石灰改良土的非饱和土变形与强度特性试验

为研究石灰含量与颗粒级配对非饱和改良土强度和变形的影响,利用非饱和三轴仪对石灰改良花岗岩残积土进行控制吸力固结排水剪切试验,研究掺灰比0%,4%和8%的改良花岗岩残积土的强度和体变特性,同时还选用了颗粒粒径小于1 mm与小于2 mm的土料进行了相关试验。研究结果表明:石灰含量和净围压对非饱和改良土的应力应变曲线均有较大影响,且曲线呈硬化型;相同石灰含量下非饱和改良土的强度峰值随着净围压的增大而增大;在净围压相同时,强度峰值随着石灰含量的增大而增大;在同基质吸力时,凝聚力和内摩擦角随着石灰含量的增加而相应增大,凝聚力增加更明显。在相同基质吸力、干密度、石灰含量下,颗粒粒径小于1 mm与小于2 mm的土料应力应变关系接近,细粒土的颗粒尺寸对强度影响小。非饱和土的体变特性受石灰含量和净围压的影响明显,对于细颗粒土,其结果受颗粒粒径的影响小。     

非饱和花岗岩残积土动力变形特性试验研究

为了探究某高速公路工程中非饱和花岗岩残积土动力荷载作用下的变形特性,以衡阳非饱和花岗岩残积土为研究对象,采用美国GCTS公司的USTX-2000非饱和土/饱和土动静三轴试验系统进行了非饱和动三轴试验,并利用Janbu公式进行了拟合。分析了吸力、净围压等对非饱和花岗岩残积土的变形特性的影响,并对其相应的本构关系及模型参数进行了探讨。结果表明:在吸力一定情况下,动应力应变骨干曲线呈双曲线型,骨干曲线随着净围压增大向上移动,不同净围压情况下,其与吸力未呈明显的相关关系;净围压相同时,非饱和花岗岩残积土的最大动弹性模量随动应变增大而减小;吸力一定条件下,最大动弹性模量随着净围压的增大近似线性增加;相同净围压下,阻尼比随动应变的增大而增大。研究成果为工程地质问题治理提供理论依据。     

基质吸力对花岗岩残积土强度影响分析

花岗岩残积土分布相当广泛,是工程建设中经常遇到的土体之一。借助非饱和三轴仪进行花岗岩残积土抗剪强度试验分析,探究基质吸力对其强度参数影响。试验结果表明基质吸力和净围压的增大对花岗岩残积土强度有提升作用,花岗岩残积土黏聚力随基质吸力增大呈线性增长趋势,内摩擦角随基质吸力增大呈曲线增长趋势。基质吸力对土体弹性模量的影响也是正相关的,即弹性模量随基质吸力增大呈递增规律。根据试验结果,得出抗剪强度参数与基质吸力的关系式及不同基质吸力下土体的弹性模量表达式。     

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。     

干密度对Q2重塑黄土强度与变形特性的影响

为了研究干密度对Ｑ２重塑黄土强度与变形特性的影响，用非饱和土三轴仪做了３组共２７个试验，在试验过程中干密度、吸力及净围压为不变量，得到Ｑ２重塑黄土的强度及变形特性。试验结果表明:不同干密度下试样的偏应力－轴向应变曲线均呈应变硬化型；相同吸力下，试样的净围压越大，偏应力越大；相同净围压下，试样的吸力越大，偏应力越大。随着干密度增大，试样的偏应力显著增大，硬化趋势也逐渐增强；除个别试样外，其余各试样在剪切过程中均处于剪缩状态；在相同的吸力和净围压下，干密度增大，试样的破坏应力（ｐｆ、ｑｆ）、有效黏聚力ｃ、切线变形模量Ｅｉ、极限偏应力（σ１－σ３）ｕｌｔ及参数ｋ均在增大，参数ｎ随着干密度增大而减小。     

基质吸力对灰岩区滑带土强度影响的试验分析

基质吸力是非饱和土中水-土耦合作用的重要力学参数,对于研究非饱和土抗剪强度、降雨或库水位变化诱发的滑坡稳定性具有重要意义。为了探究降雨诱发的基质吸力变化对灰岩区滑带土的影响,通过标准应力途径三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与剪应力的关系曲线、净围压与剪应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:相同基质吸力条件下,剪应力随着剪应变的增加呈现快速增长和缓慢增长2个阶段,其界限点在剪应变10%处;在相同围压条件和非饱和条件下,剪应力随着基质吸力的增加而增加;总黏聚力与基质吸力呈线性关系,其增长斜率夹角即基质吸力相关角为15.5°;当基质吸力为0,30,60,90 kPa时,其总黏聚力分别为22.7,33.4,43.8,46.9 kPa,内摩擦角分别为21.8°,23.6°,26.2°,24.5°。根据Fredlund和Ralaadjo非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式,研究成果可为非饱和土抗剪强度的进一步研究提供参考。     

