非饱和土强度理论的分析研究

对非饱和土进行了介绍,分析研究了主要的非饱和土的理论公式和经验公式,指出非饱和土抗剪强度与饱和土抗剪强度不同,非饱和土的抗剪强度由三部分组成即凝聚力产生的强度、摩擦强度和吸附强度。     

含水量对非饱和土抗剪强度参数的影响研究

非饱和土的抗剪强度是当前土力学中研究的热点也是难点,由于非饱和土强度的影响因素较为复杂,因此如何准确地确定非饱和土强度较为困难,目前研究的方法也较多.非饱和土与饱和土强度的本质区别在于含水量的不同,将饱和土的抗剪强度公式运用于非饱和土计算当中对确定非饱和土的抗剪强度有一定的现实意义.本文用含水量确定非饱和土抗剪强度计算...     

荆门膨胀土土–水特征曲线特征参数分析与非饱和抗剪强度预测

 为探讨荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的非饱和抗剪强度与土–水特征曲线(SWCC)的相关关系,利用Fredlund-Xing模型对3种膨胀土的SWCC试验数据进行非线性拟合,获得相应模型参数;利用Fredlund公式(1996年)对3种膨胀土控制吸力下的固结排水剪三轴压缩试验抗剪强度成果进行相关分析。分析结果表明：(1) 使用Fredlund-Xing模型拟合3种膨胀土SWCC试验数据的效果均较好。(2) 荆门原状、压实、石灰改良膨胀土的进气值分别为210,68和18 kPa;石灰改良膨胀土的持水能力(水稳定性)最强,压实膨胀土次之,原状膨胀土最弱;3种膨胀土的残余吸力可均取为3 000 kPa。(3) 3种膨胀土的有效内摩擦角(j´)和与基质吸力相应的内摩擦角(jb)均非常数;j´与基质吸力相关,jb与基质吸力和应力状态均相关,这意味着Mohr-Coulomb破坏包面是双向弯曲的。(4) 使用Fredlund公式,能够在较大的吸力范围内较好地预测荆门膨胀土的非饱和抗剪强度,原状、压实、石灰改良膨胀土的土性参数κ分别为2.4,2.7及3.4。(5) 预测值与实测值间存在差别的主要原因是Fredlund公式本身未考虑到jb与应力状态相关,若要考虑该因素,可将应力状态对SWCC的影响引入到Fredlund公式中。     

寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究

 在自行设计、加工的原位剪切试验装置中分别种植灌木植物霸王和柠条锦鸡儿,通过对2种坡度的素土、霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体进行原位剪切试验,测得素土和根–土复合体抗剪力、抗剪强度的动态变化,评价灌木植物护坡的时间效应,并采用室内直剪试验方法检验原位剪切试验结果的合理性。试验得出以下结论：(1) 根–土复合体的抗剪力和抗剪强度均大于同种坡度的素土,即植物根系可显著提高边坡土体的抗剪能力,且霸王根–土复合体抗剪力和抗剪强度主要体现在剪切面处断裂根系的抗拉或抗剪作用、拔出根系的根–土摩擦力及滑移根系的锚固、摩擦作用,柠条锦鸡儿根–土复合体主要体现在根系的锚固和根–土摩擦作用,同时,素土和灌木根–土复合体的抗剪力和抗剪强度随着坡度的增加而减小;(2) 素土的剪切力在3 s左右达到峰值,而根–土复合体的剪切力峰值时间为69.8～168.2 s;素土试样在剪切位移为1 mm内抗剪强度均达到峰值,而剪切位移为23.13～83.13 mm时霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体抗剪强度达到峰值,即根–土复合体的剪切力峰值时间、抗剪强度峰值位移均较素土相对滞后,这反映了在剪切过程中根系的抗拉能力、根–土界面的摩擦作用逐步转化为根–土复合体的抗剪能力,从而延缓坡面变形破坏的时间;(3) 为了验证原位剪切试验结果的准确性,对素土和灌木根–土复合体进行室内直剪试验,其抗剪强度值与原位剪切试验值接近,反映原位剪切试验及其结果的合理性。上述研究成果对于开展研究区西宁盆地及其周边地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害的防治,以及对青藏高原东北部黄土地区边坡生态工程建设、区域生态环境保护具有重要的理论指导价值和现实意义。     

基于SQP和上限法的非饱和土条形基础极限承载力计算

综合考虑有效内摩擦角、有效黏聚力、基质吸力等非饱和土强度参数以及基底以下基质吸力随埋深增加而变化的工程实际(以水土特征曲线表征),采用多刚性块上限分析法对非饱和土条形基础竖向极限承载力进行研究.假定非饱和土抗剪强度公式是Mohr-Coulomb饱和土抗剪强度公式的延伸,根据线性破坏准则和相关联流动法则,构建一个承受竖向荷载的非饱和土地基承载力二维机动破坏模式.根据外力功率与内部耗能相等原理获得非饱和土地基极限承载力的目标表达式,并把其转化成一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值计算模型.对建立的计算模型采用序列二次规划法进行优化求解.研究结果表明:非饱和土抗剪强度参数取值对极限承载力量值具有非线性影响;土中基质吸力存在所引起的附加抗剪强度使非饱和土地基承载力较饱和土得到提高;土体内基质吸力分布方式和地下水位高低对条形基础极限承载力影响也较大,地下水位升高导致基质吸力降低,极限承载力减小;非饱和土过渡为饱和土时,同类方法相比本解答是较优上限解.     

