黄土力学特性与应用研究的过去,现在与未来

本语文不甸半个世纪以来黄土力学特性与应用研究的发展变化进行了回顾与系统分析。在这个基础上,对新世纪黄土力学特性与应用研究的发展趋向进行了讨论,以期为深化理论,加强应用的研究与准航向、求取实效。     

黄土力学特性与应用研究的过去、现在与未来

本文就我国半个世纪以来黄土力学特性与应用研究的发展变化进行了回顾与系统分析。在这个基础上．对新世纪黄土力学特性与应用研究的发展趋向进行了讨论,以期为深化理论．加强应用的研究把准航向,求取实效。     

黄土的构度及其与粒度、密度、湿度之间的关系

土的粒度、密度、湿度和构度是其固有的物质组成和状态特性指标,用来描述土的力学性质及其变化规律。土的构度是其结构性的定量描述指标,它不仅与土物质组成和存在状态的粒度、密度和湿度有关,而且与土骨架结构中土粒空间排列的组构和粒间联结特征有本质的联系。土骨架结构的土粒排列和粒间联结具有抵抗外荷作用的可稳性和遭受破坏的可变性,从比较黄土结构的可稳性和可变性出发,建立的构度指标实质上包括了原状黄土与其饱和条件下抗压强度比较确定的浸水灵敏度及原状黄土与重塑黄土抗压强度比较确定的扰动灵敏度。揭示黄土具有浸水灵敏度随含水率增大呈显著衰减的变化规律和不同含水率黄土的扰动灵敏度基本保持不变的特征。通过黄土构度随含水率和塑限差值的变化规律,构度随塑限、液限的变化规律,以及构度随液性指数的变化规律分析,揭示了构度与粒度、密度、湿度的之间的本质联系。通过黄土构度与液性指数、干密度和孔隙比表征的综合物理特征量之间的关系分析,揭示了干密度相近条件下黄土构度随综合物理特征量的单调变化规律。论证了黄土构度指标的可靠性与合理性。     

黄土沟壑区湿软地基物理力学性质及指标分析

根据黄陵—延安高速公路沿线湿软地基的土工实验资料,着重分析了黄土沟壑区湿软地基的物理力学性质以及土性指标间的相关性,提出了相应的回归方程,用以指导对该地区湿软地基物理力学参数的取值。     

剪切速率对结构性黄土力学性状的影响

天然原状黄土一般都具有结构性，其变形过程必然伴随着结构的破坏。而工程中由于施工速度的不同，黄土的强度特性也不完全相同。因此，为了全面认识结构性黄土的力学特性，以天然结构性黄土为研究对象，并考虑剪切速率的影响是十分必要的。通过结构性黄土三轴试验研究，发现结构性黄土具有独特的剪应变速率力学效应，“应变速率软化”现象同样存在于结构性黄土中；其CU剪切强度和凝聚力C随剪应变率的增大而呈现先增大后减小的特征，存在，临界速率现象，而内摩擦角随剪切速率的增大基本上呈线性减小的趋势。     

剪切速率对结构性黄土力学性状的影响

天然原状黄土一般都具有结构性,其变形过程必然伴随着结构的破坏.而工程中由于施工速度的不同,黄土的强度特性也不完全相同.因此,为了全面认识结构性黄土的力学特性,以天然结构性黄土为研究对象,并考虑剪切速率的影响是十分必要的.通过结构性黄土三轴试验研究,发现结构性黄土具有独特的剪应变速率力学效应,"应变速率软化"现象同样存在于结构性黄土中;其CU剪切强度和凝聚力c随剪应变率的增大而呈现先增大后减小的特征,存在临界速率现象,而内摩擦角随剪切速率的增大基本上呈线性减小的趋势.     

陇东Q3黄土结构破损演化特性试验研究

陇东黄土具有显著的结构力学特征和遇水敏感特性,深入研究陇东Q_3黄土的力学变形特征对于理论研究及实际工程建设具有重要意义。利用室内侧限压缩试验系统研究了陇东Q_3原状黄土在湿压条件下的结构屈服特性及结构损伤演化过程。结合原状黄土及相应的饱和无结构性黄土的压缩曲线特征,介绍了一种确定原状黄土结构屈服压力的方法,并与Casagrande法及Jose法确定的结构屈服压力进行对比,证明了方法的合理性。分析黄土结构屈服压力与黄土构度指标之间的关系,表明黄土结构屈服压力随着黄土构度指标的增大而增大。根据试验曲线确定出原状黄土的结构屈服临界点,结合岩土损伤力学思想提出了原状黄土结构变形损伤比的具体表达式,进一步推导出一维湿压条件下原状黄土结构损伤演化模型。     

