湿地湖泊相黏土一维固结压缩特性宏微观试验研究

湿地湖泊相黏土是一种特殊的区域性软弱土,其物理力学性质和压缩性质与一般软土的物理力学性质和压缩性质有很大区别。为探究湿地湖泊相黏土的固结压缩特性及其机理,对湿地湖泊相黏土进行一维固结压缩试验,同时采用扫描电镜和计算机图像处理软件,提取不同固结压力下土体的微观结构参数,对土体微观结构的变化进行定性和定量分析。结果表明:湿地湖泊相黏土具有较明显的结构强度;由于结构强度的影响,原状土的压缩性明显小于重塑土的压缩性;当固结压力超过结构屈服应力后,原状土的结构强度逐渐丧失;在固结压缩过程中,微观结构参数的变化规律在固结压力达到结构屈服应力前后发生改变,曲线形态呈“二段折线”形式;在固结压力达到结构屈服应力前后,湿地湖泊相黏土土骨架的动态重组是土体压缩性发生改变的根本原因。在固结压缩过程中,孔隙的形态特征和定向排列特征变化较大,而颗粒的形态特征变化较小但定向排列特征变化较大,颗粒和孔隙通过不同的方式对土的压缩性产生影响。研究成果可为相关地区的地基处理工程提供借鉴参考。     

从微细结构方面解释某黏性土压缩特性的差异

利用土体微细结构光学测试系统对黏性土在压缩过程中微细结构变化进行了定量分析研究,提取并分析相关微细结构特征参数。研究表明,从微细观角度来看,黏性土的压缩性主要受3个因素影响:土体颗粒自身形态的变化、土体颗粒排列方式的变化以及土体孔隙形态的变化。     

固结不排水条件下初始应力各向异性结构性土的力学特性

天然土都具有结构性和各向异性,这使得天然土与重塑土的力学性质有很大区别,对其进行研究可为建筑物的设计和施工提供理论依据。对人工制备的初始应力诱发各向异性结构性土样进行了4组不同围压下的固结不排水三轴压缩试验,并建立了初始应力诱发各向异性结构性土的强度准则。结果表明:(1)结构性土在低围压下结构性较为明显,但是在高围压下由于土的结构性被破坏而表现为接近于重塑土的性质。且初始应力诱发各向异性结构性土的结构性强于初始均质结构性土的结构性;(2)初始应力诱发各向异性结构性土的强度包线呈现非线性,且初始应力诱发各向异性结构性土的抗剪强度要略高于初始均质结构性土的抗剪强度。当应力水平低于结构屈服应力时强度包线呈外凸的曲线,当应力水平较高且超过结构屈服应力时强度包线呈直线;(3)与试验结果的对比表明,本文所建议的初始应力各向异性结构性土的强度准则具有良好的适用性。     

土体结构性数值模拟及应用研究

随着现代地基原位取土技术的发展以及对土体微观结构认识的提高,越来越多的研究认识到未扰动状态下的自然原状土与重塑土相比其力学特性存在显著差异。为研究土体结构性的影响,在剑桥模型基础上考虑超固结与结构性状态变量因素的影响,在上下负荷面剑桥模型理论框架下,通过三轴压缩试验对结构性土的受力响应特性进行了模拟试验研究,对受结构性因素影响下土体的屈服过程、可压缩性、在循环加载作用下超孔隙水压的发展以及相应状态变量演化规律进行了详细对比分析。试验研究结果表明:与重塑土相比,结构性土的加载响应存在明显的屈服软化过程,加载过程中伴随着结构性的破坏表现出更高的可压缩性且更容易导致动力液化的发生。在对土体结构性详细研究的基础上,通过数值模拟桩柱结构在自然地基环境下的地震响应,对结构性因素对结构动力响应的影响进行了研究分析。研究结果表明:由于更高的非线性以及可压缩性特征,自然原状土地基在地震作用下能够引起更高的超孔隙水压,加速土体力学强度的衰减进程,进而表现出更大位移响应以及震后塑性位移,直接影响结构的稳定与安全。研究结论加深了对自然土体结构性的认识,可为高结构性自然原状土地基条件下的结构受力分析与设计提供参考。     

