重塑膨胀土三轴增湿变形及力学特性的试验研究

通过三轴增湿变形试验和直接剪切试验,对膨胀土的变形和抗剪强度规律进行了研究。结果表明,膨胀土的极限剪应力、凝聚力和内摩擦角都随着含水率的增大而减小,试样含水率越接近饱和含水率,试样的抗剪强度减小的越快;膨胀土的应力随应变增加呈衰减趋势,并且在增湿变形中以体积变形为主,轴向变形较小;在同一应力状态下,随着含水率的增大,体应变逐渐减小,土样表现为膨胀,在含水率相同的条件下,应力越小,膨胀土在浸水过程中的体积变化就越大。     

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。     

增湿时粉土的抗剪强度特性研究

采用固结不排水剪切方法,对粉土进行了增湿情况下的三轴剪切试验。试验结果表明,随着初始含水率增加,粉土试样的变形破坏逐渐由脆性特征转变为延性特征;极限抗剪强度随着围压增加线性增大,随着含水率增加非线性降低;同时,随着初始含水率增加,粉土的黏聚力显著减小,但内摩擦角减少并不明显,且抗剪强度指标与初始含水率均呈负幂指数关系变化。     

低应力作用下含水率对云南蒙自膨胀土抗剪强度的影响研究

为研究低应力作用下含水率对云南蒙自膨胀土抗剪强度特性的影响,对不同初始含水率的重塑膨胀土进行常规快剪试验。试验发现：在低应力作用下,含水率对蒙自膨胀土抗剪强度影响显著,随着含水率的增大,土体的抗剪强度减小,内摩擦角和粘聚力减小,且含水率与抗剪强度及其指标之间存在非线性关系。根据试验结果,首先采用3种非线性拟合方法建立含水率与抗剪强度之间的关系式,然后通过计算相关系数及残差平方和对3种拟合方法进行分析比较,最后得到基于Mnoh-Coulumb强度理论的研究方法拟合效果最好,多元非线性拟合分析的效果最差。因此选用基于Mnoh-Coulumb强度理论建立的强度关系式能较好地表达蒙自膨胀土在低应力作用下含水率与抗剪强度之间的关系,也为云南蒙自膨胀土的强度特性提供了参考和理论依据。     

脱湿状态对膨胀土膨胀变形和强度特性的影响

非饱和膨胀土的脱湿状态对土中水分散失速率影响较大,不同的脱湿速率又会使膨胀土呈现不同的工程性状。通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,设置不同的脱湿环境制备土样,进行土工试验,深入认识脱湿状态对膨胀土膨胀变形和抗剪强度的影响。将饱和土样脱湿到设定的不同含水率,进行有荷载膨胀率试验,结果表明:在相对湿度越大的环境下,脱湿速率越小,土体膨胀率越大;起始含水率和上部荷载越小,土体膨胀变形越大。将不同起始含水率的土样膨胀完全后放入直剪仪,进行固结直剪试验,结果表明:脱湿到不同含水率的试样,脱湿速率越小,土体越密实膨胀后的抗剪强度越大;上部荷载存在可提高土体的抗剪强度,起始含水率越小上部荷载越大土样的抗剪强度越高。研究结果可为大气作用下膨胀土边坡的防护设计提供参考,有助于对自然气候环境下膨胀土边坡的灾变进行预警,并可优化膨胀土边坡的施工方案。     

宽广吸力范围内弱膨胀土的抗剪强度及其预测

在宽广吸力范围内对不同吸力的非饱和弱膨胀土进行了一系列吸力控制的三轴剪切试验。关于吸力的施加,较低吸力采用轴平移技术;高吸力采用蒸汽平衡法。试验结果表明:在净应力相同的条件下,试样的应力应变关系曲线随着吸力的增大而升高、剪缩量变小,并且随着吸力的增大其偏应力–应变关系和体变明显地表现出类似超固结土的特性。主要原因是试样受到较大的吸力,弱膨胀土试样失水收缩、孔隙比减小均明显,使试样剪切过程中表现出类似超固结黏土的特性。在宽广吸力范围内,吸力所引起弱膨胀性土体积收缩明显,不可忽视。根据压汞试验结果确定的微观饱和度引入有效饱和度中,再将试验结果与修正后的Bishop非饱和土强度公式的预测值进行比较,证明了修正后的Bishop非饱和土强度公式在宽广吸力范围内可较为准确地预测非饱和弱膨胀土的抗剪强度。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象。在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大。利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析。     

