季冻区典型土类抗剪强度冻融修正系数研究

目前冻融循环下土抗剪强度变化规律尚无统一认识,工程上也缺少计算依据。选取季冻区3种代表性土类,黏土、粉质黏土和粉土质砂,采用新的制样标准,通过三轴试验,发现冻融循环下土抗剪强度指标变化模式和规律,定义了冻融循环修正系数,以未经冻融循环的抗剪强度指标为基准,并给出冻融循环下典型土类抗剪强度计算公式。结果表明:冻融循环试验中试样制备不能采用常规土样制备标准,否则试样密度离散性被放大,导致试验结果很容易出现离散而没有规律性;冻融循环下黏土、粉质黏土、粉土质砂黏聚力呈指数下降,而内摩擦角随着冻融循环次数的增加呈指数增加,但具体表现不同。冻融循环下粉土质砂黏聚力降低约20%,内摩擦角增加约10%,受冻融影响较少,冻融稳定性较好;粉质黏土黏聚力降低约55%,内摩擦角增加约20%,冻融稳定性次之;黏土黏聚力降低约70%,内摩擦角增加约40%,受冻融影响最大,冻融稳定性最差。     

昆明地区压实红黏土抗剪强度特征研究

对昆明地区压实红黏土开展直剪与三轴试验,研究了压实红黏土在不同含水率与压实度状态下的抗剪强度特征。结果表明:压实红黏土的抗剪强度随着含水率的增加而降低,随着压实度的增大而增大;黏聚力跟内摩擦角均随着含水率的增大而减小、随压实度增大而增大;含水率小于最优含水率时,含水率的变化对黏聚力影响较大,当含水率大于最优含水率时对黏聚力影响相对较小;压实红黏土的抗剪强度跟含水率以及压实度成线性关系。两种试验结果得到的抗剪强度参数变化趋势相同,但数值差别较大,直剪试验得到的黏聚力为三轴试验的0.58倍,内摩擦角为三轴试验的1.34倍。     

异常温度作用对粉质黏土抗剪性能的影响

异常气候对粉质黏土抗剪性能有重要影响,通过对重庆市典型粉质黏土进行异常温度下力学性能研究,分析了异常温度作用下土体抗剪性能的变化规律。结果表明,高温及其持续作用可增强土体的抗剪强度,黏聚力对抗剪性能的影响大于内摩擦角,当高温作用达到一定时间后,内摩擦角则呈现出弱化抗剪性能的作用;黏聚力在各温度作用下,随作用时间的增加而增大,当作用时间超过48 h后,在10～50 ℃温度范围内,温度的变化对土体黏聚力的影响不显著,超过50 ℃以后,黏聚力随温度的增加而增大,当作用时间超过7 d后黏聚力则增加明显;内摩擦角随温度作用时间的增加而增大,当作用时间超过12 h后,在10～40 ℃范围内,温度影响不显著,超过40 ℃后,内摩擦角随温度增加有小幅减小。     

聚丙烯纤维土在冻融循环条件下的抗剪强度分析

为研究冻融循环作用对聚丙烯纤维土抗剪强度的影响规律,采用了全组试验的方法,考虑了3个不同因素(冻结温度、含水率、冻融循环次数)对聚丙烯纤维加筋土的抗剪强度影响,并通过数据分析建立了不同影响因素对聚丙烯纤维土抗剪强度指标的拟合关系式。试验结果表明,在冻融循环作用下含水率对纤维土抗剪强度影响显著性最大,含水率越高,黏聚力和内摩擦角越小;冻融循环中冻结温度越低,内摩擦角越大,黏聚力越低;冻融次数对内摩擦角影响不显著。通过数据拟合,得到一个良好的拟合公式。     

