定向剪切应力路径下击实黄土各向异性试验研究

为了研究在定向剪切应力路径下击实黄土的各向异性对其强度和变形特性的影响,利用空心圆柱扭剪仪对击实黄土进行了沿不同主应力轴方向的定向剪切试验,重点探讨中主应力系数b、主应力方向角?对剪切过程中击实黄土强度和变形的影响。试验结果表明,随着主应力方向角的增加,强度呈现出先减小后增大的变化规律,说明击实黄土存在显著的各向异性。在不同b值条件下,广义剪应力–应变曲线的割线模量在0°~30°随着?角增加而降低,在60°以后逐渐增大。通过分析广义剪应力–剪应变曲线变化规律和已有的研究成果,建议采用峰值广义剪应力作为定向剪切下击实黄土的破坏标准;当广义剪应变达到15%仍未出现广义剪应力峰值时,取15%广义剪应变对应的广义剪应力作为击实黄土的破坏标准。击实黄土各向异性特性还表现在b=0.5时各主应力方向上的强度较b=0.0时的强度低。     

考虑主应力方向的Q2原状黄土定向剪切试验研究

为了研究在定向剪切下主应力偏转角对Q₂原状黄土强度与变形特性的影响,探讨了在定向剪切荷载作用下Q₂原状黄土的变形与强度特性,对比分析了重塑黄土与原状黄土结构性对剪切特性和非共轴特性的影响。结果表明：由于原状黄土内部结构性差异,当主应力偏转角α在0°和15°时,应变增量方向角随着α的增加而逐渐增加,非共轴性增强;当主应力偏转角α在30°～90°之间时,应变增量方向角随着α的增加而逐渐减小,非共轴性减弱,整体上呈先增强后减弱的趋势。该原状黄土达到破坏时的总广义应变值较小,通常为2%左右达到峰值强度,然后迅速发生较大变形而破坏。     

平面应变条件下黄土的竖向加载变形与强度特性分析

针对黄土地区工程建设中的平面应变问题,该文利用西安理工大学真三轴仪,在不同围压条件下进行了不同含水率黄土竖向裂隙向大主应力加载的平面应变试验,研究了原状黄土的平面应变强度、变形特性,以及中主应力变化规律。表明低固结围压条件下,低含水率黄土的平面应力应变曲线呈原生结构损伤软化型;随着固结围压增大,压缩损伤增强,平面应力应变曲线呈次生结构形成硬化型。黄土原生结构损伤软化剪切过程伴随着剪胀变形;压缩损伤次生结构形成剪切过程伴随剪缩变形。平面应变固结竖向加载剪切过程中平面应变方向上的主应力由小主应力逐步转换为中主应力,中主应力系数由单调减小转变为单调增大,破坏时的中主应力系数介于0.15～0.35之间。不同含水率黄土平面应变剪切强度破坏线近似为线性关系;随着含水率的增大,粘聚力明显增大,内摩擦角基本不变。     

定轴剪切条件下砂土强度与非共轴性试验研究

针对现有定轴剪切试验大多忽略中主应力系数b值变化这一问题,基于不同力系之间的映射关系,严格推导了空心圆柱扭剪仪4个外荷载的加载参数。采用重塑福建标准砂试样,分别在2组围压下开展主应力方向固定的剪切试验,研究主应力方向角α不同时,砂土变形、强度、非共轴性等力学特性的差异。结果表明:砂土的强度、应力-应变关系等力学特性均具有显著的应力方向依赖性;随着应力方向从0°到90°变化,应力路径表现为2个变化阶段,峰值强度先减小后增大,在α为67.5°附近取极小值;对比大主应变增量方向与大主应力方向之间的关系,发现当偏应力比较小时,试样存在明显的非共轴现象,随着偏应力比的增大,应变增量方向逐渐趋近于应力方向。     

中主应力系数和主应力方向对原状黏土各向异性的影响研究

针对当前土体各向异性影响因素的研究比较缺乏,且研究对象多为无黏性土的现状,采用空心圆柱扭剪仪对中主应力系数和主应力方向变化情况下的杭州典型原状黏土的各向异性进行研究.试验结果表明:剪切过程中,中主应力系数b的取值对原状黏土的各向异性有显著影响,而主应力作用方向对原状黏土的各向异性无明显影响.b = 0时,原状黏土沿沉积方向呈横观各向同性.b = 0.5时,无论主应力作用方向如何,原状黏土试样的各向异性在应变上表现为轴向应变与切向应变大小相等、方向相反,体积应变始终等于第二主应变;当主应力轴偏转角较小时,试样破坏时表现出明显的剪胀性和应变软化现象,随着主应力轴的偏转角增大,试样在破坏时开始表现出明显的剪缩性,应变软化现象也逐渐消失,而b=0时则没有这样的特点.另外试验结果还表明,原状黏土在沉积方向上的压缩性最低,而与沉积方向成50°方向的压缩性最高.     