郑开下穿越工程非饱和土强度特性试验研究

利用气相法和渗吸法获取了郑开工程由于降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线,特征曲线显示,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征。然后根据土-水特征曲线,对两种非饱和土进行了直剪试验研究,得到如下结论：在低吸力范围内非饱和砂质粉土和粉质黏土的抗剪强度与吸力基本上呈线性增长关系,并得到两种非饱和土的抗剪强度参数φ^k分别为8．5°和4．9°。该工程非饱和土强度特性的室内试验研究,为工程地表沉降控制和掌子面稳定性分析等提供了重要的基本数据和理论参考。     

提高超高层建筑大直径灌注桩承载力的试验和研究

以某超高层建筑工程残次桩为例,研究了不同水泥掺和条件下水泥土桩土界面的抗剪强度变化规律,总结出水泥土桩土界面抗剪强度τ与水泥掺和百分比αｗ的实验方程式。依据所得到的方程式进行桩侧土体注浆加固设计,实际施工情况及进行的跟踪观测证实,处理后的桩承载力增加值超过２０００ｋＮ,注浆加固深度为１５ｍ,沉降可以满足要求。     

基于土体孔径分布的土水特征曲线预测

土水特征曲线(SWCC)是描述非饱和土的吸力与饱和度或含水率关系的一条重要曲线,是分析非饱和土的强度、变形及渗流的重要基础。室内直接或间接测量土体的吸力非常耗时。为了快速准确获取非饱和土体的SWCC,提出了基于土体的孔径分布(PSD)预测SWCC的改进方法。该方法采用压汞试验(MIP)测量土体的PSD,采用滤纸法测量土样的一个吸力值及其对应的饱和度,再根据该点的试验结果对MIP试验测得的土体孔隙体积进行校正,并采用校正后的孔隙体积来计算不同吸力条件下土体的饱和度。该方法可以克服MIP试验测得的孔隙体积偏小的问题。通过对9组土样校正前后预测SWCC与实测SWCC的对比分析,表明了该方法可以较为准确地预测非饱和土体的SWCC。在此基础上,可以方便快捷地得到多组土体的SWCC拟合参数及其概率统计特征。     

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。     

上海软土的非饱和三轴强度

由于吸力的影响,非饱和土的力学性状与饱和土有着很大的差异,饱和土的有关强度理论无法简单地运用于解决非饱和土问题。本文通过室内吸力控制的非饱和土三轴剪切试验,研究上海地区软土的强度特征。结果表明:上海软土(④层灰色淤泥质粘土)非饱和强度在低吸力范围内,与吸力基本呈线性增长关系,验证了非饱和土的双变量强度理论的适用性;上海地区第④层灰色淤泥质粘土的非饱和土抗剪强度参数?b约为10.6°。随着非饱和土问题的研究的逐步深入,非饱和土强度理论在上海地区软土地层中的应用,还有待进一步研究和完善。     

冻融循环对石灰粉土剪切强度特性的影响

根据试验结果,讨论了冻融循环对石灰粉土剪切强度特性的影响。试验发现,反复冻结和融化强烈影响着石灰土的强度特性。一次冻融循环后,对未加石灰的粉土来说,其剪切强度变化不大,但是对石灰粉土来说,其剪切强度明显低于未冻融的,而且随冻融循环次数的增加,石灰粉土的剪切强度逐渐衰减,经历１０次冻融循环的饱水石灰粉土强度最低。     

砂卵石土静力特性研究

通过砂卵石土的直剪压缩试验,对试验过程及试验结果进行了深入分析,探讨了非饱和、饱和砂卵石土的强度与变形影响因素,并建立了砂卵石土的抗剪强度与压应力之间的计算公式。     

Shear strength of interfaces between unsaturated soils and composite geotextile with polyester yarn reinforcement

