结果表明孔隙水压力增长与塑性应变累积能量耗散和土体黏滞累积能量耗散密切相关。当循环应力比cR介于0.205~0.238、轴–径向固结应力比cK介于1.0~1.3时,孔隙水压力–能量之间存在临界状态。通过非线性回归分析初步建立了循环应力比和轴–径向固结应力比条件下饱和尾矿土的孔隙水压力能量模型,从变化机理上阐述孔隙水压力的变化规律并消除了周次的不确定性对于孔隙水压力模型的影响,对预测循环荷载作用下饱和土的孔隙水压力具有借鉴意义。     

黄河三角洲细粒土微振液化分析

在黄河口潮坪选择典型研究区,利用现场原位对其循环荷载试验,通过实时孔压监测、静力触探试验、十字板剪切试验及原状样土工试验对比,研究了在循环荷载作用下黄河三角洲地区饱和细粒土的动力响应过程、土体比贯入阻力、峰值强度、残余强度和灵敏度的变化以及孔隙水压力和液化发生层的变化对黄河口粉质土液化过程的影响。研究结果表明:循环荷载作用使土体对能量吸收特性的变化、孔压的响应与振动导致的土体结构性变化有密切的关系;循环荷载作用导致黄河三角洲地区粉质土液化主要发生在硬壳层;随着荷载循环次数增加,液化发生层的深度向深部扩展;循环荷载作用使土体的物性指标变化趋势因深度的不同而具明显的差异性。     

冻融循环对冻土–混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土–混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

不同温度模式下软黏土孔隙水压力变化规律与应力–应变特性研究EI北大核心CSCD

温度对软黏土孔隙水压力和应力–应变关系特性具有重要影响。通过自主研发的温控三轴仪,研究恒温、升温和降温3种不同温度模式下软黏土孔隙水压力变化规律和应力–应变特性,升温和降温模式下重点研究不同时间间隔和不同围压对软黏土孔隙水压力的消散、应力–应变关系模式、剪切强度和弹性模量的影响。结果表明:在恒温模式下,温度从10℃增加至70℃,孔隙水压力消散速率变大消散量明显增加。在升温和降温模式下,孔隙水压力呈现波动性下降,时间间隔和围压的增大均能促进孔隙水压力的消散;在恒温模式下,随温度升高应力–应变模式由应变硬化转化为应变软化,剪切强度明显提高,弹性模量整体上呈现出先下降后上升的趋势。在升温模式和降温模式下,土体的应力–应变模式均呈现应变硬化,时间间隔和围压对提高土体的剪切强度和弹性模量具有明显影响。     

单幅值循环动载下饱和砾砂动力特性试验研究

为探究动应力比和围压对饱和砾砂动力特性的影响,通过一系列饱和砾砂动三轴试验,分析了动应力比和围压对饱和砾砂轴向累积应变、回弹模量、动孔隙水压力以及滞回曲线的影响。结果表明:在同一围压下,动应力比增加时,砾砂的轴向累积应变、回弹模量增大,而动孔隙水压力减小;不同围压下,饱和砾砂的轴向累积应变、回弹模量以及动孔隙水压力均随围压的增加而增大;围压的增大有利于提高土体能量耗散的能力,而振次的增加会使土体的耗能作用减小;滞回曲线的倾斜程度随动应力比、围压以及振次的增加而增大,表明土体的回弹模量增加、刚度增大;滞回曲线的演化规律能够更加形象地反映出土体形变、刚度和耗能作用的变化,对土体动力特性进行分析时应结合滞回曲线的演化规律进行综合分析。     

不排水升温–降温过程引起的饱和粉质黏土的热力学响应

通过室内试验,研究不排水条件下反复升温–降温过程引起的饱和粉质黏土的热力学响应。研究表明,在饱和粉质黏土升温–降温的整个作用过程中,试样的温度变化过程在每一个循环内是一致的,而与围压和温度循环次数无关。在每个循环的温度升高过程中,孔隙水压力不断增大并趋于稳定值,且增长趋势类似。同时,归一化最大孔隙水压力随循环次数的增加而增大。在降温过程中,随着温度循环次数的增加,归一化孔隙水压力下降的速率似乎减慢,而残余孔隙水压力则逐渐增大。此外,随着围压的增大,归一化残余孔隙水压力有减小的趋势。随着温度升高,孔隙水和固体颗粒的热膨胀效应导致试样的体积明显增大,而当温度下降时,试样的体积又不断减小并趋于零。     

随机地震荷载作用下黄土的液化特性

 以场地未来50 a超越概率10%的地震波作为输入激振波,对取自宁夏南部西吉县夏家大路喜家湾滑坡后壁的黄土开展动三轴试验,研究随机地震荷载作用下黄土中孔隙水压力的增长基本特性、影响效应及孔隙水压力增长规律。由试验结果可知,在随机地震荷载作用下,孔隙水压力对输入动荷载的响应具有明显的滞后性,其增长主要集中在地震荷载的有效持时范围内。输入地震荷载的幅值、有效持时以及固结压力对黄土的液化特性有较大的影响,幅值较大、持时较长、固结压力较小时,更有利于孔隙水压力的发展。由于孔隙水压力的增长是源于孔隙的压缩引起的,因此,可以将孔隙水压力比表示为残余应变的函数,据此,可得地震荷载作用下,黄土不同变形情况时孔隙水压力的发展水平及液化程度。     