Ｑ2重塑黄土强度与变形特性的试验研究

为了研究Ｑ2重塑黄土的强度特性及变形特性,采用改进的非饱和土三轴仪进行三轴固结排水剪切试验,试验过程中控制吸力、净围压均为常数。试验结果表明:相同吸力下,随着净围压增大,试样的偏应力越来越大,相同净围压下,随着吸力的增大,试样的偏应力也逐渐增大;不同应力状态下,剪切初期试样的偏应力随轴向应变的增加变化较大,而后应力随应变的变化逐渐减小;试样刚开始剪切时,如果吸力较大会出现轻微的剪胀现象,但并不明显,吸力较小的试样在剪切过程中基本都处于剪缩状态;吸力越大,土体的表观黏聚力ｃ及参数ｋ也就越大,但吸力的变化对有效内摩擦角φ′及参数ｎ影响不大。     

三峡库区非饱和土三轴试验研究

为研究三峡库区非饱和土的强度特性,采取现场取样并结合Fredlund的非饱和土抗剪强度理论及相关知识,借助GDS三轴试验仪对其进行了三轴剪切试验.试验分两组,模拟了不同吸力、不同净围压下非饱和土的剪切特性,并绘制了同一吸力下非饱和土的Mohr圆及破坏包线,从而得到粘聚力c＇以及与吸力相关的摩擦角φb;同时绘制了不同吸力、不同净围压下轴向应变-应力比关系曲线.     

南阳膨胀土非饱和剪切特性试验研究

选取河南南阳膨胀土采用非饱和直剪仪进行控制吸力条件下的直剪试验。试验结果表明,在不同的基质吸力和竖向荷载下,重塑膨胀土试样由于结构性遭到彻底的破坏,应力应变关系表现为应变硬化特性。在400kPa吸力范围内,非饱和强度与吸力基本呈线性增长关系,南阳膨胀土的非饱和抗剪强度参数约b为16.4°,验证了非饱和土的双变量强度公式的适用性。     

黄河大堤非饱和土土水特征曲线研究

利用改进的非饱和土三轴仪，对黄河大堤重塑非饱和土进行了试验研究，分析了其渗透特性，并选用Van Genuchten模型拟合了试样的土水特征曲线，对不同围压下的土水特征曲线进行了比较。结果表明：①随非饱和土含水量的增大，基质吸力减小，非饱和土的工程性质向弱性变化；②在高含水量下，基质吸力随含水量变化的变化幅度很小，在低含水量(天然含水量)下，基质吸力随含水量的增大而迅速减小；③对某一类土而言，在低吸力下土的基质吸力主要随含水量而变化，在高吸力下其大小除取决于含水量外还受黏粒含量、矿物成分等因素的影响；④相同体积含水量的土壤的基质吸力随着围压的增大而减小，相同基质吸力的土壤的含水量随围压的增大而增大。同时指出，对于黏性较强、有机质含量较高的黄河大堤非饱和土的土水特征曲线，还需要进一步研究。     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

鄱阳湖区软土三轴剪切强度试验

为研究复杂应力条件下湖相软土的力学性质及破坏规律,对鄱阳湖区典型软土进行等加载速率(0.01mm/min)下,基质吸力分别为0、50、100、200kPa,净围压为100、200、300kPa的标准应力途径GDS三轴剪切试验,得到湖相软土的三轴剪切应力-应变曲线、基质吸力与偏应力的关系、围压与偏应力的关系,并根据Fredlund双应力变量强度理论分析鄱阳湖区软土在不同基质吸力、不同围压下的土体抗剪强度变化规律。结果表明:在相同基质吸力条件下,鄱阳湖区软土非饱和强度在低应变范围内(8%),抗剪强度随着应变的快速增加,在高应变范围内,强度增速放缓;在相同围压条件下,强度与吸力基本呈正相关线性关系,其基质吸力相关角为6.6°,处于低吸力范围内;在4种基质吸力条件下,其内摩擦角的范围为21.8°～26.2°,总黏聚力范围为16.7～44.4kPa。结合双应力变量强度理论,提出鄱阳湖区湖相土的抗强度理论公式。     

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明:非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。     

黄河大堤饱和-非饱和土渗透特性研究

利用非饱和土三轴仪、特制的渗透试验压力室及其相应的量测控制装置,研究了黄河大堤非饱和土的渗透特性,得到了基质吸力、体积含水量和围压同渗透系数之间的关系曲线.结果表明:黄河大堤非饱和土的渗透系数不是常数,它随基质吸力的增大而减小,随围压的增大而增大,随含水量的增大而增大.     