Composite geotextiles with polyester yarn reinforcement have been commonly used in combination with unsaturated soils. Both unsaturated and saturated shear strength of the interfaces were investigated between a composite geotextile and three major types of materials: silty sand (SM), low-plasticity silt (ML) and high-plasticity clay (CH) in a direct shear box. The interfaces were formed using two methods (A and B) to reflect the wide range of possible contact conditions in practice. Method A involved statically compacting the soil directly on top of the composite geotextile, while for Method B, the soil was statically compacted in a separate mold and later brought into contact with the composite geotextile. Type B interfaces required a larger displacement to mobilize the shear strength than Type A interfaces. The ultimate failure envelopes of SM and ML soils were similar to those of their interface shearing. Notably, the failure envelopes for the clay-geotextile interface of both types were higher than that of clay alone. The unsaturated soil-only shearing had a higher peak strength and tended to dilate more than saturated soil-only shearing, while unsaturated soil-interface shearing appeared to be more contractant than saturated interface shearing. The strength variations with suction for all tested soils and interface shearing were clearly non-linear. A new model that takes account of the condition of soil-geotextile contact intimacy is proposed for predicting the variation of interface strength with suction, based on the variation of the soil's apparent cohesion with suction and the geotextile-water retention curve.     

Rate dependence on mechanical properties of unsaturated cohesive soil with stress-induced anisotropy

The strain rate during shearing has been shown in experimental studies to strongly affect the mechanical behaviour of soil. For saturated soil, sufficient knowledge has been obtained to achieve equilibrium conditions for the pore water pressure. Nevertheless, little is known about unsaturated soil. Therefore, this study used a hollow cylindrical torsional shear apparatus to investigate the rate dependence on the deformation and strength properties of unsaturated soil. First, unsaturated specimens were anisotropically consolidated with different directions of major principal stress to assess the rate dependence of the anisotropic behaviour. Then, the shear stress was removed to produce an isotropic stress state. Shearing was applied using the specimens to evaluate the strain rate effects on the mechanical properties of unsaturated cohesive soil. The results indicate that the secant shear modulus increased with the strain rate in both constant suction (CS) and constant water content (CW) conditions. The shear strength did not change with the strain rate under a CW condition, but it decreased with the strain rate under a CS condition.     

Effects of water content and interface roughness on the shear strength of silt–cement mortar interface

Although the shear behaviors of silt–structure interfaces are critical in engineering practice, they have not been extensively investigated systematically. In this study, the influence of the silt water content and interface roughness on the shear behaviors of silt–cement mortar interfaces is investigated. Forty–eight silt–cement mortar structure interface tests and 18 silt direct shear tests were carried out. The results indicated that as the water content of the silt gradually increased to saturation, the interface shear stress–displacement curves changed from strain softening to strain hardening, and the interface shear strength decreased significantly. The shear strength of the rough interface was found to be significantly greater than of the silt, and the shear strength of the smooth interface was found to be lower than that of the silt. The interface shear strength gradually increased with the surface roughness, but the increase tended to be gentle. A large shear deformation was observed, and this increased with the decrease in soil water content and the increase (up to a point) in interface roughness. A model of the interface shear strength between unsaturated soil and structures considering the influence of water content and interface roughness was established and verified.     

从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论

首先对非饱和土中吸力进行了综合分类并对各类吸力的性状进行了系统阐述 ,认为非饱和土中土颗粒间的总吸力由本征结构吸力、可变结构吸力、有效基质吸力、湿吸力和牵引力组成。基于各吸力的特性和Mohr -Coulomb强度准则 ,从理论上直接给出了非饱和土的总吸力与抗剪强度间的关系 ,这不仅从形式上统一了Bishop和Fredlund的强度公式 ,而且在内容上明确了其中各状态变量的物理意义。文中分析了非饱和土抗剪强度的组成及其影响因素。对Donald在非饱和土试验中发现的砂性土抗剪强度与基质吸力间呈山坡形的曲线关系及Gan、Escario、Fredlund等的粘性土抗剪强度和基质吸力 (含水量 )间呈非线性正比关系 ,以及对同一非饱和土因具不同初始孔隙比而具不相同的抗剪强度现象给出了令人满意的理论解释。广义抗剪强度公式客观地反映了非饱和土的强度特性     

低应力条件下海洋粉土的不排水强度特性及其在海底浅层滑坡分析中的应用

 针对浅层滑坡等海底地质灾害,设计并实施一系列的十字板试验和三轴试验,对低应力条件下典型海洋粉土的不排水强度特性进行研究探讨。试验结果显示：固结度对粉土的十字板强度有明显影响,十字板强度随着超孔隙水压力的升高而降低。剪切应变速率对粉土的固结不排水三轴强度影响很小,而超固结比和剪切围压则影响较大;三轴试验中各个试样都能够达到临界状态,临界状态强度随着超固结比和剪切围压的增大而增大。分析波浪作用下海床土剪切滑动的渐进特性,指出临界状态是滑坡发生时滑带土所能达到的最终状态。采用平均有效应力,对十字板强度和三轴临界状态强度进行归一化处理,两种强度显示较好的一致性,得到低应力条件下海洋粉土的临界强度线。最后,应用所得的临界强度线,对风暴潮作用下黄河水下三角洲粉土海床浅层滑坡及“复活”进行很好地分析和解释。