非饱和土基质吸力测试技术的分析与实践

非饱和土力学是目前岩土力学研究的热点和难点,土水特征曲线体现了非饱和土体的持水能力,它是非饱和土力学研究的核心问题之一。现场试验和室内试验通常针对非饱和土的基质吸力进行测试,从而获得有效的土水特征曲线。基质吸力的测试方法很多,主要包括张力计法、滤纸法、热传导探头法、渗析法、时域反射计法、压力板仪法等。着重对使用较为广泛的张力计法、滤纸法、时域反射计法、压力板仪法、热传导探头法进行归纳介绍及实践应用分析。     

下蜀黄土的非均匀和非饱和性的初探

下蜀黄土分布在不同高程的多种地貌单元,如山顶、阶地、山麓及盆地,由黄土和红土两部分组成,具有成分和结构差异,尤其是水稳定性的影响程度。它是一种非均匀性土层,当其位于地下水位以上或开放性状态时,土层出现非饱和状态和负孔隙水压力,产生较大的基质吸力。工程诱施工中,可利用这一特性,但必须控制各种向下净流量,以控制土体饱和度增大的趋势。     

非饱和土的结构强度

从非饱和土中孔隙分布规律出发，推导出了非饱和土结构强度与基质吸力的关系。理论公式与试验结果相符合，并且便于实际应用。     

考虑非饱和土吸力效应的圆柱孔扩张有效应力解析

为探究吸力效应对圆柱孔周围土体应力应变的影响,推导了非饱和土中的圆柱孔扩张有效应力析解。在弹性区和塑性区分别采用Hooke定律和修正剑桥模型,将非饱和吸力作为硬化参数,建立圆柱孔周围土体的应力应变控制方程。通过引入辅助变量,将欧拉坐标系下的平衡微分方程转至拉格朗日坐标系,非饱和圆柱孔扩张问题则转换为以弹塑性边界为边值条件求解一阶常微分方程组的问题。以弹塑性边界上的应力和初始比体积作为初值,对非饱和土中圆柱孔扩张问题进行分析。结果表明,受扩孔压力作用,圆柱孔周围土体将从弹性状态进入塑性屈服状态,而土体初始吸力的变化对塑性区应力状态影响显著。随着初始吸力的增加,圆柱孔周围相同位置处的土体各应力分量增大,极限扩孔压力也随之增大。对于初始孔隙比较大的疏松土体,吸力增大使得圆孔周围塑性区范围缩小;塑性区土体比体积沿径向呈单调减小,吸力越大,比体积减小越明显。对于初始孔隙比较小的密实土体,吸力变化对塑性区范围大小影响不明显;塑性区内土体比体积沿径向先增大后减小。这是因为在弹塑性边界附近处出现了剪胀现象,且吸力越大,剪胀现象越明显。最后通过与原位旁压试验和已有数值模拟结果对比,对本文方法的可靠性进行了验证。     

含水量对原状残积土初始基质吸力影响的试验研究

以福建省降雨滑坡带的残积土为研究对象,制备原状三轴试样并控制5种不同含水量状态.利用GDS三轴试验系统测定试样的初始基质吸力,分别得出初始基质吸力随时间的变化曲线和初始基质吸力与含水量的关系曲线.试验结果表明:原状残积土的初始基质吸力在开始阶段随时间的增加逐渐上升至峰值,然后随着时间的进一步增加,曲线逐渐下降,最后趋于一个稳定值;原状残积土试样含水量越大,初始基质吸力越小.     

基质吸力对重塑红黏土抗剪强度影响的试验研究

通过室内剪切试验,得到了非饱和重塑红黏土的黏聚力和内摩擦角随水质量分数变化的规律;采用滤纸法进行了基质吸力的量测,得到不同干密度下的水-土特征曲线;基于试验结果,获得了考虑基质吸力的破坏包络面,初步分析了基质吸力对红黏土剪切强度的影响.结果表明:该类红黏土黏聚力随含水量的增加按Gauss函数变化;内摩擦角随含水量的增加符合Sigmoidal函数,在水质量分数为0时,达到最大值;有效内摩擦角φ′在等基质吸力平面上为一定值,在不同的基质吸力平面上随着基质吸力的增加逐渐增大;φb具有随基质吸力的增加而先不变后减小的特征,且随净法向应力的增加而增大;基质吸力在高净法向应力时,对抗剪强度的贡献较大.     

温度对非饱和路基土吸力影响的研究

季节性的温度变化和日温差变化,导致路基土吸力变化,所以研究温度对非饱和路基土吸力的影响意义较大。用连通侧管式张力计测得路基土在含水量不变化时不同温度下的基质吸力值,发现基质吸力值并非恒定,而是随着温度的升高,近似线性降低,随着温度的降低,其值线性升高。分析温度吸力影响的机理后,提出了温度对基质吸力影响的修正公式,使得基质吸力的测量更为精确。     

考虑非饱和土强度理论的水泥搅拌桩挡土墙结构稳定分析研究

采用非饱和土的强度理论推导了考虑挡土墙周围非饱和土基质吸力对水泥搅拌桩挡土墙支护结构稳定性状的影响的分析方法，初步探讨了饱和一非饱和土环境下水泥搅拌桩挡土墙支护结构的稳定安全系数变化规律．     

常吸力下非饱和土水-力耦合循环塑性的模拟

为描述非饱和黏性土在静、动态荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应,在塑性增量流动理论的框架内建立一个描述常吸力条件下非饱和黏性土水-力耦合效应的弹塑性双面模型.基于BBM(Barcelona basic model)及Li和Meissner提出的一种塑性硬化准则,并考虑非饱和土的典型土水特征,通过边界面和加载面在...     

