K0固结结构性软黏土的旋转硬化规律研究

从Wheeler等S-CLAY1本构模型出发,在软黏土结构性和塑性各向异性性状前期研究成果的基础上,综合考虑软黏土的塑性各向异性、结构性及其演化规律,将传统本构模型发展为更适用于K0固结结构性软黏土的本构模型。在考虑土体结构性及其演化的基础上,进一步研究土体塑性各向异性及其演化规律,引入旋转极限曲线的概念,通过增加一个表征软黏土各向异性演化速率的参数b,分析旋转硬化对K0固结结构性软黏土受力变形性状的影响,各向异性的初始值则可由常规试验参数获得。选取典型的浙江温州软黏土和Bothkennar软黏土,对比K0固结三轴压缩和三轴拉伸的计算和试验结果,揭示结构性软黏土屈服面旋转硬化的规律,同时对旋转演化速率参数的取值方法和取值范围进行研究。     

饱和砂土三轴试验中反压设置与抗剪强度的研究

为增加试样饱和度而采用反压饱和是室内三轴试验中普遍采用的技术手段,但现行规范对试样中反压取值没有具体规定。通过对福建标准砂的一系列固结不排水和固结排水三轴试验,分析了不同反压、围压下饱和砂土的应力–应变关系、孔压发展规律,并分析了几种常用破坏取值标准下土体强度指标的差异。试验结果表明固结不排水三轴试验中,反压对砂土应力应变关系、孔压发展有明显影响,从而影响强度取值;而在固结排水试验中,施加不同的反压对于砂土抗剪强度则基本无影响。在不排水剪切中,建议反压设为300～500 kPa,且在同一组试样中采用统一的反压对试样进行饱和。在破坏标准上,建议采用最大有效主应力比(σ'₁/σ'₃)_max对应强度作为砂土的不排水抗剪强度;而在考虑土体残余强度时,建议采用超静孔压下降为零为破坏标准。     

重塑粉质黏土的剪切蠕变特性及本构模型研究

通过室内三轴试验,对重塑粉质黏土的剪切蠕变特性进行研究,分析了粉质黏土在不同偏应力水平下和不同偏应力分级方式下的蠕变变形特性。试验表明,粉质黏土的偏应变蠕变变形与对数时间关系具有明显的非线性;在同样的剪切应力水平下,不同的加载分级方式对试样的最终偏应变量有明显的影响,加载分级越多,最终的偏应变量越小。基于试验数据,建立了适合描述重塑粉质黏土蠕变特性的双曲线模型,并对模型参数的物理意义和取值方法进行了讨论。分析表明,模型参数的取值与应力水平及试样的初始孔隙比有关;结合试验结果,给出了粉质黏土剪切蠕变双曲线模型参数取值建议。     

脑畔梁滑坡土体及接触试样物理力学特性研究

脑畔梁滑坡是由黄土和红黏土接触形成的“双层异质”接触型滑坡,研究黄土、红黏土以及黄土-红黏土接触试样的物理力学特性对脑畔梁滑坡治理工作具有一定借鉴意义。通过常规土工试验、激光粒度分析试验、核磁共振试验、崩解性试验和三轴压缩试验,查明了黄土和红黏土的物理力学性质;制备天然含水率和饱和含水率的黄土-红黏土接触试样,对其进行单轴压缩试验和三轴压缩实验,研究表明,天然含水率与高围压饱和含水率接触试样破坏方式为红黏土试样剪胀破坏,低围压饱和含水率则为黄土试样剪胀破坏;脑畔梁滑带埋深较深,受到围压较大,接触面处红黏土更易形成滑带,与勘查结果相同。本文从黄土、红黏土及黄土-红黏土接触试样的物理力学特性入手,初步探究了黄土-红黏土接触面滑坡的形成机理,为该类型滑坡的形成演化机理等研究提供了新的思路。     

