原状Q_3黄土湿陷特性的CT-三轴试验

利用应力控制式CT-三轴仪及CT-湿陷性三轴仪,在控制吸力的条件下,试验研究原状Q3黄土的浸水湿陷特性。做了2组共15个三轴试验,包括均压浸水试验和以双线法进行的侧向卸荷浸水试验,试验中利用CT机进行无损断面扫描,并用得到的CT数定量分析原状Q3黄土的结构性对湿陷的影响。结果表明:对于双线法湿陷试验,同一吸力和偏应力下,固结净围压大的试样湿陷变形大于固结净围压较小的试样湿陷变形,包括体应变、轴应变及偏应变量;均压浸水湿陷试验时,在试样饱和前,随着浸水量的增加CT数与浸水量之间基本呈线性关系;当试样趋于饱和时,CT数增大减缓;均压浸水湿陷试验中,在同一吸力下,固结净围压大的湿陷体应变较大,结构演化变量值也越大。     

原状Q2黄土CT-三轴浸水试验研究

利用后勤工程学院研制的CT-多功能土工三轴仪,研究非饱和原状Q2黄土三轴浸水变形特性,并在浸水过程中利用CT技术对内部结构的变化进行无损的量测,得到内部结构演化的CT图像和相应的CT数据,从细观上解释了三轴浸水过程。基于CT数据定义结构性参数和结构演化变量;分析浸水过程中结构演化变量与净围压、偏应力和吸力的关系,浸水前的固结净围压、偏应力和吸力越大,浸水过程中结构演化越快。建立非饱和原状Q2黄土三轴浸水过程的结构演化方程,该方程为结构演化变量与偏应变、体应变和饱和度增量的关系,能同时反映净围压、偏应力和吸力等对结构演化的影响。利用提出的结构演化方程对试验数据进行拟合,拟合结果较理想。CT技术使土的细观结构研究达到定量阶段,为建立土的结构演化方程和结构性本构模型提供了试验基础。     

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。     

三轴试验中非饱和土试样吸力的量测

本文作者改装了常规三轴仪使之能量测非饱和土试样的孔隙水压力和控制孔隙气压力，并与轴移技术所测得的吸力进行了对比验证。利用这种改装的仪器和轴移技术，进行了一组非饱和土试样的排气常含水量三轴剪切试验，量测出剪切过程中的吸力变化值，试验中发现围压和剪切应变对试样的吸力均有较大影响。     

三轴应力条件下黄土湿陷性试验及评价方法研究

为使黄土的湿陷性评价方法更加准确合理,利用改装的应力控制式三轴仪和单向压缩固结仪分别测出三轴试验条件下和单向侧限条件下黄土的自重湿陷系数,并结合湿陷性黄土原位浸水试验的分层沉降数据,研究了不同试验条件下黄土的自重湿陷变形规律及评价方法。研究结果表明：三轴应力条件下黄土的自重湿陷系数曲线拟合的公式可用于计算兰州地区湿陷性...     

合肥地区重塑非饱和黏性土强度特性试验研究

利用非饱和土三轴仪,对合肥地区非饱和黏性土的重塑样进行了控制基质吸力的三轴剪切试验。研究结果表明,控制吸力和净围压为常数的重塑非饱和黏性土三轴排水剪切试验的应力-应变关系呈现应变硬化的力学特征,且在试验条件范围内,净围压越大,硬化特征越强,吸力越小,硬化特征越强;重塑土样的强度参数粘聚力c值和内摩擦角φ值随吸力的增加都有一定程度的增加,且在试验吸力范围内,c值和φ值均呈良好的线性增长趋势,且c值的增长幅度明显大于φ值。     

非饱和土应力状态变量试验验证研究

为验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测精度。使用改进的非饱和土三轴仪对描述非饱和土应力状态的两个应力状态变量进行系统的试验验证,做了不同初始干密度、不同初始饱和度、不同初始吸力的3组重塑黄土及1组原状Q_3黄土的各向等压试验,试验中等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力、孔隙气压力而保持应力状态变量本身不发生变化,通过量测试样体积和水量变化分析检验两个非饱和土应力状态变量的合理性。研究结果表明:对于原状Q_3黄土和各种起始条件的重塑土(包括不同密度、不同饱和度及不同吸力的土样),当只改变应力状态变量的个别组成部分而保持两个应力状态变量本身不发生变化时,则土样的体积变化和含水率变化均很小,可忽略不计。研究结果说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,使非饱和土的两个应力状态变量理论有了牢靠的试验依据。     

