基于数字图像测量技术的黄土剪切变形研究

在三轴试验过程中,采用数字图像测量技术测量试样变形具有非接触和高精度的特点。通过分析三轴试验过程中采集到的试样剪切变形照片、径向及轴向应变场,可以发现:黄土试样在低围压时径向变形较大,且容易出现径向变形局部化;受试样帽的约束,试样的变形是不均匀的,试样中部的变形最大;密度越大,试样抵抗变形的能力越强;原状黄土在结构没有破坏之前能够承受较大的荷载,且变形较小,其结构完全被破坏后的最终变形量趋近于重塑黄土的变形量。     

等应变连续加载k_0固结试验研究

采用等应变连续加载试验方法,对西安地铁二号线原状黄土进行了k0固结试验。通过试验数据的分析可知静止土压力系数k0随含水率增大而增大,割线模量随轴向应力的增大,表现为先减小后增大的变化趋势。研究表明:由于原状土的结构性影响,割线模量的变化可以分为加荷瞬间割线模量最大、荷载增大割线模量减小、超过硬化荷载后割线模量增大这三个阶段,在此基础上得出黄土地基沉降量计算公式。     

密实度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响

为研究试样相对密度对砂卵砾石料强度及变形特性的影响,对4组不同相对密度的砂卵砾石料进行不同围压下的中型三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:在试验的相对密度范围内,随着围压增大,相对密度小的试样应力应变曲线硬化特征逐渐明显,而相对密度大的试样无论围压大小,应力应变曲线都呈应变软化型;试样在剪切过程中均表现出不同程度的剪胀性;试样抗剪强度指标φ和φ0随着试样相对密度Dr增大而增大,c和Δφ随Dr增大而减小,并建立了试样抗剪强度与相对密度的函数关系式;割线模量、切线体积模量都随Dr增大而增大,可近似用线性关系表示。     

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。     

冻结黄土三轴蠕变特性

通过不同温度作用下冻结黄土的蠕变试验,得到了轴向应变、体应变随时间的变化关系。结果表明:当应力水平较低时,冻结黄土发生衰减型蠕变,轴向应变速率随时间延长逐渐降低,体积表现为体缩,体应变与时间大致呈线性关系,径向应变速率在零附近波动,最终趋于零;当应力水平较高时,冻结黄土发生非衰减型蠕变,轴向应变速率随时间延长呈U形曲线变化。各个蠕变阶段轴向应变速率的大小和所占时间的长短与应力水平相关,体积表现为体胀,在蠕变非稳定和稳定阶段,体积随时间延长呈线性膨胀,进入加速阶段后,体积随时间延长加速膨胀,体应变随轴向应变线性增大;径向应变速率在蠕变前两个阶段数值较小,数值在负值处动态波动,进入加速蠕变阶段后,径向应变速率加速增大,试样鼓曲破坏。最后,从蠕变速率的角度提出用蠕变速率法确定长期强度。     

不同动应力比下加筋前后砾性土的动三轴试验分析

针对加筋前后饱和砾性土填料的动力特性,开展循环荷载下饱和砾性土动三轴试验。对比分析不同动应力比下加筋作用对饱和砾性土轴向累积应变、回弹模量和动孔隙水压力等动力特性的影响,并对不同动应力比下的轴向累积应变与振次关系进行拟合分析。结果表明:加筋前后,试样的轴向累积应变均随动应力比的增大而增大;与加筋前相比,加筋后的试样轴向累积应变均有减小;加筋前后,试样的回弹模量均随动应力比的增大而增大,且加筋试样的回弹模量均大于无筋试样;随着动应力比的增大,无筋试样的动孔隙水压力减小,加筋试样动孔隙水压力变化不大。加筋前后,砾性土轴向累积应变与振次的拟合公式和拟合参数可为预测加筋砾性土在长期循环荷载作用下的累积变形提供参考。     

原状黄土割线模量变化规律试验研究

土体的变形与强度一直是岩土力学领域的两大主题,土体破坏的宏观表现就是变形。因此,在外荷载等因素作用下,土体的变形特点与过程也可以从宏观上反映土体强度变化的本质。基于对陕西杨凌原状Q3黄土进行不同剪切速率下的三轴固结不排水剪切试验研究,发现其割线模量随应变的增大而呈幂函数减小。在临界剪切速率的前后,割线模量随应变的增大而减小的幅度变小。在同一初始含水率下,围压越大,弹性模量值也越大;初始含水率越大,不同围压下的割线模量随轴向应变的变化曲线越稀疏。高含水率下的曲线变化趋势比低含水率下的曲线变化趋势要平缓。     

