单轴荷载下残积土的电阻率损伤模型及干湿循环效应

为了研究花岗岩残积土在干湿循环过程中的力学损伤演化规律,采用单轴压缩–电阻率联合测试系统对原状土开展试验,获取土体的电阻率–应力–应变曲线,并以此建立花岗岩残积土的力学损伤模型。结果表明:花岗岩残积土的电阻率–应变关系曲线可被划分为下降、稳定和上升3个阶段,分别对应土体变形过程中弹性、塑性和残余变形阶段;在0～5次干湿循环的过程中,土体的初始电阻率与峰值强度保持正相关的线性关系,表明干湿循环对残积土造成了明显的初始结构损伤;基于电阻率建立的力学损伤演化模型可准确描述原状土试样在单轴荷载作用下的力学行为;通过引入初始损伤因子使模型能有效地预测历经干湿循环后的土体应力–应变曲线。研究结果对拓展电阻率测试技术在岩土力学中的应用提供了参考。     

佛山市典型残积土层的旁压试验研究

选择广东佛山地区花岗片麻岩残积土层和粉砂质泥岩残积土层,采用法国梅纳旁压仪进行原位测试,根据试验结果确定了表征残积土的水平应力、强度、抗变形能力和地基土承载力等指标,研究这些指标随深度的变化规律,并据此确定桩基持力层深度。研究表明,残积土的力学参数普遍受风化程度影响,深度越深,风化程度越弱,土的强度越高,抗变形能力越强。这为该地区残积土工程使用的各项参数提供了参考,对其它地区类似残积土也具有借鉴意义。     

改进邓肯—张模型在基坑减载土体中的应用

通过三轴试验模拟基坑开挖过程中侧向减载土体的应力路径,针对武汉地区具有代表性的粉质粘土,进行了一系列真三轴和普通三轴排水固结剪切试验。根据试验结果,对邓肯—张模型进行研究,用基坑开挖侧向卸荷过程中的变形模量计算公式代替邓肯—张模型中基于σ3=常数推导出的切线模量公式,并将该模型应用于平面应变情况,针对Duncan-Chang模型不能反映中主应力的影响,对邓肯-张模型进行了改进,确定了模型中的参数,并用理论计算所得应力-应变关系曲线和试验所得应力-应变关系曲线进行对比分析,验证了该模型对于卸荷工程这类特殊应力路径的适应性。     

花岗岩残积土原位力学特性的钻探扰动与卸荷滞时效应

花岗岩残积土作为一类同时具有黏性土、粗粒土组构特征与工程特性的特殊土,力学性能普遍易受施工扰动和开挖卸荷影响而诱发灾害。从钻探扰动和成孔后应力释放对土体力学性质的影响出发,通过对试验场地内花岗岩残积土开展自钻式旁压试验(SBPT)和预钻式旁压试验(PMT)在不同成孔时间后的对比分析,研究了土体原位强度指标、承载力特征值和刚度衰减性状的响应特征。结果表明:钻探扰动对花岗岩残积土的强度、承载力和刚度特征的弱化影响十分明显,且弱化程度随卸荷过程中应力释放时间的增长不断加深;提出扰动系数R(u)对不同试验条件下土体性质的扰动程度进行评价,发现刚度参数G_f受钻探扰动和卸荷滞时效应的影响最大,不排水剪切强度强度c_u次之,承载力特征值f_(ak)受影响最小;采用土体刚度非线性分析法获取了基于SBPT与PMT试验的原位剪切模量-剪应变衰减曲线(G–γ曲线),用Stokeo方程描述G–γ曲线的形态特征有较好的拟合效果。研究结果可为花岗岩残积土分布地区的工程设计与施工提供参考。     

基于不同含水率粉土的邓肯-张模型参数试验研究

土的本构模型是研究其力学特性的核心问题,邓肯-张双曲线模型能较好地反映土体的非线性性态,概念清楚,易于理解,在岩土工程和地下工程的数值分析中得到广泛应用。本文通过三轴固结排水试验,分析不同围压下粉土应力应变曲线的特点,得到不同含水率粉土的邓肯-张模型参数。并通过分析由不同含水率粉土的邓肯-张模型参数构成曲线的变化特征,归纳了不同含水率粉土邓肯-张模型各参数的变化规律,为工程设计、计算提供一定的参考价值。     

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。     

基于三轴试验的南水模型参数的确定方法

土的本构模型是反映土体应力-应变关系的数学表达式。南水模型是弹塑性模型中的一种,其综合了邓肯-张模型和剑桥模型的优点,并采用多重屈服面,克服了邓肯-张模型和剑桥模型不能模拟围压或平均压力不断减小的应力路径的缺点。简单介绍了南水模型的屈服方程及其参数的推导过程,介绍了获得郑州地区主要土层的南水模型参数的方法:首先对郑州地区的粉土进行饱和,然后利用三轴剪切仪对其进行三轴剪切试验,通过对试验数据的整理与分析,确定南水模型的参数。     

