重塑膨胀土干湿过程中细观结构变化试验研究

为了研究水分对膨胀土裂隙演化的影响,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的湿干循环试验,并在试验过程中对土样进行CT扫描,跟踪试样裂隙生成以及闭合情况.研究结果表明:无约束条件下增湿和干燥都能引发裂隙的产生的和闭合;在增湿过程中小裂隙会闭合而大裂隙会扩展;在干燥过程中小裂隙会扩展而大裂隙会收缩.基于CT细观数据定义了损伤变量,建立了湿干循环过程中土的损伤演化方程.     

从变形、水量变化和强度三方面验证非饱和土的两个应力状态变量

为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期用各向等压试验验证非饱和土的两个应力状态变量的基础上,使用改进的非饱和土三轴仪和重塑Q_3黄土做了两类验证试验:第一类是两组控制净围压、偏应力和吸力的固结不排水剪切试验,第二类是3组控制净围压和吸力的固结排水剪切试验。在第一类试验中,等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压、吸力和偏应力本身不发生变化,发现试验过程中土样的体积变化和含水率变化均非常小,可以忽略不计。第二类试验的每一组包含两个控制净围压和吸力分别相同的固结排水剪切试验,其中一个试样在固结完成后直接进行排水剪切试验,另一个试样在固结完成后等值增加总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压和吸力本身不发生变化的条件下进行排水剪切试验,发现二者的抗剪强度、剪切过程中的体积变化、排水量和广义剪应变都分别十分接近,可以认为两两相等。研究结果从变形(包括体应变和剪应变)、水量变化和强度3个方面说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,进一步夯实了非饱和土力学的应力理论基础,为非饱和土的两个应力状态变量理论提供了牢靠的试验依据。     

基于高精度PSD的三轴试样径向变形激光量测系统的研制

研制开发了一套基于高精度PSD(位置敏感探测器)的三轴试验土样径向变形激光量测系统,将激光光电检测技术和光学三角法测距原理应用于土工三轴试验,实现了土样变形的非接触式多点直接量测,能够较精确的测定不同时刻试样高度不同位置处的直径变化值,对紫铜标准试件的测试精度为0.009 mm,应用该系统可对三轴试验过程中试样的应力应变性质进行更加符合实际受力状态的深入研究。文中还对影响测量精度和误差的主要因素进行了分析,并通过标准试件直径的实测结果验证了系统的测量精度。     

黄土的变形特性

我国黄河中游地区,地表普遍复盖黄土,它与该地区的农业、工业、水利、交通和建筑建设的发展密切相关。本文着重对该地区不同成因时代黄土的变形特性及其数学模式和参数进行论述,可供研究水利、交通和工业建筑变形强度稳定性分析作参考。     

关于黄土湿陷的若干问题

本文论述了有关黄土湿陷的几个重要问题:(1)湿陷变形的主要特点及其研究方法;(2)湿陷的本构关系;(3)浸水强度与湿陷初始条件;(4)湿陷的塑性性质。木文还提出了湿化屈服的概念及其软硬化伴生的特点,指出了摩尔一库伦准则作为湿陷性黄土的浸水强度破坏条件和湿陷的初始条件的不合理性。根据三轴湿陷试验资料,建立了洛川黄土(Q_3)的湿陷本构方程和比较合理的和简单、实用的湿陷初始条件准则。     

非饱和土固结仪和直剪仪的研制及应用

研制出国内第一台非饱和土固结仪和第一台非饱和土直剪仪。这两种仪器都采用内置荷载传感器和数据自动采集,既可控制竖向压力,又可控制基质吸力。非饱和土直剪仪备有15档剪切速率。做了三组直剪试验和两组固结试验,对原状黄土的变形、强度和水量变化特性取得了一些初步认识。     

温度对非饱和膨胀土抗剪强度和变形特性的影响

共进行了4组12个控制温度、净围压和基质吸力的膨胀土三轴排水剪切试验,分析了温度对重塑非饱和膨胀土抗剪强度和变形特性的影响。试验结果表明,随温度的升高,非饱和土的抗剪强度增加,初始切线杨氏模量增大。根据试验结果建立了考虑温度影响的非饱和土抗剪强度公式和切线杨氏模量公式。     

原状Q2黄土三轴剪切特性

探讨陕西蒲城电厂原状Q2黄土的变形、强度和屈服特性,并研究吸力对非饱和原状Q2黄土性质的影响.共进行2种12个原状Q2黄土试样的三轴剪切试验,即控制吸力和净围压为常数的非饱和土三轴排水剪切试验与控制初始含水量和围压为常数的三轴剪切试验.研究结果表明,非饱和原状Q2黄土控制吸力为100,300,450 kPa的试验试样呈塑性破坏,而控制初始含水量为4.78%和7.64%的试验试样则呈脆性破坏.原状Q2黄土随着吸力降低(或含水量增大)和固结围压的增大,应力-应变曲线由软化型逐渐向理想塑性及硬化型发展.在试验给出的吸力范围(100～450 kPa)内,非饱和原状Q2黄土的黏聚力随吸力线性增加,而内摩擦角随吸力的变化很小,基本上可以认为是一常数.建议一种确定原状Q2黄土三轴剪切条件下屈服应力的方法,得到的屈服净平均应力和屈服偏应力随吸力增大而增大;同一吸力或含水量下屈服偏应力和屈服净平均应力则呈线性关系.     

三轴试样径向变形激光量测系统的改进

 利用激光光电检测技术和高精度位置敏感探测器(PSD)的优点,对三轴试样径向变形的激光量测系统进行相关改进。共做了3个方面的改进工作：(1) 将圆形压力室改为方形压力室,可解决光垂直入射时发生的光线偏折现象。(2) 由于原系统使用1个PSD,无法解决三轴剪切试验中试样容易发生偏心的问题,使用2个PSD分别对试样径向左右两侧进行量测,可提高量测的精度。(3) 将控制传感器升降的微动机械控制单元的普通电机转换成由计算机指令控制的步进电机,每一行程都能回到同一初始位置。运用该套系统对标准件、压力室中的标准件和压力室加水的标准件进行标定,得出电信号变化与直径变化的函数关系,并对饱和含黏砂土试样进行固结试验,将测试结果同计算结果相比较,证明该套系统测试三轴试验试样的体变结果较为可靠。该系统可用于研究三轴试样的局部变形和端部约束等问题,并对当前土体本构关系中的应变局部化、剪切带形成以及非饱和土体变量测等方面也有比较广泛的应用前景。     

大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩承载性状与负摩阻力的试验研究

结合国家重点工程建设项目宁夏扶贫扬黄灌溉工程,在自重湿陷性黄土厚度大于35 m的场地上进行了挖孔灌注桩(桩径为0.8 m,桩长为40 m,浸水坑直径为30 m)的大型现场载荷–浸水试验。设置了4种类型的试桩(无摩擦桩、空底桩、摩擦端承桩和悬吊桩),采用了多种测试方法(钢筋应力计、滑动测微计等)。研究结果表明:空底桩和悬吊桩在长度比湿陷性黄土层厚度小许多时,所测得的正、负摩阻力数值偏小,穿透整个湿陷性黄土层的摩擦端承试桩所得结果比较符和实际;实测负摩阻力远高于黄土规范建议的负摩阻力值,且负摩阻力的数值与场地的湿陷类型、湿陷量的大小无明确对应关系;桩土相互作用能减小场地的湿陷变形量。对黄土中几个大型工程的现场灌注桩试验资料分析发现,中性点位置超出了建筑桩基技术规范提供的参考值范围。本文的研究成果可供今后类似场地的灌注桩的设计及修订黄土规范参考。