基于K_0固结排水卸荷应力路径试验粉土应力–变形特性研究

针对开挖土体复杂卸荷应力路径,按不同初始应力状态和卸荷应力比,对南水北调南干渠粉质黏土开展了K_0固结排水卸荷应力路径试验。试样首先在不同围压条件下K_0固结稳定,然后根据不同的轴向应力和径向应力卸荷比,进行卸荷试验,以模拟实际土体开挖过程中的应力路径。试验结果表明土体的应力应变特性与应力路径密切相关:不同卸荷应力比条件下,试样可能为压缩,先伸长再压缩或者为伸长变形;卸荷应力路径下压缩和伸长应力比临界值与初始固结状态和土性相关;相同平均应力增量条件下,卸荷应力比越小,试样体积膨胀绝对值越大;土体强度参数受加荷方式和应力路径影响不大。试验结果和常规三轴试验有显著区别,需要发展能够描述卸荷应力路径下的土体本构模型,对开挖土体开展符合工程实际的应力变形分析。     

在CRL固结试验中确定先期固结压力P_c

本文利用计算机对等加荷速率（CRL）固结试验过程进行了模拟分析,并采用“栓塞效应”理论解释了在先期固结压力Pc附近孔隙水压力分布及其土样变形速率的变化特征。计算分析及大量的试验结果都表明,在CRL试验条件下,试样的变形速率-平均有效应力曲线在Pc附近会出现典型的波动变化。进一步分析证实,这种现象与Pc有唯一确定的关系。本文分析了产生这种波动现象的原因和机理,并由此提出利用CRL试验的变形速率-平均有效应力曲线确定先期固结压力Pc的方法。     

超固结粘土的变形特性

本文介绍了用人工制备的超固结粘土试样进行的试验研究成果。试验证明:在临界状态“湿”边范围内,塑性应变增量的矢量与试样的初始状态无关。以等塑性体应变为硬化参数的屈服条件具有唯一性,塑性势函数等于屈服函数,流动法则为相适应的。在临界状态“干”边范围内,采用等塑性剪应变为硬化参数的屈服条件代替了一般以破坏条件为屈服条件的假定,从而能够反映超固结粘土的应变硬化一软化特性。最后得出了统一的屈服条件。     

等应变增量比试验控制功能的开发与实现

研究砂土在沿着应变增量比(侧向应变增量与轴向应变增量的比值)为常数的路径加载时的力学响应具有十分重要的意义。对常规三轴试验设备进行了改造,增加量测试样体变的传感器,通过改变围压的大小来控制试样加载过程中的应变增量比,使其保持为常数。研制开发的试验设备可用于研究砂土在等应变增量比加载条件下的应力应变响应。针对砂土进行了等应变增量比的三轴试验,对试验结果的分析与比较表明系统具有足够的控制精度,从而验证了设备的有效性。     

自重应力作用下饱和粘土的固结变形特性

本文通过离心试验,研究了饱和粘土在考虑土体自重应力作用下的固结变形特性。试验结果表明,离心试验与常规试验相比,两者压缩特性一致,而固结特性差别较大。离心试验求得的固结速率比太沙基固结理论推算的结果要快,而与有限线性应变固结理论推算的结果相一致。从理论和实验两方面说明,常规固结试验中忽略了主体的自重应力水平,用测定的固结系数推算实际较厚软粘土层的固结变形特性,将会过慢的估计固结完成的时间。此外,离心试验比常规试验的固结历时大大缩短,用离心技术可提高固结试验效率。     

等应力比路径下粗粒土湿化试验研究

采用古水面板坝玄武岩堆石料进行了等应力比路径下的粗粒土湿化试验。试验结果表明,在等应力比路径下的土体的湿化变形不仅受应力状态的影响还受加载应力路径的影响。在传统湿化变形公式中引入应力路径参量,并采用体积应力和参考应力水平描述应力状态对湿化变形的影响,建立了等应力比路径下的湿化变形公式。所建立的湿化变形公式能够很好地描述等应力比路径下的粗粒土湿化变形。     

有结构强度的欠压密土的力学特性

根据天然荷重对粘土压密作用的有效性,本文把欠压密土区分为两类,即一般欠压密土和有结构强度的欠压密土。分析了欠压密土形成的地质条件。讨论了颗粒间固化联结键的成因。这类土,由于固化联结键和高孔隙度,其压密特性,孔隙压力的变化和剪切应力-应变关系均与应力水平有密切关系。     