较大吸力范围内合肥膨胀土强度特性试验研究

为研究较大吸力范围内不同初始干密度下基质吸力对合肥膨胀土抗剪强度的影响,对不同初始干密度和不同含水率的合肥膨胀土进行直剪试验。利用滤纸法测得直剪试验剪破试样剪切面处的基质吸力,分析初始干密度和基质吸力对合肥膨胀土抗剪强度指标的影响。试验结果表明:初始干密度和基质吸力对膨胀土的黏聚力影响显著,对内摩擦角几乎没有影响;在0～400 kPa吸力内,初始干密度对黏聚力的影响较大,超过400 kPa,初始干密度对黏聚力影响减弱;黏聚力和基质吸力的对数之间存在良好的线性关系;膨胀土的抗剪强度随着基质吸力的增大呈非线性增大,增长速率逐渐减小。     

等幅干湿循环对成都膨胀土强度的影响

以成都某工程现场膨胀土样为研究对象,对不同干湿循环次数的膨胀土试样开展直剪试验,结果表明,在相同循环幅度和初始含水率下,随着干湿循环次数的增加,试样的抗剪强度不断减小,最终趋于一个稳定值。     

南宁非饱和膨胀土在剪切条件下剪应力松弛特性的试验研究

针对南宁膨胀土进行一系列室内剪应力松弛试验,探讨南宁非饱和重塑膨胀土在直剪条件下的剪应力松弛特性.试验结果表明:在不同含水率条件下的剪应力松弛曲线均属于非完全衰减型,剪应力逐渐少并趋于一个稳定值;松弛曲线可以明显地分为三个阶段:加速松弛阶段、匀速松弛阶段和稳定松弛阶段;含水率越高,应力-应变等时关系曲线的非线性程度越大...     

南阳膨胀土变形与强度特性的三轴试验研究

对南阳膨胀土做了4种应力路径的三轴试验，即控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的收缩试验、控制净平均应力的膨胀试验、同时控制净室压力和吸力的排水剪切试验，结果表明：膨胀土各向同性压缩屈服特性仍可用一般非饱和土的LC屈服线描述；不同围压下的收缩路径的屈服吸力随围压增大而减小，且屈服后的收缩指数接近各向同性压缩屈服后的压缩指数；非饱和状态下的内摩擦角近似等于饱和状态下的有效内摩擦角，总粘聚力随吸力增加而线性增大；在各向同性压缩试验和三轴剪切试验过程中，土样含水量随净平均应力的变化都近似为线性关系。     

大型滑坡演化机制及滑带剪切特性试验研究

 古水水电站争岗大型滑坡堆积体方量高达4.75×107 m3,地质勘测揭示该滑体主要由基岩、滑带土和松散堆积物组成,且滑带土层为贯通的底滑面;首先对堆积体历史演化过程和滑坡体形成机制进行详细分析,对现状及未来失稳模式进行定性判别,认为滑体处于沿贯通底滑面蠕滑变形状态;对滑带土基本特性分析的基础上,开展不同条件下室内大型直剪试验,研究天然状态下变形和强度的关系、抗剪性能参数取值;探讨含石量、含水量对抗剪强度的影响;从而寻找出合理的计算参数,开展稳定性评价。研究结果显示：天然状态下,滑带土黏聚力为30.31～43.94 kPa,内摩擦角为25.82°～30.49°;且含石量和含水量对抗剪强度影响显著,含石量75%为阈值,低于此值,抗剪强度随含石量的增加而增大,超过此值,随含石量的增加而减小;含水量的增加导致强度降低,黏聚力、内摩擦角降低基本呈指数关系。稳定性评价成果与定性分析相吻合,滑体各种工况下均存在滑塌的可能性,开展治理措施研究显得至关重要。     