冻融过程中未冻水含量对非饱和粉土抗剪强度的影响

对含水率为18.3%的非饱和粉土进行了冻融过程中不同温度下的直剪试验,用核磁共振测定了冻融过程中孔隙水的相变过程,并分析了未冻水、孔隙冰对其力学性质的影响机制。试验结果表明:(1)非饱和粉土冻结可分为过冷段(-1.15℃)、快速冻结阶段(-1.15℃～-2℃)和稳定冻结阶段(-2℃),快速冻结阶段76%的孔隙水冻结,而稳定冻结阶段未冻水含量只减少7%;(2)冻融过程中黏聚力随温度发生显著变化,内摩擦角变化幅度很小;(3)冻结过程中抗剪强度的变化主要发生在稳定冻结阶段,快速冻结阶段黏聚力仅增大38.5%,内摩擦角基本无变化,而稳定冻结阶段黏聚力增大123.5%,内摩擦角降低12%。得到以下结论:(1)快速冻结阶段黏聚力增大主要是由于孔隙水冻结导致基质吸力增大,毛细黏聚作用增强;稳定冻结阶段黏聚力增大主要是由于冰对土颗粒胶结强度增大;(2)含冰量变化不大时,冻土抗剪强度主要受冰对土颗粒胶结强度的控制,而此胶结强度决定于未冻水膜的厚度;(3)稳定冻结阶段内摩擦角降低主要由孔隙中水冰相变发生体积膨胀时对土颗粒骨架的作用力导致。     

黏土质隧道围岩抗剪强度参数的概率分布及优化实例

以长序列隧道浅埋段第四系坡残积黏性土的抗剪强度参数试验数据为基础,运用皮尔逊X2检验方法和有限比较法分析黏性土隧道围岩抗剪强度参数的概率分布类型并计算其所服从概率分布的概率密度函数。结合具体工程实例,运用贝叶斯(Bayes)方法对黏聚力、内摩擦角进行优化,探讨变异系数与概率分布类型选取之间的关系。研究结果表明:黏土质隧道围岩黏聚力和内摩擦角的最优分布概型分别为正态分布、对数正态分布;极值I型分布不适宜作为坡残积黏土质围岩黏聚力、内摩擦角的概率分布;当变异系数较小时,内摩擦角选用对数正态分布概型与正态分布、β分布相差较小;对于黏聚力,建议选择最优概型;黏聚力、内摩擦角经Bayes方法优化后变异系数减小,数据更趋于合理。     

粘土的抗剪强度指标试验对比分析

抗剪强度是土的重要力学性能之一,室内剪切试验主要有直剪试验、三轴试验、无侧限抗压强度试验。实际工程中常采用较为简便的室内直剪试验来确定土体抗剪强度中内摩擦角φ和黏聚力c。试验表明,对同样性质土样进行直剪试验和三轴压缩试验得出的内摩擦角φ和黏聚力c相差较大。说明了两者之间的差异。     

非饱和土抗剪强度与含水量关系研究

非饱和土的含水量对其的抗剪强度有一定的影响,所以研究非饱和土的含水量与抗剪强度之间的关系有实际的工程意义。以长春重塑粉质黏土为研究对象,通过固结排水试验和不固结不排水试验,研究含水量对非饱和土的抗剪强度指标的影响。结果表明:非饱和土的抗剪强度指标受到含水量的影响,黏聚力随着含水量的增加而升高,存在一个临界含水量,当超过这个含水量时,黏聚力反之降低;内摩擦角随着含水量增加而降低,存在一个临界含水量,超过这个含水量时,内摩擦角反之升高。     

钙源对微生物固化花岗岩残积土效果影响的研究

以巴氏芽孢杆菌为固化菌,研究不同含水率下,氯化钙或乙酸钙对微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化花岗岩残积土性能的影响,基于直剪和电镜扫描试验,从宏观和微观角度对固化效果进行探讨和分析。结果表明:低含水率下的内摩擦角和黏聚力高于高含水率下的内摩擦角和黏聚力;微生物诱导碳酸钙沉淀能有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,改善其内摩擦角和黏聚力,且黏聚力提升幅度较内摩擦角提升幅度大;乙酸钙为钙源的固化效果比氯化钙好,含水率为30%时,乙酸钙为钙源的花岗岩残积土经MICP固化后与相同含水率下未固化的花岗岩残积土相比内摩擦角提高了34%,黏聚力提升了399%;经电镜扫描和能谱仪分析表明:MICP固化生成的碳酸钙沉淀对土颗粒起到了胶结作用,提高了花岗岩残积土的抗剪强度。     

