基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律

 为探求土体在变形过程中微结构形态的演化规律,对湛江结构性黏土进行室内压缩试验,通过真空冷冻升华干燥法对天然土和压缩后土制样,进行扫描电子显微镜扫描试验和压汞试验,基于灰度计算土的三维孔隙率,分析压缩过程中微观孔隙的变化规律。结果表明,较二值化处理获得的二维孔隙率,三维孔隙率物理意义明确,求取方法简单,有较高准确性。湛江天然黏土孔径为1.0～0.1 μm的小孔隙组占优,其孔隙体积占总孔隙体积的73%。压缩过程中,P＞?k前,各孔径组分变化甚微。P＞?k后,随压力的增大,小孔隙含量表现为先增加后降低。各孔隙组对外力的敏感度与孔隙体积含量正相关。由于压汞过程存在“瓶颈”效应,其结果可能会夸大小孔隙的分布密度而低估大孔隙的分布密度。结构性黏土压缩过程中微观结构形态的演化可分为结构微调、结构破损、结构固化3个阶段。该研究有助于深入了解土的变形机制,为结构性土的工程设计提供科学的依据。     

结构性软黏土循环荷载下的软化特性研究

目前国内针对重塑软黏土进行大量的研究,得到了许多具有重大意义的成果,然而有关结构性软黏土循环荷载下的动力特性研究却很少.因此,文中通过对杭州结构性软黏土进行了室内循环三轴试验,分析了循环荷载下有效固结围压、振动频率以及动应力比对软化特性的影响.研究结果表明,有效围压对于土体的软化指数有着显著的影响,增大有效围压可以有效...     

天然结构性软黏土一维压缩性状模拟

通过比较天然软黏土原状样一维压缩曲线与基于重塑土一维压缩曲线确定的定量变化规律,建立了天然软黏土屈服后压缩曲线的定量预测方法,给出了与重塑土一致的压缩参数定量表达式,通过搜集已有文献中41个天然原状土样一维压缩试验数据,验证了定量公式的有效性和适用范围,并说明天然软黏土屈服后的压缩性状与土结构性无关。     

基于扰动状态概念硬化参量的结构性黏土边界面模型

在临界状态理论和边界面模型的框架内,引入结构性扰动对弹性变形、结构性屈服面大小、胶结吸力和屈服面各向异性的影响,建立一个基于扰动状态概念硬化参量的结构性黏土边界面模型。首先,通过定义3个结构扰动度R_c,R_b和R_a来定量反映塑性变形对结构性黏土的结构性屈服面、胶结吸力和屈服面各向异性的扰动程度,并对弹性特性进行各向异性和结构性影响的修正。然后,通过对天然沉积上海黏土和Vallericca硬黏土的三轴不排水剪切试验和一维固结压缩试验的模拟验证模型的预测能力。最后,通过模型与有限差分法相结合,以简单的平面应变试验模拟为例,展示模型能够描述结构扰动度的变化及其在土体中分布的模拟能力。     

上海软黏土压缩特性的试验研究

为研究结构性对上海软黏土压缩特性的影响,利用单向高压固结仪,对取自上海不同地点的3种软黏土的原状样及相应的重塑样进行了大量的一维主固结和次固结试验。主固结试验结果表明:结构性的存在使原状样的压缩曲线位于重塑样的上方,具有明显的结构屈服应力;结构屈服应力的大小与取样方式密切相关,现场直接切取试样的压缩曲线的结构屈服应力点最明显,应力值最大,厚壁样的压缩曲线则几乎没有屈服应力点。次固结试验结果表明:结构性的存在使原状样的次固结系数与固结压力密切相关,且次固结系数最大处的固结压力为结构屈服应力的1.5~2.5倍,而正常固结状态的重塑样的次固结系数与固结压力几乎无关。最后,正常固结状态下上海软黏土的次固结系数分布范围表明,其次压缩性为中等至高等,次固结系数与压缩指数的比值Ca/Cc表明,上海软黏土为无机质黏土及粉土。     

