复杂应力路径下影响粘土孔压开展的因素研究

采用空心圆柱扭剪仪,针对杭州原状软黏土,设计轴对称和三维应力状态下的复杂应力路径,进行固结不排水条件下的主应力轴旋转试验,以此从试验上验证主应力轴转幅、中主应力系数、初始剪应力对剪切过程中孔压开展特征影响的理论分析结论。理论分析和试验结果均表明：在主应力轴旋转过程中,主应力轴转幅分别为0°～45°和45°～90°间的值时,试样的变形不同,产生的孔压增量不同,以主应力轴转幅等于45°为界;当中主应力系数在0～1间变化时,随着中主应力系数的增大,产生的孔压增量先减小后增大,以中主应力系数等于0.5为界,并且,中主应力系数对剪切过程中孔压开展的影响受剪应力水平的控制;初始剪应力水平越高,上升初始剪应力阶段产生的孔压增量越大,剪切过程中总的孔压水平越高。在包含主应力轴旋转和剪应力增大的剪切应力路径初始阶段,以大主应力方向角作为控制条件比以初始剪应力作为控制条件产生的孔压增量大,对剪切过程中孔压的开展影响更大。     

复杂应力条件下原状饱和海洋黏土孔压与强度特性

利用土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪,进行了非均等固结条件下的应力控制式轴向－扭转双向耦合循环剪切试验,探讨了初始大主应力方向角、循环剪切荷载分量比值及循环应力水平对饱和海洋黏土孔压与强度特性的影响。结果表明：初始大主应力方向角对双向耦合剪切下孔压特性影响显著,随着角度的增大,残余孔压发展水平升高,同时波动孔压幅值也在增大,同时建立不同初始大主应力方向角下归一化残余孔压比与归一化循环次数比拟合关系。在固定加载路径所形成的椭圆面积不变条件下,竖向与扭转向荷载分量的比值存在某一临界值,对应此临界值,残余孔压最低。随着循环应力比的增大,波动孔压幅值与残余孔压均在增大,但高应力水平与低应力水平下孔压发展存在较大差异。此外由不同循环应力比下孔压时程曲线确定出临界循环应力比。初始大主应力方向角对动强度影响显著,随角度的增大动强度逐渐降低。动强度曲线显示循环应力比与循环剪切破坏次数的对数基本呈直线关系。     

应力方向效应对软黏土变形和孔压特性影响的试验研究

利用空心圆柱扭剪仪对原状软黏土开展了系列含主应力方向旋转条件下的试验研究:包括单纯旋转主应力方向、单纯往复旋转主应力方向以及主应力方向旋转的同时增加剪应力等典型应力路径。主要研究应力方向效应对软黏土变形及孔压特性的影响。通过参数对比研究,分析了中主应力系数b、剪应力水平、应力旋转方向及与剪应力耦合作用的影响等。试验结果表明:在主应力大小保持不变的条件下,主应力方向的旋转也会引起软黏土显著的应变和孔压或体应变的累积,中主应力系数对应变和孔压的变化规律均有一定的影响,b=0.5时,试样接近平面应变;b=0.75时,孔压随应力旋转累积最显著。剪应力越大,主应力方向旋转引起的应变和孔压也越显著。应力方向效应和剪切对土体具有叠加耦合作用。     

动三轴试验中饱和软黏土的孔压特性及其对有效应力路径的影响

 变围压动三轴试验能够同时施加循环变化的偏应力与循环变化的围压,可以模拟地震荷载下动剪应力与动正应力的耦合。通过GDS双向动三轴设备进行一系列饱和软黏土的变围压动三轴试验,系统研究循环偏应力和循环围压耦合对饱和软黏土孔压特性的影响。试验结果表明：在单纯循环围压条件下,饱和软黏土会产生相应的正的瞬时动孔压,但是并没有产生明显的负的瞬时动孔压;在循环偏应力与循环围压耦合情况下,饱和软黏土的孔压时程曲线表现出与常规动三轴试验不同的特性,即动孔压的振幅更大,并且最大动孔压和最小动孔压表现出不同的发展规律：最大动孔压持续增长,而最小动孔压在加载一定周数后趋于稳定。此外,对残余孔压的定义进行量化,并对循环偏应力和循环围压耦合对有效应力路径的影响进行研究。     