不同结构性黄土的单轴抗压试验及破坏模式

结合室内单轴压缩实验,对不同初始结构性黄土在单轴应力条件下的结构性变化特性进行研究。研究发现,在同一含水率条件下,原状黄土试样的单轴抗压强度要明显高于重塑黄土试样的单轴抗压强度;当含水率较低时,土样的破坏主要表现为脆性拉裂破坏,破坏呈现突然性;当初始含水率较低时,含水率对黄土结构亚稳定状态的影响减小,初始结构强度的损失也相对减小,结构的可变性相对较大,黄土在该状态条件下所具有的初始结构性较强。构度结构性参数指标随初始含水率的增大出现骤减,说明在这一阶段试样的初始含水率对黄土的初始结构性的影响较明显;当黄土的初始含水率达到一定值以后,含水率的增大使得黄土试样在沉积过程中初始结构性相比低含水率下沉积的黄土试样,土样的初始结构性已经部分减小,从而对构度结构性参数指标的影响相对较小。     

黄土的非饱和特征参数与结构性的试验研究

黄土既有非饱和性,又有结构性。本文首先在控制基质吸力条件下进行了原状黄土和重塑黄土的非饱和直接剪切试验,分析了两种结构性状非饱和土的基质吸力对净应力强度指标,Fredlund抗剪强度公式中参数b,以及Bishop抗剪强度公式中参数χ的影响。表明两种土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,b和χ均随基质吸力的增大而减小;在相同基质吸力条件下,原状黄土的黏聚力、b和χ均大于重塑黄土。其次,通过无侧限抗压强度试验,测试了不同含水量原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的单轴抗压强度,得到了不同含水量下原状黄土和重塑黄土的构度值。最后,探讨了非饱和黄土的构度与基质吸力、净应力强度指标、参数b和χ之间的关系。     

黄土构度与物理指标之间的定量关系

黄土是一种具有特殊结构性的土,其结构性可用构度指标定量描述。目前,学术界对构度与物理指标之间的定性关系研究较多,而对定量关系研究较少。为研究黄土构度与物理指标之间的定量关系,对取自7个不同场地的黄土试样分别进行不同含水量下的原状、重塑及饱和黄土的单轴抗压强度试验,计算不同含水量下各黄土的构度。通过拟合对比及验证的方法,分析各黄土构度与含水量的定量关系,结果表明:(1)与指数函数和幂函数拟合相比较,将幂函数变换后得到的线性拟合曲线与试验结果最为接近,得到黄土构度与含水量定量关系的经验公式;(2)工程范围内黄土构度的变化范围在干构度与饱和构度之间;(3)建立一个综合物理指标Z,得到黄土干构度与物理指标定量关系的经验公式。这些定量关系将有利于构度指标在黄土工程中的实际应用。     

黄土结构屈服损伤与其土水特征的关系

通过非饱和土固结仪对原状黄土进行土水特征、压缩变形特性的试验研究,系统分析了原状黄土结构屈服损伤特性与其土水特征之间的关系。试验结果表明,原状黄土基质吸力随着竖向净压力的增大呈先增大后减小的变化趋势。定义基质吸力临界压力,发现基质吸力临界压力随着含水量的增大而减小。通过原状黄土及相应的饱和正常固结黄土的压缩曲线特征提出一种确定原状黄土结构屈服压力的新方法,该方法具有受压缩曲线形状影响较小、精度较高且作图简便等特点。统计得到原状黄土基质吸力临界压力与其结构屈服压力近似相等,进一步分析原状黄土结构屈服损伤破坏机理。     

黄土塬非饱和黄土增湿变形特性及结构性研究

为了研究黄土塬地区非饱和黄土增湿变形特性及其与结构性的关系,选取庆阳市西峰区某建筑场地土样,对其进行了不同含水率下的黄土固结试验研究,讨论了湿陷系数与压力、初始含水率及初始结构强度的关系。结果表明:不同浸水压力作用下,湿陷系数随初始含水率的增大基本呈现递减趋势;高压力处增湿湿陷性强,低压力处增湿湿陷性弱;黄土结构强度随初始含水率的增大呈降低趋势,且在含水率增大初期,黄土结构强度降低速率较大,后期速率减缓;黄土湿陷前后土体的微结构发生了明显变化,形成了较稳定的次生结构。     

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。     

三乙醇胺对水泥初始结构和力学性能的影响

通过对凝结时间、电阻率、化学收缩、抗压强度测试,探讨了三乙醇胺(TEA)对硅酸盐水泥初始结构形成和力学性能的影响.结果表明:TEA存在双临界掺量(0.02%,0.15%);TEA对水泥具有增溶作用,可促进C3A的水化,对C3S水化的影响和其掺量有关;适量的TEA可以提高水泥抗压强度,并且可以控制水泥的凝结时间,以满足工程上缓凝与促凝的要求.     

