渗透对非饱和原状黄土高边坡土压力和水平位移影响的试验研究

 通过现场原位试验,对非饱和原状黄土垂直高边坡在坡顶浸水渗流作用下的土压力变化及切坡临空面位移进行现场试验研究,试验结果表明：(1) 切坡坡顶浸水后,土压力强度增加迅速,截止滑坡前,土压力强度比浸水前增大约4倍;(2) 滑坡发生后,实测的滑移面形态及剪出口位置在切坡高度H的1/3处,而并非发生在坡脚处;(3) 非饱和原状黄土垂直切坡的土压力强度是由下滑土体自身的剩余下滑推力引起的,这与经典土压力理论有一定差异;(4) 土压力强度变化与边坡临空面水平位移没有对应关系,也是非线性的;(5) 在切坡浸水渗透试验过程中,土压力强度变化过程可划分为3个阶段：第一阶段滑动土体的力学性质改变阶段,第二阶段滑动土体的整体变形阶段,第三阶段滑动土体的整体滑移阶段;(6) 对于非饱和原状黄土垂直切坡,本次实测坡顶水平位移在10 mm时滑坡,可考虑对于该力学特性的黄土水平位移10 mm为预警值。     

非饱和原状黄土垂直高边坡潜在土压力原位测试试验研究

通过现场大型原位测试试验,对非饱和原状黄土垂直高边坡土压力分布特征进行现场实测研究。试验采用钢筋拉结,钢筋后端锚固在距边坡滑移面以外较远的锚固桩上,其前端在边坡邻空面边界处,采用钢板及螺栓固定。本次试验切坡高度为14.5 m,切坡由上至下分段进行,通过安放在拉筋上的测力计量测拉筋所受的拉力,通过换算,得出前端钢板上所受到在切坡过程中土体应力释放所产生的土压力,从而得到不同切坡深度各测试点的土压力大小及分布特征。试验结果表明：实测最大土压力强度在边坡高度H的2/3处,在此高度以上土压力强度接近正三角形分布,以下土压力强度迅速减小,在坡脚处接近为零,呈倒三角形分布,与经典的朗肯土压力和库仑土压力分布是不相同的。     

原状非饱和黄土抗剪强度特征及试验研究

以Fredlund双应力状态参量理论为基础，采用经过改进的非饱和土直剪仪，对4组原状非饱和黄土进行控制基质吸力和净竖向压力为常数的固结排水直剪试验。本试验可直接得出净竖向压力以及基质吸力对原状非饱和黄土抗剪强度的影响，无需采用测量水土特征曲线的方法来间接求得抗剪强度，从而简化了非饱和土强度试验的过程。通过试验可以得出，不同基质吸力条件下原状非饱和黄土的抗剪强度特征以及相应的关系曲线，并提出了相关的抗剪强度公式，得出了有关参数。     

非饱和原状黄土增湿条件下力学特性试验研究

利用FSY30型应变控制式非饱和土三轴仪采用常含水率试验,研究陕西泾阳县某边坡原状黄土在不同含水率（无偏应力条件下增湿）、不同固结围压下的强度和变形特性,求得Fredlund双应力状态变量抗剪强度公式中φ^b值并利用含水率建立了工程中实用的抗剪强度公式;再将天然原状土在不同偏应力水平下增湿饱和后继续剪切,观察其力学特性。两种增湿条件下试验结果表明：该地区黄土应力应变曲线关系呈剪切硬化型;含水率与初始基质吸力呈双曲线关系,剪切过程中基质吸力无明显变化,抗剪强度指标黏聚力随着含水率的增大显著降低而内摩擦角所受影响较小;有偏应力条件下试样浸水饱和后破坏强度显著降低,但对应力应变关系影响较小,增湿时偏应力水平越低,土样饱和后的稳定偏应力值越小。     