复杂循环应力路径下冻结粉质黏土的变形特性与安定性行为研究

复杂循环应力路径下冻土的变形特性与安定性行为研究对寒区工程的长期稳定性具有重要作用。为分析不同复杂循环应力路径对冻土变形特性与安定性行为的影响,设计不同温度同一水平下的5种循环应力路径,即三轴循环应力路径（TCSP）、定向循环应力路径（DCSP）、圆形循环应力路径（CCSP）、椭圆循环应力路径（ECSP）和心形循环应力路径（HCSP）,分析了粉质黏土的轴向累积塑性应变,同时利用3种安定性评价准则对结果进行评估。研究结果表明：不同温度5种循环应力路径下的轴向累积塑性应变满足DCSP>ECSP>HCSP>CCSP>TCSP。安定性评价结果表明,定向循环应力路径对土体的安定性行为影响最大,在3种准则下都属于增量破坏。在-15℃时,心形循环应力路径与椭圆循环应力路径试验结果在Chen-准则评估下也属于增量破坏。     

压实度对黏土拉压应力的影响

研究了黏土的抗压抗拉应力与其压实度的关系,选取85%、90%与95%三种击实度,制成黏土试件,并对其进行抗压与抗拉试验。发现其弹性模量、极限抗压强度及抗拉强度均随黏土压实度的增大而增大,且增长得越来越快,并可拟合为幂函数关系。为其他需要相关数据的地方提供参考。     

越江地铁荷载作用下软黏土孔压试验研究

杭州湾区域越江地铁往往穿越江底深厚软土层,同时上覆冲淤以及水位的变化会对地铁变形造成不利的影响,从而对地铁安全运营造成隐患。基于双向动三轴试验,首次模拟了越江地铁循环荷载对软黏土地基的作用,得到软黏土孔压发展曲线,并建立越江地铁作用下软黏土的孔压模型。研究结果表明:越江地铁循环荷载作用下,软黏土的孔压发展呈现出急剧上升→增速减缓→趋于稳定的变化规律;增大循环加载过程中的有效围压,孔隙水压力会上升;增大径向循环应力比孔隙水压力的稳定值会随之增大;采用二次对数模型能够较好地模拟越江地铁荷载作用下软黏土的孔压发展,且综合考虑了越江地铁荷载径向循环应力比和有效围压的影响,能够为越江地铁工后沉降的控制及预测提供相应的参考。     

循环偏应力和循环围压耦合应力路径下饱和软黏土动模量衰减规律研究

动模量一直是土动力学研究中最为重要的参数之一,土动力学中使用最为广泛的等效线性本构模型即对动模量随动应变衰减规律的定量描述。在之前关于饱和软黏土动模量的研究中,已经考虑到诸如固结比、塑性指数、土体组构、饱和度、先期应力历史、动荷载频率、时间效应等因素的影响。但是由于各种各样的原因,鲜有文献涉及应力路径尤其是循环偏应力和循环围压耦合应力路径对饱和软黏土动模量衰减规律的影响。考虑到循环围压在土体动应力场中存在的普遍性,通过一系列循环偏应力和循环围压耦合应力路径下的逐级加载试验,研究了循环围压对饱和软黏土动模量衰减规律的影响。试验结果表明：循环围压不但会改变了某一应变值下饱和软黏土动模量的大小,而且其改变趋势及大小与相位差有关;通过拟合分析证实Hardin-Drnevich模型并不适合循环偏应力和循环围压耦合应力路径下饱和软黏土动模量衰减规律的定量描述,而基于Stokoe公式却得到了较为理想的拟合结果。     

不同应力路径下超固结黏土分叉分析

基于姚仰平等提出的伏斯列夫面超固结黏土三维弹塑性本构模型,导出了水土耦合不排水条件下饱和黏土的应变局部化的萌生条件,求出了在不同应力路径下单相介质和水土耦合不排水条件下分叉三维解析解和数值解。理论分析表明,对于单相介质,该本构模型在应力洛德角为 - 23.5 °～ 4 °之间时,有分叉现象产生,并且分叉产生于土体应力应变曲线的硬化阶段;而当应力洛德角在 - 30 °～ - 23.5 °和 4 °～ 30 °之间时无分叉现象出现。在水土耦合不排水条件下,使用该模型在应力洛德角为 - 23 °～ - 1 °之间时,有分叉现象产生,分叉产生于土体应力应变的软化阶段;而当应力洛德角在 - 30 °～ - 23 °和 - 1 °～ 30 °之间时无分叉现象出现。利用嵌入上述本构模型的有限元软件 ABAQUS ,对单相和水土耦合不排水条件下的多单元立方体应变局部化分叉现象进行了数值分析。比较表明解析解与数值模拟的结果基本一致。     

