重塑膨胀土三轴增湿变形及力学特性的试验研究

通过三轴增湿变形试验和直接剪切试验,对膨胀土的变形和抗剪强度规律进行了研究.结果表明,膨胀土的极限剪应力、凝聚力和内摩擦角都随着含水率的增大而减小,试样含水率越接近饱和含水率,试样的抗剪强度减小的越快;膨胀土的应力随应变增加呈衰减趋势,并且在增湿变形中以体积变形为主,轴向变形较小;在同一应力状态下,随着含水率的增大,体应变逐渐减小,土样表现为膨胀,在含水率相同的条件下,应力越小,膨胀土在浸水过程中的体积变化就越大.     

重塑膨胀土三轴增湿变形及力学特性的试验研究

通过三轴增湿变形试验和直接剪切试验,对膨胀土的变形和抗剪强度规律进行了研究。结果表明,膨胀土的极限剪应力、凝聚力和内摩擦角都随着含水率的增大而减小,试样含水率越接近饱和含水率,试样的抗剪强度减小的越快;膨胀土的应力随应变增加呈衰减趋势,并且在增湿变形中以体积变形为主,轴向变形较小;在同一应力状态下,随着含水率的增大,体应变逐渐减小,土样表现为膨胀,在含水率相同的条件下,应力越小,膨胀土在浸水过程中的体积变化就越大。     

等向应力下原状黄土的压缩及增湿变形特性研究

 用非饱和土三轴剪切渗透仪,在等向应力条件下对原状黄土进行增湿–加载,加载–增湿及加载–增湿–加载3个系列加载增湿路径试验,分析吸力对压缩变形和加载屈服特性的影响,探讨增湿时应力对变形及屈服特性的影响,通过对单线法及双线法的试验结果对比,确认原状黄土的增湿体积变形与加载增湿路径有关,加载及增湿屈服线不具有唯一性,进而提出等向应力条件下原状黄土的弹塑性体变模型。研究结果表明：吸力及应力分别对屈服前压缩及增湿变形特性指标几乎没有影响,而对屈服后的指标皆有明显的影响;单线法与双线法确定的增湿体积变形皆随应力的增大而先增大后减小,峰值点处应力与吸力丧失程度及加载增湿路径无关,且近似等于天然状态土样的初始屈服应力;增湿变形与加载增湿路径有关,单线法的值比双线法确定的值小,差值随增湿程度增大而减小,增湿至饱和时2种方法确定的湿陷变形近似相等。对于相同的塑性体应变,吸力减小屈服线位于加载屈服线之下方,二者随塑性体应变的增大而耦合联动扩大。提出的弹塑性体变模型可以较好地预测不同吸力下的压缩变形,比采用唯一加载湿陷屈服线的模型更好地预测不同应力下增湿变形。     

膨胀土在湿干循环和三轴浸水过程中细观结构变化的试验研究

为研究膨胀土裂隙的产生及闭合规律,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的3次湿干循环试验;再对湿干循环后的裂隙膨胀土进行了控制围压和偏应力为常数的CT–三轴浸水试验。研究结果表明:无约束条件下的膨胀土试样增湿和干燥都能引发裂隙的产生和闭合;在三轴浸水试验中,裂隙均趋于闭合,而闭合程度与应力状态有关;浸水过程中,试样体积变化可分为3个阶段,体积首先减小,接着因湿胀作用逐渐增大,尔后又因膨胀力释放和模量降低而减小;定义了结构修复参数,提出了三轴浸水过程中的土样结构修复演化方程。     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力。采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土隧道开挖过程进行仿真分析,并利用温度场模块模拟隧道围岩增湿膨胀,得出隧道增湿前后应力与位移的变化规律,同时设计正交试验,分析各因素对膨胀土浅埋隧道稳定性的影响。结果表明:围岩增湿之后,围岩拱腰处的应力值增加明显,拱顶和拱底处应力值减小;衬砌的拱底处纵向位移值增加,拱顶处纵向位移值减小。通过设计正交试验,采用极差和方差分析得到对膨胀土浅埋隧道围岩稳定性影响最大的因素为增湿强度,其次为覆跨比、膨胀厚度和膨胀系数。     