静力与动力组合应力条件下饱和松砂变形特性的试验研究

利用大连理工大学新引进与研制开发的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂,在相对密度为Dr=3 0 %的松散状态下,在不同的三向非均等固结应力状态下进行了应力控制式循环扭剪试验和竖向-扭转耦合剪切试验,通过对比试验结果着重探讨了初始固结主应力方向与循环应力变化模式对饱和松砂动应力-应变关系特性的影响,并采用相对有效应力比峰值与广义剪应变作为参变量对应力-应变模式进行了探讨。试验结果表明,相对有效应力比峰值与广义剪应变之间符合良好的双曲线关系,初始固结主应力方向对砂土的应力-应变关系特性具有不容忽视的影响。     

平面应变加、卸荷条件下考虑初始应力的原状黄土#br# 强度与变形特性试验研究

针对黄土工程中的众多平面应变加、卸载问题,利用平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟黄土原位沉积方向及不同初始应力状态,在不同围压下对不同初始应力状态原状黄土进行竖向加载和侧向卸载平面应变试验,揭示不同初始应力状态原状黄土在加、卸载不同应力路径条件下的强度和变形特性。研究结果表明：两种应力路径条件下的应力应变曲线均呈硬化型,加载曲线均高于卸载,加载强度大于卸载强度,但卸载时,土的强度发挥较快。剪切过程中,黄土的侧向变形与竖向变形均呈非线性关系。竖向加载时,土的初始应力状态k值对土强度和变形的影响与固结围压的大小关系紧密;侧向卸载时,k值的增大可以限制侧向变形的发展。竖向加载条件下的体积应变均为剪缩,侧向卸载时均为剪胀。加、卸载条件下p-q平面内的破坏强度线基本一致,近似呈线性关系。侧向卸载条件下土体破坏时的应变远小于竖向加载和常规三轴试验。随着k值的增大,加、卸载应力路径时,黏聚力均线性减小,内摩擦角均线性增大。     

交通荷载应力路径下K_0固结软黏土变形特性试验研究

交通荷载作用下,软黏土路基土单元体上所受主应力的大小和方向是同时变化的,即在剪应力幅值改变的同时主应力轴连续旋转。针对该问题,利用GDS空心圆柱系统对K_0固结天然温州软黏土进行不排水大数目(10000次)循环扭剪试验,分析了K_0固结软黏土在考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下的应变特性。试验结果表明:主应力轴旋转的存在将使土体内产生更高的孔压,并在轴向上产生额外变形,且随着扭剪应力的等幅增加,竖向应变和孔压的增加量将越来越大。考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下K_0固结软黏土的变形发展模式有所不同,可由安定理论进行解释。确定了考虑主应力轴旋转下K_0固结温州软黏土的临界动应力水平——即门槛循环应力比、容许循环应力比和临界循环应力比的范围。提出可将容许循环应力比作为道路工程沉降控制的准则。与三轴试验结果相比,考虑主应力轴旋转时,道路设计中对动应力的控制应更为严格。     

正常固结饱和粘性土孔隙水压力性状的研究

本文扼要总结了以往有关的成果,分析了孔隙水压力的主要影响因素。利用三种原状正常固结饱和粘土探讨了固结不排水三轴压缩试验中孔隙水压力和有效应力表达式,并由有效应力路径的唯一性提出一组适于不同总应力路径的孔隙水压力方程及土体临界孔隙水压力计算式,反映了土的非线性应力应变特性。本文的理论计算值与浙江炼油厂油罐地基实测孔隙水压力值比较接近。     

