不同制样方法非饱和土的持水特性研究

以一种黏土为研究对象,对其压实样和预固结样进行一系列的持水特性试验和压汞试验,研究了不同制样方法对持水特性和内部孔隙结构分布的影响及在不同各向等应力作用下的持水特性。结果表明:预固结样的内部孔隙分布为单峰孔隙结构,孔隙大小分布较为均匀;压实样则为双峰孔隙结构,但压实样在20 k Pa的竖向压力作用下浸水饱和后,其内部孔隙分布变为单峰孔隙结构。此外,在相同各向等应力条件下初始孔隙比相近的预固结样和压实样的持水特性试验结果表明,预固结样的进气值要比压实样的大,其原因是前者孔隙分布较均匀;其次,受各向等应力越大的预固结样其进气值越大。最后,利用压汞试验的结果对预固结样和压实样的脱湿段的持水曲线进行了推算,并与实测值进行了对比。     

固结时间对深部重塑土力学特性影响试验研究

针对重塑土的不同固结时间对固结土样力学性能的影响,对不同固结时间的土样进行了直接剪切试验,得出抗剪强度随着固结时间的延长而增加,增加的速度由快逐渐变慢,并且对重塑的黏性土影响较大.     

干湿循环对非饱和土力学性质影响研究

自然界和工程中大多为非饱和土,非饱和土是气态、液态、固态三相互相影响、互相耦合的混合体,特别是气相与液相交接面处的气-液二相水膜具有表面张力,宏观上表现为毛细作用,在微观力学分析中具有不可忽略的作用。文章采用非饱和土三轴仪在降水渗流-蒸发固结循环下进行多次压缩试验,研究了反复干湿循环对非饱和土力学性质的影响。试验成果表明:①干湿循环使非饱和土的SWCC值产生不可逆转的变化,在蒸发固结的脱湿路径中,单位体积含水率相同的条件下,由于RDW1土样内部钙质、矿物质及盐分等溶解、流失导致化学场变化而引起主体结构发生了某些变化,土壤内的孔隙度增加,因此RDW1较型RC1受到更显著的影响,力学参数指标明显下降;②基质吸力在0kPa-1kPa时,孔隙比变化平缓;随着基质吸力的进一步加大且超过一定阈值,试样达到屈服点,以致土体内部结构疲劳,非饱和土样的固结收缩特性发生了不可逆转的变化,在土样到达屈服极限之前各项收缩指数增加,随着基质吸力增加孔隙比均不再变化,孔隙收缩的尺寸效应不甚明显;③经过多次降水渗流-蒸发固结循环后,剪切破坏产生明显剪切滑裂面,土体力学性质降低,抗剪强度参数降低,其中剪应力减少约5%,内摩擦角下降10%。     

考虑孔隙比和水力路径影响的非饱和土土水特性研究

以非膨胀性黏土为试验研究的对象,利用压力板法研究了初始孔隙比对不同水力路径下非饱和压实土土水特性的影响。试验结果表明,不同初始孔隙比土水特征曲线均存在明显的滞洄现象;当吸力大于某一值时,以含水率与吸力关系表示的话,不同初始孔隙比主脱湿土水曲线几乎重叠;以饱和度与吸力关系表示,初始孔隙比对土水特征曲线存在较大的影响。还提出归一化处理全吸力范围内不同初始孔隙比土水特征曲线的方法。最后,在归一化的处理方法基础上,提出了考虑初始孔隙比影响的非饱和土滞洄特性的模拟方法,并利用相关实测数据加以验证。     

非饱和土的强度特性

文中着重论述了饱和土与非饱和土的强度准则及其相应的指标,以及这些准则和指标在工程中的应用问题。     

非饱和硬土的长期固结特性探讨

利用室内一维固结试验研究了非饱和硬土在受到长期荷载作用下的固结特性。研究发现非饱和硬土的长期固结曲线在"反S"型趋势后继续下弯,揭示了非饱和硬土内部超静孔隙气压力和超静孔隙水压力的分段消散过程。温度对于非饱和硬土长期固结特性的影响较为明显,随温度的升高,固结速率明显增大。非饱和硬土并不一定能完全满足高速铁路地基土的设计要求,实际工程中还要根据土体性质、排水条件、上覆荷载等条件进行综合判定。     

K_0预固结对非饱和重塑黄土强度与变形特性影响的研究

为了探讨K_0预固结对土的强度及变形特性的影响,用改进的非饱和土三轴仪对重塑Q3黄土做了两组共36个试验。第一组共24个试验,每个试验包括三个阶段,即试样先在竖向压力为常数的条件下K_0预固结,再经过控制吸力和净围压为常数的各向等压固结,最后进行控制吸力和净围压为常数的排水剪切试验;第二组共12个试验,每个试验仅包括第一组试验的后两个阶段。试验结果表明:第一组试验应力–应变曲线的初始切线斜率大于第二组试验的初始切线斜率,且吸力越大、净围压越大,差距越明显;第一组试验的破坏应力均明显大于第二组试验的破坏应力,但除了吸力为0 kPa的饱和试样外,两组试验相应的体应变相差不大;第一组试验剪切初始阶段有轻微的剪胀现象,但并不明显,并很快转变为剪缩,第二组试验各试样均处于剪缩状态;虽然两种试验条件下有效摩擦角及破坏比相差不大,但邓肯–张模型的初始模量表达式的指数n相差很大,且总凝聚力–吸力曲线及邓肯–张模型的初始模量表达式的系数与吸力的关系曲线(即k–s曲线)结果相差也较大。基于试验研究结果,提出了考虑K_0预固结、吸力和净围压三者综合影响的表观凝聚力、切线杨氏模量的修正计算公式,完善了非饱和土的增量非线性模型。     