含砂粉质黏土剪切力学指标随深度变化关系研究

含砂粉质黏土具有黏性土和砂性土的共同力学特性。论文以武汉港阳逻港区集装箱铁水联运一期工程为研究背景,在现场采集了不同深度的含砂粉质黏土,开展室内剪切指标土工试验,获取了含砂粉质黏土的剪切力学指标随地层深度的变化关系。结果表明:固结快剪的黏聚力和内摩擦角均随地层深度的增加而变大,黏聚力增加率71.08%,内摩擦角增加率30.48%,两者随深度呈抛物线非线性增大,黏聚力随深度变化的相关性较好,内摩擦角随深度变化相关性较差;直接快剪的黏聚力和内摩擦角也均随地层深度的增加而变大,黏聚力增加率53.96%,内摩擦角增加率20.21%%,两者随深度呈抛物线非线性增大,黏聚力随深度变化的相关性较好,内摩擦角随深度变化相关性一般;固结快剪和直接快剪的剪切指标大小存在明显差异,固结剪切的黏聚力略大于直接剪切,但两种剪切形式的内摩擦角结果却迥然不同。     

柴达木盆地盐湖区盐生植物根–土复合体物理力学性质指标概率统计分析EI北大核心CSCD

根–土复合体抗剪强度值是评价土壤抗侵蚀能力的重要指标,受植物生长期、植物种类等因素影响,植物根–土复合体抗剪强度值往往表现出较大程度的变异性。为有效降低这种变异性,在实际研究过程中需开展一定数量的复合体剪切试验,以便合理地确定根–土复合体抗剪强度值大小,以及复合体抗剪强度影响因素的作用程度。为此,开展定量分析不同植物根–土复合体抗剪强度、影响复合体抗剪强度的主要因素,以及复合体抗剪强度指标与各影响因素之间的关系,是亟待解决的关键问题。基于此,本文以生长于柴达木盆地大柴旦盐湖湖滨区的5种盐生植物根–土复合体为研究对象,通过室内直剪试验对上述根–土复合体原状试样进行直剪试验,获得其抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角j值;通过烘干称重法获得复合体含水率、通过洗根称重法获得其含根量、采用游标卡尺测定法获得其根径。在此基础上,以黏聚力c值、内摩擦角j值、含水率、根径和含根量5项试验值为指标,进一步分析了含水率、含根量和根径3种因素与复合体黏聚力c值和内摩擦角j值的相关性,并采用正态分布、伽马分布、瑞利分布和威布尔分布函数对上述5项指标进行拟合分析,获得了相应分布函数的分布参数;最后采用柯尔莫哥洛夫–斯米洛夫检验(KS test)对上述指标进行分布检验。研究结果表明:复合体5项物理力学性质指标中,含水率与黏聚力c值存在负相关性,含根量与黏聚力c值呈正相关性,其余2项指标(根径、含水率)与黏聚力c值间相关性不显著,且含水率、含根量、根径与内摩擦角φ值间相关性亦不显著;此外,内摩擦角j值服从正态分布和伽马分布,其余4项指标均服从正态分布、伽马分布和威布尔分布;其中,内摩擦角j值最优分布函数为正态分布,黏聚力和含根量最优分布函数为威布尔分布,根径和含水率最优分布函数均为伽马分布。该项研究成果对于合理分析根–土复合体抗剪强度指标的影响因素,进一步深入探讨复合体抗剪强度影响因素之间的相互作用关系具有理论参考价值和实际指导意义,且为合理评价研究区及其与研究区自然条件相类似地区的不同盐生植物增强土体强度,防治盐湖区草原荒漠化现象的发生提供理论支撑,同时对于实现区域生态环境的可持续发展具有重要的现实意义。     

不同饱和度下黏粒含量对土体强度特性的影响

通过对山东东明某风电场细粒土进行不同饱和度、不同黏粒含量的直剪试验,研究了土体剪应力-剪切位移关系及抗剪强度的变化规律。结果表明:细粒土在低饱和度下的剪应力-剪切位移关系呈应变软化,脆性破坏;高饱和度下呈应变硬化,塑性破坏;且土体内黏粒含量越多,剪应力-剪切位移曲线的应变软化行为越弱,应变硬化现象发生得越早;粉土随着饱和度的增加,抗剪强度持续下降无峰值,明显受黏聚力影响;粉质黏土和黏土随饱和度的增加,抗剪强度表现出先升后降的特点,受内摩擦角影响加大;细粒土中黏粒含量不同,土体抗剪强度受饱和度影响的程度和形式便不同。     

