季节冻土区含砂低液限黏土冻融过程试验研究

为研究季节冻土区含砂低液限黏土在不同埋深地下水补给时的单向冻融过程,采用由箱体、制冷/热系统和地下水补给系统等构成的冻融系统装置,对大尺寸土体模型进行单向冻融试验。试验结果表明:在冻融过程中,各土层平面的温度、含水率与冻融量均分布不均匀,且三者之间相互影响;在地下水补给下,土体的冻胀量大于融沉量,且融沉时长小于冻胀时长;不同埋深地下水对冻融的影响主要表现在对土体冻前初始含水率的影响,进而影响温度梯度和冻结锋面的变化,进一步影响未冻水的迁移、冻胀量和融沉量等发展,因此,冻融作用为温度场、水分场和位移场等复杂的多场耦合作用的结果。     

基于BR-BP神经网络的高液限黏土改性剂掺量预估方法

【目的】为预测在不同湿度、温度、初始含水率环境下高液限黏土降水至稳定含水率所需的水泥和石灰改性剂掺量,【方法】以广西来都高速的高液限黏土为研究对象,结合室内湿法击实试验、液塑限试验及改进CBR试验,设计考虑初始含水率、改性剂掺量、温度、湿度4因素5水平的正交试验对稳定含水率的影响,基于贝叶斯正则化(BR)算法的改进BP神经网络,建立了考虑多因素的高液限黏土改性剂掺量预估模型,将该模型与传统人工神经网络的预测结果进行比较,并采用现场试验验证了该模型预测结果的可靠性。【结果】结果显示：以湿法最佳含水率21%作为降水目标值是可行的,所提出基于改进BP神经网络的改性剂掺量预估模型较传统的人工神经网络预测结果更为精确。【结论】结果表明：通过该方法预测施工现场不同工况下所需石灰、水泥掺量,现场焖料后含水率和模型计算的稳定含水率均低于21%,石灰、水泥改性土填筑碾压后路堤压实度均可达到94%以上。研究成果对于高液限黏土改性剂掺量预测及路堤填筑技术具有借鉴意义。     

含水率对高液限细粒土砾与粉质黏土抗剪强度影响比较研究

近年来,随着极端气候的变化,土石坝安全性问题日益突显。为了研究不同筑坝材料对土石坝安全的影响,利用应变直剪仪对粉质黏土和高液限细粒土砾土样在不同含水率和实施不同正应力下进行不排水不固结快剪试验,研究不同含水量和不同应力情况对土的抗剪强度的影响。试验结果表明,粉质黏土在最大干密度和最优含水率时抗剪强度最大,在最优含水率以前随含水率越大抗剪强度越大,在最优含水率以后随含水率越大抗剪强度越小;而高液限细粒土砾的含水量越大抗剪强度越小。     

标准砂冷冻法制样试验研究

为了科学评价黄河中下游地区砂土的力学性能,选择砂粒组中的标准砂力学性能指标为参考标准,对其进行一系列三轴固结排水剪切试验,研究了冷冻法制样和湿装法制样对标准砂应力应变关系和抗剪强度指标的影响。结果表明:①无论采用冷冻法制样还是采用湿装法制样,标准砂试样的主应力差都随相对密度的增大呈增大趋势,其应力应变关系曲线从硬化型过渡到软化型。②对于疏松状态的标准砂,轴向应变不大于5%时,湿装法制备试样的主应力差大于冷冻法的;对于密实状态的标准砂,轴向应变不大于6%时,湿装法制备试样的主应力差小于冷冻法的;但随着轴向应变的增大,二者强度趋于一致。③两种制样方法制备的试样,其内摩擦角均随相对密度的增大而增大,不同方法制备试样的内摩擦角相差不大。④对于疏松状态的标准砂采用湿装法制备试样,在装样过程中易受到扰动,导致其峰值强度高于冷冻法的,处于密实状态的标准砂采用湿装法制备试样,装样时对其扰动较少,但其峰值强度低于冷冻法制备试样的,因此对于疏松状态的标准砂建议采用冷冻法制样,且在动三轴试验仪器上进行常规三轴试验,以尽量减少装样对试样的扰动。     