竖向加载下填筑黄土边坡土体强度特性研究

利用真三轴仪,对重塑黄土进行了竖向加载条件下的平面应变试验,研究其在平面应变条件下的应力-应变关系、中主应力的变化特性和强度特性。试验结果表明:竖向主应力加载过程中,重塑黄土的应力-应变曲线均为硬化型或强硬化型。同一压实系数和固结围压条件下,含水率愈小,重塑黄土的强度就越高;同一含水率和固结围压条件下,压实系数越大,重塑黄土的强度就越高;同一含水率和压实系数条件下,固结围压越大,重塑黄土的强度就越高;重塑黄土的中主应力随轴向应变的增大而增大,固结围压越大,含水率越小,相应的中主应力越大;随着含水率的增大,黏聚力衰减明显,内摩擦角略有减小;随着压实系数的增大,黏聚力显著增大,内摩擦角几乎不变。     

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。     

初始主应力方向对饱和粉土不排水剪切特性的影响

利用“土工静力–动力液压–三轴扭转多功能剪切仪”,针对山东东营原状饱和粉土和采用 3 种初始成样含水率夯击法制备的重塑饱和粉土,在初始平均主应力为 100 kPa ,初始中主应力系数为 0.5 ,初始偏应力比为 0.433 ,初始主应力方向角分别为 0 °, 30 °, 45 °, 60 °, 90 °的非均等固结条件下,保持平均主应力和中主应力系数恒定进行了应力控制式不排水静力扭剪实验。着重探讨了初始主应力方向和初始成样含水率对粉土应力–应变关系、孔隙水压力变化与有效应力路径等的影响。实验结果表明：初始主应力方向对原状粉土和重塑粉土的变形与强度特性的影响程度有所不同;初始成样含水率对饱和重塑粉土的变形及强度特性具有显著影响。     

排水条件下原状软黏土各向异性和非共轴特性试验研究

目前针对黏土各向异性的试验研究大多是在不排水条件下进行的,排水条件下的研究较为缺乏。采用空心圆柱扭剪仪,在不同的中主应力系数b和大主应力方向角?下对温州原状软黏土进行定向排水剪切试验。试验结果表明:各向同性固结的软黏土,在不同的大主应力方向角下的应力–应变发展关系存在着明显差异;相比于不排水条件,排水条件下的土体应变发展较为平缓,应变急剧发展的拐点不明显;中主应力系数对于应变发展有明显影响,并且当中主应力系数处于[0.5,1.0]区间中此影响更加显著;在定向剪切过程中,黏土的非共轴特性与大主应力方向角?存在着明显的关系,在?=0°和90°时非共轴特性不明显,非共轴特性在?=45°处出现拐点。这些结论可加深对软黏土在排水条件下各向异性的理解,为建立更加合理的软黏土本构模型和指导工程设计提供一定的基础。     

土体平面应变条件下的主应力关系

平面应变条件下土体中主应力之间的关系，其实质是特定应变路径条件下土的应力-应变关系，为土的一个重要力学特性。在平面应变条件下将土体的变形和强度特性简化为二维问题处理时，其关键就在于如何简单、合理地确定平面应变方向上的主应力大小。基于弹塑性理论及土的试验规律，在平面应变的简单加载条件下，假定主应力之间的关系为双线性函数，并利用一维固结和破坏时的主应力状态，确定双线性函数的系数，得到平面应变方向上主应力计算公式的一个较合理形式，为应力状态和材料性质的函数。建议的主应力关系体现土体在平面应变条件下的变形机制，在b-R坐标内通过3个关键点：初始点（1，1）、一维固结应力状态点（bc，R）、破坏应力状态点（bps, Rps）。通过与试验数据的比较证明所提双线性主应力函数的合理性，它可合理地描述平面应变方向上主应力的变化趋势，并且形式简单，易于工程应用。     

