含水量对昆明非饱和土抗剪强度影响的试验研究

在岩土工程领域,绝大多数土体位于地下水位以上,处于非饱和土状态,尤其是公路、坝体、浅层边坡等工程。非饱和土的抗剪强度与其含水量(饱和度)或基质吸力关系密切。利用改进的直剪仪,对不同初始含水量状态下的昆明地区非饱和土体进行抗剪强度试验,获得了含水量与非饱和土体抗剪强度及其指标参数之间的关系,结果表明,在相同试验条件下土体的抗剪强度随着含水量的减小而不断增大。     

含水量对非饱和土性质的影响

通过研究含水量变化对非饱和土体抗剪强度的影响和含水量变化对非饱和土体基质吸力的影响以及非饱和土的总粘聚力与土体含水量的关系规律,揭示含水量对非饱和土性质的影响规律,为以后类似的工程提供帮助.     

离子型稀土矿体强度特性试验研究

为研究离子型稀土矿体的抗剪强度特性,基于GDS非饱和三轴试验系统,对江西龙南地区典型的离子型稀土重塑矿体开展饱和三轴剪切试验和控制吸力的非饱和三轴剪切试验。研究发现:离子型稀土饱和矿体的应力-应变关系呈弱软化型,稀土矿物颗粒的黏聚力对抗剪强度贡献较小,矿体的抗剪强度主要由矿物颗粒之间的摩阻力承担;非饱和矿体的抗剪强度对基质吸力的变化较为敏感,随着基质吸力增大,吸附强度呈非线性增加,应力-应变关系由硬化型逐渐转变为弱软化型,非饱和矿体的的抗剪强度有所提高,而基质吸力的内摩擦角φ~b呈非线性减小,表明基质吸力对非饱和矿体抗剪强度的贡献是有限的;利用乘幂函数对基质吸力与吸附强度的关系进行拟合,据此提出适合龙南类型离子型稀土非饱和矿体的抗剪强度公式和有效应力表达式。     

降雨作用下矸石山边坡稳定性弱化成因研究

将矸石散体归属为非饱和土,基于非饱和土抗剪理论研究了降雨作用下边坡抗剪强度变化过程及弱化机理,采用FLAC对降雨前后工况下矸石山边坡的稳定性进行了数值模拟分析。分析结果表明,在雨季随着持续降雨,矸石山边坡基质吸力明显降低,抗剪强度显著弱化,在非雨季边坡则具有一定的抗剪强度;降雨后矸石山边坡的变形速度、位移以及剪应力增量均明显增加,滑动趋势的范围有所增大,边坡稳定性及安全储备明显降低,易发生滑坡事故。进行了实际降雨作用下的矸石山稳定性的现场监测试验,试验得出的结论与理论分析及数值模拟基本一致。     

非饱和网纹红土比例加载特性研究

通过利用应力控制式全自动GDS静三轴仪对含水率相同、干密度相同的重塑网纹红土进行不同基质吸力条件下的恒应力比的三轴固结排水试验,研究了非饱和网纹红土比例加载特性.研究结果表明:(1)在不同恒应力比的分级加载条件下,非饱和网纹红土的基质吸力平衡过程中,反压排水量有一个明显的转折点,此转折点可作为判断基质吸力是否到达平衡的标志;(2)通过对比不同基质吸力下的轴向应变和时间的关系曲线发现,基质吸力的增加引起轴向应变增加;(3)在偏应力保持不变的条件下,基质吸力的增加没有引起轴向应变的显著增加;(4)不同基质吸力条件下的偏应力和净平均应力之间呈直线关系,其斜率近似为恒应力比;(5)提出了一种可以预测非饱和网纹红土比例加载条件下的径向应变的方法.     

降雨-地震耦合作用下某大型弃渣场稳定性分析

为研究土体非饱和情况下、降雨入渗与震动耦合作用下弃渣场的稳定性,以云南某弃渣场为例,运用GeoStudio软件拟对模型施加强降雨、地震等工况.模拟研究结果表明:强降雨导致弃渣场浅层土体渗透系数迅速上升,浅层土体含水率接近饱和,极大减少土颗粒间基质吸力,影响土层有效应力,并降低弃渣场抗剪强度;在此基础上施加地震动力场后,...     

某滑坡非饱和土的土水特征曲线试验研究

岩土工程中绝大部分土体位于地下水位以上,处于非饱和状态。对于土质边坡而言,降雨引起土体内含水量的增加,吸力减小,使得非饱和土的抗剪强度降低,从而影响边坡工程安全稳定性。针对非饱和土的吸力与饱和度之间的关系,采用饱和盐溶液控制吸力,测定了2种不同干密度滑坡非饱和土体的土水特征曲线。结果表明,低吸力段,干密度越大持水性能越低,而高吸力段干密度对土水特征曲线的影响不明显。     

含水率对排土场黏土抗剪强度参数的影响

为得到排土场非饱和黏土强度计算公式,在常规三轴仪上对不同含水率的原状土和重塑土进行不固结不排水(UU)试验,分析强度参数黏聚力和内摩擦角与含水率之间的关系。结合试验结果,得到了非饱和黏土的抗剪强度计算公式。实际工程应用中,测得土样的含水率,可以计算得出非饱和土的抗剪强度。     

