真三轴条件下Q_3黄土的屈服特性研究EI北大核心CSCD

针对非饱和黄土的湿、载屈服特性,利用非饱和土真三轴仪,对不同初始吸力非饱和原状黄土进行常含水率等向固结和不同中主应力参数b值的剪切试验,研究非饱和原状黄土在p-s平面上的屈服曲线和p-q平面上的剪切屈服曲线,建立p-s平面上吸力增加屈服线和加载增湿屈服线的统一表达式;探讨非饱和黄土在不同b值条件下的屈服特性。研究结果表明:屈服吸力是一常数,与土的密度和结构性状相关;吸力增加屈服线和加载增湿屈服线统一描述为抛物线;p-q平面上的剪切屈服线呈曲线,在三维净主应力空间呈屈服曲锥面;随着b值增大,净主应力空间屈服面与k_0圆锥面相交;随着基质吸力减小和b值增大,k_0条件非饱和土可能产生屈服。对分析工程问题具有重要意义。     

原状Q_3黄土湿陷特性的CT-三轴试验

利用应力控制式CT-三轴仪及CT-湿陷性三轴仪,在控制吸力的条件下,试验研究原状Q3黄土的浸水湿陷特性。做了2组共15个三轴试验,包括均压浸水试验和以双线法进行的侧向卸荷浸水试验,试验中利用CT机进行无损断面扫描,并用得到的CT数定量分析原状Q3黄土的结构性对湿陷的影响。结果表明:对于双线法湿陷试验,同一吸力和偏应力下,固结净围压大的试样湿陷变形大于固结净围压较小的试样湿陷变形,包括体应变、轴应变及偏应变量;均压浸水湿陷试验时,在试样饱和前,随着浸水量的增加CT数与浸水量之间基本呈线性关系;当试样趋于饱和时,CT数增大减缓;均压浸水湿陷试验中,在同一吸力下,固结净围压大的湿陷体应变较大,结构演化变量值也越大。     

等向应力条件下原状Q_3黄土的渗气特性研究

用改装的三轴渗气仪,在不同等向应力条件下对不同含水率的原状Q_3黄土进行渗气试验,分析了含水率、体积含气率及应力对渗气系数的影响,提出了直接及间接地反映含水率与应力变化对渗气系数影响的3种类型渗气函数。研究结果表明:应力对渗气系数与含水率及体积含气率关系皆有明显的影响,增湿时含水率及体积含气率对渗气系数的影响比减湿时稍大;应力变化(含水率不变)和含水率变化(应力不变)时渗气系数与体积含气率的关系不同。不同应力条件下相对渗气系数与相对体积含气率关系,渗气系数与修正体积含气率关系皆可分别用唯一的幂函数描述;不同含水率下渗气系数与规格化应力关系皆可用指数函数描述,且仅一个参数随含水率而变化。用3种类型的渗气函数皆可较好预测含水率及应力变化时的渗气系数,而其中无需引入力水耦合作用引起孔隙比变化的指数型渗气函数更便于工程应用。     

黄土各向异性强度特性的真三轴试验研究

黄土水平面内沉积结构及其发育的竖向裂隙构造使其具有明显的各向异性特征。通过黄土竖直裂隙向及其正交方向作用三维主应力状态几何空间八面体平面上3个空间域的真三轴试验,揭示了各空间域不同中主应力比值应力路径的剪切应力应变变化规律及抗剪强度变化规律。表明黄土竖向裂隙向作用大主应力的抗剪应力均大于水平面内正交两向作用大主应力的抗剪应力;中主应力增强作用能够诱导黄土的各向异性结构性;横观各向同性或者各向异性黄土八面体面上的强度破坏面随着平均球应力增大均呈椭圆、圆和曲边三角形变化,椭圆形破坏面可分别由轴对称压缩空间滑动面强度准则或轴对称挤伸空间滑动面强度准则近似地描述。     

三轴应力条件下原状黄土的渗气特性

用改装的三轴渗气仪,在三轴应力条件下对不同含水率原状黄土进行渗气试验,分析了平均应力、偏应力及含水率变化对渗气系数与饱和度关系的影响,提出了考虑三者影响的渗气函数。研究结果表明:偏应力、平均应力及含水率对渗气系数与饱和度关系皆有较大的影响。平均应力(应力比相同)或偏应力(平均应力相同)作用引起饱和度增大时,渗气系数线性减小,且减小程度与含水率的大小有关;含水率增大时渗气系数随饱和度增大而减小的速率比应力增大时的小。不同应力状态下,相对渗气系数与饱和度关系,渗气系数与修正气体饱和度关系皆可归一,且可分别用以总饱和度为参量的P-v G-M模型及本文提出的修正气体饱和度幂函数(MAPL)模型描述,但相比较而言,MAPL模型参数较少,更便于实际工程应用。MAPL模型对渗气系数的预测结果与试验结果吻合较好。     