重塑条件对红黏土力学特性影响试验研究

重塑条件是影响重塑土样相关力学特性的重要因素,为分析堤防建设的土工试验中各重塑条件对重塑土力学特性的影响,采用不固结不排水三轴试验研究了不同重塑条件(碎土方式、含水率和制样方式)对重塑红黏土力学特性的影响,并结合扫描电镜图像揭示了相关重塑条件对力学强度特性的影响机理。结果表明：在含水率较低时,影响红黏土重塑样强度的主要因素为制样方式;当含水率升高后,碎土方式成为主要的控制因素;结合微观试验进一步说明不同碎土方式得到不同级配的土粒,机械碎土方式会使得土颗粒集聚成不同数量的“粗颗粒”,改变土粒级配从而影响相关力学特性;不同制样方式导致土颗粒发生不同的有序排列,进而使得土体抗剪强度发生变化。     

砾质土钻孔灌砂工艺三轴试验效果研究

 对砾质土心墙料渗透性较差的试样,若按传统方法进行三轴试验,要保证试样饱和、固结、剪切过程中排水充分,试验周期将很长,无论是从大型三轴试验仪设备性能还是试验时间上都是难以接受的。为提高三轴试验效率,研制改进了三轴排水工艺,并进行了三轴 CD 试验的验证。试验成果表明：1 ％～3 ％置换率的“砂井”,对加速三轴试样的饱和、固结排水和孔压消散等过程起到了显著的效果,试验效率提高了2～3倍,但对应力应变基本无影响;从无孔样到有孔样,c值具有离散性,φ值依次增加,但变化幅度不大;试样周边、顶底粘贴滤纸条,再结合试样内部钻孔灌砂,是改善三轴试验排水路径的一种科学合理的、有效简便的好方法,能够获得准确、可靠的抗剪强度指标和E-B模型参数。     

季冻区公路路基低液限粉质黏土动强度指标的影响因素研究

在季节性冻土区,公路路基土动强度特性的影响因素较为复杂。以探究冻融循环作用对季冻区公路路基强度和变形特性的影响为目的,通过冻融循环作用下的室内动三轴试验,得到动强度指标随冻融循环次数、压实度和振动频率的变化规律,并采用正交试验设计方法进行显著性分析,探究各影响因素的影响程度。结果表明:随着冻融循环次数的增加,动内摩擦角呈现出一定的衰减趋势,但动黏聚力下降明显;随着压实度的增加,动内摩擦角约增加10%左右,动黏聚力值基本呈线性上升趋势,约升高1倍左右;随着振动频率的增加,动内摩擦角无明显变化,其值在31°～35°范围内波动,动黏聚力值呈上升趋势,且经历冻融循环后,上升幅度减小;各因素及其交互作用对动黏聚力的影响从大到小依次为压实度B,冻融循环次数A,交互作用A×B,振动频率C,交互作用B×C,交互作用A×C。研究成果对季冻区公路路基冻胀和融沉的防治,以及公路的服役性能和维护具有参考价值。     

混凝土正交各向异性统计损伤本构模型研究

基于统计损伤理论,本文建立了混凝土三维正交各向异性统计损伤本构模型,用于描述混凝土复杂荷载环境下的力学行为。该模型将单轴拉伸、压缩作为最基本的宏观破坏模式,复杂应力状态下的本构行为理解为2种基本模式的组合形式,考虑断裂、屈服两种细观损伤机制。提出新的"等效应变"假设,通过引入等效传递拉损伤应变和损伤影响参数,建立起复杂应力状态损伤演化过程与单轴损伤演化过程之间的等效关系。通过预测值与试验结果比较,表明该模型能够模拟多轴加载情况下材料均匀损伤阶段本构行为的主要力学特征,从变形特性、强度特征和破坏形式等角度对材料的损伤机制进行探讨。     