黏土结构性参数测定研究

对人工制备结构性黏土进行了5种贯入速率下的室内孔压静力触探试验(CPTU)。把结构性黏土的流变分为滑移流变和损伤流变,在沈珠江堆砌体模型的基础上,采用过应力理论,建立结构性黏土流变模型。引入一个接触面模型,编制大变形固结程序并采用所建立的流变模型模拟结构性黏土室内孔压静力触探试验,验证了程序和模型的正确性。利用该程序模拟不同门槛损伤力q0的孔压静力触探,反演出该参数的原位测试公式。     

应力水平对结构性软黏土静力和动力变形特性影响的试验研究

采用原状和重塑软黏土样进行测量剪切波速的压缩试验及循环三轴试验，结果表明：在静荷载作用下，原状软黏土的变形特性随应力水平变化均可分为3个阶段，这3个阶段以先期固结应力和结构届服应力为分界点，利用剪切波速可简单、方便地判定出这2个关键应力值；重塑软黏土的变形规律与应力水平无关。对土体施加循环荷载时，两种土在不同固结应力下的应变一振次关系曲线上均存在着一个转折点，施加的动应力幅值小同，转折点应变也不相同，但该应变与相应的破坏振次呈线性关系。对于原状软黏土样，其转折点应变破坏振次关系分3个阶段变化，且与压缩试验的3个阶段具有良好的对应关系；对于重塑软黏士样，其线性关系基本不随应力水平变化而变化：当原状土结构破坏后，两种土样的变形规律趋于一致。     

天然结构性黏土的各向异性边界面模型

提出了一个可同时描述结构性和各向异性特征的适用于天然黏土的边界面本构模型。该模型具有如下特点:①采用了一个同时含有各向异性张量和结构性参数的边界面;②通过初始固结应力状态来确定各向异性张量的初始值以反映初始各向异性,通过各向异性张量随塑性应变的演化规律来描述荷载作用下的诱发各向异性;③通过结构性参数取一个较大的初始值得到一个扩张的边界面,从而反映结构性土的初始高刚度和强度峰值;④通过引入结构性参数随塑性应变的累积逐渐减小的演化规律来模拟土的结构的损伤以及应力应变曲线的软化过程。通过对几组典型的结构性黏土的试验进行模拟初步验证了模型的合理性和有效性。     

上海黏土一维压缩特性的试验研究

虽然上海黏土的压缩特性已得到了广泛研究，但是关于上海黏土的压缩特性特别是其长期压缩特性与国际上其他天然黏土的比较相对较少。采用取自上海浦西某基坑不同深度的原状土样进行一系列常规及长达70 d的长期一维压缩试验。主要目的是为了研究上海黏土的压缩特性尤其是其次压缩特性，并与国际上其他典型黏土进行比较。试验结果表明：上海黏土的压缩指数C_c相对较小，分布在0.43～0.50的范围之内。研究发现固结压力小于或接近前期固结压力时，次压缩系数C_??基本不变，然而当固结压力大于前期固结压力时，次压缩系数C_??随时间急剧减小。与其他典型黏土相比，上海黏土的C_??/C_c值略大于无机质黏土及粉土的下限值。按照Mesri (1973)提出的以次压缩系数为基础的土体划分标准，可以将上海黏土划分为低至中等次压缩性土体。     

压实黏土剪切带渗透特性试验研究

针对中国在建和拟建的300m级高堆石坝心墙黏土(尤其是接触黏土)在大剪切变形、高水头作用下渗透安全性评价的重大需求,采用新研发的土体环剪渗透试验装置对某高堆石坝心墙黏土进行了系列竖向压缩—环向剪切—径向渗流试验,测定了不同压实密度的黏土剪切带在不同竖向压力下导水系数随剪切位移的变化过程,揭示了压实黏土在大剪切变形过程中渗透特性的演化规律、内在机理及影响因素。在高竖向压力下,剪切带在剪切过程中被压缩得更密实,其导水系数在剪切过程中并不增大,剪切带在经历大剪切变形后仍具有良好的抵抗渗流的能力。在低竖向压力下,剪切带内土体破碎、错动、形成空隙,从而导致其导水系数急剧增大。对于所用的黏土,压实过程导致的前期固结压力可以粗略作为判别产生剪切渗漏带的门槛应力值。超固结的压实黏土易产生剪切渗漏带的试验发现,比目前传统的水力劈裂假设可以更好地解释和判别坝体中集中渗漏发生的条件及部位。     

