基质吸力对非饱和重塑黄土变形的影响及破坏准则

利用非饱和土三轴仪对宁夏固原地区重塑黄土开展了不同基质吸力和不同围压下的固结排水剪切试验,探讨了该黄土在不同围压、不同基质吸力下的变形规律,计算了不同含水率下的强度参数,得到了总黏聚力随吸力的变化曲线。研究表明：该重塑黄土的偏应力应变曲线整体呈硬化型,且强度和硬化程度与基质吸力和净围压关系较大;不同含水率条件下净围压50 kPa时该重塑黄土具有明显的剪胀特性,净围压300 kPa时具有明显的剪缩特性,且剪胀和剪缩程度与基质吸力有关;黏聚力与吸力均近似呈线性关系;摩擦角随吸力的变化不明显。此外,将试验数据拟合得到的强度参数随吸力的变化关系引入Lade-Duncan破坏准则中进行修正,得到π平面内不同吸力下重塑黄土的强度破坏面。验证表明,该修正破坏准则可以考虑吸力对非饱和黄土强度的影响。     

原状黄土增湿过程中的土水特征曲线模型

黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系,无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究,试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的"增湿水平"这一变量,并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明:各竖向压力作用下增湿过程中,半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似,均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段;竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同,可以归一化为幂函数形式;为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土,验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态,以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。     

湿压条件下黄土结构屈服特性试验研究

湿陷性黄土具有很强的结构性,在增湿及侧限压缩应力作用下,其变形特性表现出与一般黏性土不同的特性,针对这一问题,通过3种不同初始结构性黄土的侧限压缩试验,研究了在增湿及压缩应力条件下黄土的宏观力学特性及其结构变化特征。研究结果表明:在增湿及侧限压缩应力作用下,黄土的应力应变曲线分成3段,即平缓状态段、非线性段和线性段;原状黄土与重塑土压缩曲线的变化,显示出同一压力下黄土架空排列结构破损后孔隙比的可能变化量;原状黄土与饱和黄土压缩曲线的变化,显示出同一压力下黄土颗粒间胶结丧失后结构性黄土孔隙比的可能变化量;结构屈服应力与初始含水率之间满足幂函数关系,压缩指数与初始含水率之满足指数函数关系。     

非饱和原状黄土平面应变试验研究

利用TS-526真三轴仪改造的平面应变仪,对不同含水率条件下原状非饱和黄土的变形和强度进行了试验研究。结果表明:在不同含水率下非饱和黄土的偏应力与轴向变形关系曲线均表现为硬化性或者强硬化性;在不同含水率下,非饱和黄土的偏应力与体积变形关系曲线存在明显拐点,在拐点之前土样表现为受剪压缩,拐点之后土样表现为受剪剪胀;土体的基质吸力随含水率的变化而变化,随着含水率的增大,基质吸力减小;非饱和黄土的抗剪强度参数随含水率的增大而减小;非饱和黄土的强度高于饱和黄土的强度。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验，基于综合结构势的概念，建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中，得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性，表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系；固结围压越大，剪缩剪胀临界点的应力比越大，含水率越大，剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终，建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程，得到了与试验结果一致的变化曲线。     

西北地区重塑黄土增湿变形特性研究

为了探究重塑黄土在增湿过程中的压缩变形及湿陷变形特性,采用双线法对取自新疆伊犁河流域的重塑黄土进行了室内压缩试验。研究结果表明:干密度一定时,黄土的压缩性随着含水率的增加而增大;湿陷性随着增湿效果而减弱,上覆压力较大时,增湿的敏感性较高,上覆压力较小时,增湿敏感性较弱;增湿湿陷性系数随着黄土饱和度的提高而增大,增湿含水率提高后,敏感度降低;压缩变形和湿陷性变形在增湿过程中可以相互转化。     

膨胀土的土水特性试验研究

膨胀土具有吸水膨胀和脱水收缩的特性,利用非饱和土固结仪对南阳地区膨胀土试样进行了土—水特征试验,并根据试验得到的土—水特征曲线得到:试样的含水率随着基质吸力的增大显著减小;随着轴压的增大,孔隙比减小。当吸力相同时,含水率随孔隙比的减小而增大。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色，它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪，测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线，引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析，结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识，对van Genuchten模型进行改进，提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型，并验证了该模型的正确性，为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

