基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化特性研究

冻融循环导致黄土强度的损伤规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土抗剪强度指标损伤规律与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先针对西安Q3重塑黄土进行室内冻融试验,得到不同干密度、含水率及冻融次数下的抗剪强度指标数据;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,得到各因素与抗剪强度指标间的预测模型。研究发现:黄土试样黏聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;黏聚力随含水率和干密度增加分别表现出线性衰减和增加特征且冻融后黏聚力与含水率和干密度的变化曲线近似重合;内摩擦角呈波浪形变化趋势且波动范围较小,无明显变化。冻融过程黄土黏聚力神经网络模型的预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与黏聚力的量化关系。     

冻融循环作用下强氯盐渍土强度变化规律研究

为了研究冻融循环作用对强氯盐渍土不固结不排水抗剪强度的影响,选取罗布泊地区强氯天然盐渍土,分别配制2种不同干密度的试样,在不同冻融循环次数下进行三轴不固结不排水剪切试验,考察罗布泊强氯盐渍土不固结不排水抗剪强度随冻融循环次数的变化关系。结果表明:不同干密度的强氯盐渍土试样在0~7次冻融循环内粘聚力cu均随着冻融次数的增加而降低,并且最大干密度的试样粘聚力降低的幅度较大,内摩擦角φu略有增加但变化不大;相同的冻融循环次数下,干密度较大的试样较干密度小的试样抗剪强度参数cu、φu大。含盐类别及含盐量的不同是盐渍土在不同冻融循环次数下抗剪强度呈现不同变化的根本原因。     

冻融循环对新型高分子材料SH固化黄土力学特性的影响试验研究

西北和华北地区广泛分布的黄土受到季节性冻融循环的破坏,导致黄土构筑物强度逐渐降低,引发各种不良问题。采用新型高分子固化剂(SH)对黄土进行固化,开展室内冻融循环对固化黄土抗压、抗剪强度影响的试验研究。结果表明:加入固化剂SH可以显著提高黄土的抗压强度,SH掺量越高,黄土抗压强度提升越大,经冻融循环后强度损失率越小,质量损失率越低,试样完整性越好;固化黄土的抗剪强度随冻融循环次数增加而减少,冻融循环对黏聚力影响明显;固化黄土经历3~4次冻融循环后黏聚力与内摩擦角下降最大,5次后下降幅度减小并渐趋于稳定。试验结果为固化剂SH在黄土冻融区的推广及应用提供参考,并为黄土冻融区治理提供一些理论依据。     

基于冻融循环试验的季节性冻土区边坡稳定性分析

内蒙古包头地区属于典型的季节性冻土区,冻胀和融沉是冻土危害产生的主要原因,也是人们面临的重大难题。通过建立非饱和粉砂土黏聚力、内摩擦角与冻融循环参数之间的定量关系,探索冻融循环对粉砂土抗剪强度的影响规律。通过对不同含水率、不同干密度的土样进行不同次数的冻融循环分析并总结其变化规律,研究发现:不同干密度、不同含水率的土样,黏聚力都会随着冻融次数的增加不断减小;内摩擦角会随着冻融次数的增加逐渐趋于稳定,波动的幅度在5°之内;抗剪强度的变化趋势受黏聚力的影响较大。最后,用岩土工程软件进行有限元分析,利用折减系数法计算边坡的安全系数,以此为包头地区季节性冻土的研究提供更好的理论基础。     

冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则

为研究冻融劣化混凝土动静态抗剪性能,进行了不同冻融循环次数(0,10,25,35和50次)后混凝土在不同法向应力(0,3,6,9和12 MPa)下的压剪强度试验,混凝土强度等级为C30。研究分析了冻融循环次数和法向应力对混凝土剪切强度、峰值应变和黏聚力与摩擦系数的影响。分析结果表明:①随着冻融循环次数的增加,混凝土在相同法向应力状态下的剪切强度均逐渐降低,而且法向应力越大,剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的程度越小;当冻融循环次数相同且法向应力不大于单轴抗压强度50%时,剪切强度随法向应力的增大而增大,且冻融劣化程度会影响该增幅效果;②在法向应力相同时,剪切峰值变形随冻融循环次数的增加呈线性增长趋势,对某一冻融循环次数,法向应力的存在增大了混凝土的剪切峰值变形;③摩擦系数和黏聚力都随冻融劣化程度的加深而降低,黏聚力大幅度降低是由于冻融劣化作用起主导作用所致。基于上述试验分析和八面体应力空间二次抛物线形式的压剪破坏准则,构建了平面应力状态下考虑冻融循环次数的混凝土压剪破坏准则。     

剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明：轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。     

天然亚氯盐渍土盐胀累加机理研究

为定性分析天然亚氯盐渍土在多次冻融循环后盐胀量动态变化规律,以罗布泊地区天然亚氯盐渍土为试验用土,在室内进行常规土工试验及反复冻融循环周期性试验.通过7个周期的冻融循环试验,得到固定含水率和密实度、不同周期下的亚氯盐渍土盐胀量数据,并绘制累加过程曲线.进而分析天然亚氯盐渍土的盐胀累加机理,得出结论:典型天然亚氯盐渍土随...     

