常吸力下非饱和土柱孔扩张弹塑性解及饱和度响应

为研究非饱和土中常吸力条件下圆孔扩张的应力-应变特性及饱和度响应,基于非饱和土临界状态模型(UCSM)和考虑水力滞回的土水特征曲线(SWCC),引入常吸力下饱和度随孔隙比非线性变化模型,推导非饱和土中柱孔扩张问题的排水半解析解。根据柱孔周围土单元平衡微分方程,考虑边界条件,引入辅助坐标将问题转化为以3个主应力分量、孔隙比和饱和度为基本未知量的一阶微分方程组进行求解。本解答充分考虑基质吸力和超固结比对柱孔扩张响应的影响,探究扩张过程中柱孔周围土体的应力分布和体积变化,以及扩张过程中饱和度的演化规律。结果表明：非饱和土常吸力柱孔扩张过程中,呈现吸力硬化特性,且吸力硬化特性随着吸力增大而趋于稳定;孔壁及周围土体饱和度在扩张过程中变化显著,且受吸力大小的影响较大;当吸力较低时,饱和度主要受含水量变化的影响;当吸力较高时,饱和度主要受孔隙比变化的影响。本文的解答可以很好地捕捉非饱和土体不同应力历史和水力状态下的饱和度响应,可为非饱和土中静力触探试验等原位试验的解释提供指导。     

非饱和膨胀土边坡中土水相互作用机理

为了探讨非饱和膨胀土中强烈土水相互作用对边坡稳定的影响，进行了大型现场降雨入渗模拟试验和综合的室内试验研究.研究了包括土水特征曲线的测试、胀缩试验和吸湿软化试验的室内试验.试验成果分析表明，在干湿季节循环过程中，非饱和膨胀土中水分、吸力、变形、应力和抗剪强度之间发生强烈耦合作用.膨胀土的丰富裂隙在土水相互作用中起关键作用，它直接破坏了土体的完整性，并显著增加了表层土的入渗速率.降雨入渗使得浅层的非饱和膨胀土体发生吸水膨胀而软化，还造成浅层土体中水平应力显著增加，这可能导致土体发生局部被动破坏.季节性干湿循环使得边坡浅层土体逐渐发生向坡下蠕变，以致边坡发生渐进累积破坏     

南水北调中线工程禹州段膨胀土的非饱和性质研究

基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响不可忽视,而膨胀土就是一种典型的非饱和土,因此研究基质吸力对膨胀土抗剪强度的影响,对工程实践具有重要的意义.采用GDS非饱和三轴试验系统对南水北调中线工程禹州段膨胀土进行非饱和试验.研究表明:膨胀土的总黏聚力随着基质吸力的增大而增大,且增幅十分明显;基质吸力对有效内摩擦角几乎没有影响;抗剪强度不仅取决于所承受的围压,而且还与基质吸力大小密切相关,且随围压和基质吸力的增大而增强.     

非饱和击实粉土强度特性的试验研究

为研究非饱和土样的强度特性及吸力对非饱和土强度的影响,采用GDS非饱和土三轴仪,对非饱和击实粉土样进行了控制吸力的三轴排水剪切试验.试验结果表明:对于同一土体,吸力对其有效黏聚力和有效内摩擦角影响较小,但对吸力内摩擦角有着显著影响;吸力对土体具有一定的强化作用,相同围压、相同应变土样的偏应力随吸力的增大而增加;吸力对土体应力-应变关系曲线的形式影响不大,曲线形式主要取决于土体自身的性质和其应力历史;吸力和吸附强度之间存在着良好的乘幂关系,据此可将Fredlund提出的抗剪强度公式改写成以吸力为直接变量的抗剪强度公式.     