饱和软黏土应变累积特性及经验模型

为了更加真实地描述地基饱和软黏土在长期交通循环荷载作用下的永久变形特性,借助GDS变围压动三轴试验系统对温州饱和软黏土开展了一系列恒定围压应力路径(CCP)以及变围压应力路径(VCP)下的部分排水循环加载试验,重点分析了循环动应力比(CSR)、应力路径(α)及其长度(L)对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在给定的循环次数(N)下,永久轴向应变随着CSR的增大和α的减小而增大,可分别采用指数函数和对数函数描述永久轴向应变与CSR和α之间的关系。基于试样经历10 000次循环后的永久轴向应变,通过归一化处理发现归一化永久轴向应变(ε^p_{a,10 000}/ε^p,CCP_{a,10 000})与归一化应力路径长度(L/L_CCP)和归一化平均主应力幅值(p^ampl/p^ampl_CCP)之间分别呈对数和线性关系且与CSR无关。进一步构建了考虑CSR、α以及N综合影响的对数型经验模型并对不同应力路径下的永久轴向应变进行了预测,预测结果与实测值呈现出较好的一致性。     

武汉天然老黏性土的压缩和剪切特性试验研究与数值模拟

武汉天然老黏性土是一种超固结硬黏土 ,在开挖卸载条件下容易产生应变软化 ,经常给深基坑、边坡工程带来不利影响.目前对其超固结性、结构性以及剪切特性等还缺少深入认识.利用高压固结仪和三轴剪切仪对其饱和原状样和饱和重塑样分别进行了压缩试验和三轴不排水剪切试验 ,并且应用上下负荷面剑桥模型对原状样的三轴不排水剪切试验进行了模拟.研究结果表明 :天然老黏性土为一种强超固结的结构性土 ,采用两种方法得到的原状土前期固结压力和结构强度基本一致 ;在低围压下 ,原状样明显表现出应变软化和剪胀性 ,其破裂面易受微裂纹影响;与文献中的天然软土不同 ,天然老黏性土在结构破坏后剪缩并不明显 ;原状样的黏聚力明显高于重塑样 ,两者内摩擦角非常接近 ;采用上下负荷面剑桥模型模拟的原状样应力-应变曲线和孔压曲线与室内试验结果基本一致.     

基于统计损伤理论的邓肯—张修正模型研究

由于邓肯—张EB模型没有考虑颗粒破碎损伤对材料变形及强度的影响,不能模拟堆石料应变软化的缺陷,故将统计损伤理论引入邓肯—张双曲线模型。通过探讨堆石料应力—应变曲线不同阶段损伤变量的规律,描述堆石料的损伤破碎过程,考虑其损伤阈值的影响,建立了邓肯—张修正模型表达式,该模型参数能通过试验数据拟合得出。经过验证,邓肯张修正模型在高围压下能较好的模拟堆石料破碎损伤的全过程,低围压下退化为常规邓肯—张模型。与传统邓肯—张模型、统计损伤模型、弹塑性模型及试验结果相比较,其形式简单、参数少。研究成果可应用于底部围压较大的高堆石坝分析,为堆石坝的设计计算提供参考。     

岩石损伤软化统计本构模型参数的确定方法

本文探讨了岩石损伤软化统计本构模型参数与岩石软化变形破裂过程的应力应变全曲线的特征参量的理论关系,建立了本构模型参数新的确定方法。该方法通过常规试验所得到的峰值点的应力应变值即能确定整个本构模型的其它参数,再将峰值点的应力应变值与围压的关系进行拟合,即能将该模型推广成任意围压下的岩石损伤软化统计本构模型。试验表明,本文模型曲线能较好地反映岩石破裂的全过程。     