宁波淤泥质黏土应力路径试验研究

在60k Pa、120k Pa和200k Pa围压下,开展了宁波淤泥质黏土增p、等p及减p应力路径试验,结果表明:不同应力路径对土的应力—应变特性影响不大,增p、等p及减p应力路径试验中土体应力—应变曲线均呈弱软化型;在减p应力路径试验中出现剪胀现象,孔压一直为负;不同应力路径对土体强度的影响不同,60k Pa和120k Pa围压下等p和减p应力路径下试样强度变化不大,200k Pa围压下等p工况下的强度大于减p工况下的值。     

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。     

复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性变化规律研究

 通过含瓦斯煤渗透特性试验研究,系统分析复杂应力路径下含瓦斯煤渗透性的变化规律,建立含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压、瓦斯压力、围压升降、全应力–应变过程等之间的定性与定量关系,深入探讨各种不同应力路径下含瓦斯煤渗透性的控制机制和变化规律。结果表明,应力路径对含瓦斯煤的渗透率有重要影响：(1) 含瓦斯煤渗透率随着轴向压力和围压的增大而减小,随瓦斯压力的增大而增大。(2) 含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压和瓦斯压力均呈指数关系变化。(3) 围压升、降过程中,含瓦斯煤渗透率会受到一定程度的损害,其损害程度可以用最大渗透率损害率和渗透率损害率来表征。同时,三维压缩条件下含瓦斯煤会发生二次密实效应。(4) 三轴压缩下全应力–应变试验过程中,含瓦斯煤的渗透率呈“V”字型变化趋势;渗透率随煤样的应变先减小后增大,然后达到最大值,并且渗透率的增幅小于其减幅。     

应力路径对饱和黄土孔压的影响研究

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,对陕西杨凌Q3饱和黄土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的各向等压固结不排水三轴试验,探讨和分析了应力路径对饱和黄土孔隙压力的影响,试验结果表明:不同应力路径作用下,饱和黄土的孔隙压力随着轴向应变的增大而不断增大;当土体的轴向应变较小时,孔隙压力基本上不受初始固结围压的影响,而当轴向应变超过5%之后,饱和黄土所受的初始固结围压越大,主应力差越大,其孔隙压力也会越大。     

复杂应力路径下糯扎渡堆石料应力–应变特征研究

 通过对云南澜沧江糯扎渡水电站坝体I区筑坝堆石料在拟定应力路径下的三轴固结排水剪切试验数据分析,获取了堆石料的应力–应变参数。通过研究复杂应力路径下堆石料的应力–应变特征,得出了堆石料应力–应变特征将严格受控于应力路径,且试验实测应力路径与拟定应力路径相一致、不同应力状态下筑坝堆石料变形模量存在较大差异的结论。通过计算获得了复杂应力路径下堆石料的强度参数和等应力比加载条件下堆石料的变形模量。针对应力状态这一影响堆石料强度的主要因素,深入研究了其与堆石料强度之间的关系,得出了应力状态、黏聚力和内摩擦角三者之间的关系,对糯扎渡水电站大坝本构模型的建立和稳定性计算有一定意义。     

复杂应力路径下堆石料的颗粒破碎特性研究

针对堆石料进行了一系列等向压缩、常规三轴和复杂应力路径试验,采用相对颗粒破碎率为度量研究了多种应力路径条件下堆石料的颗粒破碎特性。对不同应力路径下试验过程中的塑性功进行了对比,分析了颗粒破碎与平均应力p、广义剪应力q所做塑性功之间的关系,研究了不同应力路径下三轴试验颗粒破碎的差异和原因。结果表明:模拟心墙土石坝填筑和蓄水应力路径下的颗粒破碎远小于常规三轴试验。多种应力路径下塑性功与相对颗粒破碎率之间存在明显的相关性,并可用幂函数较好拟合。不同应力路径下塑性功分量之间差异明显。常规三轴试验中广义剪应力q所做功占总塑性功的主要部分,不同复杂应力路径试验p,q所做塑性功占比差异较大。     