三轴应力条件下原状黄土的吸湿渗水特性

以原状黄土为研究对象,用改装的非饱和土三轴剪切渗透仪,在三轴应力条件下进行了直接向试样分级注水使吸力逐渐减小的增湿渗透试验,分析了相同净平均应力p下偏应力q变化、相同应力比η下净平均应力p变化及饱和度Sr变化时对渗水系数的影响。研究结果表明:偏应力q、净平均应力p及饱和度Sr对渗水系数皆有较大的影响,且影响程度存在差异性。p,q一定,随着Sr增大渗水系数呈先快速后缓慢增大的趋势。Sr一定,随着q增大(p相同)或p增大(η相同)渗水系数皆呈近似线性减小趋势,前者的斜率与p大小有关,而与Sr大小无关;后者的斜率与η大小无关,而与Sr大小有关,且皆小于前者。不同净平均应力下饱和渗水系数与应力比之间皆可用指数函数描述,且仅一个参数随着净平均应力而变化。不同应力状态下相对渗水系数与饱和度关系可近似归一,无法用VG-M模型来描述,但可用本文提出的模型描述。该模型直接把净平均应力与应力比作为变量,便于实际工程应用。模型预测与试验结果吻合较好。     

分级加卸载条件下Q3黄土三轴蠕变特性研究

采用分级增量循环加卸载方式,利用SR-6型三联式三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡原状黄土进行了三组室内三轴固结排水蠕变试验,着重研究了黄土黏弹塑性的基本规律,以此建立了黏弹塑性九元件蠕变模型。结果表明:该地区原状黄土具有明显的流变特性,总体呈线性衰减蠕变;卸载后,土样产生衰减黏弹性回弹变形,回弹量随着卸荷量的减小,围压的增大,含水率的增大而减小;加卸载应力历史对黄土蠕变变形具有累积效应;该地区原状黄土的回弹变形不明显,黏弹性变形在蠕应变中所占比重较小;所建立的元件蠕变模型可以较好地描述该地区黄土的三轴线性蠕变特性,物理意义明确,且模型参数易得。     

三轴剪切下黄土结构特性试验研究

为了研究原状黄土结构性,在控制吸力的条件下以黄土三轴剪切试验为基础,研究了原状与重塑黄土的应力—应变曲线和结构强度qs的变化规律。试验结果表明:重塑黄土与控制吸力为50kPa的原状黄土呈塑性破坏,而吸力为100kPa、200kPa的原状黄土试样则呈脆性破坏;三轴剪切条件下,黄土结构强度发挥曲线分为三个阶段,当轴向应变ε1为2%左右时,瞬时结构强度τε达到峰值,即为原状黄土结构强度qs。含水量w是影响黄土结构性的主要因素,吸力s是非饱和土中重要的应力变量,利用数学函数拟合,分别建立了黄土结构强度qs与含水量w、黄土结构强度qs与吸力s的数值关系。     

湿压剪条件下黄土的结构屈服与强度特性

针对黄土的典型结构性特征,以常规三轴试验为手段,研究了黄土的结构性宏观力学反应及结构屈服与强度特性,研究结果表明:(1)在湿压剪应力作用下,土骨架被扰动、颗粒之间的联结被削弱,土稳定状态从亚稳定状态逐渐向稳定状态过渡,结构性降低;(2)在湿压减应力作用下,由于结构性黄土对水的特殊敏感性,结构性黄土的剪切屈服点向正常固结土的剪切屈服线移动,当这种增湿作用造成解结构性渐变演化过程完成时,结构性黄土的剪切屈服线与正常固结土的剪切屈服线重合;(3)对于结构性黄土而言,同一含水率条件时不同结构性参数p－q偏平面的临界状态线基本互相平行。(4)依据等结构性条件下黄土的结构屈服特性,建立了考虑结构性的摩尔库伦准则及黄土结构强度与应力比结构性参数之间的关系。     

真三轴条件下上海软土的孔隙水压力特性分析

基于上海软土的真三轴试验结果,研究不同中主应力系数b值下,上海软土的孔隙水压力发展规律。探寻孔隙水压力变化与土体剪缩之间的关系,寻求真三轴条件下,孔隙水压力与偏差应力之间的定量关系。从主应变关系的角度,分析上海软土在真三轴条件下的剪切特性。研究表明,土体的剪胀(剪缩)特性与孔隙水压力的减小(增大)密切相关。与常规三轴条件下所得结果相似,孔隙水压力与偏差应力之间呈现线性相关关系,但在中主应力系数b值的影响下,两者的线性斜率发生变化。通过回归分析,建立孔隙水压力与偏差应力之间的定量关系。最后,采用此关系对试验资料进行拟合,拟合结果与试验值吻合度较好。     