降雨入渗作用下排土场边坡动态稳定性分析

在排土场边坡设计中,通常采用传统的稳定性计算理论,仅考虑固体和饱和静水的作用,而没有考虑降雨入渗对坡体内非饱和带孔隙水压力变化的影响,即基质吸力变化对土体强度的影响,从而计算的安全系数偏高,很容易造成雨季排土场边坡失稳。为解决此问题,借助非饱和土力学理论,采用数值模拟降雨入渗时间域内基质吸力的分布状态,得到土体抗剪强度随降雨入渗的实时值;然后采用弹塑性有限元计算方法,得出边坡应力状态的力学响应;最终用应力有限元法计算整体排土场边坡随降雨入渗的动态稳定性安全系数。计算过程采用己被非饱和土力学界认可的GEO-Studio系列软件实现。计算结果表明,排土场边坡安全系数随降雨入渗基质吸力的降低而降低,随着蒸发作用基质吸力增大而增大。因此,在排土场设计时,要考虑降雨工况作用下的安全系数作为设计安全系数,并且在边坡坡顶和坡面设置截排水沟,有组织地将雨水排出排土场界限以外,进而保证排土场边坡的安全稳定性。     

滤纸基质吸力率定曲线的率定方法

针对以往采用压力板仪率定滤纸基质吸力试验方法无法真实反映滤纸实际测量时所处土体环境的问题, 提出了一种新的率定滤纸基质吸力试验方法。研究结果表明, 采用压力板仪利用新方法测定试样的基质吸力, 试验前期排水较集中, 随后逐渐减少, 直至不排水或发生回吸; 初始12 h内的排水量并不是一直随基质吸力增大而增多, 而是在基质吸力100 kPa时出现峰值; 土水平衡过程中, 试样并非一直处于排水状态, 因为回吸, 累计排水量会出现峰值; 达到土水平衡状态时的最终实际排水量和累计排水量随基质吸力增大而增加。基质吸力越大, 达到土水平衡所需时间越长。在基质吸力较小的条件下, 同一基质吸力下采用新的试验方法测得的滤纸达到平衡时的含水率高于原有方法测得的含水率。Van Genuchten模型能较好拟合高液限红粘土土水特征曲线和滤纸基质吸力率定曲线。滤纸基质吸力率定曲线的准确性受率定环境的影响很大, 在进行率定试验时不仅要考虑环境温度和平衡时间, 更要考虑所测土体的土性以及滤纸与所测土体的接触方式。     

波浪荷载对码头桩基竖向承载力的影响研究

码头桩基在波浪循环荷载的长期作用下,桩周一定范围的土体会出现强度弱化,进而会一定程度的影响基桩竖向承载力.该文首先通过室内GDS动态三轴仪对天津港码头地基土样作用模拟的波浪循环荷载,研究不同深度土体受到不同幅值的循环动应力荷载作用后其强度的折减规律.然后通过ABAQUS有限元软件计算模拟码头桩基在上部既有结构相互作用的...     

某水库水位的下降对坝体边坡稳定性的影响

水位下降时,一方面坝体内部渗流场会发生变化,土体基质吸力也相应地改变;另一方面,坝体内部土体孔隙水压力、强度参数随水位变化也会改变。因此,库水位变化对边坡安全系数有重要的影响。基于geo-studio软件中的slope/w和seep/w模块来模拟库区水位线的降低和基质吸力对边坡稳定性的影响。结果表明：当水位快速下降的时候,坝体中水位没有相应降低,孔隙水压力没有及时消散,强度参数C、 φ几乎不变,但坝体外部水压力降低,其速率越快,边坡安全系数下降得越明显;水位线缓慢下降时,坝体内部孔隙水压力消散和外部水位线发生同步变化,随着坝体孔隙水压力的消散,坝体内部土体有效应力增加,边坡安全系数逐渐增大,边坡的稳定性相应地变好;与此同时,当坝体内部土体呈饱和状态时,基质吸力为零,基质吸力对边坡稳定性几乎没有影响,随着土体内部水位线的降低,土体由饱和状态逐步变为不饱和状态,基质吸力逐渐增大,坝体的安全系数又逐渐升高,稳定性也随之增强。     

非饱和土体力学性质及其在采矿工程中的应用研究

采矿工程中地下水位变化将造成非饱和土体中的净应力均值与基质吸力产生波动,由此造成土体沉降变形,威胁采矿工程安全性,基于此研究非饱和土体力学性质及其在采矿工程中的应用。在采矿工程边坡中采集非饱和土体样本,并实施三轴固结排水剪测试与压缩试验,结合非饱和土体体积应变中的弹性力学、压缩方程与孔隙比状态,基于吸应力曲线确定非饱和土体强度,计算不同地下水位条件下采矿工程地面沉降变形情况。结果显示,在加载瞬间非饱和土体先呈现出相应的弹性瞬时应变,其后产生衰减蠕变现象,在此过程中变形持续产生,直至达到稳定蠕变状态;地下水位下降令矿区地面整体沉降量提升,并且其中非饱和土体的沉降量所占比例也逐渐提升。     