结构性土体的施工扰动及其对沉降的影响

天然结构性土体在工程实践中易受扰动,导致结构强度降低,工程性质改变。这种施工过程中土体受到的原位施工扰动有别于现场取土、应力释放等引起的试样扰动;在天然土体原位扰动机理的分析研究基础之上,提出了针对原位扰动土的折线形原位压缩曲线。根据天然结构性土体e–lgp’曲线以结构屈服应力和转折应力为界的分段特性,考虑加载过程中压缩性的变化,结合工程实例的计算,讨论施工扰动度的评价,介绍如何利用原位压缩曲线以及扰动后土体的压缩曲线计算地基的最终沉降,分析原位扰动引起的最终沉降变化规律。结果表明:本文提出的方法合理地预测了施工扰动对最终沉降的影响。     

Macroscopic and microscopic investigation of the structural characteristics of artificially structured marine clay

Artificial structural soil is the best medium for simulating the structural characteristics of undisturbed soil, which is a unique property of undisturbed soil. To figure out the macroscopic and microscopic structural properties of artificially structured soil, this study proposed a method of disposing artificial structural soil to simulate in situ marine clay. In addition, a series of one-dimensional compression tests considering three influencing factors—the initial void ratio, interparticle cementation strength (determined by cement content) and pore size distribution (determined by initial salt content)—were conducted to explore the macroscopic structural properties of artificially structured marine clay. Then, SEM and MIP tests were performed to investigate the microstructure properties of artificially structured marine clay. With respect to the macro-scale experiment, the results show as the initial void ratio increases, the yield stress decreases while the compressibility increases in postyield stage. The pore size distribution mainly affects deformation, which increases with the quantity of relatively large pores. In terms of the micro-scale test, we found that the general microstructure is composed of aggregates of small clay platelets, some of which are either attached to the aggregates or linked to the surrounding aggregates with cemented bridges crossing the interaggregate pores. The most and least common pore space types feature entrance pore diameters of 1 ～ 17 μm and larger than 17 μm, respectively. An increase in cement content causes increases in intra-aggregate pore space and interparticle cementation strength. Initial salt particle content exerts an influence predominantly in the pores with entrance diameters of 0.3 ～ 1 μm and 1 ～ 17 μm.     

广州软土各向异性直剪试验研究

根据基坑开挖导致的土体应力特点及基坑开挖中土体的排水条件,对施工现场的原状广州软土,按与土体沉积面的不同倾角取土样,进行了固结快剪试验,对广州软土各向异性性状进行了研究和探讨。试验结果表明,广州软土各向异性导致的抗剪强度差异明显,其结果对基坑工程的设计计算及基坑的安全稳定有很大指导意义。     

任意施工荷载作用下天然结构性软粘土的一维非线性固结分析

考虑固结过程中结构性土体的非线性压缩特性、渗透系数的变化以及施工荷载随时间任意变化规律因素,推导了天然结构性土体的一维非线性固结方程。利用Crank-Nicolson差分格式离散非线性固结方程以方便求解。分析表明:不考虑土体结构效应的非线性固结和线性固结分析所得的超孔压明显大于考虑土体结构效应的非线性固结结果;当时间因数较小时,考虑土体结构性的非线性固结分析的固结度明显大于不考虑土体结构性的非线性固结分析和线性固结结果;同时表明不考虑土体结构效应的非线性固结和线性固结分析的结果相差不大。     

膨胀土与红粘土电阻率室内试验比较

介绍了土的电阻率室内测试原理与方法,并对试验土样——膨胀土和粘性土的物理性质指标进行了阐述,通过室内试验测出膨胀土与红粘土在不同温度、含水量条件下的电阻率变化情况,以得出一些有意义的结论。     