常含水率三轴条件下非饱和原状黄土的吸力和力学特性

为了模拟实际工程在不排水条件下土体的快速破坏,对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了常含水率等向压缩和三轴剪切试验,研究了常含水率下非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、屈服及吸力变化特性。研究结果表明: 在等向压缩和三轴剪切应力条件下,非饱和黄土的变形和吸力变化特性不同;不同初始吸力下,偏应力与净平均应力临界状态线为平行直线,偏应力与有效平均应力临界状态线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示,半对数坐标系上孔隙比与净平均应力及有效平均应力临界状态线皆近似为平行直线,直线斜率比饱和土的大,比屈服后等向压缩曲线的小;对于不同初始吸力,相同有效平均应力下非饱和原状黄土与饱和黄土的临界状态孔隙比之比与气体饱和度关系可以归一;屈服净平均应力及屈服偏应力皆随着初始吸力的增大而增大;q-p平面上初始及后继屈服曲线为对称于K₀线的椭圆,吸力及应力硬化对屈服曲线的影响是等向的。     

三轴应力条件下黄土湿陷性试验及评价方法研究

为使黄土的湿陷性评价方法更加准确合理,利用改装的应力控制式三轴仪和单向压缩固结仪分别测出三轴试验条件下和单向侧限条件下黄土的自重湿陷系数,并结合湿陷性黄土原位浸水试验的分层沉降数据,研究了不同试验条件下黄土的自重湿陷变形规律及评价方法。研究结果表明：三轴应力条件下黄土的自重湿陷系数曲线拟合的公式可用于计算兰州地区湿陷性...     

Q_3原状非饱和黄土的水量变化和临界状态特性

用双室非饱和土三轴仪,对Q3原状黄土进行一系列控制吸力的各向均等压缩及同时控制吸力和净围压的三轴排水剪切试验,分析了吸力,净围压及应力路径对非饱和原状黄土临界状态及水量变化特性的影响,提出了各向均等压缩及三轴剪切应力条件下水土体积比与净平均应力关系的表达式、偏应力与净平均应力临界状态关系模式。研究结果表明:应力路径对非饱和原状黄土水量变化的影响显著,随着净平均应力增大,等向压缩应力条件下处于排水状态,剪切应力条件下视吸力及净围压的大小可能处于吸水或排水状态,不同试验条件下水土体积比与净平均应力或其增量之间对数关系呈二段直线。吸力对偏应力与净平均应力临界状态线的影响皆随着净围压增大而减小,不同吸力(大于0)下水土体积比与净平均应力的对数关系临界状态线皆近似为平行直线。     

真三轴剪切作用下粗粒料卸荷特性的研究

在大型真三轴仪上进行一系列等向压缩与剪切作用下的加、卸载试验,阐述粗粒土的卸荷特性。重点分析不同卸载阶段回弹剪切模量的变化规律,试验结果表明:剪切过程中回弹剪切模量受应力路径影响变化较大,不能简单地用平均回弹剪切模量来代替。修正Janbu公式中,回弹剪切模量是关于小主应力和球应力2个应力变量的函数,且当其中一个变量保持不变时,回弹剪切模量随另一变量呈非线性变化,在双对数坐标上为线性形式。利用该预估模型,得到了不同剪切路径下的回弹剪切模量,模型中的参数拟合性好。模型的建立,有利于更好地理解粗粒土的卸荷特性,同时反映了应力路径及材料响应对粗粒土非线性回弹变形特性的影响。     

非饱和Q_3原状黄土及其重塑土的持水特性研究

为研究黄土结构性变化对其持水特性的影响规律,以兰州和平镇非饱和Q3原状黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和四联固结仪和压力板仪,对28个环刀试样进行了施加竖向应力和吸力的固结排水试验,以获取原状黄土和重塑黄土的土—水特征曲线。研究结果表明:固结试验中,竖向应力对黄土的持水特性有着明显影响。在同一竖向应力和吸力作用下,重塑土的固结排水要大于原状土;原状黄土的进气值和残余含水率均要略高于重塑土;吸力在20~80k Pa范围内,随着吸力的增大,原状土饱和度的减小趋势要强于重塑土;在吸力80~1000k Pa范围内,在同一吸力条件下,原状土饱和度要大于重塑土。低吸力作用下,原状黄土特殊结构有利于其排水;而高吸力作用下,对于原状黄土,其大孔隙和竖向孔洞中气体抑制水分排出,使得原状土排水减小,重塑土的排水增大。通过分析原状黄土和重塑黄土持水特性的差异,可为黄土结构性的研究提供一种新思路。     

