非饱和土统一强度理论及真三轴试验结果验证

 非饱和土的真三轴强度准则及三向应力状态预测是实现非饱和土理论工程应用的重要问题,依据非饱和土的双应力状态变量及吸附强度特性,构建适用于非饱和土的双剪单元体模型,继而建立分段线性的非饱和土统一强度理论,分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性,并用已有的非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验结果进行验证。研究结果表明：本文非饱和土统一强度理论的极限线覆盖了所有外凸区域,饱和土的统一强度理论以及非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则均为其特例,而且还包括很多新的强度准则;非饱和粉砂的所有真三轴试验数据均落在非饱和土统一强度理论的极限线范围内,并与统一强度理论参数b = 1/2时的预测值吻合较好;外接圆Drucker-Prager准则不能反映非饱和土的真实强度特性,b = 1/2时非饱和土统一强度理论可线性逼近拓展的非线性SMP准则。     

理想膨胀性非饱和土UH模型

膨胀性非饱和土具有吸水膨胀和浸水强度降低的特点，容易引发地基不均匀沉降导致建筑物开裂破坏。构建了与土体干密度和超固结度相关的膨胀式，并将其融入已有的非饱和土UH模型，从而能够合理地描述理想膨胀土湿化过程中体积膨胀与强度降低的特性。与已有模型相比，提出的模型所需参数少，可以更合理地考虑超固结度和初始干密度对膨胀土应力应变关系的影响，同时可以体现膨胀土在超固结状态下的应力软化特性和剪胀特性。该模型在不考虑土体膨胀式时可以退化成已有的非饱和土UH模型。通过与已有膨胀性非饱和土的试验结果对比分析，验证了模型在定量描述膨胀性超固结非饱和土应力应变特性上的合理性。     

非饱和砂土和粉土的抗剪强度及其预测

以工程中常遇到的砂土和粉土为研究对象,对其进行土水特性试验和不同初始饱和度下的直剪试验,研究其土水特性和强度特性,重点研究其非饱和抗剪强度与饱和度间的关系。结果表明:在同一正应力下,非饱和状态的砂土和粉土的抗剪强度都随着饱和度的增大呈先增大后减小的变化,存在一个峰值;内摩擦角随着饱和度的变化不大,可视为常数。此外,根据实测的土水特征曲线,用平均骨架应力作为有效应力的强度算式对非饱和砂土和粉土的抗剪强度进行了预测,并与实测值进行对比,两者比较一致。     

黄河下游堤防非饱和土边坡稳定性分析

利用应力应变控制式非饱和土三轴仪进行了室内非饱和土的渗透试验和强度试验，并得出了非饱和土的渗透参数和强度参数。针对黄河下游堤防这一典型的非饱和土边坡，采用有限单元法系统地分析了堤防非饱和土边坡在降雨和洪水作用下的非饱和渗流场特征；在此基础上应用非饱和土坡的刚体极限平衡理论中的普通条分法对堤防边坡稳定性受非饱和渗流场变化影响的大小进行了分析与计算。结果表明，对黄河下游堤防的非饱和土边坡在降雨和洪水条件下的分析研究具有实际意义。     

非饱和土抗剪强度公式分类及总结

将众多非饱和土抗剪强度公式分为结合土-水特征曲线、数学拟合、分段函数、总应力指标及其他形式5类,分析了当前非饱和土抗剪强度公式的特点及研究不足.结果表明:有效应力抗剪强度公式和双应力状态变量抗剪强度公式的力学本质不同,吸附强度表达式的不同导致了抗剪强度公式的多样性,急需加强非饱和土真三轴试验研究,建立符合工程实际受力状况的非饱和土强度理论,完善非饱和土的理论基础,并加快非饱和土强度理论的工程实践与应用进程.     

低应力及拉应力条件下非饱和土强度及剪胀特性

利用宽广含水率变化范围内非饱和压实土低应力下的直剪试验和抗拉强度试验,研究非饱和土的强度及剪胀特性。试验结果表明:含水率低于塑限时,非饱和土剪切时出现应变软化型破坏和剪胀性;宽广含水率变化范围内,非饱和土峰值剪切强度、最小剪胀率及单轴抗拉强度均随着含水率的增加先增加后减小,变化趋势相同。基于试验结果,首先,对非饱和土拉应力区的Mohr-Coulomb强度包线进行修正。其次,验证修正的Bishop非饱和土抗剪强度模型预测性较差,并分析这种模型广为流行的原因。最后,得到吸力对非饱和土峰值抗剪强度的贡献来源于吸力引起的颗粒间的拉应力和剪胀作用两方面,其中吸力应区分毛细和吸附作用,并可用单轴抗拉强度近似表征拉应力的大小。     