低液限红黏土对混凝土和易性及力学性能的影响

为了探究低液限红黏土对混凝土和易性及力学性能的影响,采用低液限红黏土、碎石、机制砂制备塑性混凝土,探讨黏土掺量与水灰比对混凝土和易性、抗压强度、劈裂强度、弹性模量的影响。结果表明:低液限红黏土能改善混凝土的流动性、黏聚性和保水性,1 h后的坍落度仍能保持在173 mm以上,同时黏土能大幅度地延迟混凝土的初凝和终凝时间和显著降低混凝土的表观密度。黏土等质量替代水泥后,随着养护龄期的延长,混凝土抗压强度、劈裂强度呈对数关系增加。相对而言,黏土掺量对混凝土抗压强度的影响比水灰比要大。黏土掺量越大,混凝土的弹性模量越小,且可采用混凝土抗压强度的线性关系来预测。     

软土初始损伤门槛值的真三轴试验研究

对上海淤泥质软土进行真三轴试验，用损伤观点研究土在三维应力状态下的特性，认为软土的受力过程就是受损伤的过程。试验表明，中主应力及固结压力对上海软土的初始损伤点的出现有影响。初始损伤应力门槛值随中主应力比和固结压力的增大而增大，初始损伤应变门槛值随固结压力的增大而增大，但随中主应力比的增大而减小。最后，提出了确定土在三维应力状态下的初始损伤门槛值的经验方法。     

高液限花岗岩残积土路用特性试验研究

取湖南某高速公路路基土样进行室内试验,研究花岗岩残积类高液限土的路用特性.通过XRF荧光光谱、XRD粉晶衍射和薄片鉴定实验,分析该类高液限土的成分及结构,发现细粒片状云母等矿物与细粒状的黏土矿物相互作用是其特殊性质的主因.研究击实功、含水率对高液限花岗岩残积土的击实指标、压实度、CBR强度的影响规律,并探究泡水4d后土...     

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。     

基于声发射特性下的含骨料混凝土裂隙演化特性及其统计损伤本构研究

为探讨含骨料混凝土的损伤裂隙演化特性,基于统计损伤理论的数值模拟手段,建立了含骨料混凝土有限元模型,得到了不同工况下的裂隙扩展过程、声发射规律和峰值强度变化,同时基于声发射数值结果定义了损伤度的概念。结果表明：不同工况下的裂隙演化呈现“X”型扩展,由“翼形裂纹”与“反翼形裂纹”共同组成;“翼裂纹”萌生及扩展主要破坏模式为拉伸破坏,“反翼裂纹”的萌生是由于剪切破坏而产生,随后扩展模式为拉剪复合破坏;预制裂纹的倾角越大,骨料含量百分比越大,则试样的峰值强度也越大,但是前者对混凝土抗压强度的增幅要小于后者;定义了损伤度的概念,加载过程中混凝土的损伤变化经历4个阶段：线弹性变形阶段、裂纹萌生阶段、裂纹加速扩展阶段和损伤平稳发展阶段。骨料含量百分比越大,预制裂隙倾角越小,则最大损伤度越大,不同工况下的损伤度变化范围为0.85~0.94;骨料的破坏模式共分为4种,即偏转绕行、止裂、裂纹被骨料吸附和裂纹穿过骨料。本文数值模拟中偏转绕行是主要破坏模式。     

高含黏(粉)粒土料充填管袋高效脱水技术

针对我国河口海岸地区大量管袋坝工程因充填高含黏(粉)粒土料导致脱水固结速度慢而无法进行赶潮施工的问题,通过吊袋排水效率试验和充填泥浆沉淀规律试验研究初步提出了放水排泥的加速脱水方法;通过室内单元管袋脱水模型试验和现场大尺度充填试验对所提出加速脱水方法的可行性和实际工程效果进行了验证。在归纳系列室内试验结果和现场施工经验基础上总结出一种充排结合、边充边排的管袋充填高含黏(粉)粒土料高效脱水技术,并给出了具体施工工艺。