裂隙岩体在受荷条件下的声学特性研究

 博士学位论文摘要　自60 年代超声波测试技术应用到岩石工程领域以来, 已经成功地用于岩石、岩体和土体动弹性参数测试、岩体结构分类、参数确定以及岩体质量评价等问题, 因而得到岩土工程界的广泛重视, 并已进行了大量的理论与实验研究。在应用中用声速确定岩体的完整性系数, 作为岩体质量分级的一个重要指标, 已纳入了我国工程岩体分类国家标准; 但目前的研究基本上是沿声速和衰减两个参数而展开的, 对于岩石和岩体的声学特性与应力状态的相关性、对于与应力状态相关联的加载和卸载过程、对于声波信号中的信息如何应用等等, 还是尚未解决的问题, 因而目前的声波测试还难以解决声波与岩石力学特性相关的较复杂问题, 这就阻碍了超声波测试技术在岩土工程领域的更广泛的应用。为此本文重点研究裂隙岩体在受荷条件下的声学特性理论模型, 研究声波信号处理技术的新方法。通过大量的实验验证和对声波波形记录的数值分析, 系统地揭示了微裂隙岩石和裂隙岩体在加卸荷过程中的声学特性。其主要工作如下:(1) 通过分析岩石中裂隙的性态和对岩体中裂隙的界定, 从宏观角度将含裂隙岩石视为连续介质, 推导了超声波在其中传播时的声速及衰减与弹性参数的理论关系; 然后就岩石中裂隙在自由应力状态下对超声波传播的影响进行了详细的分析; 最后运用裂隙的边界元数值分析结果对岩石超声波与应力的相关性进行探讨。(2) 将岩石视为包含随机分布、具有一定开度且无充填物的微裂隙的各向同性体, 运用断裂力学理论推求出岩石在单轴,三轴加、卸荷全过程的本构模型; 运用岩石变形特性、空隙率、等效弹性参数及波速、衰减之间的关系提出等效模型, 建立了岩石在加卸荷过程中声速及衰减与应力的理论关系; 为了检验模型的正确性, 对砂岩、大理岩、花岗岩、灰岩和玄武岩等5 种岩石及石膏模型进行了加卸荷条件下的声波测试实验研究, 其结果与模型预测有较好的一致性。(3) 在对裂隙岩体建立宏观简化模型的基础上, 研究了裂隙岩体的等效弹性参数及其在未受到外部荷作用时的声速和衰减系数; 考虑裂隙闭合效应分析裂隙的变形特性, 并由此建立裂隙岩体在不同受荷条件下的声学特性的理论模型。通过对两种裂隙分布的石膏模型的实验研究, 证实了该理论模型能有效地模拟裂隙岩体的声学特性。(4) 采用小波变换理论对声波信号进行时2频域分析。将声波信号分解成不同频带通道的小波分量, 通过对各小波分量的频域分析, 提出了对应力较敏感的加权波谱参数; 并利用这种处理技术研究了岩石(体) 在受荷条件下波谱参数随应力的变化规律, 并说明以小波分析为基础定义的波谱参数在分析裂隙岩石和岩体的声学特性与应力相关性方面的重要理论意义和应用价值。(5) 运用损伤力学理论研究了岩石的损伤力学特性, 建立了岩石强度与超声波速之间的指数关系式; 并通过对混凝土和重庆砂岩的实验数据的拟合证实了这种指数关系的存在。针对目前在隧道工程中广泛采用的Q 系统围岩分类以及岩石工程中RMR 工程岩体分类, 利用现存的统计结果将岩体的超声波速与岩体质量指数Q、岩体分类指数RMR 及Hoek2Brown 准则联系起来, 建立了用岩体超声波速进行岩体分类以及对岩体强度参数和变形参数的估测方法。通过对三峡工程永久船闸高边坡岩体的应用, 发现由超声波预测的力学参数与直接采用RMR 分类系统和Hoek2Brown 准则估计的岩体力学参数基本吻合。从而表明应用超声波预测岩体力学参数是完全可行的。     

不同应力路径下饱和软粘土静力特性试验研究

采用英国GDS变围压动三轴系统对温州饱和软粘土分别进行了应力路径斜率η=1/3时不同初始有效固结围压的静力试验和不同应力路径的静力试验,研究了不同条件下温州饱和软粘土的强度特性。试验结果表明,不同初始有效固结围压和不同应力路径的温州饱和软粘土均呈应变硬化规律,且呈非线性;随着初始有效固结围压的增加,土体的强度在增加;应力路径斜率η=1/3时不同初始有效固结围压下,土体所呈现的变化曲线具有相似性。     