吸力对弱膨胀土应力应变关系和强度的影响

本文对不同吸力的南阳弱膨胀土进行了一系列吸力控制的三轴剪切试验。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加而升高、剪缩体变小,并且随着吸力的增加其应力比-应变关系与强度、体变表现出类似超固结土的特性明显。其主要原因是试样受到较大的吸力,有效应力增加,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。吸力所引起弱膨胀性土体积收缩明显,不可忽视。因此预测非饱和弱膨胀性土的应力应变关系和强度特性需考虑吸力所引起的体积收缩影响。     

非饱和重塑低液限黏土体积变化特性试验研究

采用GDS非饱和土三轴仪,在分别控制试样基质吸力和净平均应力条件下,对重塑非饱和低液限黏土的体积变化和含水率变化特性进行了试验研究.试验结果表明,试样的压缩指数密切地依赖于基质吸力,回弹指数也和基质吸力有一定的相关性,而且试样的收缩系数和土水特征曲线也密切地依赖于净平均应力.在给定的基质吸力条件下,随着净平均应力的增加孔隙比和含水率逐渐降低而饱和度逐渐增加,并在较高基质吸力情况下,试样含水率近似线性地依赖于净平均应力.在给定的净平均应力条件下,随着基质吸力的增加试样发生收缩.当试样基质吸力卸载到0时,试验结果表明在低净平均应力下试样发生膨胀,而在较高净平均应力下试样膨胀后发生坍塌.     

非饱和土的土-水特征曲线的试验研究及应用

利用改进的非饱和土三轴仪,对非饱和土在不同围压条件下的基质吸力与含水量关系的试验研究。并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线与围压-基质吸力关系曲线。分析曲线规律,拟合基质吸力与体积含水量之间的函数,并通过土水特征曲线计算非饱和土的渗透系数及预测非饱和土的抗剪强度。     

非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比研究

使用吸力可控或可测的非饱和土振动三轴试验仪,对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验,在不同净围压应力、不同初始含水率的条件下,得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,并量测试样吸力。试验结果表明:(1)非饱和粉土的骨架曲线比饱和粉土的高;(2)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土动弹性模量大小相近,而饱和土试样的动弹性模量略小;(3)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土阻尼比也相近,而饱和土粉土的阻尼比略大。     

非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标试验研究

采用非饱和土总应力强度公式,通过室内直剪试验研究了含水量、干密度对非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标的影响,得到了抗剪强度指标随含水量、干密度变化的基本规律和拟合公式,并且采用最小二乘法建立了考虑含水量和干密度同时变化时抗剪强度指标的计算公式。研究表明:非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标与含水量、干密度密切相关,其中黏聚力与含水量呈良好的一阶指数衰减关系,与干密度呈二次曲线关系;内摩擦角对含水量有较大灵敏性,与含水量呈二次曲线关系,受干密度影响较小;含水量和干密度的交互作用可按乘法效应进行组合。     

非饱和重塑与结构性黄土平面应变试验三维离散元模拟

黄土的宏观力学行为受其微观结构影响显著,为探究非饱和重塑与结构性黄土在平面应变条件下的宏微观力学性质,采用考虑粒间吸引力与化学胶结的非饱和结构性黄土胶结接触模型,开展了非饱和重塑与结构性黄土常含水率条件下的平面应变三维离散元模拟。分析了平面应变条件下不同有效围压对黄土宏观力学行为的影响,并探究其微观机理。模拟结果表明:有效围压对非饱和重塑黄土与结构性黄土应力应变响应影响存在较大差异。非饱和重塑黄土在较小有效围压时呈应变硬化,随有效围压的增大逐步过渡为应变软化,而结构性黄土在不同有效围压下均表现为应变软化,且围压越小,应变软化越显著。在微观尺度上,胶结达到轴向应变2％时开始持续破坏,对于结构性土的峰值应力影响显著;胶结同时会阻碍结构性土各向异性发展。