粗粒土回弹特性试验研究

对2种粗粒土4种级配料进行了卸载–再加载的三轴固结排水剪试验,比较分析其强度变形特性与单调加载三轴试验条件下特性的差异。重点研究不同试验粗粒料的回弹模量取值规律,分析了回弹模量与初始模量、围压和应力水平等之间的关系。结果表明,围压对回弹模量影响较大而应力水平的影响相对较小;粗粒土的回弹模量约为初始模量的2.5～5.0倍,比目前对黏土等认识的1.5～3.0倍明显大。试验结果为邓肯–张模型等非线性弹性模型甚至弹塑性模型的回弹模量的合理取值提供了重要试验依据。     

桂林重塑红黏土剪切带试验研究

基于红黏土不排水三轴试验,首先观测了红黏土剪切破坏形态,分析其应力-应变曲线特性,讨论了红黏土剪切带形成条件,并对剪切带倾角进行测试与计算。试验结果表明:三轴不排水试验中,剪切带出现四种不同形式,分别为单一型、次单一型、双缝T型及多缝平行剪切带;红黏土剪切带的倾角量测值与剪切带理论计算结果存在较大差异,量测所得剪切带倾角均大于理论计算值,宜采用Mohr-Coulomb理论预测红黏土剪切带倾角;土体的不均匀性是土样产生剪切带的内因,外部荷载及边界条件是产生剪切带的外因,试样的围压及干密度为剪切带倾角的影响因子。     

土的抗剪强度的取值标准问题

本文针对土的抗剪强度的取值标准问题作了简单的述评,分析了影响抗剪强度取值标准的若干因素,回顾了我国SDS01-79规程中有关本问题的条文和建议以及规程在使用中的经验。最后提出了三轴试验强度取值标准方面的一些建议。     

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。     

非饱和云南红黏土排气及不排水强度试验研究

选取云南红黏土,对其进行强度试验研究,通过三轴试验方法,对饱和度:50%,60%,70%,80%非饱和土进行排气、不排水三轴试验,利用Origin软件,将试验数据结果对比分析,研究出了分别在排气、不排水情况下饱和度对剪切强度影响。     

COx黏土岩三轴压缩蠕变特性及速率阈值试验研究

 黏土岩具有低渗性和自我裂缝修复能力等优点,被用于高放废物地质处置的候选基岩。出于高放废物处置库的长期性及高安全性要求,研究黏土岩的蠕变破坏特征显得极其重要。通过一系列黏土岩的单级三轴压缩蠕变试验,获得Callovo-Oxfordian(COx)黏土岩较为精确的蠕变速率阈值范围。试验结果表明,发生蠕变破坏的蠕变速率阈值与黏土岩的湿度及所处围压等因素有关。总体上,当轴向蠕变速率低于2.5 µε/h,该类黏土岩很难发生蠕变破坏;但若高于58 µε/h,则黏土岩极易发生加速蠕变破坏;而处于两者之间的速率值,目前试验尚无明确结论。该阈值可用于在稳定蠕变阶段判断黏土岩是否会出现加速蠕变破坏。     

三轴应力下再生粗骨料塑性混凝土的力学性能和破坏准则

通过单轴、侧压相等和侧压不等三轴压缩试验,研究了再生粗骨料塑性混凝土(RPC)的应力-应变-强度特征,与原生粗骨料塑性混凝土(PC)性能进行了对比,并建立了基于空间八面体的强度破坏准则.结果表明:再生粗骨料塑性混凝土强度与围压的关系符合库伦破坏准则,其黏聚力低于原生粗骨料塑性混凝土,内摩擦角相差不大;再生粗骨料塑性混凝土应力-应变曲线由单轴下应变软化转变为三轴下塑化,且侧压越大,理想塑化越明显;在3种试验下,试件均出现了最大体应变,且随着侧压的增加而增大;再生塑性混凝土抗裂性能高于原生粗骨料塑性混凝土,且随侧压增大而增强.     