饱和黄土液化机理与特性的试验研究

基于室内土动力学试验、电化学试验和电镜扫描图像处理分析,研究了饱和黄土液化的机理,建立了饱和黄土孔隙水压力和应变的增长模型,定量研究了黄土液化的主要影响因素。     

强硫酸钠盐对饱和砂土动力特性影响的试验研究

为了研究强硫酸盐对饱和砂土动力特性的影响,配制五种不同工况饱和砂土试样。通过动三轴仪对试样土体进行动力特性试验,通过试验得到试样土体的应力曲线、应变曲线、动剪应力应变滞回曲线。结合ANSYS软件,模拟不同工况下饱和砂土的路基模型,分析其在地震荷载下Y轴的应力变化规律。结果表明：当土体达到液化时,含盐饱和砂土较不含盐饱和砂土所需振动次数更多;含盐饱和砂土中,10%含盐饱和砂土较其他三种土体达到液化时所需振动次数更多;当硫酸盐含量适当时,土体的动力特性高于普通砂土,而当硫酸盐含量继续增加时,土体的溶陷特性大于抗液化性能,土体刚度降低,抗液化性能降低。     

冻融循环下青藏粉砂土双屈服面本构模型研究

 基于青藏粉砂土在冻融循环下的常规三轴固结剪切试验,通过引入模量残余比和冻融循环次数,建立考虑冻融循环影响的双屈服面本构模型。试验结果表明,粉砂土的应力–应变关系呈应变硬化型,而在整个剪切过程中,体变呈现剪缩的特性。粉砂土的剪切模量随着围压的增大而增大,随着冻融循环的发展而出现先减小后增大的趋势。与未冻融粉砂相比,冻融以后的弹性剪切模量可降低约36%左右。其应力平面p-q上的剪切屈服面和体积屈服面可分别用过原点的线性函数和椭圆型曲线进行描述。对于剪切和体积硬化特性,建立与塑性应变及冻融循环次数相关的硬化参数,且均采用非相关联的流动法则。所提出的双屈服面本构模型能够很好地反映土体的应力–应变特性,模型计算值与试验值较为吻合,该模型能较为准确地预测不同围压及不同冻融循环次数下的应力–应变关系曲线,较好地反映冻融循环对粉砂力学性质的影响。     

土体冻融对水份迁移影响及微观研究

为研究冻融循环作用对土体水份迁移的影响,采用自行研制的装置进行单向冻融试验,测定并分析了冻融循环作用下土体中水分迁移变化,同时利用扫描电子显微镜(SEM)采集了不同冻融循环次数的微观图像。通过对比研究了冻结温度、冻前含水率、孔隙直径、颗粒直径及微观结构特征变化对水分迁移的影响。结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,土样中含水率变化规律为逐层降低-回升变为逐层降低-平稳,最后变为逐层降低;(2)随着冻融循环次数增加,孔隙直径组成发生改变,大直径孔隙减少,小直径孔隙增加。     

应力路径对饱和黄土孔压的影响研究

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对陕西杨凌Q3饱和黄土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的各向等压固结不排水三轴试验,探讨和分析了应力路径对饱和黄土孔隙压力的影响,试验结果表明:不同应力路径作用下,饱和黄土的孔隙压力随着轴向应变的增大而不断增大;当土体的轴向应变较小时,孔隙压力基本上不受初始固结围压的影响,而当轴向应变超过5%之后,饱和黄土所受的初始固结围压越大,主应力差越大,其孔隙压力也会越大。     

冻融循环对冻土-混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土-混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

饱和粉土液化及液化后力学特性试验研究

对饱和粉土进行了一系列动三轴液化及液化后试验,即进行饱和粉土液化试验及在饱和粉土液化后孔隙水压力进行了不同程度消散后,再进行三轴剪切试验。探讨了饱和粉土的液化特性以及液化后孔压消散程度对液化后粉土力学特性的影响规律。试验结果表明:饱和粉土的抗液化强度随着所施加动应力幅值的增大而减小;液化后饱和粉土孔压消散程度越大(即再固结程度越大),则液化后粉土的不排水抗剪强度越大,其应力应变关系曲线表现为应变硬化型,土体的切线模量随着应变的增大而减小;液化后粉土的孔压进行了不同程度消散后,再进行的三轴剪切试验中应力应变关系呈对数曲线关系。     

基于SEM和MIP的冻融循环对粉质黏土强度影响机制研究

冻融作用会影响土体的强度特性,以青藏铁路沿线粉质黏土为研究对象,对经历不同冻融次数的土样进行单轴抗压强度试验、扫描电子显微镜(SEM)试验和压汞(MIP)试验,通过数字图像处理技术对土样的微结构图像进行定量分析来揭示冻融循环对土体强度影响的微观机制。结果表明:随冻融循环次数的增加,土体的单轴抗压强度呈指数型降低趋势,并在冻融30次后逐渐趋于稳定;冻融作用中土体的面孔隙度、各类孔隙所占比例和孔隙分形维数都经历了波动调整期和动态稳定期2个阶段,其中面孔隙度的变化和单轴抗压强度之间呈负相关关系;冻融循环改变土体的孔隙分布,孔隙大小及孔隙密度都呈增大趋势;冻融作用过程中,土体产生贯穿的孔隙和裂隙使土颗粒骨架与颗粒特征发生改变,导致土骨架的结构性转移,受力体系发生改变,从而改变土体强度。SEM试验和MIP试验相互对比、补充,使土体微观孔隙结构研究更加准确有效。