中等压缩性粉质黏土不排水剪切强度试验研究

为获得原状中等压缩性粉质黏土的剪切刚度和抗剪强度,开展了直剪固结快剪和固结不排水三轴剪切(CU)对比试验,分析了偏应力随整体、局部轴向应变的发展,研究了整体、局部变形测量获得抗剪强度的差异,探讨了刚度衰减特征,提出了固结快剪和CU试验抗剪强度之间的关系。结果表明:变形测量方式对粘聚力c′影响显著,与整体相比,局部粘聚力c′提高2.9~11.1 kPa,局部内摩擦角φ′低0.4°~1.7°。剪切刚度E_sec随轴向应变ε₁增加呈反“S”形衰减。应变ε₁＜0.005%时,局部测量刚度E_sec高于整体,其衰减幅度显著,但随轴向应变增加,二者刚度差值缩小。直剪试验与CU试验抗剪强度差值随着竖向应力的增加而增大,CU试验抗剪强度明显高于直剪,建立了抗剪强度参数的修正关系。     

含水砂层的剪切流变力学特性试验分析

通过十字板剪切流变仪试验,得到了剪切阻力、含水量、孔隙水压力与应变速率的变化曲线。试验表明,含水砂层的流变曲线呈现稳态流变阶段和加速流变阶段。稳态流变阶段又可分为弹性变形、初始流变和非加速流变过程。初始流变过程含水量和孔隙水压力上升,后保持稳定;经过较长时间的流变后,进入非加速流变阶段,剪切阻力呈现波动下降趋势;达到屈服抗剪强度时,进入加速流变阶段,应变速率迅速增大。通过对加速流变过程曲线进行拟合,得出加载剪应力、屈服抗剪强度和应变速率的关系。分析表明,干燥细砂的抗剪强度主要来自颗粒间的摩擦力,当含水量增加时,颗粒被水分子包围,削弱了颗粒间的作用力,其流变特性就发生了明显的变化;反映这一变化过程的主要参数是屈服抗剪强度,其与加载剪应力和含水量有关。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明:在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4mm/min增加至5.0mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81～5.93kPa之间。     

Q3原状黄土变形过程中的应变速率效应

为揭示应变速率对黄土体变形过程的影响规律,以兰州Q3黄土为对象,在不同含水率和围压条件下,系统开展黄土体应变速率效应的三轴试验研究,且以应力-应变曲线、抗剪强度、孔隙压力作为关键要素进行分析。结果表明：应力-应变曲线存在应变软化效应,高应变率促使应变软化的产生,但高含水率、高围压抑制应变软化的产生;应变速率对抗剪强度有显著影响,抗剪强度随应变速率的增大呈现先增大再减小的规律,黏聚力的变化规律与之相同,应变速率对内摩擦角的影响规律与之相反;应变速率对孔隙压力的增长趋势几乎没有影响,但孔隙压力峰值受应变速率的影响显著,且含水率和围压不同,其变化规律存在差异。Q3原状黄土变形过程中存在明显的应变速率效应,其对黄土地区工程应用和丰富黄土力学具有积极的意义。     

考虑超孔隙水压力的桩土界面直剪试验研究

采用大型恒刚度直剪仪,系统研究超孔隙水压力对黏性土中桩土界面剪切性能的影响。根据制定的测试超孔隙水压力方案,对4个粗糙度等级(混凝土表面锯齿状峰谷距为0、2、4、6mm)的不同含水率黏性土中桩土界面在不同剪切速率下进行剪切试验。针对界面粗糙度、黏性土含水率、剪切速率3个变化参数对界面抗剪强度的影响进行分析。结果表明：界面粗糙度越大,界面超孔隙水压力越小,有效法向应力越大,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性越大,桩土界面抗剪强度越大;黏性土含水率越大,界面超孔隙水压力越大,有效法向应力越小,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性不能完全发挥,桩土界面抗剪强度反而减小;在剪切速率0.4~1.0mm/min范围内,剪切速率越大,界面超孔隙水压力增幅较小,有效法向应力变化不大,桩土界面抗剪强度虽有减小,但不同剪切速率下超孔隙水压力对桩土界面抗剪强度的影响不明显。     