原状与重塑膨胀土增湿变形特性研究

通过对原状膨胀土和重塑膨胀土进行无荷载和有荷载膨胀试验,研究了膨胀土的增湿变形特性与土体结构性的相关关系。试验结果表明,在初始干密度和初始含水量相同的情况下,重塑膨胀土的增湿变形量明显大于原状膨胀土,但两者的的增湿变形量均随初始含水量增大而减小。     

真三轴应力下塑性混凝土的变形与强度

通过侧压恒定和侧向位移近似恒定的2类真三轴压缩试验,研究了三向应力下塑性混凝土的变形、破坏和强度.在侧压恒定的真三轴试验条件下,塑性混凝土侧压从0至设定值过程中产生了压缩变形,此后,侧向应力和应变均保持稳定,侧向由压缩变形转变为膨胀变形,但侧向应力大小稳定,塑性混凝土强度与侧向应力大小密切相关;在侧向位移近似恒定的真三轴试验条件下,侧压随着轴压增加而增大,强度可达单轴强度9倍以上.塑性混凝土在真三轴压缩作用下的变形过程为:在轴向应力-应变曲线上,轴向压缩初期至直线上升段,侧向在侧压作用下产生变形,约束阻止了膨胀变形的过早出现,延迟了膨胀变形的产生,提高了最大体积压缩值,增强了试件的抗裂性能,提高了轴向抗压缩变形能力,增大了强度;当轴向压缩达到一定程度时,侧向变形由压缩转变为膨胀,体积很快压缩至最小,抗压强度也很快达到峰值;之后,轴向变形加速发展,膨胀变形由于侧向约束而发展较慢,轴向应力缓慢下降.在单轴作用下,峰值后轴向压缩加速发展,膨胀变形由于无约束而快速发展,轴向应力快速下降.     

非饱和重塑粘土的加冰增湿试验研究

通过在干土中加冰增湿的试验方法,进行了侧限压缩及三轴试验条件下的非饱和土增湿试验,得到重塑白河堡粉质粘土的干土-增湿-湿后全过程的应力应变曲线。研究结果表明:重塑击实粘土在同一围压下强度随含水量的增加而降低,应力应变关系也有明显不同,其强度和变形参数由应力水平和含水量决定。这一试验方法可望在不涉及非饱和土基质吸力的情况下,确定由任意应力增量及含水量增量而引起的应变增量,为非饱和土的本构模型提供了新的可能途径。     

复杂水–力路径下非饱和砂质黄土增湿变形特性

为研究复杂水–力路径下非饱和砂质黄土的增湿变形特性,采用GDS非饱和三轴仪,对非饱和砂质黄土开展偏应力作用下固结–加载–增湿–加载、固结–卸载–增湿–卸载2种复杂水–力路径的单线法三轴增湿试验,全面分析水–力路径和应力比对非饱和砂质黄土增湿变形特性的影响。试验结果表明：(1)轴向应变与增湿剪应变均随应力比的增加而减小;(2)应力比为0.25时,试样未达到饱和便发生剪胀破坏;经历加载路径试样比经历卸载路径试样的增湿剪应变、孔隙比发展更快,率先达到破坏;(3)应力比为0.5和0.75时增湿变形特性基本一致,湿化体应变、增湿剪应变均随湿化参数的增加先增加后趋于稳定,孔隙比随着湿化参数的增加先减小后趋于稳定,经历加载路径试样的最大湿化体应变、增湿剪应变与增湿前初始孔隙比均大于经历卸载路径的试样。     

