主应力方向对饱和松砂不排水单调剪切特性影响的试验研究

利用大连理工大学新开发的“土工静力–动力液压–三轴扭转多功能剪切仪”,针对相对密度为30%的福建标准砂,在不排水条件下控制试验过程中主应力方向、中主应力系数、平均主应力保持不变,进行了单调剪切试验。以此着重探讨了主应力方向对有效内摩擦角、有效应力路径及应力-应变关系的影响。研究表明,主应力方向对在不排水条件下饱和松砂的单调剪切特性具有显著影响。     

复杂卸荷路径下饱和粉土剪切特性研究

为研究基坑开挖卸荷路径下土体的力学特征,开展了饱和粉土卸荷路径三轴排水剪切试验,获取了不同应力路径的应力应变曲线,分析了卸荷比、围压和应变水平对割线模量的影响,提出了饱和粉土卸荷模量简化公式。结果表明：不同卸荷应力路径的应力应变曲线均呈应变软化型,卸荷模量随卸荷比的减小、围压的增大而增大。K₀固结侧向卸荷路径(EB)的峰值剪应力高于K₀固结双向卸荷路径(EC、FD);应力路径对割线模量衰减的影响程度差异显著,K₀固结双向卸荷路径(EC、FD)对割线模量衰减的影响最大。说明基坑坑底土体强度较高,受开挖的影响较小,抗变形能力较大,在基坑工程设计中,应考虑基坑不同区域对应的割线模量。     

初始剪应力对饱和粉土液化特性影响试验研究

为探寻饱和粉土的液化特性,利用GDS空心圆柱仪进行了一系列循环扭剪试验。在初始剪应力τs和循环剪应力τcy共同作用下,试样的最小剪应力τmin=τs-τcy存在3种类型:τmin0,τmin=0和τmin0。试验结果表明:当τmin≤0时,试样的孔压可以达到有效围压,其破坏模式为循环液化;当τmin0时,试样的孔压始终达不到有效围压,其破坏模式为过大的累计应变。饱和粉土的循环强度随着初始剪应力τs与初始有效平均主应力0p′之比值SSR(初始剪应力比)的增加呈现出先减小后增大变化趋势,且SSR=0.1~0.15时的循环强度最低。当SSR≤0.1时,孔压比的发展模式随着循环剪应力比的增加由"快—平稳—急剧"的增长模式向"快—平稳"的增长模式转变;当SSR0.1时,孔压比的发展呈现"快—平稳"的增长模式。     

压实黄土平面应变方向的主应力特性

对不同含水率压实黄土进行等小主动主应力σ_x的平面应变三轴试验,研究了含水率w及小主动主应力σ_x对加载过程中平面应变方向主应力σ_y特性的影响,根据试验结果提出了描述平面应变方向与其它方向主应力双线性关系的表达式,验证了基于典型强度准则的中主应力公式描述压实黄土σ_y变化的适用性。研究结果表明:在等向固结及初始加载阶段,平面应变方向主应力不是中主应力σ_2,而是小主应力σ_3;平面应变方向主应力比σ_y/σ_x随着主动主应力比R的增大先平缓后快速增大,转折点前后主应力之间分别呈线性和非线性关系;转折点处的主动主应力比Rz大于平面应变方向主应力由小主应力转变为中主应力临界点处的主动主应力比Rc,w及σ_x对Rz的影响较大,对Rc的影响很小。R较小时,w及σ_x对加载过程中σ_y/σ_x几乎没有影响。主应力参数K(=2σ_y/(σ_x+σ_z))与主动主应力比R之间呈双直线;前段为水平直线,K近似为常数Kc;后段为倾斜向上的直线;Kc及直线斜率m与w及σ_x的大小无关。提出的双线性函数能较好地预测压实黄土加载过程中σ_y的变化特性,而仅在土样破坏时,基于Lade-Duncan及SMP准则的中主应力公式的预测值与试验值比较接近。     

用现场模拟法测定饱和砂性土、粉土含水率的探讨

本文根据土工试验中饱和砂性土、粉土含水率测定时存在的问题，提出了测定饱和砂性土、粉土含水率的方法——现场模拟法，以期使土工试验成果更加准确。     

主应力方向变化对松砂不排水动强度特性的影响

针对相对密度为Dr=30%的福建标准砂,利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了扭转和竖向循环耦合剪切试验和循环扭剪试验。通过对比三向非均等固结条件下的两类试验结果,着重研究了初始主应力方向变化和振动过程中主应力方向连续变化对松砂的动强度特性的影响。     

降水对饱和粉土边坡稳定性影响研究

结合郑州市邙山输水干渠工程,对水动力条件改变后饱和粉土边坡的稳定性进行了研究,通过FLAC程序结合强度折减法对边坡在水土耦合作用下的稳定性演化进行了水土耦合分析,研究表明,降水对于边坡的稳定性具有直接提升作用。     

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。     

循环振动对饱和粉土初始动剪模量的影响

初始动剪模量是土体多种结构性因素的综合反映,除固结压力和孔隙比(密度)这两个主要因素外,还受循环振动影响。以往对该因素的研究偏重于干砂,且预振时施加的剪应变幅多低于10-3;对于饱和土体,尤其是对经受过较大振幅振动后土体初始动剪模量的研究十分有限。本文利用安装弯曲元的动三轴仪,在等向固结条件下对不同相对密度的饱和粉土进行不排水循环三轴试验,同时监测试样的剪切波速,获得循环动力加载过程中土的初始动剪模量。为保证试验结果的可靠性,同时进行了共振柱试验,比较确定弯曲元接收信号的到达点;评估了不同孔压发展程度下试验暂停时间对测试结果的影响。结果表明:在一定次数大振幅循环荷载作用下观察到初始动剪模量有别于相同应力下固结后得到的模量值,出现附加衰减或增长,正是循环荷载作用下土微观结构变化的外部宏观表现。这种附加变化由土颗粒接触行为决定,受到试样初始条件和振动幅值等多种因素的影响,表现出不同的变化模式。     