考虑非饱和土吸力效应的圆柱孔扩张有效应力解析

为探究吸力效应对圆柱孔周围土体应力应变的影响,推导了非饱和土中的圆柱孔扩张有效应力析解。在弹性区和塑性区分别采用Hooke定律和修正剑桥模型,将非饱和吸力作为硬化参数,建立圆柱孔周围土体的应力应变控制方程。通过引入辅助变量,将欧拉坐标系下的平衡微分方程转至拉格朗日坐标系,非饱和圆柱孔扩张问题则转换为以弹塑性边界为边值条件求解一阶常微分方程组的问题。以弹塑性边界上的应力和初始比体积作为初值,对非饱和土中圆柱孔扩张问题进行分析。结果表明,受扩孔压力作用,圆柱孔周围土体将从弹性状态进入塑性屈服状态,而土体初始吸力的变化对塑性区应力状态影响显著。随着初始吸力的增加,圆柱孔周围相同位置处的土体各应力分量增大,极限扩孔压力也随之增大。对于初始孔隙比较大的疏松土体,吸力增大使得圆孔周围塑性区范围缩小;塑性区土体比体积沿径向呈单调减小,吸力越大,比体积减小越明显。对于初始孔隙比较小的密实土体,吸力变化对塑性区范围大小影响不明显;塑性区内土体比体积沿径向先增大后减小。这是因为在弹塑性边界附近处出现了剪胀现象,且吸力越大,剪胀现象越明显。最后通过与原位旁压试验和已有数值模拟结果对比,对本文方法的可靠性进行了验证。     

不同卸荷速率下天津滨海软土的力学特性研究

为了研究海积软土在不同剪切速率条件下的力学特性,采用WF应力路径试验仪进行了卸荷状态下不同加载速率的三轴固结不排水试验,探讨了卸荷状态下剪切速率对海积软土的变形特性、强度特性以及孔隙水压力变化规律的影响.试验结果表明:剪切速率对土体抗剪强度大小有明显影响,抗剪强度随着剪切速率的增大而增大.土体孔隙水压力的变化不仅与剪切速率有关,还与土体结构屈服有关.卸荷过程中黏聚力随剪切速率变化不明显,而内摩擦角随着剪切速率的增大而增大.     

土水特征曲线为直线的非饱和土一维固结计算

基于Bishop有效应力原理,将土水特征曲线与固结方程相结合,提出土水特征曲线为简单直线型的非饱和土一维固结的计算方法.假定土体固结分为2个阶段:第一阶段为不排水、不排气阶段,土体的变形只是因为气体压缩所引起的;第二阶段为排水、排气阶段,土体的变形是因为孔隙水和孔隙气的排出而引起的.在此过程的基础上,建立并求解非饱和土一维固结方程,分析影响非饱和土一维固结的因素.影响非饱和土一维固结速率的最重要因素是孔隙流体的渗流路径.在相同边界条件下,非饱和土固结过程与饱和土固结过程中孔隙流体压力沿深度的分布随时间的变化规律相同.     

渗透吸力对饱和黏土变形－强度特性的影响

为了解孔隙溶液组分或浓度变化对土体强度特性产生的影响,进行了不同浓度ＮａＣｌ溶液饱和黏土的三轴固结排水剪切试验,结果表明：渗透吸力对黏土的变形－强度特性有明显影响,同一围压下,饱和黏土变形模量值和强度值随渗透吸力的增加并不是单调降低的,而是先降后升。盐溶液侵蚀可以改变黏土的孔隙状态和结构,从而影响剪切过程中变形和强度及破坏时间,认为土体强度除了与土颗粒自身强度有关外,还与土体结构有关。     

石家庄区域非饱和土不同抗剪强度试验指标对比分析

基于非饱和土理论,通过非饱和土直剪试验、三轴UU、CU和CD试验得出非饱和土的强度指标,对比分析了不同试验条件下石家庄地区非饱和土抗剪强度指标及其在不同基质吸力条件下的变化规律.试验结果表明:石家庄地区抽气饱和后原状土UU试验测得的黏聚力大于直剪快剪试验结果,内摩擦角相差不大;原状非饱和土样UU试验的黏聚力约为抽气饱和后土样黏聚力的2倍,说明该区域非饱和原状土中存在的基质吸力对土样黏聚力的提高贡献较大;土的有效内摩擦角φ′基本不受基质吸力的影响,但随着基质吸力的增加,与基质吸力相关的内摩擦角φb呈非线性增长;试验土体总黏聚力c1′随着基质吸力的增大而呈线性增大.对比结果说明石家庄地区采用抽气饱和后原状土体的UU试验强度指标进行工程设计,在安全性和经济性方面均有一定的优势.如果采用非饱和原状土UU试验强度指标,则需要考虑工程实际中基质吸力受场地及气候等因素的影响.     

