非饱和膨胀土抗剪强度的试验研究

膨胀土是一种特殊的非饱和土，经典的土力学理论在膨胀土问题中己显得无能为力。因此，用非饱和土力学理论来研究膨胀土问题在理论和实际两方面都具有重大意义。在非饱和土抗剪强度理论中，吸力的量测在工程实际中仍没有一种简单易行的方法。基于这种实际情况，试图通过其他间接的途径来代替吸力的量测，以确定非饱和土的吸附强度。对于膨胀土这种典型的非饱和土，膨胀力是其很重要的性质之一，它的大小受含水量的影响很大；另一方面，膨胀土的抗剪强度也随含水量的变化而不断地变化。进行了大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，以确定膨胀土的膨胀力与吸附强度是否有一定的关系。通过对黑山土和梅山土的重塑试样试验得到的试验数据分析发现：膨胀力和含水量之间存在良好指数关系；粘聚力的对数和内摩擦角均随含水量的增大线性减小；非饱和膨胀土的吸附强度与膨胀力之间存在较好的线性关系，并在此基础上优化了非饱和膨胀土抗剪强度公式。     

非饱和土抗剪强度与含水率的关系研究

针对非饱和土抗剪强度与含水率的关系进行了试验研究,得出了在相同的密度状态下非饱和土的强度与含水率密切相关,随着含水率的增加,非饱和土的粘聚力和内摩擦角总体均呈现递减的趋势,并且含水率对粘聚力的影响要比对内摩擦角的影响大。     

非饱和土强度的吸力贡献形式研究

在三级法向应力条件下,分别对处于饱和与最优含水率状态时的4种土样进行直剪实验。所得结果表明,基质吸力会转化为土样的一种黏聚力,并以这种形式来增强土样的强度。与此同时,吸力对土样内摩擦角所造成的影响却是很微小的。分别用同种土样来进行持水特性试验,得到了每种土样处于吸湿与脱湿过程时的土–水特征曲线。对土–水特征曲线进行分析后可知,同种土样的强度特征与其所经受的水力路径是息息相关的;另一方面,与饱和土相比,促使非饱和土强度得以增加的因素是多样的,基质吸力只是占主导地位的因素。依据分析所得结果,可将Fredlund等人提出的非饱和土抗剪强度公式表述为更为直观的形式。     

基质吸力对非饱和网纹红土抗剪强度影响研究

非饱和土中的基质吸力对土体的抗剪强度具有很大的影响,为了研究非饱和网纹红土基质吸力对抗剪强度的影响,采用滤纸法和直剪试验法分析非饱和网纹红土抗剪强度随基质吸力的变化规律。试验结果表明:黏聚力对基质吸力变化的敏感程度高于内摩擦角;随基质吸力的增大,黏聚力均呈现出先增大后减小的变化规律,最大提高幅度达200%;内摩擦角随基质吸力的增大而增大,增大幅度约为200%,而含水率的变化规律则相反。     

膨胀力在非饱和土强度理论中的作用

回顾了Ｂｉｓｈｏｐ和Ｆｒｅｄｌｕｎｄ提出的两种用吸力（ｕａ－ｕｗ）计算吸附强度的理论公式，提出了非饱和土抗剪强度是由以下三个部分组成：①真凝聚力ｃ；②外力产生的摩擦强度（σ－ｕａ）ｔｇφ；③吸力所产生的内摩擦强度（吸附强度）τｓ。并对三种理论公式及吸附强度计算式进行了总结对比，指出Ｂｉｓｈｏｐ和Ｆｒｅｄｌｕｎｄ公式因其吸力及参数均复杂难以测定，至今尚未能在工程实际中广泛应用，而本文公式因膨胀力ｐｓ和参数ｍ测定技术简便易行，可为非饱和土抗剪强度的研究工作提供一条新的探索与发展途径。     

较大吸力范围内合肥膨胀土强度特性试验研究

为研究较大吸力范围内不同初始干密度下基质吸力对合肥膨胀土抗剪强度的影响,对不同初始干密度和不同含水率的合肥膨胀土进行直剪试验。利用滤纸法测得直剪试验剪破试样剪切面处的基质吸力,分析初始干密度和基质吸力对合肥膨胀土抗剪强度指标的影响。试验结果表明:初始干密度和基质吸力对膨胀土的黏聚力影响显著,对内摩擦角几乎没有影响;在0～400 kPa吸力内,初始干密度对黏聚力的影响较大,超过400 kPa,初始干密度对黏聚力影响减弱;黏聚力和基质吸力的对数之间存在良好的线性关系;膨胀土的抗剪强度随着基质吸力的增大呈非线性增大,增长速率逐渐减小。     

荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测

 为探讨荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的非饱和抗剪强度与土–水特征曲线(SWCC)的相关关系,利用Fredlund-Xing模型对3种膨胀土的SWCC试验数据进行非线性拟合,获得相应模型参数;利用Fredlund公式(1996年)对3种膨胀土控制吸力下的固结排水剪三轴压缩试验抗剪强度成果进行相关分析。分析结果表明：(1) 使用Fredlund-Xing模型拟合3种膨胀土SWCC试验数据的效果均较好。(2) 荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的进气值分别为210,68和18 kPa;石灰改良膨胀土的持水能力(水稳定性)最强,压实膨胀土次之,原状膨胀土最弱;3种膨胀土的残余吸力可均取为3 000 kPa。(3) 3种膨胀土的有效内摩擦角(j´)和与基质吸力相应的内摩擦角(jb)均非常数;j´与基质吸力相关,jb与基质吸力和应力状态均相关,这意味着Mohr-Coulomb破坏包面是双向弯曲的。(4) 使用Fredlund公式,能够在较大的吸力范围内较好地预测荆门膨胀土的非饱和抗剪强度,原状、压实、石灰改良膨胀土的土性参数κ分别为2.4,2.7及3.4。(5) 预测值与实测值间存在差别的主要原因是Fredlund公式本身未考虑到jb与应力状态相关,若要考虑该因素,可将应力状态对SWCC的影响引入到Fredlund公式中。     

非饱和土抗剪强度研究

对不同基质吸力下的非饱和土抗剪强度进行实验研究,分析了抗剪强度与基质吸力的关系,得出抗剪强度公式,并讨论了抗剪强度随平衡时间变化的规律,以期为非饱和土抗剪强度进一步研究奠定基础。     

干湿循环下干密度对膨胀土裂隙发展及强度影响探究

膨胀土的湿胀干缩的裂隙性是工程建设中经常遇到的问题,对不同初始状态下的重塑膨胀土进行室内模拟自然条件下的干湿循环,对不同初始状态下产生的裂隙通过数字图像技术进行处理,提取出裂隙率,裂隙总长度,平均宽度,对裂隙特征进行定量描述,分析不同初始状态下膨胀土干湿循环过程中裂隙的发展规律。对各组循环后试样进行直剪实验,探究膨胀土强度指标变化规律。结果表明:膨胀土的初始含水率和初始干密度是影响裂隙发展的重要因素。初始干密度大的试样首先出现裂缝,干密度越大,循环结束后的裂隙率也越大。干湿循环和干密度对强度指标有不同程度的影响,干湿循环对内摩擦角影响不大,粘聚力随干湿循环次数增加而减小。     

基于GEOSTUDIO分析吸力对非饱和土边坡稳定的影响

基于非饱和土渗流和抗剪强度理论,分析了降雨条件下土体基质吸力对边坡稳定性的影响,探讨了考虑吸力和不考虑吸力条件下边坡的稳定安全系数,指出非饱和土坡稳定性与基质吸力有密切关系,基质吸力随含水量增大而减小,引起土体强度下降,土坡趋于不稳定。     

吸力对非饱和膨胀土抗剪强度及剪胀特性的影响

利用非饱和土直剪仪进行原状样和压实样的控制吸力直剪试验以研究吸力对非饱和膨胀土抗剪强度和剪胀性状的影响。试验结果表明:该膨胀土原状样和压实样的剪胀势随着吸力增加而增大。吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献可归结于两种不同的机理:①吸力使得土体中粒间有效应力增加;②吸力对土体剪胀势的贡献。由于吸力对土体剪胀势的贡献,吸力对该膨胀土峰值强度的贡献大于其对峰后软化强度的贡献。当吸力相同时,原状样的峰值强度和剪胀势均高于压实样,这与原状样中铁锰结核的胶结作用有关。吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献高于压实高岭土。     

非饱和膨胀土强度及变形特性试验研究

利用可控吸力的VJ非饱和三轴仪对新疆膨胀土的强度和变形特性随干密度和吸力的变化规律进行了试验研究,结果表明:非饱和膨胀土的胀缩特性不仅取决于其干密度及所承受的围压,而且还与其吸力大小密切相关,且随吸力增大其剪胀特性增强。非饱和膨胀土的吸力和干密度对黏聚力影响也十分明显,随吸力和干密度增大,非饱和膨胀土的黏聚力呈非线性增大,且增幅明显,而对有效内摩擦角则几乎没有影响,Fredlund双变量理论中的吸力内摩擦角?b并不是一个常量,而是吸力区间内的连续减函数。     

Shear strength of an unsaturated weakly expansive soil

To study the weakly expansive clay obtained from a slope along Wuhan—Shiyan expressway in Hubei Province,soil-water property tests and some unsaturated triaxial tests with suction control were conducted,and the soil-water retention curve（SWRC） and unsaturated shear strength of this soil were obtained.Results show that the air-entry suction and the residual degree of saturation of the tested soil are 106 kPa and 8%,respectively.The boundary effect zone and the transition zone can be identified on the desorption curve,but the residual zone is not so obvious.The unsaturated shear strength increases as suction increases within the range of controlled suction in the test,and friction angle,b,in the triaxial shear test is 17.6°.Based on the results,constitutive models for predicting the unsaturated shear strength using the SWRC were evaluated,and comparisons between prediction and measurement were made.It is concluded that for engineering purpose,the constitutive model should be carefully selected based on soil properties when predicting the unsaturated shear strength using the SWRC.     