应力路径旋转对原状软黏土小应变特性影响的研究

采用GDS应力路径三轴仪对杭州原状软黏土开展了一系列不同应力比条件下的排水试验,包括三轴压缩和三轴伸长试验,主要研究p-q平面内应力路径旋转对K0固结原状软黏土小应变刚度和变形特性的影响。试验结果表明:三轴剪切条件下原状软黏土存在显著的小应变刚度特性,在广义剪应变小于0.01%时,小应变刚度变化较小,广义剪应变在0.01%~0.1%阶段,试样小应变刚度衰减最快,剪应变在0.1%时的刚度仅为剪切初始阶段的10%左右。归一化后的原状软黏土小应变刚度随剪应变变化规律可以近似采用指数函数拟合。应力路径旋转对原状软黏土小应变阶段的应力-应变关系及刚度特性都有显著的影响。三轴伸长和压缩排水剪切时,K0固结原状软黏土都发生显著的体缩变形,剪应力对原状软黏土体应变的累积影响更为显著。     

复杂应力路径下邓肯-张EB模型适用性研究

目前国内研究堆石体应力-应变关系特性主要是在常规三轴试验的基础上,对复杂应力路径上堆石体本构模型的验证工作尚不充分。但坝体在填筑期和蓄水期有着明显的应力路径相关性。利用堆石料常规和复杂应力路径大型三轴试验成果,对国内常用的堆石体本构模型——邓肯-张EB模型进行了验证。结果表明,邓肯-张EB模型对常规三轴试验适应性比较好;对复杂应力路径常会夸大堆石体的体积压缩变形,其加卸载准则无法正确判别一些复杂应力路径的加卸载状况。     

打桩对土中孔压及应力的影响

本文主要介绍在打预制桩时，对粉土场地内外土中的超孔隙水压力及侧向应力的变化，通过实测资料的分析对比，得到了一些统计及经验关系，可供设计、施工和监测参考。     

含应力旋转路径对软黏土小应变刚度影响试验研究

利用配备高精度局部位移传感器的空心圆柱扭剪仪对杭州软黏土开展了系列应力旋转路径条件下的试验研究,包括:大主应力沿不同角度的定向剪切,不同剪应力水平下大主应力单纯连续旋转后定向剪切以及大主应力往复循环旋转后定向剪切3类典型应力路径,并考虑了中主应力系数及剪应力水平的影响。重点分析应力旋转路径对软黏土小应变刚度特性的影响。主要结论有:在不同的复杂应力条件下软黏土的刚度均受应变大小的影响,应变小于0.01%时软黏土的刚度很大,在0.01%~0.1%范围内刚度迅速衰减;在定向剪切条件下剪切方向对软黏土小应变剪切刚度的影响并不明显,而中主应力系数的影响比较显著;在主应力单纯旋转阶段软黏土会因不同的剪应力幅值产生不同程度的应变累积,继而对土体的小应变刚度的影响程度也不同;主应力往复循环旋转虽然也会产生前期累积应变,但土体在后期定向剪切阶段的初始刚度并未显著衰减,说明应力旋转模式对小应变刚度也有很大影响。     

应力影响下粉质黏土的等效渗透系数计算

为了定量研究粉质黏土的渗透系数随所受应力而变的特征,通过三轴渗透试验,测量不同干密度的粉质黏土在不同有效应力水平下的渗透系数,分析渗透系数与干密度和应力的关系。结果表明:粉质黏土的饱和密度随着应力的增大而增大,在应力为400 kPa时增幅为5%~9%;渗透系数k受有效应力σ的影响较大,在应力为300kPa时减小1~2个数量级;lnk与lnσ和干密度ρ线性相关显著。根据研究结果提出了考虑有效应力和干密度影响的粉质黏土渗透系数的表达式,并推导了粉质黏土层的纵向与横向等效渗透系数计算式及最具代表性土样的取样位置。