降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土强度特性

为探究降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土的强度变化规律,进行了天然和4种不同降雨历时条件下的角砾土现场剪切试验,并结合土水特征曲线探讨了该类特殊土体的非饱和强度特性。降雨作用对欢喜坡冰水堆积体角砾土的抗剪强度有着显著的影响,其近似饱和时的黏聚力和内摩擦角比天然含水率情况分别降低64.3%和22.5%;降雨入渗使角砾土基质吸力迅速降低,因此在短时强降雨条件下会导致角砾土抗剪强度丧失过大,容易诱发浅层土体滑坡;建立了欢喜坡冰水堆积体角砾土非饱和黏聚力与含水率参数χ(w)的关系式,实际应用时可采用多项式函数来确定χ(w)。     

降雨作用下冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制

利用现场剪切试验、X射线粉晶衍射、电镜扫描及土水化学效应试验等手段探讨了降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制。降雨对冰水堆积体角砾土的抗剪强度有着显著的影响,其饱和状态的黏聚力和内摩擦角比天然含水率情况分别降低64.3%和22.5%。降雨溶浸后,角砾土微观结构变得松散、黏聚力降低,其强度衰减的微观机制可概括为黏土矿物吸水膨胀,钙镁质胶结物溶解,离子交换吸附和角砾与水的微观作用,其主要表现为:黏土矿物吸水膨胀,粒间孔隙增大,其形态由絮凝状变为似层状或分散状;钙镁质胶结物溶解导致溶液中Ca2+、SO₄2-浓度出现明显增加;离子交换导致Na+浓度增大,黏土颗粒表面扩散层变厚,粒间引力减小;角砾与水的微观物理化学作用导致其粒间接触面粗糙度降低。     

遇水作用下冰水堆积体角砾土微观结构与抗剪强度

利用粉晶X射线衍射、扫描电镜(SEM)、土水化学效应试验和现场大型剪切试验等手段对角砾土在浸水前后两种状态下的矿物、化学组分和微观结构及抗剪强度等变化特征进行表征。结果显示:矿物遇水后X射线衍射强度增加,大量钙镁质胶结物溶于水继而与阳离子发生交换作用,浸水后2 d左右浓度趋于稳定;浸水后的样品中出现大孔隙,样品中片状黏土矿物颗粒呈定向排列。大剪试样结果表明,原状角砾土具有较强的结构强度,浸水后黏聚力降低31%,而内摩擦角降低19%,水对黏聚力的影响高于对内摩擦角的影响。黏土矿物遇水细微观结构定向排列是角砾土内部结构产生损伤的主要原因,钙镁胶结物溶解与阳离子置换作用是试样抗剪强度衰减的直接结果。以上研究成果为遇水作用下冰水堆积物的结构损伤进行检测提供了依据,并丰富了对理县冰水堆积体的强度衰减机制认识。     

吕梁山区马兰黄土抗剪强度参数的区域变化规律及其影响因素试验研究

为探索吕梁山区原状马兰黄土抗剪强度参数区域上的变化规律，以该地区29个区县94个取样点的马兰黄土为研究对象，通过直剪试验及其影响因素试验，分析区内马兰黄土抗剪强度参数的空间变化规律，及其抗剪强度参数c、φ与天然含水率、天然干密度、增湿含水率、含盐率等影响因素的变化规律。结果表明：在水平地域上，抗剪强度参数c、φ表现为东高西低、南高北低；在垂直空间上，表现为从表层向下黏聚力逐渐增大、内摩擦角逐渐降低的趋势；吕梁山东、西两侧原状马兰黄土抗剪强度参数c、φ受天然含水率、天然干密度的影响较小，离散程度较大；在天然状态条件下，随着含水率的增加，黏聚力c与增湿含水率具有良好的负指数函数关系，内摩擦角φ与增湿含水率呈负线性关系；在同一含水率条件下，含盐率与抗剪强度参数c、φ具有正相关关系；与含盐率相比，增湿含水率对c、φ的影响作用更为显著。该研究可为该地区马兰黄土地层的工程建设及防灾减灾工作提供基础和必备条件。     