融化饱和哈尔滨黏土的应变速率效应试验研究

 对饱和哈尔滨黏土进行7次冻融循环后,在不同围压和应变速率下进行固结不排水三轴剪切试验,分析融化饱和黏土的有效偏应力及孔隙水压力随应变速率的发展规律。结果表明,融化饱和哈尔滨黏土在小于240 kPa的围压下表现出超固结特性,在240 kPa围压下表现为正常固结或者轻度超固结特性。随着应变速率的增大,融化哈尔滨黏土的强度变化规律以0.15 h－1为节点分为2个阶段：当应变速率小于0.15 h－1时,试件的强度随着速率的增大先增大后减小,当应变速率超过0.15 h－1时,试件的强度随着速率的增大持续增大;孔隙水压力的发展趋势随着围压的增大由软化型转变为硬化型,但各围压下的应变速率效应对孔隙水压力的发展趋势影响不明确;利用广义双曲线模型对试验数据进行分析拟合,研究表明,该模型能够合理的描述融化哈尔滨黏土的应变速率效应。     

稻壳灰-水泥固化淤泥土力学特性及微观机理研究

我国许多地区河道湖泊环境受损,淤泥淤积速度加快,淤泥质软土地区易发生严重的地基或边坡失稳,通过固化/稳定化技术对淤泥土进行资源化利用具有重要意义。提出利用稻壳灰和水泥进行淤泥固化处理,通过无侧限压缩试验、三轴固结不排水试验评价固化土力学特性;并结合核磁共振、X射线衍射和电子显微镜扫描试验,分析稻壳灰掺量对固化土孔隙尺寸、矿物成分、微观形貌的影响规律,揭示稻壳灰-水泥固化淤泥土的机理。研究表明：稻壳灰能显著提高固化淤泥土强度,稻壳灰-水泥土强度随稻壳灰掺量的增加先增后减,随龄期的增长而增加;当水泥掺量8%时,稻壳灰最优掺量为15%,稻壳灰-水泥土应力应变曲线为应变软化型,抗剪强度参数随着养护龄期增大而增大。稻壳灰-水泥土养护28d试样的XRD图中出现水化硅酸钙(CSH)衍射峰,而T2分布曲线中大孔峰值及面积明显降低,同时观察到SEM图中大量网状水化硅酸钙凝胶,该凝胶能够起到填充土体孔隙、联结土颗粒的作用。     

基于核磁共振技术的软土三轴剪切微观孔隙特征研究

为探讨软土(淤泥)剪切行为的微观机制,以南沙地区淤泥土为研究对象,对原状土和三轴试验后土样进行核磁共振试验,分析真三轴固结不排水剪切过程中软土的孔隙大小、孔径分布和孔隙结构参数变化特征。结果表明:(1)淤泥的孔径主要分布在1~20?m范围内,T2主波峰幅度大于99%,淤泥土中孔隙具有孔径小、孔径分布范围较窄的总体特征。经三轴剪切试验后,土的含水率减少8.79%~17.73%,孔隙率呈减小趋势。(2)剪切应变速率和应变大小对孔径分布影响规律:小孔径分布百分数随应变速率提高而减少,中、大孔径百分数随应变速率提高而增加。淤泥在剪切过程中存在应变阈值(约4%),当应变小于阈值时,小孔径分布百分数随应变增加而增加,中、大孔径百分数随应变增加而降低;当应变大于阈值时,应变对孔径分布的影响规律则相反。(3)NMR法可直接测量孔径大小、孔隙结构参数(V/S),进而分析孔隙结构参数V/S与宏观力学性质(广义剪应力q和广义剪应变s?)的关系,这可为宏微(细)观理论的进一步发展提供基础及依据。     