从变形、水量变化和强度三方面验证非饱和土的两个应力状态变量

为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期用各向等压试验验证非饱和土的两个应力状态变量的基础上,使用改进的非饱和土三轴仪和重塑Q_3黄土做了两类验证试验:第一类是两组控制净围压、偏应力和吸力的固结不排水剪切试验,第二类是3组控制净围压和吸力的固结排水剪切试验。在第一类试验中,等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压、吸力和偏应力本身不发生变化,发现试验过程中土样的体积变化和含水率变化均非常小,可以忽略不计。第二类试验的每一组包含两个控制净围压和吸力分别相同的固结排水剪切试验,其中一个试样在固结完成后直接进行排水剪切试验,另一个试样在固结完成后等值增加总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压和吸力本身不发生变化的条件下进行排水剪切试验,发现二者的抗剪强度、剪切过程中的体积变化、排水量和广义剪应变都分别十分接近,可以认为两两相等。研究结果从变形(包括体应变和剪应变)、水量变化和强度3个方面说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,进一步夯实了非饱和土力学的应力理论基础,为非饱和土的两个应力状态变量理论提供了牢靠的试验依据。     

结构性黄土的变形特性

针对结构性黄土研究中的不足和存在的问题，以原状结构性黄土样和人工制备结构性黄土样2种试样的室内侧限压缩试验、等含水量三轴剪切试验和浸水变形试验以及等吸力三轴剪切试验为基础，研究了结构性黄土的湿陷及变形特性。结果表明，结构性黄土存在一个与广义应力路径无关的湿陷面，结构性黄土的变形与结构强度的破坏有直接的关系。     

三轴应力状态下非饱和黄土试验研究

对原状、重塑非饱和黄土进行了常规三轴试验,深入分析和探讨了非饱和黄土在三轴条件下的变形特性和基质吸力的变化规律,结果表明：含水量和围压是影响非饱和黄土变形特征的主要因素,含水量对基质吸力起控制作用。     

A new method of studying collapsibility of loess

A new triaxial testing system that could control suction in wetting-induced collapsible tests was successfully developed to study the suction effects on wettinginduced collapsible deformation. The pedestal of the triaxial cell was made up of two parts, and the equipment not only could control suction but also could make water accessible to soil. A pressure/volume-controlled equipment was combined with the triaxial system to measure the water volume absorbed by samples accurately and to add pressure on water to filtrate into the sample. The apparatus could measure volume change precisely and keep the deviator stress unvaried, as well as measure the volume of water filtrating into the samples exactly. A triaxial collapsible testing procedure was described using the new apparatus for undisturbed collapsible loess with controlled suction. Furthermore, a series of double triaxial collapsible tests were conducted under different suctions and the same net cell pressure, and tests under different net cell pressures and the same suction were also done. It was indicated that the collapsible deformation increased with the increasing suction, and the effect of the net cell pressure on collapsible deformation was remarkable. The new triaxial apparatus was a useful facility to study the collapsible behavior of loess. __________ Translated from Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30(4): 524-528 [译自: 岩土工程学报]     

非饱和重塑Q_2黄土的三轴试验研究

对非饱和重塑Q2黄土进行了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;研究了非饱和重塑Q2黄土的变形、强度、屈服和水量变化等特性。试验结果表明:应力路径对非饱和重塑Q2黄土的变形和水量变化有一定影响。各向同性压缩屈服特性可用非饱和土Barcelona模型的LC屈服线描述;三轴收缩试验的屈服吸力随着净平均应力增大有减小的趋势,但减小幅度不大,可近似用非饱和土Barcelona模型的SI屈服线描述。三轴排水剪切试验应力-应变性状表现出应变硬化的特征,可用双曲线描述;非饱和重塑Q2黄土的凝聚力随吸力线性增加,内摩擦角随吸力的变化较小,可以认为是一常数;水量变化与吸力、净平均应力和偏应力有关。     