非饱和结构性黄土吸附强度的试验研究

 以甘肃永登非饱和结构性黄土为研究对象,通过等吸力三轴试验,研究非饱和黄土在控制吸力条件下的剪切性状,得到基质吸力随含水率及围压的变化规律和基质吸力与吸附强度之间的相互关系,并推导新的吸附强度公式,该公式可预测不同吸力对非饱和黄土抗剪强度的贡献。试验结果表明：非饱和黄土的基质吸力随含水率和围压的增大分别减小,但含水率的变化对基质吸力的改变起着主导作用,在低含水率情况下,基质吸力灵敏度较高,吸附强度随基质吸力的增大而增大,围压对吸附强度的影响较小。本研究为非饱和黄土抗剪强度应用于西部地区黄土工程实践提供了一种新的方法。     

原状非饱和黄土抗剪强度特征及试验研究

以Fredlund双应力状态参量理论为基础,采用经过改进的非饱和土直剪仪,对4组原状非饱和黄土进行控制基质吸力和净竖向压力为常数的固结排水直剪试验。本试验可直接得出净竖向压力以及基质吸力对原状非饱和黄土抗剪强度的影响,无需采用测量水土特征曲线的方法来间接求得抗剪强度,从而简化了非饱和土强度试验的过程。通过试验可以得出,不同基质吸力条件下原状非饱和黄土的抗剪强度特征以及相应的关系曲线,并提出了相关的抗剪强度公式,得出了有关参数。     

非饱和原状黄土的湿剪破坏特性

用非饱和土三轴剪切渗透仪,对原状黄土进行了常吸力三轴剪切与常剪应力增湿两类水力路径试验,分析了应力剪切与增湿剪切作用下原状黄土的应力应变及临界状态特性,探讨了水力路径对原状黄土增湿抗剪特性的影响,明晰了发生湿剪破坏时需满足的必要条件.研究结果表明:常吸力三轴剪切试验获得的不同吸力原状黄土的偏应力与净平均应力表示的q-p临界状态线为非平行直线,偏应力与有效平均应力表示的q-p'临界状态线可归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示.常剪应力增湿试验获得的原状黄土q-p'临界状态点可归一,可用莫尔-库仑强度理论的线性形式描述;吸力对原状黄土抗剪强度贡献与水力路径有关,后者试验确定的抗剪强度参数比前者的低;定义了剪应力水平阈值与吸力阈值,用以判定是否会发生湿剪破坏及其发生湿剪破坏时吸力丧失程度,结合提出的考虑剪应力影响的持水模型获得了该阈值的表达式.     

非饱和原状黄土的变形及屈服特性试验研究

对不同吸力非饱和原状黄土进行了等应力比三轴压缩及常规三轴剪切路径下的试验,研究了偏应力比q/p(q及p分别为净平均应力及偏应力),吸力及净围压对不同应力路径下变形及屈服特性的影响。研究结果表明:在等应力比三轴压缩及常规三轴剪切过程中,孔隙比e与净平均应力p关系(e-lnp)皆位于二条相交的直线上,吸力、偏应力比及净围压对弹性指数的影响很小,对屈服应力及压缩指数的影响较大。等应力比三轴压缩路径下,偏应力比一定时,屈服应力及压缩指数皆随吸力的增大而增大;吸力一定时,随偏应力比的增大而先增大后减小。常规三轴剪切路径下,吸力一定时,屈服应力及压缩指数皆随净围压的增大而增大;净围压一定时,随吸力的增大,屈服应力增大,压缩指数减小。以塑性体应变作为硬化参数时,q-p平面上的初始及后继屈服面皆为对称于饱和土K₀线的倾斜椭圆,吸力及应力增大时,屈服面没有旋转,而是产生等向扩大。     