非饱和膨胀土抗剪强度的试验研究

膨胀土是一种特殊的非饱和土，经典的土力学理论在膨胀土问题中己显得无能为力。因此，用非饱和土力学理论来研究膨胀土问题在理论和实际两方面都具有重大意义。在非饱和土抗剪强度理论中，吸力的量测在工程实际中仍没有一种简单易行的方法。基于这种实际情况，试图通过其他间接的途径来代替吸力的量测，以确定非饱和土的吸附强度。对于膨胀土这种典型的非饱和土，膨胀力是其很重要的性质之一，它的大小受含水量的影响很大；另一方面，膨胀土的抗剪强度也随含水量的变化而不断地变化。进行了大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，以确定膨胀土的膨胀力与吸附强度是否有一定的关系。通过对黑山土和梅山土的重塑试样试验得到的试验数据分析发现：膨胀力和含水量之间存在良好指数关系；粘聚力的对数和内摩擦角均随含水量的增大线性减小；非饱和膨胀土的吸附强度与膨胀力之间存在较好的线性关系，并在此基础上优化了非饱和膨胀土抗剪强度公式。     

重塑膨胀岩土微变形条件下膨胀力试验研究

 通过对南宁膨胀性泥岩重塑土样进行变形量分别为0,0.2,0.5和1 mm的微变形膨胀力试验,分析膨胀力的主要影响因素,建立膨胀力与干密度、初始含水率双因素之间关系,研究微变形条件下膨胀力变化机制。结果表明：(1) 零变形时,膨胀力随干密度增大呈指数形式增大,并与初始含水率呈幂函数关系。(2) 微变形时,膨胀力随变形增大而衰减明显,在干密度大、初始含水率低时衰减幅度较大,反之较小;在干密度及初始含水率一定时,微变形膨胀力随着变形率增大而呈指数衰减。(3) 微变形与零变形膨胀力之比随变形率增大而呈指数减小,当变形率为1%,2.5%和5%时,微变形膨胀力与对应零变形膨胀力之比分别为75%,55%和35%。     

膨胀土的变形性能

本文对膨胀土在复杂应力状态下的吸、失水三向和单向变形性能进行了系统的分析和讨论，提出膨胀上不但具有应力路径的依附性，同时还具有初始含水量的依附性的新观点，并用试验结果给予了验证。此外，还提出了一些实用的变形计算公式以及设计计算参数，将膨胀土极其复杂的胀、缩变形性能用较简单的形式和参数给予概化描述，为膨胀土基和边坡的计算设计提供了一种简明的计算模式。     

增湿条件下膨胀土路堑边坡稳定性数值分析

针对膨胀土路堑边坡增湿破坏现象,以含水率为主要参数来开展其稳定性的研究。首先开展膨胀土膨胀变形试验与抗剪强度试验研究,得到了膨胀土土性参数随含水率的变化规律,然后在正确考虑到地质构造影响的基础上运用有限差分法对坡体进行数值建模和计算分析,并对膨胀土路堑边坡的各种增湿状态进行仿真模拟,编制的分析程序自动实现膨胀土各种土性参数随含水率的同步变化,最后利用强度折减法计算得到了膨胀土路堑边坡稳定性安全系数的变化规律。分析发现,膨胀土路堑边坡稳定性主要是由地质构造和含水率因素共同控制的,在不同的增湿状态下二者对边坡的稳定性有着不同的影响程度。     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

重塑非饱和黄土的变形、强度、屈服和水量变化特性

共做了３种应力路径的三轴试验,即：控制吸力的各向同性压缩试验、控制净平均应力的三轴收缩试验和同时控制吸力与净室压力的三轴排水剪切试验。研究结果表明：应力路径对土的变形和水量变化有较大影响;土－水特征曲线依赖于净平均应力;与净法向应力相关的摩擦角在各种吸力下近似等于饱和土的有效摩擦角;剪切强度与吸力的关系是非线性的;三轴剪切条件下的水量变化指标接近常数;屈服净平均应力和屈服偏应力随吸力增大;在净平均应力不变的条件下屈服吸力是一常数但不一定等于土样在历史上曾受过的最大吸力。根据试验资料,提出了一个新的吸力增加屈服条件,并建议了一个确定三轴剪切条件下的屈服应力的新方法。