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。     

侧限条件下增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性

 用改装的非饱和土直剪仪在无应力及净竖向应力作用下对湿陷性黄土进行分级增湿试验,测量增湿过程中变形及吸力的变化,分析增湿前孔隙比(无应力时)及净竖向应力对增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性的影响,探讨无应力与净竖向应力作用时增湿持水特性之间的关系,提出力水耦合作用下孔隙比与吸力关系的表达式及以饱和度与吸力关系表征的持水特性模型。研究结果表明：力水耦合作用下,孔隙比与归一化吸力关系可用对数函数来描述,可以用孔隙比的变化来反映净竖向应力对持水特性的影响。无应力及净竖向应力作用时,只要孔隙比相同,则饱和度与吸力间关系相同。吸力小于阈值时,增湿前孔隙比和力水耦合作用所致孔隙比的变化对含水率与吸力间关系皆有较大影响;大于阈值时,几乎没有影响,且可用同一幂函数描述,据此提出考虑孔隙比变化的修正V-G模型,该模型可以预测无应力及净竖向应力作用时湿陷性黄土的增湿持水特性,预测结果与试验结果吻合较好。     

原状Q3黄土在加载和湿陷过程中细观结构动态演化的CT–三轴试验研究

为了揭示原状Q3黄土在加载和湿陷过程中的细观结构变化,将湿陷三轴仪与医用CT机相配套,进行了一系列控制吸力的CT-三轴湿陷试验,不仅得到了加载过程和湿陷过程中的宏观反应曲线,而且得到了相对应的CT扫描图像。结果表明:原状湿陷性黄土具有较强的初始结构性;加载过程中,较大的孔洞先扩展后闭合,小孔洞逐渐闭合;湿陷过程中,大部分孔洞逐渐闭合且断面的密度分布趋于均匀;湿陷过程中大孔洞闭合与否取决于浸水时的应力状态。通过宏细观试验资料的分析,确定了原状湿陷性黄土的结构屈服应力,提出了一个基于CT数均值的结构性参数,分别定义了加载和湿陷过程中的结构损伤变量,研究了它们的变化规律,建立了结构损伤演化方程。     

加卸载条件下吸力对黄土变形特性影响的试验研究

为了探讨基质吸力和净围压对黄土的变形–强度及卸载–再加载模量的影响,用非饱和土三轴仪对原状Q_3黄土及其重塑土共做了3组27个试验,即9个控制吸力和净围压等于常数的原状Q_3黄土的三轴固结排水剪切试验、9个原状Q_3黄土和9个重塑Q_3黄土的控制吸力和净围压等于常数的三轴固结排水卸载–再加载剪切试验。研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力–应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性型演变为硬化型,因其结构性导致偏应力–应变曲线的初始阶段存在交叉现象,试样一直处于剪缩状态;重塑试样在净围压较小时由剪缩逐渐变为较强的剪胀,在净围压较大时则只发生剪缩;表观凝聚力、切线杨氏模量和卸载–再加载模量均随着吸力的增大而增大;而吸力对有效内摩擦角及参数n(原状Q_3黄土的初始杨氏模量随净围压增大而变化的指数)、n_(ur)(原状Q_3黄土的卸载—再加载模量随净围压增大而变化的指数)和n_(ur)'(重塑Q_3黄土的卸载—再加载模量随净围压增大而变化的指数)的影响很小,皆可视为常数。基于试验研究结果,提出了考虑吸力和净围压影响的表观凝聚力、切线杨氏模量和卸载—再加载模量的修正计算公式,完善了非饱和土的增量非线性模型。     

非饱和土的非线性模型及其应用

提出了一个较完整的非饱和土的非线性模型。该模型涉及土的变形和水量变化两个方面, 共包含１３ 个参数。测定全部参数只需用两种三轴试验。应用所提模型预估三轴不排水试验中的吸力变化,理论计算与试验结果比较接近。