基于应力修正法的黏土抗剪试验因素研究

为了预防黏土体受降雨及内部砾石含量影响易发生滑塌等工程地质灾害,选取重庆地区具有代表性的黏土,开展室内直剪试验并考虑其误差,探讨了基于单点面积应力法修正后含水率及掺砾量对黏土体抗剪强度的影响规律。结果表明:经单点面积应力法修正后黏土试样在不同含水率下的黏聚力较修正前提高了8.29%,内摩擦角较修正前提高了15.97%;试样在不同掺砾率下的黏聚力较修正前提高了11.66%,内摩擦角较修正前提高了13.73%。随着含水率的提高,黏土的抗剪强度不断降低,其黏聚力呈现先增大后减小的趋势,而内摩擦角呈现缓慢下降趋势;随着掺砾量的提高,黏土的黏聚力总体呈现先增大后减小的趋势,内摩擦角则呈现缓慢上升的趋势。含水率及掺砾量对黏土的黏聚力影响较大,而对内摩擦角的影响较小。     

不均匀含水率对红黏土抗剪强度的影响研究

红黏土是一种典型的特殊土,与其他土有着不一样的力学性质。为研究不均匀含水量条件下不同含水率对红黏土抗剪强度的影响,取红黏土制备不均匀含水量试样,运用直剪试验仪研究了不同失水程度下红黏土的力学性质。试验结果表明:经过烘干处理后的土样,含水量分布不均匀与含水量分布均匀试样相比,水量主要集中在试样内部,即外干内湿;试样的抗剪强度指标(黏聚力/内摩擦角)随含水率减小呈先减小后增大;含水率对内摩擦角和黏聚力的影响具有区间性;黏聚力随含水率的增大衰减速度分为2个阶段,而内摩擦角衰减的速度分为3个阶段。     

直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

【目的】为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,【方法】通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律。【结果】结果显示：轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低。随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小。其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15%、EPS颗粒体积比由20%增长至40%和60%时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20%、44.73%。【结论】结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感。与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获...     

废旧轮胎橡胶颗粒与黏土混合土的剪切特性

采用Shear Trac-II型直剪仪,对废旧轮胎橡胶颗粒与黏土混合土的剪切特性进行了研究,探讨了橡胶颗粒掺量、粒径对黏土混合土抗剪强度的影响,建立了抗剪强度指标与橡胶颗粒掺量及粒径之间的关系,并通过轻型压实法分析了混合土的压实指标。结果表明:混合土的最大干密度与最优含水率均随橡胶颗粒掺量增加逐渐减小,当掺量高于15%后,其减小趋势明显减弱。当橡胶颗粒掺量为40%时,混合土的抗剪强度最高,其抗剪强度较黏土提高了20%~40%。橡胶颗粒掺量低于20%时,增大橡胶颗粒粒径可使混合土的抗剪强度显著提高。混合土的黏聚力随掺量增加先增大后减小,内摩擦角则逐渐增大。在剪切过程中,试样表现出先剪缩后剪胀的特性,且在低压力、掺入大粒径橡胶颗粒时,其剪胀特性较明显。     

垃圾焚烧炉渣混合土大型直剪试验研究

底渣为城市生活垃圾焚烧后的产物,具有砂性材料的性质,可作为路基的填料。为研究其抗剪性能,将其与黏土进行混合,分别在两种压实度和4种黏土含量下进行室内大型直剪试验。试验结果得到了8种底渣混合土的黏聚力和内摩擦角。试验结果表明:① 压实后的底渣具有良好的抗剪性能,随着底渣含量的增加,底渣混合土的抗剪强度增加,黏聚力下降,内摩擦角增加;② 随着压实度的增加,底渣的抗剪性能增加,黏聚力明显增加,内摩擦角有所下降。     