考虑端部效应影响的非饱和压实土三轴试验研究

 在非饱和压实土控制吸力条件三轴试验中,应用数字图像测量技术,可研究非饱和压实土试样考虑端部效应影响下的强度与变形特性。通过比较非饱和压实土控制吸力条件三轴试验中试样整体与试样中部1/3区域的试验结果,证明试样中部1/3区域受端部效应的影响较小,其试验结果更能代表非饱和土的实际受力变形特性,可以为研究非饱和土的应力–应变关系提供更为准确的试验数据。应用双应力状态变量方法分析试样的抗剪强度,结果表明,端部效应对抗剪强度方程的参数取值有较大影响。应用非饱和土Alonso弹塑性模型进一步研究端部效应对非饱和土数值计算结果的影响。     

非饱和土强度公式的比较研究

 非饱和土力学的基本理论已经确认了基质吸力的存在有利于非饱和土的强度提高,但是对于强度提高的机制到目前为止没有统一的结论,非饱和土强度理论中存在着单应力状态变量公式和双应力状态变量公式2种基本的理论表达式,并在此基础上产生了许多实用的强度公式。通过珞珈山土样的土–水特征曲线试验和非饱和三轴剪切试验对非饱和土强度公式进行比较研究。结果表明,珞珈山土样的进气值和残余含水量分别为237.7 kPa和4%;珞珈山土样非饱和强度在低吸力范围内,与吸力基本成线性增长关系,验证了非饱和土双变量强度公式的适用性;珞珈山土样的非饱和抗剪强度参数约为20.7°;现有的非饱和土实用公式精确性较差,非饱和土抗剪强度理论的应用有待进一步的研究与完善。     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,工程特性更为复杂,但其强度理论尚不完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土变形稳定性分析的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和及非饱和黄土的应力–应变曲线为基础,根据在相同σ1-σ3下产生同一轴向应变ε1的变形等效的原则,确定与对应饱和度Sr相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证该数学公式的正确性。根据试验结果分析含水率对非饱和土抗剪强度的影响,建立非饱和土的实用抗剪强度公式。该研究为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。     

不同拉压模量的非饱和土体自承载能力分析

为了研究沉桩施工中对非饱和土体自身承载能力的评价,借鉴抗力系数的概念,基于非饱和土统一强度理论,综合考虑材料的不同拉压模量、基质吸力及强度非线性、中间主应力效应、剪胀特性等因素,推导了理想弹-塑性非饱和土体自承载系数,并对各参数影响特性进行了分析.研究结果表明:非饱和土体自承载系数受多种因素共同影响,孔壁压力、拉压模量...     

卸荷应力路径下饱和粉土静力特性的试验研究

选取杭州城东地铁5号线隧道周边的典型饱和粉土进行不同卸荷应力路径下的静力三轴试验，研究在临近基坑施工情况下地铁隧道周边影响范围内该类土体静力特性的变化情况，并通过加装压电陶瓷弯曲元装置进行弯曲元试验，从而探寻不同卸荷应力路径对土体抗剪强度和变形的影响程度。研究结果表明：土体的抗剪强度指标会随着轴向及侧向卸荷强度的增大而呈现不同幅度的减小，在轴向卸荷应力路径下饱和粉土各静力特性指标变化幅度小于侧向卸荷应力路径下的变化幅度，但在卸荷再加荷应力路径下，轴向应力路径与侧向应力路径的变化对饱和粉土的抗剪强度的影响并不明显。同时，土体抗剪强度与剪切波速之间可以用模型拟合来建立关系，在实际的卸荷工程中对准确获取土体力学参数有实际意义。     

非饱和膨胀土的抗剪强度试验研究

为了研究非饱和膨胀土基质吸力对抗剪强度的影响,利用WF型非饱和应力路径三轴仪对膨胀土进行了控制基质吸力的非饱和三轴剪切试验。通过分析非饱和土的总粘聚力及吸附强度与吸力之间的关系,并对试验结果进行数值拟合,得到了非饱和膨胀土的抗剪强度表达式。利用相关试验结果进行验证,表明这一表达式是合理和有效的。     

邯郸金世纪新城基坑非饱和特性实验研究

我国北方地区大部分的基坑工程涉及范围内用土处于非饱和状态,研究基坑的非饱和特性有着十分重要的经济价值。基质吸力是影响非饱和土抗剪强度的一个非常重要的应力变量,同样它对基坑稳定性也有着极为重要的影响。本文针对河北邯郸金世纪新城深基坑的工程勘察实践,研究了采用自行研制的非饱和土水特性曲线仪,研究了该地区各土层的水力学特性,...     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,其工程特性更为复杂,但其强度理论尚不十分完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土力学变形与稳定性分析理论及计算方法的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出了用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行了验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和黄土以及非饱和黄土的应力-应变曲线为基础,根据变形等效的原则确定某一饱和度相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证了该数学公式的正确性。为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。并根据试验结果分析含水量对非饱和土变形模量的影响,建立非饱和土的变形模量公式。     

