饱和黏土不排水抗剪强度各向异性的热力学本构模型研究

基于饱和土体TTM（Tsinghua thermodynamic soil model）热力学本构模型分析研究了饱和黏土的不排水抗剪强度各向异性问题。模型及试验研究表明：非等向或固结历史是引起土体强度各向异性的重要原因,固结应力比越小,不排水强度各向异性越大。不排水加载过程中主应力轴的方向对土体不排水抗剪强度和变形有着重要影响。一般而言,当主应力轴方向从0°旋转到90°时,土体的不排水抗剪强度逐渐下降,峰值应变却逐渐增大。此外,非等向固结会导致土体主应力与主应变的非共轴性。利用TTM理论模型,对Kaolin Clay 和Boston Blue Clay的不同试验结果进行了模拟验证和预测。结果表明,TTM理论模型具有反映和预测应力引起的饱和黏土强度各向异性和应变软化等特性的能力,同时也具备精准描述主应力轴旋转等复杂路径下饱和黏土的强度和变形特征的能力。     

贵阳红黏土的应力-应变软化模型及参数研究

通过对不同含水量和不同围压下的贵阳红黏土进行三轴固结不排水试验,系统地研究了贵阳红黏土的软化特性及孔隙水压力的变化规律。试验结果表明:贵阳红黏土破坏形态具有明显的剪切带;应力-应变曲线出现了带有驼峰的应变软化现象,固结过程中孔隙水压力与时间呈指数函数关系,剪切过程中孔隙水压力与轴向应变呈双曲线型。研究认为,土体的结构屈服应力和固结不排水试验中产生的孔隙水压力是造成贵阳红黏土软化的主要因素。根据沈珠江、张尔齐等人的软化模型,对贵阳红黏土进行拟合,求解模型参数及置信区间,为贵阳红黏土进一步的数学模型建立提供理论基础。     

红黏土在不同应力路径下的力学特性试验研究

采用应力-应变控制式三轴仪对贵阳市某基坑内的原状和重塑红黏土进行了等压固结和K₀固结条件下的增p剪切、减p剪切、等p剪切应力路径室内试验,以研究在不同应力路径下红黏土的力学特性。研究结果表明,不同应力路径下红黏土的力学特性有较大的差异,红黏土对应力路径的敏感性与其自身的结构性有很大关系,初始固结条件和应力路径对红黏土抗剪强度指标的影响主要表现在对粘聚力的影响上,而对内摩擦角的影响较小。应力路径是孔隙水压力变化特征的决定因素之一。排水条件对红黏土的变形影响较小,对其强度值影响明显。对等压固结和K₀固结剪切结果进行比较,认为其在两种固结条件下的变形和强度上均存在较大差异。     

温度梯度下红黏土的强度特性变化规律

采用应变应力控制式直剪仪,研究了红黏土在27～95℃五种温度梯度下的强度特性。试验结果表明:强度特性指标参数的温度效应都受到了含水率与干密度的影响,但含水率对强度特性的温度敏感度明显高于干密度;当低于65℃时,强度特性与温度正向增长;当温度在50～65℃范围内,φ随温度升高而降低,呈红黏土的热软化状态;当高于65℃时,φ与温度正比例增长,呈剪切硬化状态。红黏土热硬化和热软化的临界温度在65℃处。红黏土热硬化和热软化的临界温度在65℃处,对研究地下红黏土强度特性的温度影响有一定参考价值。     

K_0固结粉质黏土非共轴特性试验研究

为研究主应力轴定向旋转条件下K_0固结饱和粉质黏土的强度特性和变形特性,利用GDS三轴试验系统,进行K_0固结饱和粉质黏土三轴定向剪切试验,研究不同大主应力方向角β时K_0固结饱和粉质黏土的应力–应变发展规律及应力–应变非共轴现象。结果表明:当β45°时,K_0固结粉质黏土表现为轴向压缩变形为主,其抗剪强度随着β的增大而增加;当β=45°时,试验变形以扭剪变形为主;当β45°时,试样轴向由剪缩变形转换为剪胀变形,径向和环向表现为挤缩变形,其抗剪强度随着β的增大而减小,土体抗剪强度最大值出现在β=60°时,而非纯扭剪试验β=45°时。K_0固结粉质黏土在τ_(zθ)/σ_(c0)-(σ_z-σ_θ)/(2σ_(c0))平面上强度包络线近似呈抛物线形。除纯扭剪试验外,其余组试验结果表明K_0固结粉质黏土应力–应变关系表现出明显的非共轴现象。上述研究成果为复杂应力路径条件下K_0固结饱和粉质黏土的力学特性及其本构关系研究提供了科学依据。     

