干湿循环效应下黄土抗拉强度试验研究

采用单轴拉伸法对原状和重塑黄土干湿循环下的抗拉强度进行试验研究,通过试验数据探讨原状和重塑黄土的抗拉强度与含水率和干湿循环次数的关系,分析干湿循环下黄土的抗拉强度衰减机制。试验结果表明:原状和重塑黄土的抗拉强度随含水率的减小呈非线性的增大,为负指数函数关系;同一含水率下的原状和重塑黄土的抗拉强度随干湿循环次数的增加而减小,最后基本趋于稳定。多次的干湿循环后原状黄土的抗拉强度衰减值与重塑黄土的抗拉强度衰减值和黄土抗拉结构强度之和基本相等,证明多次的干湿循环作用打破了原状黄土的原有结构,使得其抗拉结构强度消失;间接说明经过多次干湿循环后原状和重塑黄土的吸附强度衰减值相同,并使得原状和重塑黄土具有基本相同的结构。     

原状与重塑黄土冻融劣化机理对比试验研究

通过对西安Q₃原状和重塑黄土在冻融作用下的电镜扫描和直剪试验,对比研究了原状和重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化机理及规律。结果显示:冻融过程原状和重塑黄土微观结构都发生显著变化,土体胶结性变差。冻融条件下试样表观结构特征破坏较为严重,且原状黄土表观结构劣化程度更为严重。黏聚力随冻融次数增加均呈指数衰减趋势;原状黄土黏聚力高于重塑黄土,但随冻融次数增加,两者差异逐渐减小;原状黄土黏聚力衰减幅值及速率高于重塑黄土。随含水量增加,黏聚力总体呈线性减小变化规律,且反复冻融后黏聚力随含水量变化曲线分布特征近似重叠。冻融作用对内摩擦角无显著影响。随冻融次数增加,黏聚力冻融损伤系数表现出呈指数增加特征;原状黄土黏聚力冻融损伤系数高于重塑黄土。     

原状黄土冻融过程抗剪强度劣化机理试验分析

通过对西安Q_3原状黄土在封闭系统冻融作用下的电镜扫描和直剪试验,研究了冻融作用对原状黄土微观结构和强度的影响。试验表明:冻融过程中原状黄土微观结构发生显著变化,大颗粒集粒数量明显减少,小粒径土颗粒所占比重增加,孔隙面积比增加。进一步基于损伤力学理论,得到微观结构冻融损伤度随冻融次数增加呈指数增加趋势,反映出冻融作用一定程度上破坏黄土体的结构强度,但多次冻融后黄土体结构强度趋于稳定的残余强度。冻融过程土样表面结构发生破坏,且含水率越高,土体表面特征破坏越严重。粘聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势,且含水率越高,粘聚力衰减幅值和速率越小;粘聚力随含水率增加表现出线性衰减特征,且冻融后粘聚力与含水率的变化规律近似重合;内摩擦角无明显规律性变化。粘聚强度冻融损伤系数随冻融次数增加呈指数增加趋势,随含水率升高有增大趋势。基于试验数据规律性,进一步提出了原状黄土粘聚强度劣化模型,该模型经试验验证可较好描述原状黄土粘聚强度劣化规律。     

干湿循环效应对南宁外环膨胀土抗剪强度的影响

针对膨胀土边坡滑坍多呈浅层破坏的现状,选取南宁外环膨胀土原状样与重塑样开展对比试验,精心设计试验方案,改进常规直剪试样制备条件和试验方法,使模拟土体季节性干缩湿胀过程更接近实际,探究了2种土样经历多次干湿循环作用后抗剪强度的衰减规律。结果表明：试样制备中有上覆荷载作用,实测土样经历同样干湿循环次数后的强度衰减幅度比无荷条件下的小,再次验证荷载对抑制强度衰减作用明显；不管原状还是重塑样经干湿循环后的强度衰减主要是c值大幅降低,其值虽也减小但降幅都不大；此外,计入边坡浅层破坏时滑面的低应力条件开展试验并分析测试结果,得到做边坡浅层稳定性分析时合理的抗剪强度参数,研究结果可供工程设计参考。     