饱和软黏土固结过程中的不排水抗剪强度特性

集成大直径固结仪和微型十字板剪切仪的功能,开发和研制了饱和软黏土固结过程中可以随时开展剪切试验的系统装置,考虑超孔压随时间和空间变化的不均匀性,在微型十字板剪切仪板头处的空心轴杆底端配置微型孔压计,并在大直径固结仪中配置微型土压力计,使其具备自动实时监测在十字板剪切试验测点处有效应力变化的功能。利用该系统装置,开展了饱和软黏土在不同固结压力作用下,固结过程中不同时点的十字板剪切试验,实时监测了固结过程中的变形和孔压变化过程,得到了十字板剪切试验测点处的有效应力和不排水抗剪强度,分析了固结过程中不排水抗剪强度和有效应力之间的相关关系。结果表明,在不同固结压力作用下,固结完成后的不排水抗剪强度与有效应力呈现出传统的线性关系,但是,在某一固结压力作用下,固结过程中的不排水抗剪强度却随有效应力的增长呈非线性增长,而且,在不同固结压力作用下,固结压力越大,固结过程中达到相同的有效应力时所对应的不排水抗剪强度越大。固结过程中的不排水抗剪强度并不仅仅取决于剪前固结有效应力,还与剪前孔隙比相关,孔压消散速率小于变形速率是导致固结初期、剪前固结有效应力较小时,不排水抗剪强度较快增长的主要原因。     

水压力环境中混凝土经历循环荷载后的抗压强度

研究了水压力环境中混凝土在经历循环荷载后的动态压缩强度,分析了水压力和循环次数对混凝土强度的影响。试验应变速率为10~(-5)/s、10~(-4)/s、10~(-3)/s和10~(-2)/s,水压为0~10 MPa。试验结果表明,在不同水压力下饱和混凝土的强度都随应变速率提高而增加,也随水压力提高呈增加地趋势。在相同水压力下,应变速率越高,混凝土强度提高越显著。饱和混凝土经过循环荷载后,其强度随荷载循环次数的增加呈现出先提高后降低的现象。应变速率越高,混凝土强度最大时所对应的荷载循环次数也相应增加。还构建了饱和混凝土强度与应变速率、水压力的关系,其与试验数据吻合较好。进一步引入了管道孔隙模型,并基于汞压法的原理和孔隙分布特点,考虑混凝土孔隙的微观结构解释了孔隙水对混凝土强度的作用机理。     

洱海泥炭质土动剪切模量和阻尼比试验研究

为探究洱海地域泥炭质土动力学特性,利用GDS动三轴仪对重塑土样进行循环加载试验,得到了一系列围压、固结比、频率控制条件下的泥炭质土动应力-应变关系曲线,分析了不同围压、固结比、频率对土体动剪切模量G_d、动剪切模量比G_d/G_dmax和阻尼比λ的影响规律。结果表明:动剪切模量G_d随剪应变γ_d增大而减小,γ_d较小时,衰减速率较小,随着γ_d继续增大,衰减速率先增大后减小;在同一剪应变下,G_d随围压、固结比增大而增大,G_d对频率变化表现不敏感;采用Hardin-Drnevich双曲线模型(H-D模型)对重塑泥炭质土动应力-应变曲线拟合效果较好,动剪切模量比G_d/G_dmax随剪应变γ_d增大而减小,围压、固结比和频率对G_d/G_dmax的衰减规律无明显的倾向性;阻尼比λ随剪应变γ_d增大而增大,围压对λ变化规律影响较复杂,γ_d较小时,λ随围压增大而减小,γ_d较大时,λ随围压增大而增大;固结比越大,λ越大,频率越大,λ越小,λ对频率变化表现更敏感,体现了循环加载下泥炭质土的速率效应。     

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。     

Effect of initial water content on undrained shear strength of K0 consolidated clay