Triaxial extension and tension tests on lime-cement-improved clay

This paper presents the results of a series of undrained and drained isotropic consolidated triaxial extension, tension and compression laboratory tests on lime-cement-improved very soft clay. The main objective of these tests was to investigate the material strength and stiffness properties for stress conditions similar to those expected on the passive side of excavations where a retaining structure is supported by Deep Mixing columns. The different stress paths to failure were obtained by varying the directions of the major and minor principal stresses in a conventional triaxial test cell. The undrained tests conducted at low consolidation stresses, corresponding to depths of approximately 0–10 m below the ground surface, revealed significant differences in undrained strength depending on the directions of the major and minor principal stresses, indicating anisotropic material behavior. Based on the undrained triaxial test results, the relationship among the undrained strength, the effective consolidation stress and the over-consolidation ratio (OCR) is presented for different stress paths to failure.The experimental data from the drained tests show that a failure surface comprised of a shear failure function based on the Mohr-Coulomb failure criterion and a tensile failure function based on the tensile strength and the confining stress can be applied for lime-cement-stabilized clay.     

A new true triaxial cell for testing mechanical properties of rock, and its use to determine rock strength and deformability of Westerly granite

A new true triaxial cell has been designed, fabricated, calibrated, and successfully tested. Its main feature is very high loading capability in all three orthogonal directions, enabling the testing to failure of hard crystalline rocks subjected to large least and intermediate principal stresses. All three principal stresses applied to rectangular prismatic specimens, 19×19×38 mm in size, are servo controlled. The cell was used to conduct an extensive series of tests in Westerly granite. A new true triaxial strength criterion for the rock was obtained that takes into account the effect of the intermediate principal stress. This turns out to be so significant that it raises serious questions about the suitability of criteria such as those named after Mohr, Coulomb, Griffith, and others. Measurements of strain in all three principal directions revealed that the onset of dilatancy relative to the major principal stress at failure rises substantially as the intermediate principal stress increases. The true triaxial tests also demonstrate that for the same least horizontal stress the main fracture dip angle in Westerly granite increases as a function of the intermediate principal stress, suggesting a strengthening effect. Limited thin section and SEM study shows that microcrack propagation, crack localization, and main fracture characteristics are basically similar to those observed in common triaxial tests.     

盐岩短期强度和变形特性试验研究

分别选定湖北应城盐矿和江苏金坛盐矿为示范工程,通过盐岩单轴压缩试验、三轴压缩试验及巴西劈裂试验,对两盐矿的盐岩试样的短期强度和变形特征进行分析,获得盐岩的短期强度和变形的力学参数。分析表明,两盐矿的盐岩表现出许多共同的力学特性,但在量值上却有差异。利用试验结果绘制莫尔包络线,分别得到两盐岩的强度参数,结果表明,两地盐岩的强度均符合Mohr-Coulomb破坏准则。试样弹塑性变形能力和扩容变形能力的分析表明,盐岩具有一定的塑性变形和扩容变形能力,高围压下还表现出明显的应变硬化特征。本研究成果可为盐岩地下工程稳定性分析及能源深部地下储存及选址提供一定的参考。     

砂土中主应力与内摩擦角统一关系研究

提出了一种适用于砂土的各向异性破坏准则,该准则能够反映不同砂土各向异性破坏特性,其参数可以根据某些特定应力区的三轴压缩和三轴拉伸试验结果获得,即根据强度比值确定。为了考虑不同应力区内的中主应力对内摩擦角的影响,提出了广义中主应力系数和广义内摩擦角的概念和表达式,并且建立了基于一种各项异性破坏准则的内摩擦角和中主应力系数的统一显示表达式。通过对一些真三轴试验结果预测,结果表明所提出的摩擦表达式能够整体上描述各向异性砂土的中主应力系数对内摩擦角的影响。     

砂卵石-砂土复合试样大三轴数值试验及验证

基于北京地下直径线典型砂卵石地层试样的大型三轴排水试验结果,利用通用有限元软件ABAQUS采用Mohr-Coulomb本构模型对复合土样三轴试验的破坏过程进行了数值模拟,基本上再现了土样三轴试验的偏应力-应变关系,说明数值计算能够有效地模拟土样的三轴试验。在此基础上,通过不同砂层厚度试样的数值试验,探究了砂层对复合试样强度和破坏规律的影响。计算结果表明:试验围压,试样中砂土的位置及厚度对于砂卵石-砂土试样的强度及破坏模式有显著的影响。     

