土体K_0固结-卸荷剪切试验研究

根据基坑开挖的特点,改进常规三轴试验仪器的控制程序。并以此为基础,利用三轴仪对基坑开挖过程中土体的K_0固结-侧向卸荷过程进行模拟,同时与常规三轴压缩试验结果进行对比分析,研究了侧向卸荷过程对土体抗剪强度指标产生的影响。试验结果表明,经过侧向卸荷过程的土样抗剪强度指标与常规三轴压缩试验结果明显不同,特别对于深层土,抗剪强度指标下降急剧,说明卸荷过程对土体抗剪强度指标有较大影响。     

考虑坑侧堆载基坑开挖土体应力路径试验研究

基坑开挖过程中,基坑坑侧各区域土体受到不同程度的卸荷或堆载作用,从而呈现出复杂的应力路径。因此,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K₀固结不排水剪切试验、K₀固结侧向卸荷试验和K₀固结侧向卸荷轴向加荷试验等不同的应力路径试验,来研究基坑开挖前后基坑坑侧土体的不同应力路径变化情况,比较分析了各应力路径条件下土体的抗剪强度、应力应变的变化情况,归纳了基坑开挖前后复杂应力路径条件下土体的应力变形及强度特征。研究表明,在不同的应力路径条件下,土体所对应的应力变形及强度参数,具有明显的差异性;软黏土在不同的侧向卸荷应力路径情况下,应力应变曲线均呈现应变软化型,且侧向卸荷对土体强度影响较大,坑侧堆载引起的轴向加荷对土体强度变化也有一定影响。     

考虑卸荷应力路径的基坑开挖土体变形研究

根据基坑开挖的特点,改进常规三轴试验仪器的控制程序。以此为基础,利用三轴仪对基坑开挖过程中土体的侧向卸荷过程进行模拟,获取土体变形参数,并对某工程实例进行有限元分析。分析结果表明,经过侧向卸荷三轴试验获得的土体变形参数的计算结果与实测数据更吻合。     

基坑开挖卸载过程中考虑应力路径的抗剪强度指标的确定

针对基坑支护设计所采用的抗剪强度指标忽略了开挖卸载这一应力路径造成的影响,本文通过三轴实验以及数值计算,探讨分析不同应力路径条件下土体的抗剪强度指标的变化。室内试验与数值计算均表明,应力路径对基坑的稳定与变形有很大影响,目前采用传统三轴加载试验得到的抗剪强度指标计算的稳定系数偏大,基坑坑壁水平位移、内力值均偏小,处于相对偏于危险状态。因此,如果忽略了卸荷过程对土体抗剪强度指标的影响,必将对基坑支护设计计算造成不良后果。     

结构性吹填软土侧向变形真三轴试验研究

为了研究吹填软土在侧向变形条件下的力学与结构特性,利用真三轴试验机以及WF应力路径试验仪进行了不排水条件下的侧向卸荷试验,并与常规三轴试验结果进行了对比分析。试验结果表明:与常规三轴剪切试验应力应变关系曲线表现的硬化特性不同,真三轴卸荷试验表现出应变软化现象。随着初始围压的增大,土体由剪缩向剪胀变化。由于中主应力的影响,真三轴卸荷状态下土体的结构屈服应力值明显大于WF卸荷状态以及常规三轴试验下的数值,其随着中主应力系数bd的增大而成非线性增长。真三轴侧向卸荷条件下土体抗剪强度指标大于WF卸荷条件,与常规三轴试验结果也明显不同,其内摩擦角增大,粘聚力减小。     

坑侧土体卸荷的侧向应力-应变关系研究

利用平面应变仪对坑侧土体进行固结-侧向卸荷的试验研究,指出经过侧向卸荷过程的土样抗剪强度指标与常规三轴压缩试验结果明显不同;得出侧向卸荷土体的侧向应力-应变间也呈双曲线关系,据此运用邓肯-张建模思路,推导出反映坑侧土体侧向卸荷实际应力路径下的侧向应力-应变关系模型,模型预测与试验结果吻合较好.     

广州软土各向异性在基坑稳定中的应用

根据基坑开挖导致的土体应力特点及基坑开挖中土体的排水条件,对施工现场的原状广州软土,按与土体沉积面的不同倾角取土样,进行常规三轴固结不排水剪切试验,得到了软土各向异性的抗剪强度指标,并将其应用于基坑开挖过程中的稳定分析。结果表明,考虑软土各向异性抗剪强度的基坑稳定系数要比只考虑三轴压缩的抗剪强度的稳定系数小,其结果在基坑设计及基坑稳定分析中不容忽视。     

卸荷应力路径下饱和粉土静力特性的试验研究

选取杭州城东地铁5号线隧道周边的典型饱和粉土进行不同卸荷应力路径下的静力三轴试验，研究在临近基坑施工情况下地铁隧道周边影响范围内该类土体静力特性的变化情况，并通过加装压电陶瓷弯曲元装置进行弯曲元试验，从而探寻不同卸荷应力路径对土体抗剪强度和变形的影响程度。研究结果表明：土体的抗剪强度指标会随着轴向及侧向卸荷强度的增大而呈现不同幅度的减小，在轴向卸荷应力路径下饱和粉土各静力特性指标变化幅度小于侧向卸荷应力路径下的变化幅度，但在卸荷再加荷应力路径下，轴向应力路径与侧向应力路径的变化对饱和粉土的抗剪强度的影响并不明显。同时，土体抗剪强度与剪切波速之间可以用模型拟合来建立关系，在实际的卸荷工程中对准确获取土体力学参数有实际意义。     