水库土石坝填土料冻融交替下UU试验力学特征影响分析研究

为研究水库土石坝填筑料土体的力学特征影响特性,设计孔隙度、冻融交替次数下的UU试验,获得了两因素下土体力学特征变化规律。冻融次数、孔隙度均抑制土体应力水平。土体变形阶段拐点应变不受冻融次数影响,但孔隙度增大,可造成拐点滞后,且孔隙度增大,可引起土体线弹性变形能力降低。两抗剪参数与孔隙度均为负相关关系,且冻融交替次数不影响两抗剪参数随孔隙度变化幅度,孔隙度增大2%,黏聚力、内摩擦角平均降幅分别为24.2%、11.1%;黏聚力与冻融次数具有二次函数关系,内摩擦角受冻融影响较小。研究成果可为土石坝等水利工程中填土料土体力学特征影响规律提供一定参考。     

直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

【目的】为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,【方法】通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律。【结果】结果显示：轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低。随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小。其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15%、EPS颗粒体积比由20%增长至40%和60%时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20%、44.73%。【结论】结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感。与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获...     

闽西地区典型煤系土的工程性质分析

为揭示闽西地区典型煤系土工程特性,以龙岩东环高速公路沿线分布的典型煤系土为例,进行大量室内试验,分析煤系土基本工程性质、耐崩解性以及干湿／冻融循环下土样强度指标变化规律等。结果表明:闽西地区煤系土具有塑性指数高、干密度大、压缩系数大等特点。矿物成分为白云母、石英、高岭石,属于中压缩性土、低液限粉质黏土。击实过程中煤系土具有显著颗粒破碎现象。煤系土颗粒间黏结力较低,遇水较易崩解。压实度相同煤系土,其含水率越高越容易被压缩。黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而增大,随含水率增大而减小。压实度与含水率对煤系土黏聚力影响大于内摩擦角。干湿循环 4次或冻融循环 5次后,其压缩强度与抗剪强度趋于稳定,土样基本无裂隙存在。煤系土样孔隙比均随着循环次数、含水率、压实度增加不断减小;黏聚力随着循环次数增加而增大,而内摩擦角呈相反趋势。     

冻融作用下多年冻土区路堑边坡稳定性评价

为阐明冻融作用对多年冻土区路堑边坡稳定性的影响，首先建立粉质黏土黏聚力、内摩擦角与冻融次数之间的定量关系，其次探索冻融作用对粉质黏土抗剪强度的影响机制。最后，建立考虑冻融界面强度参数变化的边坡安全运营预测模型。研究发现:随着冻融次数的增加，粉质黏土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均呈现下降趋势，黏聚力对冻融作用相对更敏感。冻融15次后，边坡安全系数降幅达４7％。当边坡冻融影响深度从2．70ｍ增加至3．20ｍ时，边坡安全系数降低12％。基于室内、外冻融环境转换关系，将室内冻融试验数据直接应用于现场冻融条件下的边坡安全运营年限预测，为边坡稳定性定量化预测提供参考。     

冻融循环对软土力学性质的影响分析

为探究冻融循环过程中软土的冻胀融沉规律、力学性质及力学参数特性等,对松花江避暑城战备路工程软土试样进行室内冻融循环试验。通过改变冻融循环次数测定试件体积膨胀与收缩率,并通过室内三轴试验,测得不同冻融循环次数及不同围压条件下的软土抗剪强度。宏观试验数据及微观分析结果表明:软土在冻胀融沉过程中体积变化率随冻融循环次数的增加逐渐增大,6次冻融循环后,土体冻胀率、收缩率基本保持不变,冻胀融沉现象趋于稳定;随着冻融循环次数的增加,软土抗剪强度先增大后减小,且在第6次冻融循环作用下达到最小值,在后续6~15次冻融循环过程中,抗剪强度逐渐增大,且接近冻融循环作用之前的抗剪强度值;冻融循环作用对软土黏聚力c有显著影响,而与内摩擦角φ无相关性。     

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明：随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%～60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。     

水作用下土石坝黏土心墙抗剪强度衰减规律

为得到土石坝黏土心墙在水作用下抗剪强度的衰减规律,依托济南卧虎山水库工程,通过模型分析和现场取样室内试验,研究了土石坝黏土心墙抗剪强度随含水率的衰减规律。研究建立了土石坝黏土心墙抗剪强度衰减的基本模型,推导了黏土抗剪强度的衰减公式,并分析了含水率和压实度对黏性土体抗剪强度参数的影响规律。结果表明:1黏性土体的黏聚力和内摩擦角影响其抗剪强度;2黏性土体抗剪强度衰减公式由强度参数的待定系数及其表达式构成,可分别通过室内击实试验求解;3压实度一定时,黏聚力随含水率的增大而减小,且最大内摩擦角对应最优含水率;压实度的增大引起抗剪强度增大,但内摩擦角对抗剪强度的影响不显著。     

