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。     

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...     

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。     

干密度和竖向应力对原状非饱和黄土土水特征影响的试验研究

 利用非饱和土固结仪对原状非饱和黄土进行常含水率固结试验,试验中分别选用3种不同干密度、6种不同含水率试样,分析天然干密度和竖向应力对原状非饱和黄土土水特征的影响。试验表明,原状非饱和黄土的吸力随着试样含水率的增大而降低,干密度对土水特征曲线有不可忽视的影响。同一含水率下,原状非饱和黄土的吸力随着天然干密度的增大而增大;提出吸力临界荷载的概念,干密度相同时,吸力临界荷载随着含水率的增大而降低;含水率相同时,吸力临界荷载随着干密度的增大而增大。含水率一定时,竖向荷载引起的干密度变化与初始干密度变化对吸力的影响是不相同的;竖向应力对土水特征曲线影响较小,可以用无荷载条件下的土水特征曲线来描述其吸力状态。最后,提出原状非饱和黄土土水特征曲线函数经验表达式。     

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°。     

非饱和Q3黄土渗气特性试验研究

 为研究非饱和原状和重塑Q3黄土渗气系数的变化规律及其两者的差异,以改进的三轴渗气仪为手段,进行一系列考虑干密度、含水率和各向异性等因素影响的渗气试验。研究结果表明：根据Fick定律和Darcy定律推导的渗气系数计算公式,在较低压力下两者计算结果差别不大,而在较高压力下,Darcy定律计算结果要优于Fick定律;非饱和原状黄土中气体流动遵循Darcy定律,原状黄土渗气系数随着干密度和含水率的增大而减小,且最优含水率以后变化较为明显;由于原状Q3黄土各向异性,竖向原状试样渗气系数始终大于同一埋深横向试样的渗气系数;相同干密度条件下,含水率对重塑黄土渗气系数的影响要比原状黄土大。根据试验结果提出考虑干密度、充气孔隙度(饱和度)和各向异性等因素影响的原状黄土渗气系数计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

非饱和原状黄土湿陷变形及孔隙压力特性

 通过用改装的应力2应变控制式三轴仪, 对等应力比条件下的非饱和原状黄土进行了“分级浸水”, 同时测试了试样在初始、加压固结和浸水湿陷几个状态下孔隙气压力和孔隙水压力的变化过程。初步分析了非饱和原状黄土湿陷变形特性以及湿陷过程中的孔隙水压力、孔隙气压力以及基质吸力的演化规律。     

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。     

拓宽黄土路基湿化破坏机制模型试验研究

 为研究拓宽黄土路基浸水湿化破坏机制与模式,在土工离心机上设计并安装位移量测系统,以西安—潼关高速公路拓宽工程为研究载体,建立与实际应力相符的离心试验模型;针对浸水湿化后黄土拓宽路基的沉降变形规律和破坏形式进行研究,基于试验结果开展高填方黄土路堤破坏机制的讨论。研究结果表明,拓宽路基坡脚处高含水量对拓宽黄土路基稳定性影响极为显著,在地下水位较浅处的地带,强降雨天气或地下水位骤升所引起的拓宽路基荷载下黄土地基的局部失稳会极大威胁上部拓宽路基的安全,浸水破坏滑裂面的形成是一个渐进破坏过程。由于地基局部湿软,抗剪强度降低,地基的起始剪切破坏发生于老路坡脚处,一旦产生过大的变形量将会引起整个路基自上而下的滑移。地基破坏时的滑动面近似为圆弧状,建议采用裂隙圆弧法对拓宽荷载下地基进行稳定性评价。试验结果还表明,新老路基拼接带土体中的加筋材料起到裹附作用,可增强路基的板结效果,形成有效的土拱效应,这样就充分利用路堤填料本身的刚度,调整地基的沉降变形。     

非饱和黄土受压过程中交流电阻率特性试验研究

 通过压缩试验,对不同应力、应变、孔隙率、饱和度、电流频率等条件下的黄土电阻率特性进行研究。基于非饱和黄土的等效电路,综合考虑饱和度附加的孔隙微观分布的不均匀性、电流在土中流通的曲折性、电流频率等影响因素,推导其电阻率模型。结果表明：不同电流频率下,电阻率均随应力和应变的增加先急速减小,当应力增大到200 kPa,同时应变增加到0.084后,电阻率逐渐稳定;电阻率均随着孔隙率的减小先急速降低,当孔隙率减小到0.41后,电阻率逐渐趋于稳定;电阻率均随着饱和度的增加先急速降低,当饱和度增加到52.7%时,电阻率逐渐趋于稳定;电阻率的变化规律与土体结构的变化密切相关,可以分为4个阶段;不同应力条件下,电阻率均随着电流频率的增加先快速降低,当电流频率增加到50 kHz时,电阻率逐渐趋于平稳;在采用交流电阻率法对非饱和黄土进行测试和评价时,为了降低电流频率对电阻率值影响而导致的误差,建议将电流频率控制在50 kHz～1 MHz范围内。