考虑抗拉强度时非饱和土的干燥裂缝深度

根据弹性理论和增量理论，应用非饱和土的双应力状态变量表示方法和饱和度与基质吸力之间的关系．建立了非饱和土在考虑抗拉强度和密度随基质吸力改变而变化情况下干燥裂缝深度的方程。研究表明裂缝深度不仅与内因即众多土参数有关而且与外因如地下水位有关；地下水位下降到某一深度时并不引起裂缝，这比文献[1]方法即认为只要地下水位低于地表就存在裂缝更符合实际。以上结是的原因在于合理考虑了土的抗拉强度和密度变化。     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究。在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描。研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一个峰值。这种现象主要是由于土体微观结构以及所含水分的存在形式所造成的。另外,土体所处的应力环境也会对土体强度的吸力贡献情况造成影响。     

基于双洞效应的黄土公路隧道地层变形规律离心模型试验

鉴于目前黄土公路隧道修筑面临的一些特有问题,为了更全面地了解双洞效应影响下黄土公路隧道地层变形规律,运用离心模型试验设备,系统开展了4组基于先加载后开洞思路的模型试验,研究了双洞不同净距对黄土公路隧道地层变形的影响.试验结果表明:随着双洞净距的增大,双洞间的相互影响程度减弱,靠近拱顶处的地层变形曲线由单峰值的V形逐步变为双峰值的W形;存在压力拱效应且压力拱的形成高度随双洞净距的增大而增大;先行洞室各层沉降范围及沉降值均略大于后行洞室,且随双洞净距的增大,先行洞室对后行洞室的影响程度逐渐减弱;选用0.5D间距形式,易在隧道间形成应力与变形强影响区,需对中间土体进行加固,选用D及以上间距形式,隧道间可以形成自稳的宽底承载土柱体,故小净距黄土公路隧道双洞间合理净距可选取为D.     

降雨条件下不同土质非饱和路基边坡响应特性

通过对我国西部2种典型非饱和路基边坡实施现场人工降雨的监测结果表明,随着各次降雨的依次进行,非饱和路基边坡初始含水量逐渐增大,入渗率逐渐减小;非饱和黄土路基边坡的初始含水量状态对应着一个临界降雨量,只有降雨量超过该临界值,边坡才有可能产生径流。降雨强度越大,从降雨开始到径流产生所需的间隔时间越短;非饱和黄土路基边坡的吸力值远大于非饱和土石混合土路基边坡。在试验条件下,压实黄土路基边坡的降雨入渗影响深度在0.3~0.6 m之间,而土石混合土路基边坡降雨入渗影响深度在2.4 m以上。     

小浪底水库1~#滑坡非饱和土土-水特性试验研究

通过小浪底1#滑坡非饱和土三轴试验对非饱和土土-水特性及围压对基质吸力的影响进行分析.结果表明:基质吸力随体积含水率的增大而连续减小;天然含水率非饱和土工程性质受含水率的影响很大;相同体积含水率试件的基质吸力随围压的增大而非线性减小,含水率同基质吸力之间的关系是连续的.利用多项式函数模型对土-水特征曲线进行拟合并建立土-水特征方程,同时探讨了土-水特征曲线与强度之间的关系并依此建立强度公式.     

非饱和土吸力对边坡稳定性安全系数的影响

本文在对非饱和土吸力与膨胀力的关系研究基础上,用吸力与内聚力之和代替有效内聚力,并用膨胀力代替吸力,推导出考虑吸力作用的非饱和土边坡稳定性安全系数的计算公式,并通过算例说明吸力对边坡稳定安全系数的影响。     

湿陷性黄土工程特性及路基病害防治措施

湿陷性黄土压缩性大、强度低。在其上修筑路基容易产生较大的沉降量,且常因雨水导致各种工程病害。随着我国道路工程建设的不断发展,在西部地区由湿陷性黄土引起的路基病害问题日益突出,已严重影响到道路的施工建设。介绍了湿陷性黄土的工程特性,针对路基各种病害类型及成因进行了分析,并提出了相应的防治措施。该研究对湿陷性黄土地区路基的设计、施工及养护具有重要的指导意义。     

武广客运专线非饱和红粘土的快剪 与慢剪对比试验研究

采用某客运专线3个工点的非饱和红粘土试样进行三轴、直剪的不固结不排水剪切、固结不排水剪切和固结排水剪切试验，获得了这3个工点的直剪、三轴试验指标，分别对其进行了不固结不排水剪与固结排水剪强度指标对比，获得了相应的比值，提出了建议，对客运专线非饱和红粘土地段设计参数的选取具有参考作用。     

关于某隧道群病害原因分析及结构安全性评估

根据现场调查和检测资料，对某公路隧道群病害的主要表现形式及产生原因进行了全面系统的分析。并对其结构进行了安全性评估，同时提出了病害的整治方案，实践证明，该整治方案是切实可行的，对类似工程具有一定的指导意义。