碱污染红黏土抗剪强度特性室内试验研究

为了研究碱污染红黏土的抗剪强度特性,考虑碱液NaOH质量分数和养护时间2个因素,通过室内模拟试验,分析碱液与红黏土的相互作用。试验结果表明:高NaOH质量分数时红黏土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均增大,存在极大值,极大值出现的时间和碱液NaOH质量分数有关;低NaOH质量分数下红黏土抗剪强度降低,存在极小值,黏聚力呈先增后减,内摩擦角呈先减后增的变化趋势。碱污染红黏土抗剪强度特征为水化、离子吸附、阳离子交换、碱液溶蚀和外力共同作用的结果。     

含水率对木纤维加筋土抗剪强度的影响

以红黏土为研究对象,木纤维为加筋材料,采用ZJ型应变控制式直剪仪对纤维加筋土进行不固结不排水快剪试验,研究含水率对木纤维加筋土抗剪强度的影响规律。结果表明:纤维加筋红黏土的抗剪强度都高于素土的抗剪强度,且5%木纤维含量复合土的抗剪强度最大;加筋土的抗剪强度和粘聚力随着含水率的增大逐渐减小的,与内摩擦角相比,纤维对粘聚力的影响更大,研究结果为岩土工程高倾角边坡治理提供了依据。     

不同剪切速率对改良膨胀土抗剪强度影响研究

为了研究不同方法改良的膨胀土在不同剪切速率下抗剪强度指标的变化规律,分别在2.4mm/min和0.8 mm/min剪切速率下对风化砂、石灰、水泥以及粉煤灰改良的膨胀土样进行了室内直接剪切试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验结果表明:(1)剪切速率对同一材料改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均有影响,并且对粘聚力的影响要大于对内摩擦角。(2)风化砂改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均随剪切速率的增大而增大。(3)同一剪切速率下,掺砂改良膨胀土的内摩擦角随掺砂比例的增大先增大后减小,粘聚力随掺砂比例的增大而减小。(4)同一剪切速率下,掺水泥改良膨胀土的抗剪强度指标最大。从效果上看,掺风化砂、石灰、水泥和粉煤灰均能提高膨胀土的抗剪强度。     

剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明：轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。     

饱和度变化对粉质黏土抗剪强度影响试验研究

粉质黏土在三峡库区滑坡体中分布较广,基于分析库水位升降对三峡地区库岸边坡稳定影响的需要,通过三轴试验对库区粉质黏土在不同饱和度条件下的抗剪强度变化规律进行研究。结果表明,粉质黏土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均随饱和度的增大而衰减。其中,黏聚力、内摩擦角和饱和度之间呈现良好的指数关系,且黏聚力比内摩擦角受饱和度的影响更大。综合上述试验结果,建立了一个考虑饱和度影响的抗剪强度模型,可用于库水位升降对三峡地区库岸边坡稳定性影响的分析中。     

二灰稳定三峡库区风化砂三轴试验研究

以三峡库区风化砂为研究对象,将其用石灰与粉煤灰质量比为1∶2,1∶3,1∶4的二灰进行稳定加固处理,其中石灰剂量分别为4%,5%,6%,然后进行不固结不排水三轴剪切试验,得到不同二灰掺量下的风化砂抗剪强度指标,并将三轴试验结果与直剪试验结果进行对比分析。结果表明:二灰稳定风化砂试件在不同围压下的应力-应变关系表现为应变软化型;二灰掺量的改变对二灰稳定风化砂内摩擦角的变化影响较小,而对黏聚力的变化影响较剧烈;当石灰的掺入比例一定时,黏聚力随着粉煤灰掺量的增大而增大,而内摩擦角随着粉煤灰掺量的增大呈现先增大后减小的趋势。对比三轴试验和直剪试验结果发现,通过三轴试验得到的黏聚力大于直剪试验得到的黏聚力,但二者得到的内摩擦角相差不大。研究结果可为三峡库区废弃风化砂的再生利用提供参考。     