黄土湿陷性试验研究

为防止在湿陷性黄土地区实施建设项目时发生失稳事故,保证工程设计和施工的安全可靠性、经济合理性,根据湿陷性黄土的特点和工程要求,对西安Q3黄土进行了双线法压缩试验及湿陷性评价,得到了土样的湿陷系数以及湿陷起始压应力等相关参数。通过比较、分析不同深度黄土的湿陷系数、湿陷起始压应力、湿陷峰值压应力,以及有关不同深度值的讨论,分析了西安Q3黄土的湿陷特性,从而为当地湿陷性黄土地基处理提供了重要依据。     

结构性黄土深埋盾构隧道围岩力学特性研究

盾构施工会破坏黄土结构性,为探求黄土结构性变化对盾构隧道围岩力学特性的影响,引入应力比结构性参数对摩尔-库伦强度准则和芬纳公式进行修正,通过建立黄土围岩和管片之间力和位移的连续条件,对围岩塑性区半径进行了求解,并对解析解进行了对比验证,最后分析了关键参数对围岩力学性态的影响。结果表明：(1)太沙基土压力公式计算结果介于解析解上限值与下限值之间;(2)随着应力比结构性参数的增大,对应的塑性区半径和围岩压力值在不断减小;(3)随着覆跨比的增加,塑性区半径不断减小,围岩压力值不断增大,当黄土结构性比较强时,隧道覆土厚度达到一定值之后围岩压力解析公式才适用;(4)围岩压力和塑性区半径与开挖半径近似呈线性正相关关系。     

沥青加铺层设计指标及典型结构分析

本文对道路养护中的结构性加铺层进行了分析。提出以路表回弹弯沉值、弯拉应力分别作为整体刚度、疲劳开裂的设计指标,以面层内的剪应力作为验算指标。针对重载道路特点,提出了加铺层典型结构组合及其适用性,以供道路养护时作为参考。     

黄土的流变特性分析

为了探讨黄土的流变特性,对西安地区的原状黄土进行了三组室内流变特性试验,第1组四个试样进行的是分别加载蠕变试验,第2组二个试样进行的是分级加载试验,第3组二个试样进行的是加载-卸载-再加载蠕变试验.试验发现:(1)在侧限状态下,黄土蠕变过程中的变形由瞬时弹性变形、瞬时塑性变形、粘性变形和粘性流动变形组成;(2)黄土试样...     

改性聚丙烯纤维和水泥加固黄土的力学性能

为研究改性聚丙烯纤维和水泥加固黄土的力学性能,通过无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,对不同纤维掺量、水泥掺量、养护龄期和纤维长度的试件在浸水和未浸水条件下的力学性能进行研究.结果表明:改性聚丙烯纤维和水泥的共同加固作用对提高黄土的早期无侧限抗压强度贡献最大,3d龄期的无侧限抗压强度达3.65~5.99MPa;随着水泥掺量的增大,试件呈现明显的脆性破坏特征,纤维的掺入可改善试件的脆性破坏模式;随着纤维掺量的增大,试件破坏特征呈现由脆性破坏向延性、塑性破坏过渡的趋势;改性聚丙烯纤维加筋水泥稳定土的最佳纤维掺量为0.30%~0.45%(质量分数),最佳纤维长度为12mm.由破坏性状分析可知,水泥稳定土试件受压易产生脆裂破坏,改性聚丙烯纤维在水泥稳定土中的"桥梁"连接作用使得加固试件受压破坏时的整体性较好.     

酸污染黄土强度指标及电阻率评价研究

为利用电阻率特征反演酸污染原状黄土的强度指标特性,以评价不同程度污染黄土场地的工程性能。以蒸馏水为基液制备了不同污染状态的黄土试样,通过二相电阻率法测试了盐酸、硝酸和硫酸污染黄土的电阻率特征,并采用直剪试验得到了污染黄土的抗剪强度变化规律,进一步联系了电阻率与抗剪强度指标间的定量关系。试验结果表明：酸污染原状黄土的剪应力■剪应变曲线总体呈现应变硬化型变化;随着盐酸和硝酸污染浓度的增加,污染土抗剪强度弱化,电阻率减小;随硫酸污染浓度的增加,污染土抗剪强度增加,电阻率增加。同时,以污染浓度为中间变量进行关联,发现抗剪强度与电阻率呈较好的正相关性。建立酸污染土电阻率及黏聚力和污染浓度的模型关系,可以较好地表征3个参数的正相关关系。最终在硬化型曲线讨论的基础上提出了考虑酸污染溶液浓度影响的剪应力■剪应变曲线预测公式,并通过对抗剪强度黏聚力指标及电阻率参数的分析,初步建议了利用电阻率特征评价原状黄土受酸污染程度的等级标准。