应力方向效应对软黏土变形和孔压特性影响的试验研究

利用空心圆柱扭剪仪对原状软黏土开展了系列含主应力方向旋转条件下的试验研究:包括单纯旋转主应力方向、单纯往复旋转主应力方向以及主应力方向旋转的同时增加剪应力等典型应力路径。主要研究应力方向效应对软黏土变形及孔压特性的影响。通过参数对比研究,分析了中主应力系数b、剪应力水平、应力旋转方向及与剪应力耦合作用的影响等。试验结果表明:在主应力大小保持不变的条件下,主应力方向的旋转也会引起软黏土显著的应变和孔压或体应变的累积,中主应力系数对应变和孔压的变化规律均有一定的影响,b=0.5时,试样接近平面应变;b=0.75时,孔压随应力旋转累积最显著。剪应力越大,主应力方向旋转引起的应变和孔压也越显著。应力方向效应和剪切对土体具有叠加耦合作用。     

考虑主应力方向变化的原状黏土强度及超静孔压特性研究

针对许多实际岩土工程问题中,土体所受应力路径主应力方向会旋转变化的特点,采用空心圆柱仪(HCA)对主应力轴方向突变和连续旋转条件下杭州典型原状黏土的强度和孔压特征进行研究。试验表明:土体强度主要受原生各向异性影响,试样在破坏时的主应力作用方向以及中主应力参数是影响土体强度的主要因素,而主应力轴旋转对于强度则无显著影响;试样无论是否经历主应力轴旋转,在破坏时都会有显著的剪切带产生,同时剪切带平面与大主应力作用方向的夹角基本保持一个常数;主应力轴旋转会引起土中孔压积累,积累程度受主应力轴转幅及旋转时剪应力幅值、剪应力水平支配。这部分孔压增量较之主应力方向固定不变剪切产生的极限孔压而言不能忽略。     

不同中主应力系数和负温条件下冻结砂土真三轴试验研究

为研究冻土在复杂应力路径下的力学性质,利用自主研发的冻土真三轴仪,研究了温度和中主应力系数bf对冻结砂土强度和变形特性的影响.试验结果表明:不同试验条件下的偏应力–大主应变曲线均表现出应变硬化的特性.当0≤bf≤0.5时,破坏强度随bf的增加而增加,当b从0.5增长到1时,破坏强度表现出降低的趋势,且bf>0时的强度均...     

纯主应力轴旋转下饱和软黏土的循环弱化及非共轴性

采用空心圆柱扭剪仪对原状饱和软黏土进行了纯主应力轴旋转应力路径的循环不排水试验,加载过程中维持平均应力、广义剪应力和中主应力系数不变。观测了孔隙水压和各应变分量在循环加载过程中的变化特性,着重探讨了中主应力系数及广义剪应力对变形刚度以及非共轴特性的影响规律。主应力偏转的循环剪切路径下,存在扭转剪切和轴向剪切两种不同的循环应力应变响应。试验结果表明:循环加载路径下饱和软黏土的孔压及应变产生累积效应,应力应变刚度呈现各向异性弱(强)化效应,而应变增量呈现显著的非共轴性;中主应力系数b影响特性表现为,b值越大则刚度弱化越显著。试验观察还发现,剪应力水平较低时循环变形刚度表现为强化,非共轴角趋于增大;反之,剪应力水平较高时,伴随着循环弱化,非共轴角趋于减小。     

主应力轴往复循环旋转下砂土的变形特性研究

针对波浪、交通等动荷载下土体所受应力状态往往具有主应力轴循环旋转这一特性,本文对粉细砂进行了一系列主应力轴往复循环旋转应力路径下的空心圆柱扭剪试验,分析了粉细砂在主应力轴往复循环旋转条件下的基本变形规律,并重点研究了粉细砂的非共轴变形特性。通过试验发现,在主应力轴往复循环旋转的应力路径下,粉细砂会产生明显且随旋转次数增加逐渐累积的塑性变形;中主应力系数和循环起始角度对粉细砂轴向应变、剪切应变及体应变等的变化有着明显影响;主应力轴往复循环旋转过程中砂土的非共轴角不可忽略,其变化规律受循环起始角度的影响;主应力轴旋转方向相反时,对应于同一主应力方向角非共轴角会相差90°左右。     