考虑土体卸荷力学特性的基坑变形分析

基坑开挖过程中侧壁土体和坑底土体受到一定程度的卸载扰动,强度及模量均有一定程度的降低,采用常规三轴试验所确定的土体参数进行基坑变形计算将会产生一定误差。为了寻找在土体开挖卸荷作用下更适合于基坑变形计算的土体参数,对郑州某深基坑工程坑壁主要土层进行了常规三轴试验、轴向应力减小及侧向应力减小的UU-1卸载试验、轴向应力不变及侧向应力减小的IU-1.5卸载试验、轴向应力增大及侧向应力减小的LU-2卸载试验4种不同应力路径试验,得到适用于基坑变形计算的土体参数。通过数值模拟结果与现场监测数据的对比分析,发现不同应力路径对基坑侧壁土体水平位移和土体沉降影响很大,考虑轴向卸荷参数的数值模拟得到的曲线和实际监测得到的曲线比较接近,说明采用轴向卸荷实验参数对工程施工设计更具有参考价值。     

基于侧向卸载作用土体抗剪特性研究

通过在北京海淀区某深基坑现场取样,采用室内平面应变实验对侧向卸载作用下土体抗剪特性进行分析,并与常规三轴进行对比。可得以下结论:1与原状土相比,重塑土的抗剪强度尤其粘聚强度受土体结构性影响非常大;2通过对比原状土的固结排水三轴减压压缩试验结果,应力路径对土体强度指标的影响不容忽视;3在固结应力比等于1.5的条件下固结,其内摩擦角要比等压固结条件下内摩擦角高出6.44%,但粘聚强度降低19.73%,说明应力历史对于土体强度会有一定的影响;4基于侧向卸载作用土体剪切特性不同于常规三轴试验结果,这种差异性可能影响基坑工程的稳定。     

基坑开挖中考虑水压力的土压力计算

本文从土的有效应力原理出发,分析了软粘土中深基坑开挖的土压力计算问题,着重讨论了孔隙水压力对土压力的影响.经过分析,作者认为当采用总应力法计算时,原则上应采用卸载强度指标.作者认为以下两个原因使得“水土压力合算法”在软粘土地区的临时性开挖工程中土压力计算值与实测值较接近:一是卸载引起负超孔压,卸载总应力强度指标大于常规三轴加载总应力强度指标;二是渗流引起主动区孔压减小,被动区孔压增大.最后,作者强调不要拖延基坑开挖的进度.     

层状大理岩卸荷力学特性试验研究

 以锦屏一级水电站地下厂房实际应力环境为基础,利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统,对该厂房区域典型层状大理岩开展常规三轴加、卸荷破坏试验研究。研究成果表明：平行层理面压缩时,卸荷试验得到的抗剪断、抗剪强度参数较加载试验得到的c,j 值低,残余内摩擦角jr值却较高;相同卸荷条件下,垂直层理面压缩得到的抗剪断、抗剪强度参数较平行层理面压缩得到的c,j 高,jr值却较低;卸荷条件下岩样的破坏是其向卸荷方向的强烈扩容所致,峰值强度后继续卸荷对岩石峰后承载力有显著的弱化作用;试验得到的各组弹性模量大致随围压增加而增加,而峰值应力对应的变形模量则反之,单个岩样在卸荷试验中,变形模量大致随围压卸荷而降低,垂直层理面压缩得到的变形模量较平行层理面压缩的高20%～51%,侧胀系数m 的变化规律则反之,前者较后者的低3%～12%;在相同卸荷条件下,平行层理面压缩时,岩石更易发生破坏,而垂直层理面压缩时,大理岩的脆性变形特征更显著。这些结论揭示了层状大理岩的卸荷力学特性,对解决工程实际问题有重要的参考价值。     

深埋隧洞大理岩卸载路径真三轴强度参数研究

 为研究深埋隧洞围岩卸载路径破坏特性,在现场深埋试验平洞内进行大理岩原位高压真三轴卸载试验,获得大尺度(50 cm×50 cm×100 cm)、高应力( =11.2 MPa)、真三轴( ＞ ＞ )、卸 破坏状态下,能反映深埋隧洞围岩实际应力状态和隧洞开挖应力路径的大理岩全过程应力–应变曲线和三轴强度。在高压卸载路径大理岩原位真三轴试验基础上,引入H-B经验强度准则研究大理岩卸载路径真三轴强度参数。研究成果表明：(1) 对于大理岩卸载真三轴原位试验,按H-B经验强度准则评估卸载路径真三轴强度偏低情况较多,评估经验参数s = 0.003 951 7,mb = 3.414,而由试验成果反算s = 0.095 53,mb = 12.208。(2) 在H-B经验强度准则基础上,按M-C强度准则,评估大理岩卸载真三轴试验强度参数：tan? = 1.39,c = 6.61 MPa,评估未扰动大理岩卸载真三轴强度参数：tan? = 1.60,c = 6.73 MPa,前者可代表卸荷损伤岩体。     