重塑黏性土及不同砂砾含量土体的起动试验研究

应用冲蚀函数测定仪开展了两种重塑黏土及其砂砾含量分别为20%、40%、60%条件下的起动试验,研究了黏聚力、干密度、砂砾粒径及掺量对土体起动应力的影响。试验结果表明:纯黏性土的起动应力与黏聚力呈线性关系,但两种黏土的斜率变化较大;两种黏性土的起动应力与干密度的关系可统一用指数型表达式确定;不同砂砾含量土体的起动应力与黏性土的黏聚力、砂砾粒径和掺量有关;砂砾粒径一定时,随着掺砂砾量的增加,混合体的起动应力呈先增加后降低的趋势,而砂砾含量一定时,起动应力随着砂砾粒径的增加而增加。最后,提出了重塑黏性土-砂砾混合土体的起动应力表达式。与试验结果的对照表明,该公式可较好地对黏性土-砂砾混合体的起动应力进行预测。     

不同应力路径下饱和粉土强度与变形特性试验研究

为了模拟地下工程施工过程中不同位置处受扰动土体实际的应力和变形状态,探讨不同应力路径条件下土体的强度和变形破坏特性,共进行了4组试验,分别为常规三轴压缩试验、等 P 压缩试验、等压固结减压压缩试验和偏压固结减压压缩试验。试验结果表明在不同的剪切路径下土体表现出不同的强度与变形特征,即在常规压缩条件下强度最高,减压压缩条件下的强度最低。而且,常规三轴压缩、等P压缩和减压压缩这3种剪切方式下土体均没有出现应变软化现象。试验结果所揭示的规律可为现场施工提供科学有益的指导。     

石灰改良膨胀土重塑后抗剪强度特性及应用

为研究石灰改良膨胀土重塑后的抗剪强度性能,进行了素土、石灰改良膨胀土及重塑石灰改良膨胀土3种土体在0,12.5,25,50,75,100,150 kPa下的直剪(快剪)试验。试验结果显示,重塑石灰改良膨胀土各上覆压力下的抗剪强度均低于石灰改良膨胀土而大于素土。采用《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)拟合土体的抗剪强度时,素土在低应力下的偏差最大,而石灰改良膨胀土最小,采用双直线法拟合时各应力段的抗剪强度值偏差最小。重塑石灰改良膨胀土的抗剪强度劣化系数随着上覆压力的增大而减小,且呈明显的2段。当上覆压力<25 kPa时,上覆压力对于土体性能劣化系数影响较大;当上覆压力>25 kPa时,抗剪强度性能劣化系数随着上覆荷载的增大而减小的幅度逐渐减小。重塑后石灰改良膨胀土土体的黏聚力大于素土而小于石灰改良膨胀土,内摩擦角大于素土及石灰改良膨胀土。从试验结论来看,在素土强度满足路堤填芯的情况下,重塑后的石灰改良弱膨胀土可以直接用于路堤填芯;但用于路堤表面填筑时,需要再改良。     

排水剪切下湿地湖泊相黏土结构性宏微观试验研究

为了探讨排水剪切条件下结构性对湿地湖泊相黏土力学特性的影响,对湿地湖泊相黏土原状样和重塑样进行三轴排水剪切试验,将试验后的原状样进行微观定性和定量分析,研究不同围压下结构性对土体剪切强度和变形特性的影响。结果表明:在土体结构屈服破坏前,结构性会提高原状土抗剪强度,减小剪切变形;当土体结构屈服破坏后,结构性会降低原状土抗剪强度,增大剪切变形。原状土的峰值结构强度随围压增大近似呈线性增加,而峰值结构体积应变随围压增大呈指数型趋势减小。在围压小于结构屈服应力时,剪切阶段由胶结联结和结构骨架承担荷载,孔隙压缩较小,颗粒和孔隙的形状和排列变化较小;当围压超过结构屈服应力后,在剪切阶段胶结联结和结构骨架逐渐破坏,孔隙受到压缩,颗粒和孔隙的形状趋向圆形,并向荷载优势方向调整排列。研究成果对于揭示湿地湖泊相黏土的结构破损机理及指导湖泊湿地地区的工程建设具有重要意义。     

不同应力路径下膨胀土强度变形特性的试验研究

在不同的应力路径作用下,膨胀土的强度和变形有一定差异。通过对广西膨胀土在不同应力路径下的三轴强度试验,分析了在不同加荷方式及应力路径下对土体强度与变形特性的影响。     

含水量对非饱和土抗剪强度影响研究

非饱和土的强度不仅与土的结构、密度、应力路径有关,还与土的含水量或土的饱和度相关,利用某国道天长段非饱和土进行土体抗剪强度试验,得出含水量与土体抗剪强度的关系,并进行了数据检验.结果表明:非饱和土含水量与黏聚力近似呈二次曲线关系,而与内摩擦角近似呈线性关系.