This study investigates the effect of initial water content on the pore pressure response and undrained shear behavior of K₀ consolidated reconstituted clay. A series of K₀ consolidated undrained triaxial compression tests were conducted on reconstituted Lianyungang clay. Results were compared to those obtained by isotropic consolidated undrained triaxial tests. The testing results showed that the K₀ consolidated undrained strength envelope of reconstituted soil content is a straight line passing through the origin regardless of the initial water content. The initial water content would affect the undrained strength of K₀ consolidated clay as decreased normalized undrained shear strength was observed with clay at higher initial water content. The slope C of normalized pore pressure and stress ratio is affected by the consolidation method, where C is found to be a soil constant for K₀ consolidated clay and the value would be higher with clay under K₀ consolidation. The pore pressure increases with increasing initial water content at a certain axial strain under given consolidation pressure, and the difference in excess pore pressure increases with the increasing consolidation pressure. Pore pressure coefficient at failure (A_f) increases as the initial water content increases, where a trendline can be well fitted between the pore coefficient at failure and the ratio of initial water content to the liquid limit of clay. The undrained strength indexes, i.e., effective cohesion and effective internal friction angle have decreasing tendency with increasing initial water content; however, changes in the total strength indexes of soil in this study are insignificant with varying initial water content.     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。     

K0固结软黏土的应变率效应研究

在已建立的K0固结软土弹黏塑性本构模型基础上,推导了一维先期固结压力和三轴不排水抗剪强度的计算式,并着重分析了应变率对两者的影响,分别用各自的应变率参数表征。强度应变率参数ρ仅取决于次固结系数与压缩指数的比值,与土体固结应力、固结历史及试验类型均无关;先期固结压力应变率参数ρn则与该比值及压缩参数Λ都有关,且一般有ρn>ρ。对于无机质软黏土,应变率增大10倍时,先期固结压力增长8%～21.2%,不排水强度增长7.2%～12.2%,与试验结果较吻合。考虑到室内试验与原位的应变率差异,建议先将试验所得先期固结压力及不排水抗剪强度按本文规律进行应变率修正,再应用于原位情况。OCR越大,不排水强度比随应变率增长越快。     

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。     

循环扭剪作用下黄土的动剪切特性试验研究

原状黄土具有显著的结构性,在增湿及循环剪切作用下均可导致其结构破坏。通过不同固结围压条件下大尺寸原状黄土圆筒试样的动扭剪试验,测试分析了原状黄土从小应变到大应变的动应力应变关系,动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及逐级增大循环扭剪作用下黄土的剪切强度。得到了10^-5~10^-2剪切应变范围内黄土动剪切模量随固结围压和含水率的变化规律,分析了黄土最大动剪切模量随黄土构度的变化规律。建立了黄土最大动剪切模量与构度和固结围压的关系式。揭示不同固结围压条件下不同含水率黄土的阻尼比随动剪应变对数值的变化分布在一个带内;循环扭转作用下圆筒黄土样存在两组破坏面。     

珊瑚砂动剪切模量预测的应变-损伤状态耦合模型

对南海饱和珊瑚砂进行了4类不同加载模式的不排水动三轴试验,研究了不同相对密度Dr和平均有效围压σ'0下加载第一周的动剪切模量比G1st/G0与剪应变幅值γa的关系,G1st/G0受Dr的影响很小,随σ'0的增大而增大。由于分级加载过程中土体结构与相对密度发生改变,在γa3×10-4时,应变控制的分级循环加载获得的G1st/G0-γa曲线位于等应变幅值循环加载获得的G1st/G0-γa曲线的上方。结合两类试验结果,给出了饱和珊瑚砂的G1st/G0-γa模型。基于弹性应变能理论,提出了可以描述土体损伤状态的状态参数Pd(damage parameter),探究了不同加载模式下动剪切模量比G/G0随土体损伤状态参数Pd的发展规律。在双对数坐标中,同一应变幅值下的(1-G/G0)-Pd可用直线表示,其斜率与应变幅值γa和历史加载过程中的最大应变幅值γa,max有关。结合G1st/G0-γa和G/G0-Pd关系,给出了可以同时反映应变幅值和破坏状态影响的珊瑚砂动剪切模量预测模型。