一种基于GSI弱化的应变软化模型

Mohr-Coulomb和Hoek-Brown破坏模型是目前运用最广泛的两种岩体破坏模型。为了能够直观地描述围岩高应力条件下的脆性破坏,众多学者提出基于这两种破坏模型的岩体参数取值方法,主要包括基于Mohr-Coulomb模型的CWFS模型以及基于Hoek-Brown模型的DISL模型和BDP模型。上述模型在表征岩石的脆性破坏方面均有一定的适应性,但是由于存在高围压条件下的硬化现象以及参数取值物理意义不明确等问题,其在实际工程中的应用受到一定限制。在上述模型的基础之上进一步研究Hoek-Brown破坏模型的参数取值规律,在分析地质强度指标GSI值在岩石压缩变形过程中的变化规律的基础上,通过构建地质强度指标GSI值与围压以及塑性应变的函数关系式,建立一种新的基于GSI弱化的应变软化模型——GSI弱化应变软化模型;然后通过锦屏二级水电站白山组大理岩以及Tennessee大理岩三轴压缩试验数值模拟对该模型进行验证。分析表明：该应变软化模型能够较好地模拟大理岩的三轴力学特性。最后运用该模型评价锦屏二级水电站引水隧洞开挖松弛范围,可为岩体开挖支护提供一定参考。     

堆石料平面应变条件下统一强度理论参数研究

 堆石料的常规三轴、方形三轴和平面应变试验对比分析表明,方形三轴试验的应力–应变曲线与常规三轴的存在显著差异,方形三轴试验对应的峰值强度高于常规三轴试验,堆石料密度较大时,应力–应变曲线呈现软化特征,存在明显的偏应力峰值。任何一组方形三轴试验对应的莫尔圆大致具有同一条公切线,平面应变试验也具有类似的强度特性,可采用直线型Mohr-Coulomb破坏准则描述堆石料的强度特性,同一种堆石料在平面应变条件下破坏时的Lode参数基本保持不变,且在数值上近似等于方形三轴试验对应内摩擦角的正弦值。在试验结果的基础上,通过双剪强度理论建立平面应变条件下堆石料的强度与方形三轴强度的关系式。对平面应变状态下堆石料强度影响因素分析表明,在本文的模型框架内,平面应变状态下的内摩擦角仅与三轴应力状态下的内摩擦角相关,而对应的黏聚力主要取决于方形三轴试验对应的黏聚力,三轴应力状态下的内摩擦角对其影响较小。通过与试验数据的对比表明,本文建立的强度关系式基本可以描述堆石料在平面应变条件下的强度特性。     

An Investigation of Diffuse Failure Modes in Undrained Triaxial Tests on Loose Sand

In this paper we present an experimental study performed as an attempt to exhibit non-localized, diffuse failure deformation modes in sand specimens submitted to test conditions leading to unstable failure. In particular, we are interested in diffuse modes which may appear in common triaxial compression tests on undrained loose sand specimens. A special series of triaxial compression tests are reported. These tests resemble the common triaxial compression tests but are modified in such a way that after the peak in the stress-strain curve, test control is changed from strain-control to stress-control. More precisely, a special kind of load-control is used, based on an original device which allows to recover displacement-control after a dynamic step in the post-peak regime. It is shown that the control used allows for the observation of the failure modes occurring in the unstable branch of the test.     

城市固体废弃物残余变形特性试验研究

利用中型动三轴仪,对城市固体废弃物（MSW）进行了残余变形试验研究,采用改进的沈珠江模型对MSW的残余变形模型参数进行拟合,在此基础上,讨论了不同破坏标准下的应力水平对模型参数的影响,建议了适合MSW的残余变形模型应力水平指数。MSW属于应变硬化型材料,应力和应变曲线没有明显的峰值,不同破坏标准条件下,相同固结比的MSW具有不同的应力水平,因此建议用固结应力比来代替应力水平,提出了适用于MSW的残余变形修改模型,修改后的模型不必考虑破坏标准对残余变形参数的影响,应用更加方便。