弱超固结黏土-混凝土接触面力学特性直剪试验研究

为探讨黏土的超固结比对黏土-混凝土接触面力学特性的影响,利用直剪仪对不同弱超固结黏土与混凝土的接触面进行直剪试验。试验成果分析表明：黏土的超固结比从1增加到2时,接触面的黏聚力增大40%,内摩擦角增大38%。弱超固结黏土与混凝土接触面尚未剪切破坏时,剪应力-剪切位移曲线符合双曲线模型;接触面剪应力达到抗剪强度后,接触面破坏,进入滑动摩擦不收敛状态。接触面的抗剪强度、初始切线劲度系数与破坏比随着超固结比的增大而逐渐增大;接触面的抗剪强度符合摩尔-库伦破坏准则。建立了黏聚力、内摩擦角、ΔL/τ-ΔL关系中的斜率和截距与超固结比的经验公式,结合摩尔-库伦破坏准则,又建立了简单的接触面本构模型。并用试验数据验证其合理性,可供相关工程参考。     

初始含水率和改良材料掺量对膨胀土抗剪强度的影响

为研究不同初始含水率和不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响,分别在膨胀土中掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂进行膨胀土的化学改良,通过改变4种改良材料的掺量及调整膨胀土的初始含水率,进行室内直剪试验。试验结果表明:掺水泥、石灰和粉煤灰能显著提高膨胀土的黏聚力,掺水泥提高黏聚力的幅度最大,其次是掺石灰和粉煤灰,掺风化砂会使膨胀土的黏聚力下降;掺水泥、石灰、粉煤灰和风化砂均能提高膨胀土的内摩擦角,其中掺水泥提高内摩擦角的幅度最大,其次是风化砂。4种材料均可用作膨胀土的改良材料,不同初始含水率及不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响十分显著。     

不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究

以湖北宜昌三峡库区风化砂为研究对象,在风化砂中掺入不同量的水泥,然后改变剪切速率、改变上覆垂直荷载,进行室内直接剪切试验,研究了剪切速率、垂直荷载对不同掺量水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响。试验结果表明:剪切速率、垂直荷载对水泥稳定风化砂抗剪强度指标有明显影响。在相同的剪切速率和垂直荷载下,水泥稳定风化砂的黏聚力会随着水泥掺量的增加显著提高,但内摩擦角会先增大再减小;在相同的水泥掺量下,增大剪切速率和垂直荷载均会显著增大水泥稳定风化砂的黏聚力而减小其内摩擦角。剪切速率较大时,试样在剪切破坏过程中不仅要克服颗粒间的滑移,还要克服颗粒的旋转、滚动与换位阻力,使黏聚力增大。较大的垂直荷载会使试样产生较大的压缩固结,粒间的孔隙减少,孔隙间的水应力和垂向附加应力增大,砂颗粒间的相互作用力加强,抗剪强度提高。     

基于响应面分析法的纤维加筋砂土抗剪强度分析

为研究纤维的掺入对砂土抗剪强度的影响规律,对不同纤维长度、纤维掺量、含砂率的纤维加筋砂土进行直剪试验,通过单因素试验确定影响因素水平,采用响应面分析法对黏聚力建立回归方程并进行方差分析,并通过验证试验对响应面分析的最优化方案进行验证。试验结果表明纤维的掺入对纤维加筋砂土内摩擦角的影响并不显著,对黏聚力的影响较为明显;黏聚力模型模拟出的数据与试验数据相关性极为显著,失拟项差异不显著,说明模型可信;含砂率对黏聚力的影响极为显著,纤维掺量对黏聚力的影响相对显著,纤维长度对黏聚力的影响不显著;验证试验所得黏聚力与理论预测相差不大,说明使用响应面分析法进行理论分析可以切合黏聚力的实际情况。     