非饱和结构性黄土的强度特性试验研究

黄土既有非饱和性,又有结构性。首先在控制基质吸力的条件下进行了原状黄土与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和均大于重塑黄土。其次,通过无侧限抗压试验,测试了不同含水率原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的单轴抗压强度,得到了不同含水率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和之间的关系。得到非饱和黄土的b和值随构度分别有单调的变化规律;相同构度值条件下,原状黄土的b和值均大于重塑黄土的值,反映了两种非饱和土结构性状的差异。     

陕西延安Q_2原状与重塑黄土抗拉强度对比试验研究

对陕西延安新宝塔山隧道Q2原状黄土和重塑黄土进行了不同加载速率的无侧限抗压与贯入抗拉试验,研究了加载速率对黄土抗压和抗拉强度的影响,同时研究了加载柱直径对重塑黄土抗拉强度的影响。结果表明:加载速率对抗压强度和抗拉强度的影响较大,抗压强度与抗拉强度均随加载速率的增大而增大,加载速率为1.0mm/min时其抗压强度和抗拉强度值均比较稳定。原状黄土的压拉强度比在10.24~13.68之间,重塑黄土的压拉强度比在18.3~19.9之间。Q2黄土的灵敏度随加载速率的变化范围为5.78~7.14,为灵敏性黏性土,具有较强的结构性。Q2原状黄土与重塑黄土抗拉强度比值在8.40~10.88之间。黄土抗拉强度与加载柱直径之间呈线性增长关系。研究可供土体抗拉强度试验参考,也可为土体抗拉强度试验方法的规范化和标准化提供基础数据。     

不同初始状态下黄土的平面应变卸载力学特性

针对于黄土工程中的平面应变卸载问题,利用平面应变改造后的真三轴仪,开展了不同初始状态（原状、重塑和饱和）黄土在不同固结围压和含水率条件下的平面应变卸载试验,揭示了不同初始状态黄土的应力-应变演化关系、中主应力特性和强度特性。研究结果表明,不同初始状态黄土的应力-应变曲线在低含水率和低围压条件下呈现理想塑性,随着固结围压和含水率增大,从弱硬化型向强硬化型转变;黄土的不同初始状态对应力-应变关系演化特性影响较大,原状黄土曲线最高,重塑黄土次之,饱和黄土最低;固结围压越大、含水率越低,初始切线斜率越大,应力应变曲线越高,土的强度发挥越快。原状和饱和黄土的中主应力和中主应力参数均先减小后增大,衰减幅度大,增长幅度小,中主应力参数的增长幅度要大于中主应力;重塑黄土的中主应力和中主应力参数则先减小后基本保持稳定。平面应变卸载条件下不同初始状态黄土的黏聚力和内摩擦角均随含水率增大近似呈现线性减小;不同初始状态对土黏聚力的影响要明显大于内摩擦角。原状黄土在低围压和低含水率条件下沿着剪切带形成明显的侧向滑移破坏,其余条件下均发生测胀破坏。     

福建土楼夯土试块在干湿循环的抗压强度试验研究

为研究湿度变化对土楼夯土强度的影响规律,从而对福建土楼的结构性能进行深入的研究,为保护土楼提供理论依据.通过模拟福建土楼当地干湿交替的气候变化特征,利用恒温恒湿箱进行试验,研究干湿循环对夯土试块的抗压强度的影响.测试了原状土、重塑土和新土三种夯土试块在干湿交替作用过程中的质量、含水率和抗压强度,系统分析试块的质量、含水率和抗压强度的变化规律与影响因素.结果表明:三种试块的质量随循环次数的增加而减少;含水率总体上随干湿循环次数的增加而下降;重塑土试块和新土试块的抗压强度随干湿循环次数的增加呈现先增大后减小的趋势.     