Q_3结构性黄土的压缩和剪切结构势演化特性研究

针对结构性土的应力比结构性参数,从反映压缩和剪切作用下土结构性变化角度出发,定义了与平均主应力对应的压缩综合结构势和与广义剪应力对应的剪切综合结构势,分析压缩剪切过程中平均主应力和广义剪应力共同作用引起的土结构性衰减变化的规律。依据对Q_3黄土的三轴试验结果,分析了压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变的变化规律。结果表明:黄土的剪切综合结构势比压缩综合结构势大;不同含水量黄土的压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变发展具有明显的规律性;压缩作用较剪切作用更易引起土结构性的损伤破坏。     

真三轴条件下的岩石细观损伤力学模型

本文提出了真三轴条件下的岩石细观损伤力学模型，建立了岩石的损伤演化方程，给出了损伤柔度的求解公式。数值分析表明中主应力对岩石应力－应变关系有明显的影响，一般表现为随中主应力的增加，最大主应力方向的变形减小，最小主应力方向的变形增大；但当最大主应力很大时，大的中主应力反而使最大主应力方向的变形增加，最小主应力方向的变形减小。     

三轴剪切应力条件下非饱和原状黄土的土水特征

采用非饱和土三轴仪,对不同含水率的西安非饱和原状黄土在不同静围压下进行了常含水率三轴剪切试验。用轴平移技术量测了无应力和有应力条件下黄土的基质吸力,分析了不同含水率、不同静围压条件下偏应力变化对基质吸力的影响规律,提出了常含水率三轴剪切条件下非饱和原状黄土土水特征曲线的表达式。研究结果表明:含水率一定时,偏应力变化对非饱和原状黄土基质吸力的影响与含水率的大小有关,对于不同的净围压,含水率小于等于23%时,基质吸力随偏应力的增大先基本不变后增大;含水率大于等于28%时,基质吸力随偏应力的增大先基本不变后减小;不同的含水率与不同的净围压条件下,偏应力变化对基质吸力的影响较小。应力对原状黄土基质吸力的影响规律与应力路径有关。在偏应力变化(含水率一定)及含水率变化(干密度一定)所对应的2种饱和度变化条件下,2类黄土的基质吸力与饱和度关系具有不同的变化特性,含水率变化对应的饱和度变化明显比偏应力变化对应的饱和度变化对基质吸力的影响要大。净围压小于等于400kPa时,偏应力变化对饱和度与基质吸力关系的影响皆较大,对含水率与基质吸力关系的影响皆较小。不同静围压及偏应力作用下,原状黄土的土水特征皆可用无应力条件下呈对数函数的含水率与基质吸力关系来近似地描述。     

真三轴应力条件下层状复合岩石破坏准则

 为探究层状复合岩石的强度特性,利用均质化理论方法,将层状复合岩石虚拟为一种等效的均质岩石,建立了真三轴应力条件下基于MLC准则的层状复合岩石破坏准则,该准则由层状复合岩石各组分的强度参数以及几何参数来确定;同时,利用自行研制的多功能真三轴流固耦合试验系统,进行细砂岩、粉砂岩、板岩和层状复合岩石在三向不等应力条件(体应力不变,改变应力罗德角、等中主应力系数等?3)下的真三轴试验,研究层状复合岩石的强度特性以及中间主应力和中主应力系数对复合岩石强度的影响。真三轴试验结果表明,所建立的准则能较好的描述层状复合岩石的强度特征,可为解决层状岩石工程结构的强度及稳定性问题提供了理论参考和依据。     

真三轴加卸载条件下组合煤岩冲击破坏特征研究

采用真三轴试验系统对煤岩组合体开展加卸载实验,探究不同煤厚比例组合体的力学行为响应特征,分析煤厚比例对组合体冲击破坏特征的影响规律。结果表明:(1)随着煤厚比例的增加,试样形成较多的X型共轭剪切裂纹,强度呈现出明显的下降趋势,下降梯度逐渐减小,冲击破坏特征逐渐明显;(2)试样变形主要发生在初始应力加载阶段及垂向应力再加载阶段,最大主应变是试样变形的最主要构成部分;(3)不同煤厚比例试样的全应力–应变曲线特征相似,随着煤厚比例的增加,试样的塑性变形逐渐增加。根据实验结果分析,在开采及地质条件相似情况下,底板冲击趋势随底煤厚度的增加而增加,增加梯度逐渐降低;当底煤厚度增加到一定程度时,底煤厚度的再增加对底板冲击无明显叠加影响。研究成果可为深入认识底板冲击地压发生机制及建设防控技术中试平台并开展工程仿真研究提供参考。