饱和粉土变形特性三轴试验

对取自南京市某拟建高速公路路基的粉土,在室内按不同的干密度和含水率进行了试样重塑。按不同干密度和不同初始制样含水率进行饱和三轴固结排水剪切试验,测得不同围压条件下的固结排水剪应力-应变曲线以及有效应力比曲线形态等工程特性。分析了粉土干密度、初始制样含水率和围压对饱和粉土强度的影响。试验结果表明:粉土的强度随干密度的增加而变大,随围压增大而增加;初始制样含水率对粉土的强度有不同程度的影响;粉土的应力应变表现为弱应变软化型。     

主应力方向对围岩稳定性的影响

采用模型试验和数值模拟方法研究了在不同方向的主应力作用下,直墙拱形隧道的围岩损伤破坏规律,考虑了隧道内含有裂纹和不含裂纹两种情况,利用水泥砂浆制作了直墙拱形隧道模型,并利用有机玻璃光弹试验对无裂纹隧道的试验结果加以验证;数值模拟采用混凝土损伤塑性模型,计算出隧道周边各点的应力,而对于含有裂纹的隧道计算了裂纹尖端的无量纲应力强度因子Y_Ⅰ和Y_Ⅱ,与模型试验结果吻合较好。结果表明：对于无裂纹的隧道,当主应力方向与隧道垂直边墙的夹角=45°左右时,隧道的抗压强度最低;对于带裂纹的隧道,当裂纹与垂直边墙的夹角=130°时,裂纹尖端无量纲应力强度因子Y_Ⅱ最大,其隧道强度最低;对于含有裂纹且=130°的直墙拱形隧道,当主应力方向与隧道垂直边墙的夹角较小时或在70°左右时,隧道的抗压强度最低。     

有效应力原理对饱和黏土的适用性

简要叙述了国外学者已证明有效应力原理适用于饱和黏土的早期的试验研究工作,虽然他们的结论不同于国内的研究人员在近年来取得的结论。新的结论是：由于黏土颗粒周围的结合水的微观作用,有效应力原理并不适用于黏土。为此,笔者提出少量未经发表的试验资料,间接地说明国外学者早期的结论仍然是正确的。同时指出,他们取得不正确结论的原因是由于在没有充分的论证下,过多地估计了结合水的体积和过分强调了结合水所起的作用,并且漠视了国外的早期研究成果。     

考虑主应力轴旋转效应的交通荷载下饱和软黏土变形特性试验研究

 采用空心圆柱扭剪仪对原状饱和软黏土开展交通荷载诱发主应力幅值与主应力轴旋转耦合加载路径下的不排水试验研究。通过与循环三轴压缩试验对比,探讨主应力轴旋转对孔压、变形和应力–应变的影响。分析广义剪应力对循环刚度和非共轴性的影响。试验结果表明,相比较循环三轴试验,交通荷载应力路径下所诱发的主应力轴旋转使孔压和应变显著变大,应力–应变滞回圈刚度显著弱化。循环耦合加载路径下,存在剪切应力–应变和正偏应力–应变2种响应,应力–应变刚度呈现各向异性弱(强)化,应变增量矢量有显著的非共轴性,非共轴性有显著分段特征。较低剪应力水平下,应变路径轨迹趋于稳定,循环刚度表现为强化,非共轴性趋于增大;而较高剪应力水平下,应变路径轨迹趋于破坏,随循环弱化,非共轴性减小。     

Effect of initial water content on undrained shear strength of K0 consolidated clay

This study investigates the effect of initial water content on the pore pressure response and undrained shear behavior of K₀ consolidated reconstituted clay. A series of K₀ consolidated undrained triaxial compression tests were conducted on reconstituted Lianyungang clay. Results were compared to those obtained by isotropic consolidated undrained triaxial tests. The testing results showed that the K₀ consolidated undrained strength envelope of reconstituted soil content is a straight line passing through the origin regardless of the initial water content. The initial water content would affect the undrained strength of K₀ consolidated clay as decreased normalized undrained shear strength was observed with clay at higher initial water content. The slope C of normalized pore pressure and stress ratio is affected by the consolidation method, where C is found to be a soil constant for K₀ consolidated clay and the value would be higher with clay under K₀ consolidation. The pore pressure increases with increasing initial water content at a certain axial strain under given consolidation pressure, and the difference in excess pore pressure increases with the increasing consolidation pressure. Pore pressure coefficient at failure (A_f) increases as the initial water content increases, where a trendline can be well fitted between the pore coefficient at failure and the ratio of initial water content to the liquid limit of clay. The undrained strength indexes, i.e., effective cohesion and effective internal friction angle have decreasing tendency with increasing initial water content; however, changes in the total strength indexes of soil in this study are insignificant with varying initial water content.     

有效应力决定饱和岩土材料抗剪强度的摩擦学解释

有效应力决定了岩土材料的变形和强度,有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用,但是,对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力,其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此,通过文献分析,确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关关系,并运用摩擦学中的黏着摩擦理论,推导了排水和不排水条件下,粒间接触面黏着结点的生长公式和抗剪强度公式。通过对比分析这两种条件下的应力状态对抗剪强度的作用影响,得到了与 Terzaghi 一致的有效应力表达式,并在此基础上,探讨了有效应力和有效应力原理的基本概念和定义。