基坑开挖过程中软土性状若干问题的分析

通过对基坑工程中主动区和被动区土体的应力路径、应力状态、土的不排水抗剪强度和孔隙水压力变化规律的讨论,几个模糊概念得到澄清．研究表明：基坑开挖过程中无论主动区还是被动区都处于卸荷状态;土体抗剪强度在不同区域、不同加载阶段是不同的．在同一固结压力下,不排水抗剪强度是卸荷抗剪强度的2倍．在模拟基坑工程应力路径的三轴室内试验研究基础上,发展了一个孔隙水压力公式．根据常规三轴试验得到的抗剪强度和孔隙水压力系数变化规律可确定不同应力路径下的土体抗剪强度．     

Influence of moisture content on shearing strength of unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene

The unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene loess,a typical unsaturated soil,often occurs in the implementation of western development strategy.To obtain the shearing strength characteristics of this unsaturated undisturbed loess,based on the analysis of mineral composition,the triaxial shear test of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess under different moisture contents is conducted with the specialized triaxial instrument for unsaturated soil.The test results show that the mainly mineral composition of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess is quartz and albite.Under the same confining pressure,the matric suction increases with the decrease of moisture content.The smaller the moisture content,the larger the matric suction;the higher the moisture content,the lower the matric suction.Under the same moisture content,the matric suction increases with the confining pressure and reaches a maximum when the confining pressure is 100 kPa,and then decreases with the increase of confining pressure.This phenomenon is closely related to the grain contact tightness of soil mass under high confining pressure.According to the triaxial test of loess,the sample of loess experiences 4 stages from loading to failure:1) compaction stage;2) compression stage;3) microcrack developing stage;4) shear failure stage.The test sample is of brittle failure(weak softening)under low moisture content and confining pressure.With the decrease of matric suction and the increase of consolidated confining pressure,the stress-strain curve changes from softening type to ideal plastic type.In the shearing strength parameters of unsaturated undisturbed loess,the influence of moisture content on internal friction angle is small,but that on cohesive force is obvious.Therefore,the shearing strength of unsaturated undisturbed loess is higher than that of saturated undisturbed loess and varies with the moisture content.     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究。在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描。研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一个峰值。这种现象主要是由于土体微观结构以及所含水分的存在形式所造成的。另外,土体所处的应力环境也会对土体强度的吸力贡献情况造成影响。     

含水量变化时非饱和土的变形研究

在非饱和状态下土中含水量的增加一方面将引起容重增大，从而引起压缩变形；另一方面将引起基质吸力的下降，从而引起土变形的回弹。非饱和土的最终变形表现为膨胀还是沉降取决于上述2种变形的综合效应。根据广义Hook定律，Fredlund的双应力状态变量，以及基质吸力与饱和度的关系理论，利用增量原理建立了K0状态下非饱和土的变形关系表达式，利用这一模型可以计算非饱和土含水量变化时的变形问题。研究表明：非饱和土的变形特性取决于土的性质，土中吸力变化前后的分布，所考虑土层的厚度以及应力状态等。     

宁明膨胀土渗透特性试验研究

为研究宁明膨胀土渗透特性并得到渗流分析所需参数,在了解土性和土体结构特征的基础上,对广西宁明两种膨胀土的原状样和重塑样分别进行了饱和渗透试验、压力板试验和收缩试验,根据试验结果用间接方法得到非饱和膨胀土渗透系数及其随含水量变化规律。结果表明:矿物成分、土体结构对膨胀土的渗透性有一定影响,膨胀性粘土矿物含量越多,渗透系数越低、透水性越差。原状土被扰动重塑后微结构破坏,渗透性大大降低。宁明非饱和膨胀土渗透系数随着含水量减少(基质吸力增大)而急剧减小,渗透系数与含水量之间可以用指数函数拟合。     

常吸力下非饱和土水-力耦合循环塑性的模拟

为描述非饱和黏性土在静、动态荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应,在塑性增量流动理论的框架内建立一个描述常吸力条件下非饱和黏性土水-力耦合效应的弹塑性双面模型.基于BBM(Barcelona basic model)及Li和Meissner提出的一种塑性硬化准则,并考虑非饱和土的典型土水特征,通过边界面和加载面在...     