侧限压缩条件下非饱和原状黄土的土水特征

 用非饱和土固结仪对不同初始含水率的西安原状黄土进行常含水率压缩试验,最大净竖向应力为1 600 kPa,采用轴平移法测定有、无竖向应力条件下黄土的吸力,探讨侧限压缩条件下应力变化对原状黄土吸力特性的影响。结果表明：含水率一定时,净竖向应力变化对非饱和原状黄土的吸力状态有一定的影响,且影响规律随初始含水率而异,影响程度与应力及初始含水量的大小有关;较低净竖向应力(≤400 kPa)时,应力变化对不同初始含水率原状黄土吸力的影响皆很小;初始含水率大于塑限时,应力的影响较小,小于塑限时,其影响较大。在与应力及含水率相关的二种饱和度变化条件下,吸力与饱和度关系呈现出不同的变化特性。净竖向应力对土水特征曲线的影响与其大小有关,净竖向应力较大(＞400 kPa)时,其影响较大,净竖向应力较低(≤400 kPa)时,其影响很小。为了工程应用简便起见,较低净竖向应力(≤400 kPa)时,原状黄土的土水特征可用无应力条件下含水率与吸力关系来描述,较大净竖向应力(＞400 kPa)时,应分别确定,不同应力作用下的土水特征曲线可用幂函数来描述。     

动扭剪荷载作用下非饱和黄土动力特性试验研究

通过对黄土的动扭剪试验研究了非饱和黄土的动孔隙压力特性、动强度特性以及振陷变形特性。非饱和黄土在动扭剪试验过程中,随着轴向变形的发展,孔隙气压力逐渐上升,而孔隙水压力则基本保持不变或后期略有升高,且非饱和黄土和饱和黄土的强度及变形特性存在明显差异;同时,分析了含水量、固结应力和固结比对黄土动力特性的影响。     

黄土非饱和入渗规律原位试验研究

土体中的水呈饱和状态渗流时,其渗流状态比较简单;但若呈非饱和状态渗流时,其流速、流向随时间和空间在土体中的状态却比较复杂。而这些正是进行湿陷性黄土增湿、减湿沉降计算时需要知道的问题。通过黄土非饱和入渗规律原位试验对其进行了探讨,结果表明:在非饱和入渗时段内,土体各深度上饱和度随时间的变化呈近似线性关系,浅层土非饱和入渗时间随土深度的变化短期内也呈近似线性关系;黄土的浸润角略大于 30°。     

等向应力下原状黄土的压缩及增湿变形特性研究

 用非饱和土三轴剪切渗透仪,在等向应力条件下对原状黄土进行增湿–加载,加载–增湿及加载–增湿–加载3个系列加载增湿路径试验,分析吸力对压缩变形和加载屈服特性的影响,探讨增湿时应力对变形及屈服特性的影响,通过对单线法及双线法的试验结果对比,确认原状黄土的增湿体积变形与加载增湿路径有关,加载及增湿屈服线不具有唯一性,进而提出等向应力条件下原状黄土的弹塑性体变模型。研究结果表明：吸力及应力分别对屈服前压缩及增湿变形特性指标几乎没有影响,而对屈服后的指标皆有明显的影响;单线法与双线法确定的增湿体积变形皆随应力的增大而先增大后减小,峰值点处应力与吸力丧失程度及加载增湿路径无关,且近似等于天然状态土样的初始屈服应力;增湿变形与加载增湿路径有关,单线法的值比双线法确定的值小,差值随增湿程度增大而减小,增湿至饱和时2种方法确定的湿陷变形近似相等。对于相同的塑性体应变,吸力减小屈服线位于加载屈服线之下方,二者随塑性体应变的增大而耦合联动扩大。提出的弹塑性体变模型可以较好地预测不同吸力下的压缩变形,比采用唯一加载湿陷屈服线的模型更好地预测不同应力下增湿变形。     