干湿循环作用下压实黄土动强度性质试验研究

为了解干湿循环作用下压实黄土动强度的变化规律,对不同干湿循环路径的试样开展土动三轴试验和扫描电镜试验,得到不同干湿循环次数下压实黄土的动强度和微观结构图像。结果表明:压实黄土的动强度和动强度指标随干湿循环次数增加先减小再逐渐增大,受干湿循环幅度影响,曲线的转折点明显不同;动强度指标劣化度随干湿循环次数增加先增大再减小,甚至出现负值;临界干湿循环次数n_c是压实黄土整体结构损伤和整体结构强化的界限,不同干湿循环幅度的临界干湿循环次数不同。干湿循环过程中土样的宏观与微观结构特征表明,增湿过程孔隙数量不断增多和减湿过程土样表面及内部出现裂隙导致了压实黄土结构损伤和动强度降低;土颗粒结构向镶嵌结构发展,孔隙结构向均匀小孔隙演化和基质吸力使土样趋于密实是结构强化和动强度提高的主要原因。     

干湿循环作用下伊犁黄土强度劣化试验研究

为了探讨干湿循环对黄土强度的影响,采用三轴试验方法,考虑了干密度、含水量、干湿循环幅度的影响,获得伊犁黄土干湿循环强度劣化规律,并利用复合函数拟合劣化度,建立伊犁黄土干湿循环强度损伤模型。结果表明：黄土在干湿循环作用下会产生明显的劣化效应,干湿循环幅度和干密度的影响显著;受原状黄土和压实黄土的劣化影响的主要是黏聚力,首次干湿循环对压实黄土黏聚力影响最大,3次干湿循环时原状黄土黏聚力劣化最多,内摩擦角受干湿循环作用影响不大;干湿循环效应使原状黄土的力学特性向重塑黄土发展,5次干湿循环后原状黄土的强度与压实黄土趋于一致;增湿过程土体孔隙发育和减湿过程土样内外出现裂隙是黄土出现强度劣化的主要原因。     

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。     

黄土拉张破裂特性试验研究

通过单轴拉伸试验,分析了地裂缝发育区原状黄土与重塑黄土的拉张破裂特性。研究表明,黄土的抗拉强度及极限拉应变均很小,抗拉强度一般仅有几到十几kPa,极限拉应变仅千分之几;含水率与干密度是影响黄土抗拉强度的两个重要因素,它们与抗拉强度之间分别满足递减的负指数关系与递增的指数关系。因此,黄土本身的弱抗拉特性是导致黄土地区地裂缝等地质灾害较为发育的一个重要因素。     

含水率对原状黄土小应变剪切模量影响的试验研究

土的小应变剪切模量及其衰减模式是分析评价土体对地震、工程施工等振动响应的重要依据。开展了不同含水率原状黄土的共振柱试验,分析了含水率和围压对黄土小应变剪切模量的影响。结果表明：含水率和围压对原状黄土剪切模量及其衰减模式影响显著。在同一含水率下,剪切模量随围压增大而增大,而含水率增加则导致剪切模量减小,并且围压越小,含水率越高,剪切模量随剪应变增长衰减越快。根据试验结果,分析了Hardin公式中拟合参数A,n与含水率之间的关系,并建立了考虑含水率的修正Hardin公式预测原状黄土最大剪切模量Gmax。     

干湿交替含低荷载下高液限土强度衰减特性

针对高液限土边坡在降雨历时、雨后多呈浅层破坏工况,选取惠龙高速高液限花岗岩残积土原状样、重塑样为对象,模拟浅层坍滑时土体实际低荷载环境,对比规范法直剪结果,探究了原状土、不同干密度重塑土土样历经多次干湿交替作用后土体抗剪强度参数的衰减规律。结果表明：经干湿交替作用后重塑样、原状样的强度参数c值衰减明显,φ值衰减幅度不大;对比规范法、低应力法直剪试验结果,低荷载环境下土体实测c值较规范法偏小,φ值偏大,规范法低荷载段拟合结果比低应力法实测值偏大,低应力法结果更加接近工程实际;对比不同干密度重塑样干湿交替结果,干密度越小,含低荷载环境强度拟合线越接近直线。     

冻融作用下土体无侧限抗压强度变化研究

通过设置不同冻融循环温度和循环次数,开展了冻融循环下原状黄土和重塑黄土的无侧限抗压强度试验,研究结果表明：原状黄土在不同冻融温度下,随着提高冻融循环次数,土体无侧限抗压强度均呈现为持续降低趋势,黄土经过冻融循环后,原本土体结构受到严重破坏,降低了土体的抗压强度,且随着冻融循环温度的降低,黄土抗压强度的损失程度也越来越大;重塑土的无侧限抗压强度变化趋势和原状黄土大致相同,但重塑黄土0次冻融循环时的无侧限抗压强度与各次冻融循环后的强度差距较小,每次循环后的强度波动范围在2～8kPa内;冻融作用下,黄土渗透系数呈现出先增大后趋于稳定的规律,对其渗透系数影响较大的主要在前4次冻融循环。     