基于花岗岩卸荷试验的损伤变形特征及其强度准则

 对取自大渡河大岗山水电站的花岗岩开展高应力下2种卸荷方案的力学特性试验,并与同围压下的常规三轴压缩试验结果进行对比分析,研究岩石卸荷过程中的破坏机制、力学强度参数损伤劣化效应及其卸荷破坏的强度特性。研究结果表明：(1) 岩石卸荷过程中向卸荷方向回弹变形强烈、扩容显著,脆性破坏特征明显。(2) 卸荷试验中,开始卸荷点处的变形模量较常规三轴压缩试验已发生一定的损伤劣化,其损伤因子与初始围压近似成线性关系,而该点处的泊松比所表现出的损伤劣化效应却不明显。(3) 卸荷过程中,泊松比随着围压的不断卸除,呈现指数关系增长;变形模量变化平缓,但在岩样卸荷屈服破坏点处陡降。(4) 在高应力卸荷条件下,Mogi-Coulomb强度准则能很好地反映其破坏强度特性。(5) 相比较于常规三轴压缩试验,卸荷时的抗剪强度参数c值减小而j 值增大,其变化量与卸荷方式有关。这些结论揭示高应力条件下花岗岩的卸荷力学特性,为西部水利水电工程的开挖、支护设计及其稳定性分析提供了理论参考。     

基于多级破坏方法确定岩石卸荷强度参数 的试验研究

 根据卸荷路径确定岩石卸荷强度参数时,为避免岩样本身离散性过大对强度的影响,采用了卸荷多级破坏试验方法。将卸荷应力路径与多级破坏方法有机结合,用单个岩样获取多个强度值,然后通过回归确定岩石卸荷强度参数。基于MTS 815.02岩石三轴试验机,研究荷载控制方式下多级破坏试验中峰值判断、破坏状态变形控制等几个问题,并提出相应的解决方案。最后成功开展了大理岩卸荷多级破坏试验,取得了与常规卸荷破坏试验较一致的结果。研究成果表明,卸荷应力路径中引入多级破坏的方法,既考虑了应力路径对强度的影响,又有效避免岩样离散性过大对强度的影响,是一种实用、有效的确定岩石卸荷强度参数方法。     

高应力下岩石非线性强度特性的试验验证

 深埋工程岩体开挖后围岩的强度特性表现出明显的非线性特征。基于室内岩石三轴加载及卸荷力学试验成果,对高应力下岩石的非线性强度特性予以验证,并开展高应力下应力路径对强度参数影响规律研究。采用已有的二次抛物线型、双曲线型、幂函数型等型式的包络线来研究强度特征的非线性,结果表明,幂函数型Mohr准则能够作为在高应力加载和卸荷应力路径下的岩石破坏的强度判据。在低围压下(＜10 MPa),三轴卸围压破坏强度要小于常规三轴强度;而在高围压下,前者略高于后者。内摩擦角的正切值与等效法向应力的函数关系表明岩样的实际内摩擦角并不是一个不变值,具有幂函数关系的非线性特征,在低应力下卸载破坏内摩擦角要比常规三轴压缩剪切内摩擦角略大,在高应力下则相反;根据Mohr准则中内摩擦角与理论破裂角之间的关系,随着应力增加它们的破裂角均呈非线性衰减并趋向π/4。     

深部软弱地层TBM掘进围岩变形破坏特性室内试验研究

 为了揭示深部软弱地层TBM开挖卸荷围岩变形破坏特性,分析深埋隧道TBM机械开挖卸荷的本质特征为高初始围压下的缓慢准静态卸荷,开展不同卸荷速率下砂质泥岩三轴卸围压试验,研究卸荷速率效应,获取TBM缓慢准静态卸荷围岩变形破坏特性：(1) 缓慢卸荷条件下的峰前应力–应变曲线与常规三轴压缩时较接近,卸荷屈服阶段,岩石产生损伤扩容,侧向变形加速增长,从体积压缩开始转向扩容;(2) 达到峰值强度后,岩石首先沿已贯通的破裂面滑移,发生1～2级规模较小的脆性跌落,随着围压继续缓慢卸除,岩石沿一条斜率较小的近似斜直线发生线性应变软化,且线性应变软化过程中伴随多级微破裂;(3) 岩石变形全过程经历弹性变形、峰前卸荷损伤扩容、峰后脆性跌落、含有多级微破裂的线性应变软化以及残余强度阶段;(4) 缓慢卸荷破坏过程中,岩石发生宏观张剪复合破坏,伴有轴向劈裂裂纹,破裂断面为由许多劈裂裂纹相互贯通形成具有一定宽度的剪切带,剪切带内劈裂的岩片在轴向挤压力和沿剪切面的剪切力共同作用下被挤压和摩擦成许多细颗粒和岩粉。