花岗岩残积土在高应力作用下物理力学特性探讨

采用人工方法,从某排土场基底采取花岗岩坡残积土进行室内常规直剪固结快剪试验与中压三轴固结不排水试验。在试验中,分别测定每个试样应力应变曲线及试验前后的密度、含水率。经数据整理发现,CU试验各级固结围压下,试样固结后的密度、含水率与固结围压间呈规律性变化;通过统计分析得到了花岗岩坡残积土c、φ值与固结围压之间的变化关系。利用试样固结后的密度、含水率与固结围压之间的变化规律估算排土场基底花岗岩坡残积土在不同堆高时的物理特征;利用c、φ值与固结围压之间的变化关系,估算排土场基底花岗岩坡残积土在不同堆高时抗剪强度取值。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

海积软黏土的强度特性与桩土界面剪切速率效应

针对中等结构性的海积软黏土,开展了剪切速率影响下原状土的三轴CU试验与软黏土–钢管桩环剪试验,分析了其抗剪强度与桩土界面特性的演化规律,并对桩周土剪切后再固结的界面性状进行了模拟试验。结果表明,该土样的抗剪强度与内摩擦角均随剪切速率的增大而单调增大,而黏聚力则相反;发现在不排水条件下,桩土接触界面的峰值强度与摩擦角随着剪切速率的增大也随之增大,应变软化现象更加明显,但相应的残余强度与摩擦角变化甚微;桩周软黏土历经剪切大变形重新固结后,桩土界面的强度性状呈现出峰值强度降低与残余强度增大的特征。     

非饱和原状黄土增湿条件下力学特性试验研究

利用FSY30型应变控制式非饱和土三轴仪采用常含水率试验,研究陕西泾阳县某边坡原状黄土在不同含水率(无偏应力条件下增湿)、不同固结围压下的强度和变形特性,求得Fredlund双应力状态变量抗剪强度公式中b?值并利用含水率建立了工程中实用的抗剪强度公式;再将天然原状土在不同偏应力水平下增湿饱和后继续剪切,观察其力学特性。两种增湿条件下试验结果表明:该地区黄土应力应变曲线关系呈剪切硬化型;含水率与初始基质吸力呈双曲线关系,剪切过程中基质吸力无明显变化,抗剪强度指标黏聚力随着含水率的增大显著降低而内摩擦角所受影响较小;有偏应力条件下试样浸水饱和后破坏强度显著降低,但对应力应变关系影响较小,增湿时偏应力水平越低,土样饱和后的稳定偏应力值越小。     

从某勘测报告不固结不排水试验成果引起的思考

最近参加一地基处理方案评审,在某甲级勘测单位提供的报告中,由不固结不排水剪切试验（UU试验）得到土的抗剪强度指标C和φ,而且φ均不等于零。UU试验是用来测定土的不排水抗剪强度Cu值的。不排水抗剪强度不同于抗剪强度指标,前者是试样的不排水抗剪强度值,后者是用于计算试样所取土层的土体的抗剪强度值的指标。     

红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究

土的结构性是土中颗粒或颗粒集合体及孔隙之间的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。不同围压下固结不排水三轴压缩试验表明,贵阳原状和重塑红黏土应力应变曲线、有效应力路径、抗剪强度指标、破坏形态等宏观力学行为明显不同。考虑红黏土结构性,通过SEM电镜扫描测试,指出红黏土矿物颗粒单元间接触和联结状态,对比分析原状和重塑土样在颗粒形态、孔隙结构与分布等微观差异,研究结构性红黏土宏观强度与变形特性的细微观机理。研究成果对于正确认识红黏土的结构性具有重要作用,可为结构性红黏土工程设计与施工提供理论依据和技术指导。     

有机质污染红黏土在水泥加固条件下的室内试验研究

基于有机质对红黏土物理力学性质的影响,在水泥加固条件下通过三轴试验,探讨有机质含量、水泥掺量、含水率和抗剪强度指标之间的关系,并对试验结果进行回归分析。研究结果表明,随着有机质和水量的增加,水泥土的抗剪强度不断减小;而水泥掺量的增加,则使得抗剪强度逐渐增大。但是,当各影响因素超过一定值时,变化幅度都在减缓;并且在相同试验条件下,外加剂的使用可以提高c、φ值。     