Critical embedment depth of a rigid retaining wall against overturning in unsaturated soils considering intermediate principal stress and strength nonlinearity

The overturning stability is vital for the retaining wall design of foundation pits, where the surrounding soils are usually unsaturated due to water draining. Moreover, the intermediate principal stress does affect the unsaturated soil strength; meanwhile, the relationship between the unsaturated soil strength and matric suction is nonlinear. This work is to present closed-form equations of critical embedment depth for a rigid retaining wall against overturning by means of moment equilibrium. Matric suction is considered to be distributed uniformly and linearly with depth. The unified shear strength formulation for unsaturated soils under the plane strain condition is adopted to characterize the intermediate principal stress effect, and strength nonlinearity is described by a hyperbolic model of suction angle. The result obtained is orderly series solutions rather than one specific answer; thus, it has wide theoretical significance and good applicability. The validity of this present work is demonstrated by comparing it with a lower bound solution. The traditional overturning designs for rigid retaining walls, in which the saturated soil mechanics neglecting matric suction or the unsaturated soil mechanics based on the Mohr-Coulomb criterion are employed, are special cases of the proposed result. Parametric studies about the intermediate principal stress, matric suction and its distributions along with two strength nonlinearity methods on a new defined critical buried coefficient are discussed.     

考虑中间主应力的非饱和土刚性挡墙抗倾覆稳定性

现有基于Mohr-Coulomb强度准则的饱和土基坑挡墙抗倾覆设计过于保守,本文基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑土体强度的非饱和特性与中间主应力效应,推导了满足不同抗倾覆稳定系数的刚性挡墙埋置深度方程,并探讨了中间主应力、基质吸力和稳定系数对埋置深度的影响特性。推求的闭合解为有序新解答的集合,可供不同类型和特点的基坑工程选择与优化。结果表明,中间主应力和基质吸力对埋置深度有影响,表现在随中间主应力效应和基质吸力的增加,埋置深度相应减小且显著;挡墙抗倾覆设计的强度理论效应明显,稳定系数越大对应要求的埋置深度越大,且埋置深度也与基坑开挖深度相关。研究成果为非饱和土基坑挡墙工作性能和安全储备的分析与评价提供了理论基础。     

温度对非饱和路基土吸力影响的研究

季节性的温度变化和日温差变化,导致路基土吸力变化,所以研究温度对非饱和路基土吸力的影响意义较大。用连通侧管式张力计测得路基土在含水量不变化时不同温度下的基质吸力值,发现基质吸力值并非恒定,而是随着温度的升高,近似线性降低,随着温度的降低,其值线性升高。分析温度吸力影响的机理后,提出了温度对基质吸力影响的修正公式,使得基质吸力的测量更为精确。     

非饱和土诱导减载涵洞的竖向土压力研究

为准确计算诱导减载涵洞的主要荷载,采用圆弧小主应力轨迹描述诱导减载涵洞上方回填土拱效应,以推导考虑土拱效应的滑移面土压力系数表达式,继而基于非饱和土的双应力状态变量强度理论确定滑移面摩擦切应力,建立诱导减载涵洞顶部的竖向土压力解析解,结合等沉面高度求解给出应用步骤,最后对比文献现场实测进行正确性和适用性验证,并定义减载率分析基质吸力及分布形式、吸力角、减载材料厚度和变形模量等因素的影响特性。结果表明：所得涵顶竖向土压力解析解可合理反映基质吸力及分布形式、土拱效应、减载材料性能和等沉面高度的综合影响,完善了诱导减载涵洞设计理论;非饱和土强度提升使摩擦作用增强与等沉面下降同时发生,基质吸力和吸力角对减载率具有双重影响,表现为减载率均先增大后减小,且均布吸力下双重影响更为明显;减载率随减载材料厚度增加而非线性增大并趋于稳定,但随减载材料变形模量增加非线性减小。