降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

湿度和密度双变化条件下的非饱和黄土渗气渗水函数

饱和度和密度都会对非饱和土的渗透系数产生影响,而准确确定非饱和土的渗透系数在饱和/非饱和土体渗流分析中非常重要。利用改进的非饱和土水气运动联合测定仪,对重塑非饱和黄土试样进行不同增湿级数和初始干密度条件下的渗透试验,研究饱和度、干密度、渗气系数及渗水系数间的关系,建立湿度和密度双变化条件下的渗气渗水函数,并通过试验验证该函数的适用性和准确性。研究表明,该函数既可用于确定渗水系数,又可用于定量描述非饱和土孔隙中水气运动之间的相互影响,其在非饱和土固结分析、稳定分析及饱和非饱和渗流分析中具有较强的应用前景。     

Stress-strain relationship with soil structural parameters of collapse loess

Through the tri-axial shearing tests of unsaturated intact loess and based on the concept of comprehensive soil structural potential, this paper reveals the changing laws of soil structural property under the tri-axial stress conditions and establishes a mathematical expression equation of structural parameters, whereby reflecting the effects of unsaturated loess water content, stress and strain states, which is introduced into the shearing stress and shearing strain relation to obtain the structural stress-strain relation. The tests reveal that the loess dilatancy is of shearing contraction and shearing expansion, whereby indicating that there is a good linear relation between the stress ratio and shearing expansion strain ratio. The larger consolidation confining pressure is, the larger the stress of shearing contraction and expansion critical point is; and the larger water content is, the smaller the strain ratio of shearing contraction and expansion critical point is. Finally, the constitutive model is established to reflect the variation in loess structure, stress-strain softening and hardening, and shearing contraction and shearing expansion features. Through the comparative analysis, the stress-strain curves described by the constitutive relationship are found to be in good conformity with test results, whereby testing the rationality of the model in this paper.     

不同初始状态下黄土的平面应变卸载力学特性

针对于黄土工程中的平面应变卸载问题,利用平面应变改造后的真三轴仪,开展了不同初始状态（原状、重塑和饱和）黄土在不同固结围压和含水率条件下的平面应变卸载试验,揭示了不同初始状态黄土的应力-应变演化关系、中主应力特性和强度特性。研究结果表明,不同初始状态黄土的应力-应变曲线在低含水率和低围压条件下呈现理想塑性,随着固结围压和含水率增大,从弱硬化型向强硬化型转变;黄土的不同初始状态对应力-应变关系演化特性影响较大,原状黄土曲线最高,重塑黄土次之,饱和黄土最低;固结围压越大、含水率越低,初始切线斜率越大,应力应变曲线越高,土的强度发挥越快。原状和饱和黄土的中主应力和中主应力参数均先减小后增大,衰减幅度大,增长幅度小,中主应力参数的增长幅度要大于中主应力;重塑黄土的中主应力和中主应力参数则先减小后基本保持稳定。平面应变卸载条件下不同初始状态黄土的黏聚力和内摩擦角均随含水率增大近似呈现线性减小;不同初始状态对土黏聚力的影响要明显大于内摩擦角。原状黄土在低围压和低含水率条件下沿着剪切带形成明显的侧向滑移破坏,其余条件下均发生测胀破坏。     

重塑及原状饱和黄土结构性参数研究

从土力学途径出发,在三轴试验的基础上,提出了反映重塑黄土和原状饱和黄土结构性的定量化参数。开展了对重塑、原状饱和黄土的结构性定量化研究。对重塑、原状饱和及重塑饱和黄土进行了大量常规三轴试验。较为详细地研究了重塑黄土和原状饱和黄土的结构性变化特征,论证了所建议的重塑黄土及原状饱和黄土的结构性参数具有很好的适用性。完善了黄土结构性定量化参数。     

黄土中灌溉水入渗过程的现场试验研究

黄土台塬地带频发的滑坡灾害与农业灌溉活动密切相关.为研究水分在原位黄土中的入渗规律,在陕西泾阳南塬开展了场地直径为20 m的灌溉入渗试验,分析了浸水过程中入渗水量,土体体积含水率、基质吸力和孔隙气压的变化规律,揭示了灌溉水在原位黄土中的入渗过程.监测结果表明:①持续灌溉条件下,湿润锋下移深度大于11.0 m,初始入渗率...