不同加、卸载条件下片岩的变形特性试验研究

对丹巴电站调压井围岩的片岩试样进行了加载试验和卸荷试验研究,分别分析了常规三轴试验及加轴压卸围压、以相同速率同时卸轴压与围压的3种加、卸载方式下的应力-应变关系及整个加、卸载过程中变形参数的变化规律,分析表明:片岩在卸荷条件下表现出明显的脆性破坏特征,而且有强烈的扩容现象,卸荷条件下岩石的破坏也是由于扩容所引起的;卸荷会造成岩体变形模量迅速减小、泊松比迅速增大;试验采取的两种卸荷方式与常规三轴相比较,岩石试样从受力至破坏的整个过程中其变形模量和泊松比的变化趋势有明显的不同,尤其是在相同速率同时卸轴压与围压的卸荷方式对岩石的变形参数影响很大。     

红黏土在卸荷状态下的力学特性试验研究

选取工程中常见的3种应力路径,进行不同稠度状态的原状及重塑红黏土的力学特性试验,以研究在不同稠度状态下结构性红黏土在侧向卸荷条件下的变形破坏特性。通过将卸荷比的概念应用于贵州红黏土进行红黏土在卸荷开挖状态下其卸荷比与变形关系的研究,研究结果表明:初始卸荷比可以很好地描述红黏土剖面在不同应力路径下的变形破坏特征。不同含水率、不同应力路径和不同固结围压下红黏土的初始卸荷比有很大的规律性及差异性,其与红黏土的变形具有密切的联系,可以用来作为一种研究手段建立和描述红黏土在工程中的受力变形破坏规律。     

加、卸荷应力路径对粉土应力-应变关系影响的试验研究——基于平面应变条件

采用新型平面应变仪进行竖向加荷试验与侧向卸荷试验,探究加、卸荷路径对粉土应力-应变关系的影响,结果表明:加、卸荷路径下,粉土的应力-应变曲线明显不同;卸荷路径下,试样发生破坏时的偏应力和应变明显小于加荷路径;侧向卸荷路径下,试样的极限竖向应变随着初始固结应力的增大而增大。     

不同应力路径对砂土应力-应变关系影响

<正> 一、前言 目前广泛应用于土坝和地基应力-变形分析中的本构关系数学模型,多建立在常规三轴试验的基础上,并认为模型参数与应力路径无关。实际工程中填方工程和一些地基中的土体常经历等主应力比的应力路径,地基中的固结情况则更符合于K₀固结应力状态。工程中应力条件千差万别,而建立在常规三轴试验基础上的数学模型对工程的适用性如何,即如何验证模型的问题,越来越被重视。国外已有许多人对不同应力路径的应力-应变关系进行了研究,如     

拟似超固结粘土的应力-应变-强度特性

本文着重讨论在粘土层中由于次固结所产生的附加结构强度。内容包括两方面,一是分析拟似超固结粘土的屈服压力的机理,并通过实验结果说明越出初始沉积曲线的现象是拟似超固结粘土的本质行为。二是将拟似超固结粘土和超固结粘土的应力-应变-强度特性加以比较,从而说明由时间效应产生的拟似超固结特性和由载荷效应产生的超固结特性之间存在本质的区别。     

K0固结珊瑚砂的应力-应变模型及变形参数研究

珊瑚砂作为岛礁吹填地基的填料,在填筑期的应力路径具有K₀固结的特点。利用三轴试验系统对不同初始相对密度的珊瑚砂进行了一系列的K₀固结试验,研究了珊瑚砂的应力–应变特性,测试了珊瑚砂的K₀系数和颗粒破碎率。基于广义虎克定律,建立了幂函数形式的非线性弹性模型来描述K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系,提出了变形参数的函数表达式,并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：K₀固结珊瑚砂的应力-应变关系可用幂函数表示。随着轴向有效应力的增加,K₀减小,颗粒破碎率增大。在相同的轴向有效应力条件下,珊瑚砂的初始相对密度越小,K₀越大,颗粒破碎率越高。在K₀状态下,随着轴向有效应力的增加,珊瑚砂的切线模量增加,切线泊松比减小。珊瑚砂的初始相对密度越大,相同轴向有效应力下的切线模量越大,切线泊松比越小。幂函数模型合理地预测了一定应力范围内K₀固结珊瑚砂的应力–应变关系,模型及变形参数反映了K₀     

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。