花岗岩残积土剪切特性试验研究

采用GDS静三轴仪,对饱和花岗岩残积土重塑样进行了常规三轴固结排水试验,并基于三维离散元软件YADE,建立了三轴压缩试验模型,分析了花岗岩残积土的剪切特性,结果表明:在各固结围压下,饱和花岗岩残积土重塑样的应力应变曲线都表现为应变硬化,体变曲线表现出明显的剪缩性,而且随着围压的增大,试样的峰值强度增大,剪缩的程度提高。     

黄土非线性应力–应变新模型及对比研究

目前,黄土的应力应变曲线只能根据其形态类型选择不同的数学模式来描述,为实现描述应力应变数学模式的统一,提出了一种新的非线性模型,并给出了各参数的确定方法。通过应用新模型与现行主要的非线性模型(邓肯–张双曲线模型、指数模型、驼峰曲线模型),同时对结构性黄土常规三轴试验所得的各种类型的应力应变曲线进行模拟,并经与实测应力应变数据点对比研究表明:新模型表达式比驼峰曲线描述软化型应力应变曲线的精度高;同样新模型比邓肯–张双曲线模型、指数模型描述硬化型应力应变曲线的精度也高,说明此非线性新模型既可描述应变强硬化型也可描述应变弱硬化型应力应变曲线;既可描述应变强软化型也可描述应变弱软化型应力应变曲线。通过新模型对经典实例应力应变曲线的描述,进一步说明新模型具有良好的适应性。新模型为形态各异的应力应变曲线提供了一个统一的数学模型。     

花岗岩蚀变土力学特性试验研究

本文以抽水蓄能电站工程区花岗岩蚀变土为对象,掌握其基本物性指标,并探讨该土体作为坝体填筑材料在95%压实系数下渗透、变形和强度等特性,进一步分析和计算了试样的应力应变关系及邓肯—张模型参数。试验结果表明:当试样压实系数为95%时,属于低渗透性,中等压缩性,且有一定的粘聚力及较高的内摩擦角;其应力应变表现出硬化特性,剪切初期表现出剪缩性,当应变达到某一定值后,表现出剪胀特性;利用邓肯—张模型能较好地反应土体的应力应变本构关系,并确定相关参数。研究成果为实际工程中利用花岗岩蚀变土提供了参考依据。     

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。     

碱处理红黏土应力应变关系研究

以碱处理前、后红黏土在CTC(增p)、TC(等p)、RTC(减p)三种模拟工况下的三轴试验数据为基础,结合邓肯-张模型和广义强度发挥面理论(Extend SMP)研究土样的应力应变关系.结果表明,基于邓肯-张模型,碱处理前、后红黏土试样的ε1/(σ1-σ3)～ε1关系曲线并不是简单的线性关系,简单邓肯-张模型下分析的红...     

宁波地区主要土层邓肯—张模型参数试验研究

土的本构模型是反映其应力—应变关系的数学表达式,邓肯—张模型作为土的最为普及的本构模型之一,概念简单,计算方便,能较好地反映土体的非线性性态。虽存在很多局限性,仍在实际工程中广泛使用。为了获得宁波地区主要土层的邓肯—张模型参数,从宁波轨道交通地铁1号线一期石路头停车场工点取土样,对各层土样分别在不同的围压下进行了三轴固结排水试验,通过分析其应力应变曲线,得到了所需参数。所得参数可作为宁波地区岩土工程和地下工程问题分析计算的参考值。     

冲击荷载作用下花岗岩残积土的动力损伤与破坏机理

为调查冲击荷载作用下花岗岩残积土的力学行为,开展了不同冲击频率(3～15 Hz)和振幅(100～400 kPa)影响的循环冲击试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律。结果表明:振幅和频率的影响均存在临界值,振幅与频率超过临界值时,土体损伤强烈会引起强度迅速衰减。低频与超高频冲击下更易产生较高孔压,从而导致有效应力降低进而引起强度下降。根据冲击应力与应变的滞回曲线的形态特征提出了花岗岩残积土冲击动力损伤的3个定量评价参数,并据此提出了3种冲击破坏类型与辨识方法,指出冲击能量耗散引起的结构损伤及塑形变形累积是花岗岩残积土产生冲击破坏的根本原因,其影响程度取决于土的原始结构强度与微观裂隙发育程度,也与冲击模式和应力水平导致的裂隙扩展规律和塑性累积变形大小有关。工程实践中应查明土体在冲击荷载下的临界振幅与临界频率,尽可能避免采用高振幅与低频率及超高频率荷载冲击土体。研究有助于了解冲击荷载的作用规律和土体力学响应,为中国花岗岩风化地层的施工与设计提供科学理论指导。     

泉州地区花岗岩残积土地质特征与岩土工程评价

泉州地区广泛分布的花岗岩残积土,由变质-混合岩、酸性-中酸性火山岩和花岗岩风化而成,是一种成分复杂、物理力学指标变化区间很大的特殊性土体,其工程性质主要受母岩及其风化程度的影响,与风化残积物中的成分、结构,特别是粗颗粒含量关系密切,并具有随深度规律变化的特征。本文所称的花岗岩属花岗岩类岩石,包括变质-混合花岗岩、酸性-...     