红砂岩粗粒土剪胀效应大型三轴试验研究

 采用大型三轴试验仪,进行不同应力状态下的红砂岩粗粒土三轴试验,研究粗粒土在不同应力状态下的剪胀性和剪胀趋势影响因素。试验研究表明围压对粗粒土的剪胀性具有明显影响,在不同围压状态下,红砂岩粗粒土整体表现为高压剪缩低压剪胀,并且低围压下表现出先剪胀后剪缩趋势。当围压＜200 kPa时,体积增量比dev/de1为负值,土样表现为剪胀趋势;当围压＞400 kPa时,体积增量比dev/de1在整个剪切过程中为正值,土样表现为剪缩趋势。粗粒土剪胀趋势还随着轴向总应变发展而改变,开始时剪胀明显,随着轴向应变增加剪胀趋势缓减。粗粒土Rowe模型剪胀参数K值离散性较大,充分反映粗粒土剪切过程中粗、细颗粒间变形不协调性,并且随着总应变值e1的增加,K值离散性减小。本试验结果认为红砂岩粗粒土的Rowe剪胀模型参数K = 20～25。     

原状膨胀土三轴剪切过程的损伤力学特性

通过对原状膨胀土三轴剪切过程的CT扫描分析,结合CT数据及图像,发现其剪切受力破坏过程实际上是内部裂隙的扩张演化过程。在应力峰值之前,膨胀土的CT数一直在增加,同时CT数的方差减小,表明膨胀土的密度不断增加,在三向应力作用下,膨胀土变得相对均匀了;在峰值之后,情况正好相反,CT数一直在变小,CT数的方差变大,表明其密度不断减小,裂隙变得相对不均匀。裂隙是由中心向中部或边缘扩展,直至贯通和剪切面的形成。CT数的均值、方差随轴向变形变化关系曲线呈抛物线形式。     

考虑Q3黄土增湿特性的隧道围岩变形分析

力、水耦合作用使黄土结构性降低,开挖扰动和增湿是黄土隧道围岩失稳的主要原因.基于已提出的Q3黄土初始切线模量与含水量的关系,对一典型的黄土隧道进行了增湿变形分析,从围岩的变形、地面沉降、衬砌的受力状态三个方面对比分析了增湿对围岩稳定性的影响.结果表明,含水量从5.175%增大到22%时,隧道拱顶沉降和地面变形均增大了一倍左右,初始含水量较小时,增湿引起较大的围岩变形,初始含水量较大时增湿引起较小的围岩变形;衬砌结构的弯矩和轴力随含水量增大而增大,按规范求得弯矩的设计值大于数值分析的结果,而轴力的设计值小于数值分析的结果.     

不同中主应力条件下粗粒土应力变形特性试验研究

采用长江科学院大型真三轴仪,对粗粒土进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验和平面应变试验,研究了中主应力对粗粒土的应力变形的影响规律。试验结果表明,中主应力比b一定时,应力–应变关系曲线的斜率和峰值强度随着固结压力的增大而增加,在低围压条件下,体变关系曲线在加载过程中表现为先剪缩后剪胀的特性,而在高围压下,整个加载过程中表现剪缩的特性;固结压力一定时,随着b值的增大,应力在峰值后的软化现象愈加明显,体变全过程曲线表现出剪胀特征对应的固结压力越来越低,小主应变–大主应变关系曲线的斜率绝对值增大。研究成果可为进一步研究粗粒土的本构模型奠定基础。     

真空预压地基卸荷变形特性试验研究

为认识真空预压地基在真空压力卸载中的变形特性,对原状软黏土土样进行了常规三轴仪等向压缩与膨胀试验以及CKC三轴仪压缩膨胀试验,以模拟真空预压地基中各种应力状态下的土体单元在卸除真空压力这种球形压力后的变形特征。研究结果表明,真空压力卸载过程中地基土体既产生弹性的体积膨胀,因偏应力的存在,土体还产生剪切变形,在真空联合堆载预压中,堆载产生的较大偏应力将导致真空压力卸载时地基回弹很小,甚至地基继续沉降。真空压力卸载时,地基的沉降效果是土体膨胀变形和土体的剪切变形的叠加。     

膨胀力概念及其增湿规律试验研究

通过对膨胀土膨胀力概念的剖析,指出《岩土工程基本术语标准》(GB/T 50279-98)界定的膨胀力为极限膨胀力。根据对膨胀土增湿试验的研究,得出:前期增湿会引起较大的膨胀力,在达到一定程度后出现拐点,以后膨胀力的增加趋于缓慢且近于线性;换算膨胀力与初始含水率成非线性负相关关系。同时探讨了极限膨胀力影响因素,试验表明,不同含水率制备的相同干密度的土样的极限膨胀力随初始含水率的增大而减小,对以往典型试验现象做了解释。     