柴达木盆地盐湖区盐生植物根–土复合体物理力学性质指标概率统计分析

根–土复合体抗剪强度值是评价土壤抗侵蚀能力的重要指标,受植物生长期、植物种类等因素影响,植物根–土复合体抗剪强度值往往表现出较大程度的变异性。为有效降低这种变异性,在实际研究过程中需开展一定数量的复合体剪切试验,以便合理地确定根–土复合体抗剪强度值大小,以及复合体抗剪强度影响因素的作用程度。为此,开展定量分析不同植物根–土复合体抗剪强度、影响复合体抗剪强度的主要因素,以及复合体抗剪强度指标与各影响因素之间的关系,是亟待解决的关键问题。基于此,本文以生长于柴达木盆地大柴旦盐湖湖滨区的5种盐生植物根–土复合体为研究对象,通过室内直剪试验对上述根–土复合体原状试样进行直剪试验,获得其抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角j值;通过烘干称重法获得复合体含水率、通过洗根称重法获得其含根量、采用游标卡尺测定法获得其根径。在此基础上,以黏聚力c值、内摩擦角j值、含水率、根径和含根量5项试验值为指标,进一步分析了含水率、含根量和根径3种因素与复合体黏聚力c值和内摩擦角j值的相关性,并采用正态分布、伽马分布、瑞利分布和威布尔分布函数对上述5项指标进行拟合分析,获得了相应分布函数的分布参数;最后采用柯尔莫哥洛夫–斯米洛夫检验(KS test)对上述指标进行分布检验。研究结果表明:复合体5项物理力学性质指标中,含水率与黏聚力c值存在负相关性,含根量与黏聚力c值呈正相关性,其余2项指标(根径、含水率)与黏聚力c值间相关性不显著,且含水率、含根量、根径与内摩擦角φ值间相关性亦不显著;此外,内摩擦角j值服从正态分布和伽马分布,其余4项指标均服从正态分布、伽马分布和威布尔分布;其中,内摩擦角j值最优分布函数为正态分布,黏聚力和含根量最优分布函数为威布尔分布,根径和含水率最优分布函数均为伽马分布。该项研究成果对于合理分析根–土复合体抗剪强度指标的影响因素,进一步深入探讨复合体抗剪强度影响因素之间的相互作用关系具有理论参考价值和实际指导意义,且为合理评价研究区及其与研究区自然条件相类似地区的不同盐生植物增强土体强度,防治盐湖区草原荒漠化现象的发生提供理论支撑,同时对于实现区域生态环境的可持续发展具有重要的现实意义。     

不同含水率下重塑红黏土抗剪强度特性的研究

指出红黏土在南方地区广泛存在,有必要对其强度特性进行试验研究,用某工程场地所取红黏土在实验室制备具有不同含水率的重塑土样,采用常规直剪仪测定其抗剪强度指标,据此分析了含水率条件对红黏土粘聚力、内摩擦角及各级法向压力作用下抗剪强度的影响。     

冻融循环条件下饱和粉砂的剪切特性研究

为研究饱和粉砂在冻融循环作用下的剪切特性,基于直剪试验,对饱和重塑粉砂在经过不同次数冻融作用后的黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度的变化开展研究。研究结果表明:随着冻融次数的增加,饱和粉砂黏聚力,内摩擦角及抗剪强度总体均呈现先波动,后平稳,总体下降的趋势;在现有研究的基础上改进,提出饱和粉砂土抗剪强度随冻融循环变化表达式;在实际工程中,当粉砂含水率不小于12%时,进行冻融性质检测循环次数应尽量不小于13次。     

冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律

以西宁市某区域内原状黄土为研究对象,设计封闭系统下的三向慢速冻结试验、恒温恒湿的融化试验以及三轴剪切试验。基于土的莫尔库伦强度理论,利用抗剪强度包线求解黏聚力和内摩擦角,研究不同冻融温度梯度下抗剪强度指标的变化规律。结果表明:随着温度梯度增大,黏聚力衰减速度显著,衰减为极小值时的最不利冻融温度梯度为-15～15℃;冻融黄土的黏聚力与冷端温度、融化温度有关;较低含水率和较小冷端温度耦合作用或较高含水率和较大冷端温度耦合作用时,与冷端温度相比,融化温度为主导影响因素。随着冷端温度的增大,不同含水率试样的黏聚力降低幅度呈先减小、后增大的规律,最不利的含水率为18.34%。内摩擦角呈现出不规律性波动,变化幅度约为0～14°。由试验数据拟合出黏聚力随冷端温度和含水率变化规律的计算式,经试验验证,计算式能较好地描述其变化特性。     

酸、碱作用下秸秆纤维改良黏土力学性能的研究

为研究酸、碱作用下秸秆纤维改良黏土的力学性能,开展在酸碱作用下无侧限抗压强度、直剪与固结试验.对改良黏土,抗压、抗剪强度与黏聚力c随酸浓度的增大而减小,随碱浓度的增大呈先增大后减小的规律;内摩擦角φ、孔隙比e、压缩系数a与压缩指数Cc均随酸碱浓度的增大而增大;压缩模量Es随酸碱浓度的增大而减小.     

土质路堑边坡冻融失稳及植被护坡机理研究

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段路基加宽一侧粉砂质黏土路堑边坡,采用室内三轴实验、现场监测、原位测试等方法,开展了路堑边坡冻融失稳及植被护坡实验研究。三轴实验结果表明：在土体含水率小于最佳含水率时,土体黏聚力随含水率的增加而增大,超过最佳含水率时,黏聚力随含水率增加而减小,在最佳含水率附近达到峰值;土体内摩擦角随含水率的增加而减小。土体黏聚力随冻融循环次数的增加而降低。现场监测结果表明：边坡土体冻结的过程中,水分向冻结锋面迁移;木本护坡植物要比草皮有明显的吸水作用,紫穗槐表现的更加明显。现场直剪实验得出：木本植物根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度明显增大,在同一坡面相近位置,采用紫穗槐和胡枝子护坡时,其根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度大 2 倍左右。理论分析表明：有效地减小坡面荷载,可增加边坡稳定安全系数。     

加筋土筋土界面抗剪强度影响因素试验研究

通过室内筋土界面直剪试验,考虑筋土界面抗剪强度的影响因素,进行了不同剪切速度、筋材空隙率及土体含水率下筋土界面直剪试验,分析了不同因素对筋土界面抗剪强度的影响。试验结果表明,剪切速度主要影响筋土界面的内摩擦角,对筋土界面黏聚力几乎没有影响,随着剪切速度的增加,内摩擦角变大,导致筋土界面抗剪强度增大。筋材空隙率主要影响筋土界面黏聚力大小,空隙率越大,筋材肋条对土颗粒的约束作用越小,筋土界面抗剪强度降低。筋土界面抗剪强度受土体含水率的影响较大,随着土体含水率的增加,筋土界面黏聚力和内摩擦角都明显减小,导致筋土界面抗剪强度显著降低。     

固结对黏性土抗剪强度的影响研究

针对天然沉积黏性土原状土样开展三轴固结不排水剪切和不固结不排水剪切对比试验,探讨固结对抗剪强度及其指标的影响规律。结果表明：土样在固结不排水剪切和不固结不排水剪切试验下,两者抗剪强度变化趋势大致相同,都随着土样含水率的增加而降低;不固件不排水剪切的黏聚力略高于固结不排水剪切的黏聚力,两者黏聚力均随着含水率的增加而降低,内摩擦角变化不明显;固结与不固结不排水剪切下,液限高的黏聚力高于液限低的试样的黏聚力,随着含水率的增加两者间的黏聚力逐渐接近;无论何种固结方式,在归一化含水率w后黏聚力均与归一化含水率w呈线性关系,随着归一化含水率w的增加,黏聚力逐渐降低,内摩擦角变化不明显。