炎热多雨气候下花岗岩残积土的强度衰减与微结构损伤规律

对花岗岩残积土开展反复干湿循环下的三轴固结不排水(CU)剪切试验与核磁共振成像(MRI)扫描试验,通过应力–应变关系、抗剪强度参数、孔隙体积含量等指标,评价炎热多雨气候对土体性质的损伤效应。研究结果表明:经历0～2次干湿循环的残积土的应力–应变关系曲线在低围压下表现为应变软化型,在高围压下表现为弱应变硬化型,经历3次以上干湿循环的土体应力–应变曲线均为弱应变硬化型;随着循环次数增加,残积土的有效黏聚力和有效内摩擦角逐渐减小,且有效黏聚力的衰减幅度明显更大;通过求解表面弛豫系数,经由T_2分布曲线获得了孔隙体积分布曲线,并根据直径将孔隙划分为微孔隙和裂隙;微孔隙的含量随干湿循环次数增加略有减小,裂隙的含量大幅增长;孔隙体积含量与有效抗剪强度指标呈负相关的线性关系,表明力学性能与孔隙结构的演化特征具有同步性;干湿循环对花岗岩残积土的损伤效应主要是由脱湿时的基质吸力增长、吸湿时的孔隙壁膨胀及胶结物分解、流失引起的。     

花岗岩残积土非饱和特性及其边坡稳定性研究

降雨诱发滑坡是花岗岩残积土地区主要地质灾害之一。为研究花岗岩残积土边坡在强降雨条件下的响应,在广州市黄埔区选取了一典型非饱和花岗岩残积土边坡开展系列研究,包括现场雨量监测、固结不排水三轴试验、滤纸法试验。基于监测数据与试验结果,研究风化程度对抗剪强度及土-水特征曲线的影响规律,探究了当地不同降雨工况对现场边坡稳定的影响。结果表明,随着风化程度加剧花岗岩残积土有效抗剪强度指标均有不同程度的减小,其中,风化差异导致的有效内摩擦角变化幅度小于有效黏聚力变化幅度;风化程度差异也影响花岗岩残积土的非饱和水力特性;降雨强度与边坡安全系数的降幅呈正相关关系,而降雨历时与边坡安全系数的恢复速度呈负相关关系。该研究可为典型花岗岩残积土边坡相关工程的科学设计与灾变防控提供一定借鉴。     

土石坝沥青混凝土心墙三轴力学特性研究

在三峡水利枢纽茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙材料大量的三轴试验成果的基础上，对沥青混凝土的应力-应变特性关系及其力学特性进行研究。由试验结果可知，沥青混凝土的应力-应变关系曲线是由应变硬化和软化2个阶段组成的，为有驼峰的曲线。在剪切过程中，既有剪缩又有剪胀。另外，沥青混凝土的破坏准则也并非符合莫尔-库仑破坏准则。抗剪强度包络线随着侧压力的增加而呈非线形变化，在高罔压作用下，强度包络线向下弯曲。基于以上原因，提出用南水非线性模型来描述沥青混凝土材料的应力-应变特性关系，并将其与邓肯-张模型进行对比。从对比结果可以看出，南水非线性模型能更好地描述沥青混凝土的力学特性。     

堆石料变形参数的粒径尺寸相关性研究

堆石料变形参数的尺寸效应直接影响土石坝的变形预测,关系土石坝防渗体的变形协调,也是当前高土石坝的关键技术难题。基于前人的研究成果,根据不同尺寸试样之间的应力应变转换关系,推导了邓肯–张E–B模型各个参数与粒径的相关性。结果表明堆石料这类易破碎材料可以根据颗粒强度的粒径相关性和缩尺样的应力–应变曲线预测大尺寸试样的应力–应变关系。在邓肯–张模型中,尺寸效应较为明显的参数有φ0,K和Kb,参数Rf,n和mb是无粒径尺寸效应或尺寸效应不明显的参数。通过对比不同尺寸试样的邓肯–张模型参数的试验结果,进一步验证了该规律的合理性。     

基于大型直剪试验的重塑花岗岩残积土剪切特性研究

以福建省永安地区花岗岩残积土为研究对象,借助大型直剪仪,综合考虑含水率和干密度等因素,设计并开展花岗岩残积土重塑土样的大型直剪试验。试验结果表明：重塑花岗岩残积土的剪切应力总体上随着轴向压力的增加,而增加;同时其剪切应力-位移曲线形态与发展趋势复杂,部分试样表现出应变硬化特征,但部分试样也存在明显的应变软化现象;含水率和干密度显著影响重塑花岗岩残积土的抗剪强度参数,重塑花岗岩残积土的内摩擦角和黏聚力随含水率的增加呈现先增加后减小的趋势,同时又随干密度的增加近似呈线性增加。研究成果有助于深化花岗岩残积土剪切特性的认识和理解。