干湿循环作用对昔格达土体抗剪特性的影响

昔格达土体涉水填方土压力计算时需查明抗剪参数(如黏聚力与内摩擦角)受干湿循环作用的影响。通过真空饱和增湿及自然风干脱湿模拟干湿循环过程,基于固结慢剪试验得到湿化及干湿循环作用下昔格达土体剪应力-位移曲线,分析峰值剪应力、黏聚力及内摩擦角随干湿循环次数变化规律;采用平行粘结接触模型探讨了宏观与微观参数的联系,揭示了干湿循环作用对微观颗粒间粘结及摩擦特性影响的差异性。试验结果表明:湿化作用降低昔格达土体黏聚力及内摩擦角;随干湿循环次数增加,昔格达土体应力-位移曲线从应变硬化过渡至应变软化,峰值强度、黏聚力及内摩擦角均减小并趋于稳定;黏聚力以前3次循环降幅(55.42%)较大,内摩擦角以第2-第4次循环降幅(11.04%)较大,干湿循环对黏聚力影响显著大于对内摩擦角的影响,对内摩擦角的劣化效应存在滞后性。建议工程中可从微观颗粒间粘结作用的角度削弱干湿循环对昔格达土体力学特性的影响。研究结果可为昔格达土涉水工程安全提供参考。     

季冻区公路路基低液限粉质黏土动强度指标的影响因素研究

在季节性冻土区,公路路基土动强度特性的影响因素较为复杂。以探究冻融循环作用对季冻区公路路基强度和变形特性的影响为目的,通过冻融循环作用下的室内动三轴试验,得到动强度指标随冻融循环次数、压实度和振动频率的变化规律,并采用正交试验设计方法进行显著性分析,探究各影响因素的影响程度。结果表明:随着冻融循环次数的增加,动内摩擦角呈现出一定的衰减趋势,但动黏聚力下降明显;随着压实度的增加,动内摩擦角约增加10%左右,动黏聚力值基本呈线性上升趋势,约升高1倍左右;随着振动频率的增加,动内摩擦角无明显变化,其值在31°～35°范围内波动,动黏聚力值呈上升趋势,且经历冻融循环后,上升幅度减小;各因素及其交互作用对动黏聚力的影响从大到小依次为压实度B,冻融循环次数A,交互作用A×B,振动频率C,交互作用B×C,交互作用A×C。研究成果对季冻区公路路基冻胀和融沉的防治,以及公路的服役性能和维护具有参考价值。     

低应力状态下干湿-冻融循环对季冻区膨胀土强度的影响

考虑渠道浅层土体的实际应力状态,开展了一系列低围压下的三轴固结不排水剪切试验,分别研究了干湿循环、冻融循环和干湿－冻融循环三种环境作用对取自黑龙江大庆的膨胀土的应力－应变关系和抗剪强度的影响。结果表明,在低围压下:未经历和经历了三种循环作用的试样,其应力－应变曲线总体上表现为弱应变软化型或应变稳定型;相同围压下,经历了三种循环作用的试样均随作用次数的增加,产生破坏强度明显降低的现象,其中经历干湿－冻融循环的试样在作用８次后趋于稳定,其试样破坏强度降低的幅度最大;经历三种循环作用后,试样黏聚力均呈指数型衰减,而内摩擦角变化不大,其中经历干湿－冻融循环作用的试样黏聚力衰减程度最大。     

冻融循环作用对黄土强度影响的试验研究

以陕西杨凌黄土为研究对象,基于静三轴试验,研究了不同初始含水率、不同低温温度及不同冻融循环次数条件下黄土强度参数的变化情况。不同低温温度对冻融作用改变黄土强度参数从机理上做出解释,为进一步研究冻融循环作用对强度的影响效应提供理论支持;冻融循环试验结果表明,黄土强度参数随冻融循环产生劣化,黏聚力在经过一定次数的冻融循环之后降到最低值,随后趋于稳定,内摩擦角总趋势上略有增大,规律性不明显。     

冻融循环条件下罗布泊天然盐渍土强度变化规律的研究

取罗布泊镇某建筑一定深度天然盐渍土进行室内常规试验,控制天然盐渍土在一定密度和一定含水率状态下进行多次冻融循环,找寻多次冻融循环条件下天然盐渍土强度变化规律。试验结果表明:无论采用击样法还是击实法制备的土样在经历多次冻融循环后,其黏聚力呈现先增大后降低的趋势,而内摩擦角呈现不断增大的趋势;随着冻融循环次数的增加天然盐渍土的干密度不断减小,孔隙比不断增大。更多还原     

冻融循环对固化淤泥土力学性质的影响

为研究固化淤泥土经过冻融循环后的力学性质变化及其劣化机理,通过无侧限抗压强度试验、直剪试验、固结试验等土力学试验对其形变特征、内摩擦角、黏聚力以及压缩特性的变化进行分析。结果表明:固化淤泥土随着冻融循环次数的增加,其无侧限抗压强度、内摩擦角、黏聚力以及压缩屈服压力等重要力学指标均出现减小的现象;6次冻融循环后,固化淤泥土达到承受极限,在此之后试样的各项力学指标将发生突变,破坏类型变为脆性破坏。研究成果可为固化淤泥土冻融循环劣化防治措施的制定提供科学的思路。