压实黄土状填土抗剪强度指标的影响因素探讨

黄土因特殊的工程特性长期为众多科研人员研究,但黄土状粉土压实后的力学性能涉足较少。对山西吕梁某地压实黄土状粉土进行24组直剪试验,得到了不同含水率和干密度条件下的抗剪强度指标。通过对抗剪强度指标c、φ的变化趋势进行统计分析,得到了压实黄土状粉土抗剪强度指标随含水率和干密度变化的线性趋势方程,讨论了含水率和干密度对压实黄土状粉土抗剪强度指标的影响。结果表明:含水率不变时,压实黄土状粉土的c、φ值均随干密度的增加而增大;干密度不变时,c、φ值均随含水率增大而减小。     

不同含水率下重塑红黏土抗剪强度特性的研究

指出红黏土在南方地区广泛存在,有必要对其强度特性进行试验研究,用某工程场地所取红黏土在实验室制备具有不同含水率的重塑土样,采用常规直剪仪测定其抗剪强度指标,据此分析了含水率条件对红黏土粘聚力、内摩擦角及各级法向压力作用下抗剪强度的影响。     

单向循环荷载作用下饱和重塑红黏土的动力特性

为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应,对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验,研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明:随着动应力比的增大,红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡;当动应力比小于临界动应力比时,随着循环振次的增加,红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长,后出现拐点,最终趋于稳定;相同的动应力比下,试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变;塑性累积应变越大,应变发展曲线拐点出现越滞后;随着动应力比的增大,土体的软化程度也越大,但在较高的循环振次下,软化程度减弱。     

常州市浅层粘性土两种抗剪强度试验指标分析

对常州市区浅层Q3al粘性土不固结不排水三轴试验与直剪快剪试验抗剪强度指标粘聚力c、内摩擦角φ值进行了统计分析,建立两者间的相关关系方程,对该地区土工试验人员具有一定指导意义。     

等向固结饱和黏土卸载特性影响因素研究

饱和黏土地基中的沉箱、自升式钻井船的桩靴等结构物或结构基础上拔时,常常遇到难以拔出的现象,同时现场试验表明上拔速率对上拔阻力有很大的影响。通过等向固结的减压三轴伸长试验,研究了固结压力和变形速率对卸荷状态下天津饱和软黏土的应力路径、应力-应变特性以及孔压发展规律的影响。试验表明,固结压力越大,负孔压峰值越大,抗剪强度越大;变形速率越大,负孔压峰值越大,抗剪强度越大。天津软黏土卸荷时呈现应变软化的特性,并且剪切破坏时应变为5%~10%。同时,给出孔压系数试验结果。     

温度对饱和黏性土剪切特性影响的试验研究

采用温控三轴仪,考虑不同的温度–应力路径,对两种正常固结的饱和黏性土进行了固结不排水和固结排水剪切试验,研究了温度变化对土体强度、应力应变关系、孔压响应和流动法则等的影响。结果表明,温度效应的强弱与土的类别有关,温度变化对粉质黏土的剪切特性基本没有影响,但对黏土的影响不容忽视。随着温度的增加,黏土的不排水和排水峰值强度有明显的提高,临界摩擦角基本保持不变。不同温度下黏土不排水剪切过程中均产生正的超孔压,排水剪切中土体体积均持续减小,表明高温下偏应力偏应变曲线出现软化的原因与强超固结土的剪胀机理有区别。黏土剪切特性的变化程度与温度–应力路径相关,先升温后固结试样的不排水强度比固结后升温试样的低。温度循环一周后,黏土的不排水强度较室温下有明显提高。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究

基坑开挖过程中,基坑坑侧各区域土体受到不同程度的卸荷或堆载作用,从而呈现出复杂的应力路径。因此,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K₀固结不排水剪切试验、K₀固结侧向卸荷试验和K₀固结侧向卸荷轴向加荷试验等不同的应力路径试验,来研究基坑开挖前后基坑坑侧土体的不同应力路径变化情况,比较分析了各应力路径条件下土体的抗剪强度、应力应变的变化情况,归纳了基坑开挖前后复杂应力路径条件下土体的应力变形及强度特征。研究表明,在不同的应力路径条件下,土体所对应的应力变形及强度参数,具有明显的差异性;软黏土在不同的侧向卸荷应力路径情况下,应力应变曲线均呈现应变软化型,且侧向卸荷对土体强度影响较大,坑侧堆载引起的轴向加荷对土体强度变化也有一定影响。