主应力方向对饱和松砂不排水单调剪切特性影响的试验研究

利用大连理工大学新开发的“土工静力–动力液压–三轴扭转多功能剪切仪”,针对相对密度为30%的福建标准砂,在不排水条件下控制试验过程中主应力方向、中主应力系数、平均主应力保持不变,进行了单调剪切试验。以此着重探讨了主应力方向对有效内摩擦角、有效应力路径及应力-应变关系的影响。研究表明,主应力方向对在不排水条件下饱和松砂的单调剪切特性具有显著影响。     

K_0固结粉质黏土非共轴特性试验研究

为研究主应力轴定向旋转条件下K_0固结饱和粉质黏土的强度特性和变形特性,利用GDS三轴试验系统,进行K_0固结饱和粉质黏土三轴定向剪切试验,研究不同大主应力方向角β时K_0固结饱和粉质黏土的应力–应变发展规律及应力–应变非共轴现象。结果表明:当β45°时,K_0固结粉质黏土表现为轴向压缩变形为主,其抗剪强度随着β的增大而增加;当β=45°时,试验变形以扭剪变形为主;当β45°时,试样轴向由剪缩变形转换为剪胀变形,径向和环向表现为挤缩变形,其抗剪强度随着β的增大而减小,土体抗剪强度最大值出现在β=60°时,而非纯扭剪试验β=45°时。K_0固结粉质黏土在τ_(zθ)/σ_(c0)-(σ_z-σ_θ)/(2σ_(c0))平面上强度包络线近似呈抛物线形。除纯扭剪试验外,其余组试验结果表明K_0固结粉质黏土应力–应变关系表现出明显的非共轴现象。上述研究成果为复杂应力路径条件下K_0固结饱和粉质黏土的力学特性及其本构关系研究提供了科学依据。     

不同小主应力和负温条件下冻结粉质黏土平面应变试验研究

针对冻结法施工中的平面应变问题,利用改进的安徽理工大学冻土真三轴仪进行平面应变试验,分析冻结粉质黏土在不同小主应力和负温条件下的强度和变形特性,建立基于Weibull分布和Drucker-Prager强度准则的冻结粉质黏土损伤本构模型。理论和试验结果表明：同一温度下,不同小主应力下的应力–应变曲线呈现不同程度的硬化特征。破坏强度随小主应力的增加表现出先增后减的规律,随温度的降低呈线性增长的趋势。建立的非线性莫尔–库仑强度准则可以近似描述冻结粉质黏土的强度随小主应力增大而呈现出的非线性变化特征。不同试验条件下小主应力方向的应变均为膨胀变形,体应变均呈现剪缩的特性。随着小主应力的增大,试样的变形模量呈现先增后减的趋势;当小主应力相同时,其值随温度的降低而增大。当温度相同时,破坏时的中主应力随小主应力的增大同样表现出先增后减的趋势。建立的损伤本构模型可以较好地反映复杂应力路径下小主应力和温度对冻结粉质黏土强度和变形特性的影响。     

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。     

粗粒土在三向卸载时的强度特性试验研究

卸载是引起岩土材料破坏的常见工况,为了研究粗粒土在不同中主应力系数b情况下三向卸载时的强度特性,使用真三轴仪对粗粒土进行偏应力q保持300kPa不变,球应力p不断减小的等q、等b三向等量卸载试验,分析三向卸载条件下粗粒土的强度特性,研究常用强度准则对卸载条件粗粒土的适用性。试验结果表明:在三向等量卸载条件下,粗粒土的强度参数与中主应力系数b有关;对于不同的b值,b=0时的内摩擦角φb最小,破坏应力比Mb最大;破坏应力比Mb随着b的增大而减小,且随着b的增大,减小的梯度在逐渐减小;内摩擦角φb在b值较小时随着b的增大而增大,在b值较大时随着b的增大而减小,3个方向剪切的共同影响可以解释这一变化规律;Matsuoka-Nakai强度准则、粗粒土应力不变量强度准则和Lade-Duncan强度准则这3个强度准则都能反映内摩擦角φb与b之间的这一规律,其中,Matsuoka-Nakai强度准则在b值较小时与试验结果较为接近,粗粒土应力不变量强度准则在b值较大时与试验结果较为接近;粗粒土角隅函数强度准则与等q、等b试验结果较为吻合。