轴向循环加载卸载条件下饱和软土变形特性试验研究

研究循环加卸载条件下软黏土的强度和变形特性具有一定的工程实践价值。利用自行改进和研制的连续加载一维K_0固结仪对饱和软土进行轴向循环加卸载试验。结果表明:各级卸载应力-应变曲线是双曲线,再加载曲线应力-应变关系在上级卸载载荷之前为双曲线,超过卸载载荷为直线,呈现不断硬化的现象,试样产生塑性变形和弹性变形,且塑性变形和弹性变形分别与卸载等级呈线性关系;以原有双曲线本构关系为基础,利用各级加载轴向最大应力和初始切线模量,卸载曲线的轴向最大应变和初始割线模量,引入新的模型参数,从而建立轴向循环加卸载的本构方程,并验证了其可靠性。对各级塑性滞回能进行了计算,随着卸载应力水平的增大,塑性滞回能不断增大,且通过拟合加卸载过程中消耗的塑性滞回能与卸载应力水平呈良好的二次曲线关系。     

单轴土工拉伸仪的研制

为了正确认识土的抗拉强度特性和准确测量土的抗拉强度指标 ,在原有直剪仪的基础上研制成功一台卧式单轴土工拉伸仪 .仪器能直接测量试样的轴向变形和轴向拉力 ,可观察试样在拉伸时裂缝的开展情况 .试验测定表明 :仪器操作方便 ,性能稳定 ,试验精度高 ,是研究土体抗拉特性的有效仪器 .     

无线传感器技术在水电工程中的应用

本文介绍了应力应变和振动的传统测量方法和采用无线传感器技术的测量方法,列举了在水电工程中四种不同测量环境下,采用无线传感器技术进行应力应变和振动测试的应用案例。研究表明:该方法有别于其他传统应力应变和振动测量方法,具有高效、经济、便捷、适应能力强、节能和抗干扰能力强等优点。     

堆石料蠕变试验方法研究

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性研究是土力学热点之一。蠕变试验的方法主要有三轴试验和单向压缩试验两种。三轴试验是研究堆石料常用的试验方法,其轴向变形主要是偏应力引起的剪切变形。而单向压缩试验,作为一种可以研究 K0 状态下堆石料的蠕变特性的试验方法,目前对此的研究较少。应用大型三轴仪(Ф300mm) 和大型叠环式固结渗透仪(Ф500 mm) ,选用双江口堆石料,分别进行了堆石料的蠕变试验,成果表明两种蠕变试验的剩余蠕变量与时间的关系都可以采用幂函数准确表达。三轴试验成果验证了九参数蠕变模型的通用性,根据单向压缩试验成果提出了简单的经验公式。最后对两种试验成果进行了比较分析,发现单向压缩蠕变可以视为应力水平为 0.4 时的三轴蠕变,其不能反映应力水平对堆石料蠕变特性的影响。因此,要对堆石料进行蠕变研究,宜采用三轴蠕变试验。     

堆石料湿化变形特性试验研究

通过室内大三轴单线法对堆石料的湿化变形进行了试验研究,探讨了在不同密度、不同围压、不同应力水平状态分别对堆石料进行浸水后变形特性的规律性研究,根据建议的湿化模型整理了计算参数。试验结果表明:随着围压增大、浸水应力水平提高,堆石料的湿化轴向应变变大,在围压和应力水平增加超过某一范围后,堆石料的湿化轴向应变明显增大。湿化轴向体变随围压浸水应力水平的变化不是很明显。随着堆石料密度的提高,堆石料的湿化变形量产生一定量的减少。     

黄土的动变形特性及模型研究

利用SDT-20型双向动三轴仪对原状黄土和重塑黄土的动变形特性进行研究,定性分析了不同试验参数对原状和重塑黄土动剪切模量和动剪切应变累积特性的影响。基于小应变前提,忽略试样在加载过程中的径向应变,并利用其轴向动应变推算出试样在动力加载过程中的孔隙比变化,作出e-σ_d曲线并分析了黄土试样的动力压缩特性。分析发现,和静力压缩不同,黄土的结构性在动力压缩过程中并没有表现出来,原状黄土和重塑黄土在动荷载作用下经历相似的形变过程,其e-σ_d曲线均存在明显的拐点,原状和重塑黄土均存在临界动应力σ_dc。当σ_d<σ_dc时,黄土的动变形发展缓慢;而当σ_d>σ_dc时,黄土的动变形急剧增大并迅速发生破坏。此外,提出双曲模型对黄土在循环荷载作用下的动应变累积特性进行了描述,并利用差分进化法求得模型参数,发现双曲模型可以较好地描述黄土在动荷载作用下的应变累积特性。     

粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法

运用两座250 m级高土石坝的实测沉降资料与有限元计算结果,分析了高土石坝的应变量级与应力水平,在此基础上分析了双曲线应力应变模型及其参数确定方法的合理性。研究表明,250 m级高土石坝竖直向应变量级可以达到5%,故常规三轴试验可以适应变形预测对应变范围的要求,但坝内应力水平普遍较低,与确定参数所用的高应力水平段试验数据不协调,从而给土石坝应力变形计算带来不确定性。为更充分地运用低应力水平时的试验结果,建议了应力应变数据的多项式拟合方法,提出一个新的切线模量表达式。对比研究表明,双曲线模型及其参数确定方法高估了等向压缩应力状态下粗粒料的初始切线模量;低估了剪切应力状态下粗粒料的切线模量。文中所提出的表达式可以更好地与应力应变试验结果相吻合,且参数的不确定性大为降低,为提高土石坝应力变形计算的可靠性奠定了基础。     

粗粒料湿化变形三轴试验研究

对小浪底斜心墙堆石坝的砂岩粗粒料采用单线法进行中型三轴湿化变形试验,研究了该种土料的湿化变形特性。通过对试验结果和湿化变形规律的分析,总结了湿化轴向应变、湿化体积应变与湿化应力水平、围压之间的关系。试验结果表明,湿化轴向应变与湿化应力水平呈双曲线关系,湿化轴向应变与围压呈线性关系;湿化体积应变与湿化应力水平和围压均为线性关系。根据对试验结果的分析以及计算湿化变形的单线法,提出了一个适用于计算粗粒料湿化变形的数学模型。该湿化变形模型参数共6个,并给出了通过室内常规试验确定参数的方法。对模型进行了验证,结果表明该湿化模型计算曲线与试验结果吻合较好,表明该模型能较好地反映粗粒料湿化变形的特征。     

TSJ型三向测缝装置位移计算方法和精度

推导了TSJ型三向测缝装置沿面板周边缝3个方向变形的理论计算公式,讨论了原来使用的简化公式的计算误差,证实了简化公式在很多情况下的计算误差不可忽略.同时,为了应用理论公式分析三向变形,还应增加对垂直于面板的位移计初始长度的量测安装考证.     

潘口面板坝施工及蓄水初期安全监测成果分析

为了解潘口水电站面板堆石坝在施工期及蓄水初期的工作性态,分别进行了大坝外部位移、坝体内部位移、面板应力应变、渗流等项目的监测。监测成果分析表明,大坝沉降、内部位移、周边缝的变形等相比于同级别其他面板堆石坝的实测值均略偏小。大坝变形符合堆石坝的一般规律,蓄水后无明显突变和异常。初步判断,大坝的工作状态是正常、安全的。     

饱和砂土液化后强度与变形特性的试验研究

利用双向振动三轴试验装置,进行了饱和砂土液化后静力再加载试验。从砂土受振动荷载结束后所处的拉伸、压缩两种状态出发,对饱和砂土液化后的强度变形特性进行分析,研究了液化程度和围压对饱和砂土液化后不排水变形特性的影响。试验结果表明：振后处于拉伸状态的试样,液化后的变形由低强度段、超线性强度恢复段和次线性强度恢复段三段组成;振后处于压缩状态的试样,液化后的变形则只有次线性强度恢复段。提出了统一描述两种状态下砂土液化后应力应变关系的三阶段模型,并给出了模型参数的推导过程。与试验结果对比显示,该模型的预测值与试验值吻合较好,该模型有较好的适用性。     

粗粒土体变规律大型三轴试验研究

采用粗粒土大型三轴剪切仪,对饱和粗粒土进行固结排水剪切试验,提出了拟合三轴剪切试验中轴向应变与侧向应变的函数方程,利用此关系式对三轴试验中试样的体积应变进行了预测。预测结果表明：改进模型能合理地描述粗粒土的体积应变规律,尤其是高围压下剪缩、低围压下剪胀的特性。由体积应变方程导出以轴向应变为自变量的切线泊松比表达式,通过与邓肯张模型及由数值方法求得的切线泊松比对比,讨论了该表达式的合理性。     

尼雅水库坝料动力特性研究及三维地震反应分析

为研究沥青混凝土心墙坝抗震能力,以新疆尼雅水库为例,利用大型三轴仪进行动模量阻尼比和永久变形试验,分析筑坝材料的动力特性,并采用等效线性黏-弹性模型和大工双曲线残余变形模型对坝体进行地震反应分析.结果表明:砂砾料和过渡料的最大动剪切模量比堆石料高4％ ～11％,而堆石料的最大阻尼比比砂砾料和过渡料高4％ ～14％;心墙...