含水率对稳定碎石土力学特性影响的试验分析

稳定碎石土就是指在较为松散的土壤中掺入一定量碎石、水泥和水搅拌之后所得到的混合料,通过压实形成一定强度的板体结构。稳定碎石土具有强度高、板体性好、承载力大、耐冲刷、成本较低、施工便捷等优势,可以作为公路的底基层以及基层。稳定碎石土的力学特性会受到含水率、水泥用量等因素的影响,但是目前有关含水率方面的影响研究内容较少。本文主要分析含水率对稳定碎石土力学特性方面的影响,希望能够对相关人士有所帮助。     

非饱和土力学特性及本构模型

地表土几乎全是非饱和土,特别是在干旱和半干旱地区,用饱和土力学理论和实验手段不能正确解释和处理非饱和土工程问题。首先介绍用低吸力和高吸力分别描述土的非饱和程度;简单回顾饱和土力学理论之后介绍现在比较认可的非饱和土力学理论;介绍低吸力下非饱和土持水和力学性质的测试方法,重点说明因使用陶土板而需要注意事项与对策以及非饱和土三轴仪的体积测量方法;用吸力控制压缩试验、三轴试验和真三轴试验的实测结果说明非饱和土的典型力学性质;根据试验结果分析持水曲线的直接影响因素和持水与力学性质的耦合特性,用弹塑性方法建立非饱和土持水和力学特性耦合的本构模型,并用吸力控制或量测的等向压缩和三轴试验结果验证;开发高吸力范围内吸力控制三轴试验方法,用该方法获得广吸力范围内4种典型土的应力应变关系,并用其中两种广吸力范围内强度数据对各种非饱和土强度计算公式的适用性进行分析。     

非饱和土的热-水力-力学本构模型及数值模拟

在CAP模型的基础上提出了一个非饱和土的热 -水力 -力学本构模型 ,着重考虑了温度对于非饱和土的水力 -力学性质的影响。基于实验结果和前人的工作 ,在模型中重现了热软化现象 ,计及了温度升高导致土壤前固结压力的降低和非饱和土吸力增加屈服线 (SI)中临界吸力值的降低。应用该模型进行了数值模拟计算 ,通过模拟结果和实验结果的比较 ,验证了模型的适用性和可靠性。     

压缩过程中非饱和膨胀土体变特征与持水特性的水力耦合效应

土体压缩是岩土工程领域的基本问题。压缩过程中非饱和土的力学与水力学行为是同时发生且相互影响的,有必要统一考察体变特征与持水特性的水力耦合效应。为此,以荆门弱膨胀土为研究对象,开展土中水密度试验、饱和与控制吸力下的非饱和一维压缩试验,准确测量了压缩与卸荷回弹过程中孔隙比–重力含水率–吸力–竖向净应力关系,探讨了水力耦合状况下非饱和膨胀土的体变特征与持水特性规律,并建立相应本构描述。结论如下:1加载段,非饱和压缩曲线均发生明显转折,体现出屈服行为;随吸力增大,压缩曲线依次发生"穿越"现象;卸载段大体呈线性,其斜率随吸力增大而降低。提出能够描述干缩、压缩、卸荷体胀、屈服、压缩性与卸荷回弹性随吸力变化等行为的非饱和土体变方程,可直接用于分层总和法计算。2不同吸力下重力含水率变化存在较大差异;压缩至2941.8 k Pa时,不同吸力下含水率非常接近。吸力与竖向净应力对含水率变化的耦合影响可用3参数Logistic函数描述。3压缩过程中饱和度随竖向净应力增大而增大,卸荷过程中随竖向净应力降低亦增大。采用饱和度或重力含水率,对压缩过程中的水力路径会出现"湿化"与"脱湿"的不同判断,即水力耦合状况下土体表现出复杂的持水状态变化特征。     

非饱和土性状及其与工程问题的联系

首先讨论非饱和土研究的现状,指出目前存在的几种观点及其特点,然后针对不同类型的工程问题分别讨论了非饱和土性状与这些工程问题的联系,最后对非饱和土理论实用化发展方向进行了思考和讨论。     

新双室三轴仪用于非饱和土体积变化的连续测量和三轴压缩试验

介绍一台新双室三轴仪用于非饱和土体积变化的连续测量和三轴压缩试验。该双室三轴仪是对现有的内置开顶圆筒三轴仪和双墙三轴试验仪的重大改进 ,克服了存在的缺点。试验结果表明 ,体积测量相对误差不超 1.93 % ,该双室三轴仪能可靠和相当准确地自动测量土样三轴试验中的体积变化。     

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。     

分形理论在研究非饱和土力学性质中的应用

试验室内确定非饱和土的力学性质有许多困难,土体结构与其力学性质密切相关,土体结构可以用分形模型描述,分形理论能很好地用来估算非饱和土的力学参数。文中由非饱和土孔隙分布的分形模型导出了非饱和土的水分特征曲线、渗透系数、剪切强度的表达式,并与已经有的经验公式和试验数据进行了比较,验证了本文的理论结果。