含水率和干密度对砂壤土抗剪强度的影响

砂壤土作为黄河堤防中堤身的主要填筑土料,由于降雨和碾压的影响,堤身土体的强度往往会受到限制。为了研究砂壤土的力学特性,以山东鄄城县堤段的砂壤土作为研究对象,通过对人工切削的原状土样进行室内三轴剪切试验,分析了含水率、干密度对砂壤土抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明:含水率和抗剪强度指标呈三次函数关系,黏聚力随含水率的增大先增大后减小,在最优含水率下黏聚力达到峰值,内摩擦角随含水率的增大而减小;干密度与抗剪强度指标呈线性函数关系,表现为黏聚力和内摩擦角均随干密度的增大而增大,但内摩擦角随干密度增大的速率较小。研究结果有助于揭示堤身渗透破坏机制,为类似地区大堤的加固、治理提供参考依据。     

含水率和干密度对固化黄土抗剪强度的影响

固化黄土的强度受固化剂种类及掺量、含水率和干密度等因素的影响。以新型高分子材料SH固化剂固化黄土为研究对象,制作固化体试件,通过直接剪切试验,分析不同含水率和干密度条件下固化黄土的抗剪强度特性,并与黄土进行对比。结果表明:在固化剂掺量一定的情况下,含水率和干密度是影响固化黄土抗剪强度的两个主要因素,随着含水率的提高,固化黄土的抗剪强度指标降低,即黏聚力和内摩擦角明显减小;随着干密度增大,黏聚力及内摩擦角显著增大;黏聚力随含水率和干密度变化的幅度均大于内摩擦角的。分别得到了固化黄土黏聚力和内摩擦角与含水率、干密度的量化关系式。黄土的抗剪强度指标也有与SH固化黄土类似的变化规律。固化黄土的剪应力与剪切位移关系曲线表现为硬化型,而黄土则呈现弱应变硬化现象,在较低含水率条件下呈脆性剪切破坏。     

基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型

为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。     

干湿循环效应对风化砂改良膨胀土抗剪强度影响研究

将风化砂按10%,20%,30%,40%,50%比例掺入膨胀土中,分别进行0~5次干湿循环,然后采用四联直剪仪进行直剪试验,研究干湿循环作用对风化砂改良膨胀土抗剪强度的影响。试验结果表明:①内摩擦角在第1次干湿循环之后有小幅度的提高,随着干湿循环次数的继续增大,内摩擦角逐渐减小,最后趋于稳定;黏聚力随干湿循环次数的增加,呈二次函数形式衰减;②抗剪强度随着干湿循环次数的增加而衰减,且在第2、第3次循环过程中,衰减幅度最大,之后逐渐减小最后趋于稳定。综合考虑干湿循环次数以及掺砂比例对抗剪强度指标的影响,当掺砂比例为30%时,膨胀土抗剪强度最高,且可有效抑制膨胀土由于干湿循环效应所导致的抗剪强度的衰减,能够达到路基填筑用土的标准,更重要的是降低改良后土体对季节气候变化的敏感性,抑制其在干湿循环效应下抗剪强度的降低,确保工程建设的安全。     

基于离散元法研究颗粒球度对粗粒土抗剪强度的影响

粗粒土颗粒形状是决定其宏观力学性质的主要影响因素之一。为探究粗粒土颗粒形状对其抗剪强度特性的影响规律,以不同颗粒形状的3种粗颗粒土为研究对象,利用离散元数值分析手段,以球度指标为量化参数,研究了颗粒形状对粗粒土直剪试验过程中应力、位移变化及宏观抗剪强度的影响,并分析了抗剪强度参数的变化规律。同时通过室内直剪试验双向验证所揭示规律的可靠性。研究结果表明:法向荷载相同时,随着球度的减小剪应力越过峰值应力后的应变软化现象越明显,同时其峰值应力、位移及残余强度均逐渐增加;球度相同时,随着法向荷载的增大其峰值应力、位移和残余强度均呈规律性递增。黏聚力和内摩擦角随着球度的减小而增加,球形颗粒的黏聚力明显小于其它两种球度的颗粒。