滤纸法测定非饱和膨胀土土水特征曲线试验

针对现实中土体含水量任意变化的情况,采用滤纸法测定非饱和膨胀土任意循环路径下对应的总吸力和基质吸力,得到了任意含水率变化下的总吸力曲线和土水特征曲线。将曲线进行拟合,利用毛细滞回内变量模型进行计算,通过与试验结果对比,验证了该模型对于膨胀土的适用性。结果表明:滤纸法测得的土水特征曲线与传统方法测得的曲线大致相同。含水量任意变化下的曲线不与完整脱、吸湿曲线重合,相同含水率下,脱、吸湿开始点之间含水率差值越小,脱湿后吸湿的曲线,基质吸力越高;吸湿后脱湿的曲线,基质吸力越低。毛细滞回内变量模型适用于非饱和膨胀土,计算结果与实际值能较好吻合。     

砂层法处理湿陷性黄土地基初探

一般来讲，湿陷性黄土是一种非饱和土。由土的固相（土骨架颗粒）、气相（空气）和液相（水）所组成的多相体系，具有大孔性、欠压密性以及富含可溶盐与粉粒等特征，使它成为一种对水具有特殊敏感性的更加特殊的非饱和土。研究表明，黄土的湿陷性是随黄土湿度的增大而动态发展的。因此，湿陷性黄土的防水处理也是一种防止其产生湿陷的处理方法。有关试验证明，用预埋砂层阻水方法可以解决深厚黄土地基湿陷变形。湿陷性黄土层地基处理的砂层阻水方法砂层阻水方法就是在深厚湿陷性土层的一定深度上设置一个薄砂层，使其发挥阻水作用，并对砂层…     

某路基土非饱和固结试验及研究

路基土在非饱和条件下的强度特性研究对路基设计与施工具有较大的指导意义。为研究某路基土在不同干湿状态下的非饱和变形及强度特性,该文通过非饱和吸力控制及固结压缩试验研究了某路基土重塑样的非饱和性能。试验结果表明该路基土饱和膨胀变形很小;通过气相法对土样进行吸力控制得到不同吸力控制条件下土样的体变特征,土样随着吸力的增大孔隙比减小;基于非饱和压缩固结试验的到了不同吸力状态下土样的屈服应力,随着吸力从0增大到110 MPa 土的屈服应力从200 kPa增大到1．05 MPa;通过经典模型对实验结果进行了验证,结果表明本文非饱和路基土的压缩固结试验结果能通过Alonso等在1990年提出的非饱和土BBM模型来描述。     

粉质砂土的土-水特征及一维应力变形试验研究

浅层非饱和土的力学特性与其土-水特征密切相关,研究自重应力作用下土体的土-水特征曲线及一维应力变形对于边坡、基坑等工程的稳定性分析具有重要意义。采用应力相关的压力板仪对西南某地区的粉质砂土进行了干燥试验及k₀固结试验。结果表明:在较低的竖向应力状态下,应力大小变化对粉质砂土的土-水特征曲线影响不大;在一定的净竖向应力状态下,粉质砂土的体积应变随吸力的增加呈线性增大;在一定的吸力状态下,粉质砂土的k₀固结变形是非线弹性的,净竖向应力越大,土体的体积应变越大,孔隙比越小。     

非饱和黄土弹性模量与饱和度关系模型研究

为研究非饱和黄土弹性模量与饱和度的相关性,采用一种基于吸应力理论与粒子图像测速技术相结合的方法对典型非饱和马兰黄土重塑样品的弹性模量随饱和度变化规律进行测试与分析。该方法通过自主研制的多功能摄影测量装置获取饼状土样从饱和状态至干燥过程中的高分辨率数码图像与含水率变化数据,同时使用压力板仪与单轴压缩仪分别测试试样的土水特征曲线与泊松比。结合吸应力理论与极坐标形式应力-应变关系理论计算土样在不同饱和度状态下的弹性模量。3种干密度重塑土样在自然风干过程中的弹性模量变化测试结果表明,马兰黄土的弹性模量随饱和度降低而呈指数增大,提出了拟合弹性模量与饱和度关系的数学模型。     

裂隙性黄土在减压三轴压缩下的变形破坏特征

为了研究黄土地区各种开挖工程所引起的土体变形乃至破坏现象,通过对裂隙性黄土样进行减压三轴压缩试验,得到其应力应变关系曲线,总结了裂隙性黄土的变形破坏特征。试验结果表明:减压三轴压缩试验下,裂隙性黄土的应力应变曲线以近似理想塑性或软弱化型为主,随着轴向压力的增大,其软化现象越明显;其总体变形方式为轴向变形和侧向弯曲变形;当土样裂隙角度为45°,60°时,容易沿原裂隙发生剪切破坏。     