考虑软土结构强度的次固结特性试验研究

常规的次固结系数C_a计算方法并没有考虑土体结构性的影响。对原状土和人工结构性土进行了一系列的次固结压缩试验,研究了结构强度q对软土次固结系数C_a的影响。研究表明所提出的先期固结压力p_c计算方法有效地降低了Casagrande 法的误差;人工结构性土能够很好地反映结构性对土体固结特性的影响;结构性的存在能够减小土体进入次固结阶段所需时间;当荷载接近或超过土体的结构屈服应力σ_k时,土体残余的结构性有利于次固结变形的发展;软土的次固结系数C_a随着结构强度q的增加呈较好的线性增长关系;所提出的次固结系数C_a计算方法引入了结构强度q,为预测结构性软土的次固结变形提供依据。     

高原斜坡软土路基施工试验研究

高原斜坡软土是一种罕见的地质现象 ,是在特定的地质条件和气候条件下形成的具有特殊性质的软土 ,在高原斜坡软土地基上修筑公路、铁路都将面临路基稳定这一课题。通过内昆铁路老锅厂-李子沟区间斜坡路基施工试验研究 ,提出了“强基固本”、“治软抗滑”确保斜坡路基稳定性的技术措施 ,所得出的研究结论对类似工程具有一定的参考价值。     

结构性粘土剪切带的微观分析(英文)

土体剪切带的形成与土体逐渐破损理论是当今国际力学界和岩土工程界十分关注的焦点。本文在结构性粘土三轴试验的基础上，首先讨论了剪切带形成的宏观力学条件及其倾角，接着借助于扫描电镜，并采用微观定量测试技术，对剪切带及其周围土体的微观结构进行了分析。结果表明：土体具有足够的结构强度是剪切带形成的条件之一，剪切带的倾角与Ｒｏｓｃｏｅ理论不相符；剪切带的厚度在宏观、微观上有差异；剪切带内外的土体，在孔径分布、孔隙比、定向度、各向异率等方面差别很大；剪切面上剪胀与剪缩并存，总体呈剪缩；带内土体亦强烈剪缩；土样宏观却呈轻微剪胀特性。这些成果既验证了沈珠江砌体理论，也为建立土体结构性指标，发展结构性模型及土体逐渐破损理论打下基础。     

湛江黏土动剪切模量的结构损伤效应与定量表征

湛江黏土是一种具有高结构强度的灵敏性黏土,其强度包络线在固结围压达到结构屈服应力时存在明显转折,为了考察小应变条件下该黏土的动剪切模量随围压水平演化规律,开展了原状样与重塑样在不同围压水平下的共振柱试验与三轴CU试验,探讨考虑土体结构性损伤影响的动剪切模量表征方法。结果表明,重塑土最大动剪切模量G_(max)随有效围压的变化可用Hardin公式很好表征,而原状土G_(max)随有效围压的变化呈现先增大后减小特征,其转折点对应围压大于结构屈服应力,但最大动剪切模量与不排水剪切强度比值或经孔隙比函数归一化后的最大剪切模量随有效围压变化的转折特征点与结构屈服应力相当。出现上述现象的缘由在于该黏土G_(max)同时受土体压硬性的正效应与结构损伤的负效应双重影响,当固结压力小于结构屈服压力时,正效应占主导,反之则相反。针对Hardin公式未考虑结构性损伤的影响与难以延伸极端应力水平的不足,提出具有更广适宜性的描述模式。基于不同固结压力下该黏土的静刚度与微观结构演变性状,阐明了结构性损伤对其动剪切模量影响的物理机制,并间接印证了提出表征公式的合理性。     

正常固结原状饱和黏性土的三剪统一结构性本构模型

基于扰动状态概念,采用非线性弹性本构模型来表征原状黏性土的相对完整状态,将三剪统一强度准则与修正剑桥模型相结合来表征原状黏性土的完全调整状态,提出了饱和原状黏性土结构性本构模型。通过坐标平移法确定的破坏应力比使所提出模型能够反映全应力状态变化下的强度区间效应和拉压差,也能够描述黏聚力在土体受力过程中的作用。为验证所提出模型的正确性,以江西原状饱和红黏土为试验土样,做了排水和不排水条件下的常规三轴压缩试验,将模型计算结果与试验结果进行对比,结果表明,所提模型能够较好地反映江西原状饱和红黏土的力学和变形特性。