非饱和黏性土粒间吸力测试研究

对粒间吸力的认识是非饱和土有效应力及变形、强度特性研究的基础。由粒间吸力各组成部分的特点 ,提出了非饱和黏性土粒间吸力的测试原理和方法 ,并对红黏土的粒间吸力进行了试验。此研究对于结构性与土的力学性质间关系的研究有重要意义     

非饱和粉砂临界状态的试验研究

非饱和土临界状态给出了土变形过程的终点,对于分析土的基本力学性质和建立相应的本构模型十分重要。以非饱和粉砂为研究对象,利用非饱和土双压力室三轴试验系统(GDS)开展相关试验研究,对不同干密度粉砂在不同净应力和吸力条件下剪切至临界状态过程中,分别测定了强度、体变、含水率及饱和度等相关状态参量的变化规律。结果表明:剪切至临界状态过程中,不同干密度非饱和粉砂的强度和变形特性差异明显;随轴向应变的不断增加,不同初始干密度粉砂试样的偏应力、体应变以及饱和度曲线最终趋于稳定值,试样剪切达到临界状态。基于试验结果,揭示了临界状态条件下非饱和粉砂强度、孔隙比、孔隙水比体积随吸力的变化规律,并建立了q–p?、ν–ln p?、νw–ln p?平面内的临界状态线方程,提出了从强度、变形和孔隙水三个方面对非饱和粉砂临界状态进行综合描述的方法。     

膨胀土胀缩机理及其在控制隧道沉降中的应用

因黄土的膨胀特性导致的隧道地表沉降和变形坍塌事故屡见不鲜。为探究浅埋段膨胀土隧道地表沉降和变形控制技术,结合在建太兴铁路TXXS-2小河沟段膨胀土隧道施工,采用现场监测、理论分析和现场试验研究相结合的方法,对膨胀土的特性、胀缩机理及其影响因素进行研究,结合监控量测数据结果,提出地表沉降控制技术。通过对膨胀土微结构特征进行研究,引用了膨胀土的判别函数式,对膨胀土的膨胀潜势进行了分类,根据膨胀潜势情况指导施工;研究了膨胀土强度特性,建立了强度与含水量、干密度、饱和度的关系,并对有效蒙脱石含量对强度的影响进行研究,理论上分析了晶体胀缩的根本机理;根据对膨胀土胀缩特性进行研究,分析了隧道的膨胀潜势等级和隧道特殊地质特征,通过现场土工试验,确定了小河沟隧道胀缩影响因素及其曲线关系;通过对现场施工进行监控量测,结合关系曲线和现场情况,提出了控制地表沉降的处治措施,指导现场工程施工。     

非饱和土本构模型中应力变量选择研究

 应力变量是本构模型的基本要素之一,非饱和土本构模型中应力变量的选择目前仍有较大争议,各模型中应力变量的选择非常混乱,严重阻碍了理论研究的进一步发展。Bishop有效应力或其修正的应力形式,以及新提出的吸应力等,虽然可以较好地表示非饱和土强度,但不能模拟非饱和土浸湿后体积膨胀和坍塌现象。双应力变量目前应用较多,有考虑非饱和土中孔隙水对土体力学性质影响的骨架应力和毛细应力,有用得最多的净应力和吸力,或者两个应力变量一个是应力的函数,另一个是吸力(或饱和度)的函数等多种形式,可以较好地反映非饱和土的强度和变形特性,但目前双应力变量选择有很大的随意性,没有确凿的理论依据。重点指出建立本构模型时土体的应力变量不能随意选用,应满足Houlsby功率方程,同时还要注意与应力变量对应的应变变量的选择。旨在澄清目前的混淆概念,为非饱和土本构模型建立提出合理的应力变量。     

打桩对周围黄土的扰动特性影响

在饱和软土小孔扩张理论的基础上，推导了非饱和土(甲≠O)的弹塑性解，主要包括弹性区、塑性区任一点的应力增量、塑性区边界上径向位移、塑性区半径及桩土间的挤压应力，分析了非饱和土层中沉桩挤土效应及扰动特性；通过模型试验，研究了打桩引起的侧向挤压应力变化，打桩对桩周土体的密实度与变形的影响等扰动特性，并划分了不同的扰动区域。     

非饱和土弹塑性应力应变特性模拟

简单地回顾了非饱和土应力应变本构模型的研究概况，就非饱和膨胀性土、黄土和击实土等的变形特性作简介。在此基础上，根据硬化塑性理论和临界状态概念，提出了一个描述非饱和土应力应变特性的一般本构理论框架。该理论框架包含了几个不同的模型，能够以统一的方式描述非饱和土性的许多基本方面