炎热多雨气候影响下残积土小应变刚度特性试验研究

根据炎热多雨地区轨道交通周边土体的实际工程状态,开展经历不同干湿循环过程的花岗岩残积土的共振柱试验,研究炎热多雨气候影响下残积土小应变下的刚度特性。结果表明,受反复干湿循环效应影响,在10~(-6)~10~(-4)小应变范围内,残积土G_(max)随干湿循环次数n的衰变规律与常应变下黏性土强度特性衰减规律有较大差异,最大衰减出现在干湿循环中期;经历多次循环后,小围压下残积土的G–γ关系曲线出现直线下降和骤降阶段;利用Martin–Davidenkov模型和经验关系能较好地反映G/G_(max)和D随γ的变化规律,发现不同干湿循环次数后,G/G_(max)–γ关系随围压增大逐渐出现"两极分化"现象。研究还从微观角度对残积土小应变刚度特性的干湿循环效应给与解释,说明炎热多雨气候下残积土刚度的力学行为是由于结构强度减损、微观结构重塑引起。研究可为轨道交通工程动力参数的选取,类似工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。     

平面应变条件下原状Q3黄土的结构性演化特性研究

针对黄土工程中经常遇到的平面应变问题,通过扰动、加载和浸水充分释放土的结构势,开展Q₃原状、重塑和饱和原状黄土的无侧限压缩试验和平面应变剪切试验,依据初始结构性参数(构度)和剪切过程结构性参数(应力比结构性参数)定义了可综合描述从土的初始结构状态到平面应变剪切破坏状态的全过程结构性参数,分析了平面应变条件下,全过程结构性参数随轴向应变的衰减演化规律及结构性强度特性。研究结果表明,黄土的不同初始状态(原状、重塑和饱和)对应力 应变关系演化特性影响较大,原状黄土应力 应变曲线最高,重塑黄土次之,饱和黄土最低。随着含水率增大,构度指标不断减小,含水率小于土的塑限时,水的浸入对黄土结构的损伤较大。固结围压和含水率变化均对结构性参数及其演化规律有明显影响。建立的全过程结构性参数,可以很好的描述土的初始结构性及平面应变剪切全过程的结构损伤演化规律,亦可以反映出含水率和固结围压对于土结构性损伤演化全过程的影响规律。不同初始状态对土的强度影响显著,黏聚力随构度呈非线性增长,内摩擦角随着构度增大近似呈线性增长,但变化幅度较小。     

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。     

原状与重塑黄土抗拉强度差异性研究

轴向压裂法是一种间接测定土体抗拉强度的试验方法,本文通过该法分析了原状黄土抗拉变形破坏的一般规律以及试样破坏类型。探讨了原状与重塑黄土的劈裂角以及在强度参数比方面(无侧限抗压强度与抗拉强度比以及粘聚力与抗拉强度比)的差异性。结果表明:原状黄土根据抗拉应力-贯入深度曲线走势将变形破坏模式分为3类:弹性变形破坏无残余应力、弹性破坏有残余应力、塑性破坏;原状与重塑黄土在强度参数比方面也存在较大差异。另外,原状黄土劈裂角(α)略小于重塑黄土且均与内摩擦角(φ)呈互补关系;抗拉强度计算公式中的系数K=tan(2α+φ)对于原状黄土建议取值为1.5,对重塑黄土建议取值为2.0。     

黄土节理结构对强度作用的试验研究

针对黄土节理对其拉压强度和破坏形式的影响,采用两种材料模拟节理面,通过液压重塑法分别制作含水平向或竖向节理的黄土试样,开展无侧限抗压强度试验和轴向劈裂抗拉强度试验,分析含水率与节理方向对拉压强度的影响,建立节理性黄土拉压强度关系。结果表明,节理性对较低含水率的黄土的拉压强度与破坏形式有更强的控制作用,含水率升高后节理性的控制作用明显降低;节理性黄土的抗压强度与抗拉强度存在良好对应关系,抗拉强度不可忽略;典型抗压破坏形式可归纳为竖撇型与压碎式两类。