石灰改性淤泥的抗压和抗剪强度试验研究

对未改性淤泥和石灰改性淤泥进行无侧限抗压强度试验,得到了长期养护90 d和360 d试样的应力应变关系、抗压强度、变形模量和破坏应变。通过固结排水直接剪切试验,得到淤泥固化前后的剪切应力位移关系、凝聚力和内摩擦角。结果表明:石灰的掺入使试样破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和变形模量显著增加;石灰掺量达到某种程度后,继续添加石灰并不能改善土体力学性质,反而会引起劣化效果;抗压强度与变形模量之间服从线性关系,抗压强度与破坏应变之间服从幂函数关系;石灰掺量和法向压力变化会诱发试样剪切应力位移曲线发生变化;石灰可有效提高淤泥试样的凝聚力,但对内摩擦角并无显著影响。     

特殊土基对渠道防渗工程的危害及其防治措施

我国 (尤其是西部地区 )广泛分布着特殊土 (盐渍土、膨胀土及湿陷性黄土 ) ,对渠道防渗工程建设带来严重的危害。因此 ,笔者为了与同行们就解决此问题进行讨论 ,特就特殊土的分布概况、主要性能特点及对渠道防渗工程的危害作了简介后 ,着重对防治措施提出了一些看法 ,供交流与讨论。     

非饱和重塑黄土固结特性试验研究

以延安新区工程建设中填方区的重塑黄土为研究对象,以准确计算填方区黄土地基的沉降为主要目标,以工程实际中填方区黄土的岩土工程设计参数为参照,室内制取了 Q3重塑黄土固结样。开展了4组控制吸力的非饱和土固结试验,得到了非饱和重塑黄土的压缩曲线,分析了吸力对重塑黄土固结特性的影响。研究表明：初始状态相同的重塑黄土土样,压缩系数随吸力的增大而减小;非饱和重塑黄土试样的压缩指数除了受竖向压力影响外,也受吸力作用的影响,压缩指数随着吸力的增大而减小;在2 MPa 的竖向应力下,重塑黄土土样总的竖向应变较小,最大的竖向应变为0．7％。     

荆门压实弱膨胀土孔隙比－含水率－吸力特征的滞回效应

为探讨水力路径对膨胀土土水特征与体变特征影响中的滞回效应，以压实度为90 %的荆门弱膨胀土为研究对象，采用轴平移技术和等压湿度控制法，开展了控制吸力条件下的脱、吸湿试验，获得了0～391000 kPa吸力范围内的孔隙比－含水率－吸力关系的滞回效应规律，结论如下：(1) 重力含水率－吸力关系的滞回效应显著。脱、吸湿边界线间涵盖了较大区域；脱湿与吸湿边界线并不平行，前者拐点处的斜率明显大于吸湿边界线的相应值。Fredlund-Xing模型能够很好描述土水特征的脱湿与吸湿边界线。脱、吸湿边界线均可分别通过2个特征点划分为：边界效应区、过渡区与残余区；残余吸力与进水值均可取为359100 kPa；进气值为300 kPa；出气值为8 kPa。(2) 孔隙比－吸力关系呈现出显著的滞回效应。利用3参数指数函数可以很好地分别描述主脱、吸湿路径下的孔隙比－吸力关系。(3) 孔隙比－重力含水率关系的滞回效应不显著。采用2参数指数函数可较好地统一描述不同水力路径下的孔隙比－重力含水率关系。 (4) 饱和度－吸力关系呈现出显著的滞回效应。该滞回效应可利用描述土水特征的Fredlund-Xing模型和描述体变特征的3参数指数函数组合描述。 (5) 体变特征的脱湿速率效应显著。     

湿陷性黄土渠道浸水变形的数值模拟

天然土体一般具有原始结构，在其结构被破坏前后会表现出不同的力学特性，这些特性很难用传统的弹塑性理论来进行模拟。本文提出能够反映胶结和吸力两个因素影响的结构性黄土本构模型，采用损伤函数和屈服函数反映天然黄土的湿陷变形。这一模型把变形过程中的天然黄土看作不同大小土块的集合体，总的变形由土块的弹性变形、土块之间滑动引起的塑性变形和土块破碎引起的损伤变形三部分组成。塑性变形常用屈服函数描述，损伤变形则引入一种类似的损伤函数加以描述。本文在严格的非饱和土力学理论的基础上，开发相应的有限元程序，模拟一个黄土渠道典型断面的湿陷变形，分析了黄土渠道浸水变形的基本特性。