CS值及操作负压对转鼓强度的影响

分析了烧结矿中CS值(即CaO%+SiO2%)对转鼓强度的影响,以及在不同熔剂水平下,熔剂对操作负压的影响。随着熔剂量的增加,混合料透气性得到明显改善。为了得到适宜的垂直烧结速度,应当降低抽风负压。同时证明了在一定熔剂水平下,抽风负压为某一确定值时,烧结矿转鼓强度达到最高,高于或者低于此值,强度都会下降。     

不同堆置状态粗粒土剪切强度试验研究

为研究不同堆置条件下排土场粗粒土的力学响应规律,开展了终排土体固结排水三轴压缩试验和在排土体快剪试验。研究结果表明,土体固结排水三轴压缩应力-应变曲线呈现先弹性后屈服再弱硬化的规律,体积-应变曲线有拐点,低围压时先剪缩后剪胀,高围压时以剪缩为主。在排土体快剪试验具有峰值强度,100～400 kPa时,峰值强度出现在剪切位移20%～30%之间,且剪应力-位移曲线呈弱化趋势;600～1 200 kPa时,峰值强度出现在剪切位移30%～40%,随剪切位移增加,土体抗剪强度基本保持恒定或略有增大。不同堆置状态排土体抗剪强度参数取值各不相同。     

信湖煤矿钻井井筒可缩性井壁接头设计及数值模拟研究

 煤矿矿区的底部含水层直接覆盖在煤系地层之上,随着矿井建设和生产的进行,表土含水层的水位将会逐渐下降,土体中有效应力逐渐增加,引起井筒周围土层固结沉降,施加给井筒一个相当大的向下竖向附加力（又称为负摩擦力）,使井筒受到的竖向荷载加大,随着地层的沉降,竖向附加力逐渐增大,最终导致井壁因强度不足而破坏。考虑到这个问题,将信湖矿井井筒安装可缩性井壁接头。本文着重介绍了可缩性井壁接头设计的计算方法,并对计算结果进行数值模拟校核。     

降雨工况下覆盖层边坡渗流特性及稳定性分析

基于饱和-非饱和理论, 结合武靖高速实际工程地质条件和气候条件, 采用有限元软件研究了降雨工况下覆盖层边坡的渗流特性以及降雨影响下渗流特性变化对覆盖层边坡稳定性的影响。结果表明, 降雨过程中覆盖层边坡表现为逐层入渗, 基质吸力逐层消散, 渗流梯度的峰值随入渗深度增加逐渐减小, 边坡逐渐发生局部失稳, 安全系数逐渐降低; 降雨停止后, 边坡暂态饱和区逐渐向边坡内部转移, 基质吸力逐渐恢复, 边坡失稳模式逐渐由局部失稳发展为整体失稳, 安全系数持续下降。     

深孔原位直剪测试仪的研制及应用

原位直剪试验是获取土体抗剪强度参数的有效方法。在参考室内和原位直剪仪后,研制出一种深孔原位直剪测试仪,介绍了结构组成、工作原理和技术优点。该设备可测定深埋地下软土、细砂的抗剪强度。设备的取样方式为测试杯直接插入土中取样,实现对土壤样本扰动最小化。测试杯中装有高精度传感器,通过对土体垂直和水平加载的方式,压力传感器可以测定土体的应力参数。该设备体积小、易携带,可自动采集数据,适用于复杂的现场环境。使用该设备对砂土进行抗剪试验,获得的抗剪强度参数与室内直剪试验的结果接近。最终结果表明,深孔原位直剪测试仪可应用于砂土、软土的抗剪强度测试。     

降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响及治理对策

为研究降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响,基于饱和-非饱和渗流理论,分析了降雨入渗条件下边坡内部渗流场变化及其对边坡稳定性的影响。研究表明：①降雨入渗是饱和-非饱和过程,其内部体积含水率随降雨持续时间的变化而发生动态改变,在降雨初期,土体处于非饱和状态,黏聚力随着含水率的增大而增大,内摩擦角变化幅度较小,总体呈下降趋势,基质吸力增强,安全系数升高,对边坡稳定性有利;②随着降雨持续,孔隙水压力由负变正,黏聚力和内摩擦角随着含水率的增大而减小,基质吸力减弱,边坡稳定性降低;③降雨入渗终态过程为内部水位线升高,动静水压增加,土体有效重度降低,土体发生软化,力学强度参数降低,边坡稳定性随之降低,土体渗透系数与边坡安全系数总体成反比关系。在上述分析的基础上,结合土质边坡实例,应用强度折减法,分析了降雨入渗状态下边坡潜在滑动面、峰值位移随降雨持续时间的变化规律,认为降雨初期潜在滑动面由浅入深,峰值位移不断增大;降雨停止后,土体内部应力重新分布,土体由饱和转为非饱和,潜在滑动面、峰值位移发生逆变化。为防止降雨条件下边坡发生失稳破坏,针对性地提出了土质边坡治理建议,为非饱和土体边坡综合治理提供了有益参考。