非饱和含黏砂土强度、变形和水量变化特性研究

通过3种应力路径的三轴试验,即同时控制吸力和净围压的12个三轴排水剪切试验、控制净平均应力的3个三轴收缩试验和控制吸力的3个各向同性压缩试验.对非饱和含黏砂土的强度、变形、屈服和水量变化特性进行了研究,得出如下结论:相同干密度,相同净围压作用下,吸力越大试样的剪切强度越大,剪胀性越强,应力应变曲线逐渐由应变硬化型向应变...     

砂土剪胀特性试验研究

介绍了砂土剪胀特性,先从砂土所处的密实状态出发分析了饱和砂土的剪胀机理,进而引入了剪胀方程。并结合试验研究分析了不同主应力方向对砂土剪胀特性影响。     

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。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

剪胀土与非剪胀土的应力应变关系

本文提出了具有两组屈服面的新的应力-应变关系模型。它可用于剪胀土,也可用于非剪胀土。用这种模型所作的有限元分析表明,对于许多实际问题这种模型都是适用的。     

剪胀性砂土中球孔扩张弹塑性解

目前砂土中球孔弹塑性扩张解无法合理考虑砂土的峰值强度和剪胀特性,因而其解答与实际情况存在一定偏差。为得出剪胀性砂土中球孔扩张问题的合理解答,采用砂土临界状态模型考虑球孔扩张过程中砂土剪胀特性和峰值强度对球孔扩张机制的影响,基于相关联流动法则推导了球孔扩张问题的弹塑性本构张量,进而在塑性区采用大变形理论并引入辅助变量,将球孔扩张问题归结为基于拉格朗日描述的一阶偏微分方程组的初值问题。在此基础上,结合孔周弹塑性边界条件求解得出了剪胀性砂土中球孔扩张问题的严格解答。通过与基于修正剑桥模型的球孔扩张解答相对比,研究了砂土峰值强度和剪胀特性对孔周土体应力状态和位移的影响规律。结果表明,基于砂土临界状态模型的弹塑性解答不仅可以合理反映球孔扩张过程过程中剪胀性砂土的峰值强度和剪胀特性,而且可退化为非剪胀性土体中的球孔扩张解答,因而可以更加广泛地应用于静力触探、静压沉桩等岩土工程问题中。     

聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀特性

随机分布的聚丙烯纤维在土体中彼此交错形成网状,可显著提高砂土的抗剪强度,减少其峰值强度折减。描述土体剪胀规律的剪胀方程是建立纤维加筋土的本构模型的核心。以聚丙烯纤维加筋南京细砂为主要研究对象,通过不同围压下的常规三轴压缩试验,研究了不同纤维质量百分比含量对南京细砂强度、变形以及剪胀特性的影响。对比聚丙烯纤维加筋砂土与纯砂土的应力应变关系和强度特性,分解出聚丙烯纤维对砂土的内在约束应力。将外力克服剪胀阻力需要做的额外功分解为由土颗粒运动和纤维变形两部分所消耗的能量,利用纤维对土的内在约束应力表示与加筋纤维有关的耗散能,基于最小比能原理建立了聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀方程,揭示了聚丙烯纤维加筋砂土的特殊剪胀特性。经过对比发现常规三轴压缩试验结果与模型结果具有良好的一致性。     

土与结构物接触面的剪胀、剪缩特性及其描述

通过对土与结构物接触面力学特性的分析,总结出4种基本的接触面应力-应变曲线形式。提出一个新的剪胀方程及其对应的剪胀函数,对接触面的剪胀特性进行描述。与一般土的剪胀方程相比,新剪胀方程显得更为合理。     

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。     

砂土的可逆性和不可逆性剪胀规律

基于对较高精度的砂土扭剪试验成果的分析,表明砂土的剪胀是由一个完全可逆的体应变分量和一个不可逆的体应变分量构成的。前者取决于现时剪应变的大小,后者则主要取决于剪切作用的历史。砂土剪胀的可逆性与剪切过程中相对滑移机制以及颗粒转动引起的砂粒集合平均定向率的可逆变化有关,而砂土剪胀的不可逆性则可能是剪切过程中砂颗粒破碎、平均孔隙率减少及大孔隙消失的结果,它们分别服从不同的剪胀规律。     

非饱和砂土及黏土的水-力耦合双屈服面模型

使用精细的本构模型来同时分析非饱和砂土和黏土水力耦合特性依旧是一个挑战。提出了一种包含加载湿陷及剪切滑移双重塑性机制的水-力耦合模型。力学模型中选取Bishop应力作为应力变量,采用孔隙比和有效饱和度作为状态变量。模型中给出了孔隙比-平均土骨架应力的半对数坐标系内依赖于有效饱和度的临界状态线的表达式,其与剪切滑动屈服面的非关联流动准则的结合保证了模型可以更合理地预测非饱和土（包括砂土和黏土）的剪胀和剪缩性质。通过模拟粉砂和高岭土的三轴试验,对该模型预测非饱和土主要特征的能力进行了分析。     

非饱和膨胀土的弹塑性本构模型研究

Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微观结构层次中集聚体胀缩变形耦合后形成的微-宏观结构耦合变形,另一部分是宏观结构塑性变形。由此,本文改进了膨胀土模型,利用宏观结构层次的参数和微-宏观结构变形耦合参数t计算前部分变形,而后部分变形仍按低塑性非饱和土的弹塑性变形计算。最后通过计算实例表明:模型的结论与试验相近。     

砂土的剪胀理论及其本构模型的发展

经典的应力剪胀理论被广泛应用于土体弹塑性本构模型的建立,较好地模拟了黏性土的变形特性。最新的研究表明:由于应力剪胀理论中忽略了土体内部状态参量对剪胀的影响,而使得该理论应用于砂土时发生了困难。近来一些学者纷纷将土的密度作为变量引入剪胀方程,提出了状态相关剪胀理论,成功地模拟了砂土的各种变形特性。本文就砂土的状态及其描述、剪胀理论的发展、砂土本构模拟等方面进行介绍。     

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。     

无黏性土剪胀性的细观认识

针对规则的椭圆形颗粒、圆形和履带形颗粒以及不规则形状颗粒组成的土体进行了平面力学分析,推导了应力比和塑性应变增量比表达式,建立了由土体本身内在材料属性,包括颗粒的形状、大小或级配、以及布局方式或组构,所决定的细观剪胀模型。分析结果表明,在建立状态相关的宏观剪胀理论时,状态的概念并不仅仅 局限于描述土体颗粒布局方式的孔隙比状态参数,还应包括其它能够反映颗粒形状、大小或级配的宏观状态参数。     

考虑可逆与不可逆剪胀的粗粒土动本构模型

在边界面塑性理论的框架内,建立了一个新的粗粒土动本构模型。在模型中,剪胀体应变由一个可逆的体应变分量和一个不可逆的体应变分量构成。前者取决于当前剪应力的大小和方向,后者主要取决于剪切作用的历史,它们分别服从不同的剪胀规律。建立了描述可逆剪胀与不可逆剪胀体应变的数学表达式,探讨了可逆和不可逆剪胀体应变分量对应力应变关系的影响,并通过数值模拟与试验结果的对比对模型进行了初步验证。