合肥膨胀土轴向卸荷回弹变形的试验研究

为研究轴向卸荷路径下的土体回弹变形特性以及初始含水率和蒙脱石粉含量等指标的影响,以合肥膨胀土为研究对象,开展了一系列的室内一维压缩回弹试验。试验结果表明:卸荷时合肥膨胀土样的e-p曲线具有明显的先缓后陡特征;每级卸荷量越大,膨胀土产生的回弹变形量也就越大;与其他土质相比,合肥膨胀土的一维压缩回弹变形偏低;最大轴向荷载、卸荷比等指标与回弹变形指标之间具有良好的拟合函数关系;相同卸荷比条件下,试样回弹变形量随初始含水率增高而相应增大;当初始含水率较低时,试样的非饱和吸力会抑制土样的回弹变形;蒙脱石粉含量与试样的一维压缩回弹变形之间具有很好的正相关性。这表明膨胀土的胀缩性会影响到膨胀土基坑坑底土体产生的回弹变形量。     

中—强膨胀土地区铁路路堑基床动静态特性模型试验

为研究以中—强膨胀土为地基的高速铁路路堑基床在不同服役环境下的动静态特性,在实验室内进行1∶1大比例尺模型试验,分别对基床在干燥状态、降雨和地下水位上升3种服役环境下以4 Hz频率进行100万次激振,监测路堑基床不同位置的动态响应和变形规律。结果表明：轨道正下方位置基床范围内的动应力主要受服役环境影响,与激振次数关系不大;动应力沿深度的衰减曲线近似成二次曲线型;膨胀土路堑基床变形受服役环境的影响大于振动次数;干燥状态和降雨时,基床变形随着振动次数的增加先增大后趋于稳定,地下水位上升时,基底膨胀土膨胀变形,并引起基床产生回弹变形;基底膨胀土干缩湿胀过程中的“过程性变形差”会造成轨面标高反复变化,极大的增加线路维护工作量。     

南阳膨胀土变形与强度特性的三轴试验研究

对南阳膨胀土做了4种应力路径的三轴试验，即控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的收缩试验、控制净平均应力的膨胀试验、同时控制净室压力和吸力的排水剪切试验，结果表明：膨胀土各向同性压缩屈服特性仍可用一般非饱和土的LC屈服线描述；不同围压下的收缩路径的屈服吸力随围压增大而减小，且屈服后的收缩指数接近各向同性压缩屈服后的压缩指数；非饱和状态下的内摩擦角近似等于饱和状态下的有效内摩擦角，总粘聚力随吸力增加而线性增大；在各向同性压缩试验和三轴剪切试验过程中，土样含水量随净平均应力的变化都近似为线性关系。     

湛江强结构性黏土的三轴排水蠕变特征

 利用GDS应力路径三轴试验系统,开展不同围压下湛江强结构性黏土的三轴固结排水剪切蠕变试验,获得其轴向应变、体应变与应力和时间的关系,分析蠕变性状的结构性效应,建立相应的蠕变模型。结果表明,湛江黏土的蠕变变形演化特征受其强结构性制约,其蠕变特性的敏感程度与结构性强弱相关联。在低偏应力下,其蠕变变形和变形速率均较小;偏应力超过临界值后,土体在短时间内发生破坏。湛江黏土在?3＜?k时,其体变性状总体上表现为剪缩,但随时间变化出现一定的剪缩和剪胀交替性,即存在回弹现象;而当?3≥?k时,则表现为剪缩。蠕变引起的强度衰减主要表现为黏聚力的降低,且 77.63%。采用6元件扩展Burgers模型能较好地描述湛江黏土的瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定蠕变3个阶段。在实际工程中,必须对土的结构性给予充分的认识,在较低应力范围内,可以利用其结构性的有利因素,但设计荷载严禁超出结构屈服应力。