折减吸力在膨胀土静止土压力计算中的应用

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。折减吸力的提出避免了吸力量测的困难。根据变形等效原则介绍了确定折减吸力的具体方法,为了避免吸力量测的困难,采用折减吸力代替真实吸力提出了一个计算膨胀土静止土压力的方法。进行不同水位和降雨入渗情况下的膨胀土静止土压力系数的计算,计算结果合理地反映了非饱和土土压力和膨胀量的分布趋势,计算结果验证了方法的合理性。     

非饱和重塑膨胀土的强度试验研究

通过不同干密度、不同吸力的非饱和重塑膨胀土的三轴剪切试验,研究分析了广西非饱和重塑膨胀土的应力应变硬化与软化和体变剪缩剪胀特性与土样内部的孔隙孔径大小及孔隙间的连通性的相关性,研究表明低密度试样内部孔隙孔径较大且连通性较好,应力–应变曲线表现为硬化和体变呈剪缩性,当土样密度增大后逐步由硬化–剪缩向软化剪胀转化,同时研究发现非饱和重塑膨胀土的的吸力强度与吸力的双曲特性。     

膨胀土开挖边坡吸力和饱和度的研究

为了研究非饱和膨胀土开挖边坡中吸力变化对边坡的影响及边坡体不同部位饱和度的变化规律,在湖北某高速公路的开挖边坡上埋设热传导探头和含水率探头进行观测。监测数据与自然边坡的监测结果表明开挖边坡的吸力变化幅度较大,对膨胀土开挖边坡的稳定产生不利的影响,边坡的不同位置的大气影响深度不同。野外获得的土-水特征曲线能真实反映吸力和饱和度的变化,它能为非饱和膨胀土中基质吸力引起的强度提供了相应的参数,大大简化计算,避免计算不同饱和度情况下的强度。从土-水特征曲线还能获知非饱和膨胀土的渗透参数,对工程具有一定的指导意义。     

宽广吸力范围内弱膨胀土的抗剪强度及其预测

在宽广吸力范围内对不同吸力的非饱和弱膨胀土进行了一系列吸力控制的三轴剪切试验。关于吸力的施加,较低吸力采用轴平移技术;高吸力采用蒸汽平衡法。试验结果表明:在净应力相同的条件下,试样的应力应变关系曲线随着吸力的增大而升高、剪缩量变小,并且随着吸力的增大其偏应力–应变关系和体变明显地表现出类似超固结土的特性。主要原因是试样受到较大的吸力,弱膨胀土试样失水收缩、孔隙比减小均明显,使试样剪切过程中表现出类似超固结黏土的特性。在宽广吸力范围内,吸力所引起弱膨胀性土体积收缩明显,不可忽视。根据压汞试验结果确定的微观饱和度引入有效饱和度中,再将试验结果与修正后的Bishop非饱和土强度公式的预测值进行比较,证明了修正后的Bishop非饱和土强度公式在宽广吸力范围内可较为准确地预测非饱和弱膨胀土的抗剪强度。     

脱湿状态对膨胀土膨胀变形和强度特性的影响

非饱和膨胀土的脱湿状态对土中水分散失速率影响较大,不同的脱湿速率又会使膨胀土呈现不同的工程性状。通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,设置不同的脱湿环境制备土样,进行土工试验,深入认识脱湿状态对膨胀土膨胀变形和抗剪强度的影响。将饱和土样脱湿到设定的不同含水率,进行有荷载膨胀率试验,结果表明:在相对湿度越大的环境下,脱湿速率越小,土体膨胀率越大;起始含水率和上部荷载越小,土体膨胀变形越大。将不同起始含水率的土样膨胀完全后放入直剪仪,进行固结直剪试验,结果表明:脱湿到不同含水率的试样,脱湿速率越小,土体越密实膨胀后的抗剪强度越大;上部荷载存在可提高土体的抗剪强度,起始含水率越小上部荷载越大土样的抗剪强度越高。研究结果可为大气作用下膨胀土边坡的防护设计提供参考,有助于对自然气候环境下膨胀土边坡的灾变进行预警,并可优化膨胀土边坡的施工方案。     

改性膨胀土动强度试验成果分析

介绍一种新的膨胀土动强度试验成果的分析方法,在对试验所获资料进行误差分析的基础上,证明这种方法可为工程设计的可靠性分析提供依据,同时也有效地减少了资料分析整理过程中的人为因素。