四川理县桃坪冰水堆积物非饱和强度特性

为探究含水率变化对桃坪冰水堆积物抗剪强度的影响,取原状土样进行了6种不同含水率条件下的不固结不排水三轴剪切试验,并结合土水特征曲线探讨了该类特殊土体的非饱和强度特性。含水率对桃坪冰水堆积物的抗剪强度有着显著的影响,其饱和时的黏聚力和内摩擦角比天然含水率情况分别降低40.0%和29.5%。建立了桃坪冰水堆积物非饱和黏聚力与含水率参数χ（w）的关系式,实际应用时可采用指数函数来确定χ（w）。含水率增大使冰水堆积物基质吸力迅速减小,其抑制土颗粒塑性滑动的能力大幅降低,土体中细小裂纹不断发育、扩张,导致其宏微观结构遭受破坏、抗剪强度出现衰减。针对桃坪堆积体上广泛存在的浅层滑坡,应积极开展堆积区降雨量动态监测、优化改进灌溉方式以及加强坡体表部排水设施建设等工作。     

含水量对晋西黄土抗剪强度影响的试验

以晋西黄土为研究对象,采用常规直剪试验和不排水不固结三轴试验,对不同含水量下土样的抗剪强度参数进行了测定,得出晋西黄土抗剪强度随含水量变化的规律。试验表明:直剪试验条件下,随着含水量的增加,土的抗剪强度降低。当含水量小于12%左右时,随着含水量的增大,黏聚力c降低迅速;当含水量在12%~23%时,随含水量的增大,黏聚力降低缓慢,降低幅度较小,当含水量大于23%左右时,随含水量的增大,黏聚力降低趋势再次变陡;抗剪强度参数内摩擦角φ随着含水量的增大,变化趋势不明显,其取值大致在14°~32°。三轴不固结不排水剪切试验中,随着含水量的增加,抗剪强度参数c降低,在小于12%含水量时,降低趋势陡,大于12%含水量后,降低趋势变缓;内摩擦角φ随着含水量的增大呈线性降低,且相关性较好。      

纤维加筋黄土的抗剪强度特性研究

通过直接剪切试验研究了不同含水率、不同纤维量、不同压实度纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度的变化规律。研究结果表明:含水率由14%增加到18%时,黄土的黏聚力逐渐减小,当其大于20%时,黏聚力c急剧减小;当黄土的含水率为18%时,内摩擦角φ最大,黄土的抗剪强度达到最大值;纤维材料在黄土中呈面状、网状和团状分布,内摩擦角和黏聚力均随纤维量的增大先增大后减小,纤维量0.5%为最优纤维量;纤维含量小于最优纤维量时,内摩擦角随压实度的增大变化较小,当纤维含量大于最优纤维量时,内摩擦角变化较大;同时,在实际应用方面,该试验给出了含水率、纤维量和压实度与内摩擦角和黏聚力的函数关系,对黄土地区施工具有指导意义。     

虎跳峡工程区松散堆积体原位直剪试验研究

松散堆积体型斜坡在虎跳峡工程区河段两岸普遍发育,研究其剪切强度对于此类库岸斜坡的稳定性评价具有重要意义。作者设计了堆载式加荷直剪试验方法,并经野外大面积现场试验,获得了堆积体直剪时的剪应力-应变关系曲线,对堆积体的剪切强度性质进行了相应的理论分析,同时为工程区堆积体稳定性评价提供了可参考的c、φ值。      

基于岩土参数变异特性的三峡库区白水河滑坡失稳概率分析

以白水河滑坡为对象,从不确定性角度出发,通过直剪试验及已有参数取值分析,探讨了滑坡堆积体抗剪强度参数统计特性,以此开展了可靠性分析,得出了滑坡不同工况下的失稳概率,并与确定性分析结果(稳定性系数)进行了对比分析。结果表明:正态分布是白水河滑坡堆积体抗剪强度参数c和φ的最优分布类型;不同的参数取值使得稳定性系数结果具有显著差异性,而可靠性分析考虑了参数随机变异特征,其结论是一种概率的表征;水位下降及低水位运行是白水河滑坡稳定性的主要因素,降雨是次要因素,而水位上升及高水位运行有利于坡体的稳定,在水位下降并叠加10年一遇暴雨时,滑坡失稳概率可达18.08%,应加强该时段的滑坡监测预报工作。     

谷竹高速公路原状片岩抗剪强度的水敏性研究

为了解鄂西北地区水敏性片岩在水作用下的抗剪强度特性,对取自谷竹高速公路现场的原状片岩试样开展了沿其层理面的室内天然状态直剪试验和饱水状态直剪试验,试验结果表明：水对片岩的抗剪强度和破坏特征影响显著;饱水后片岩与天然状态相比凝聚力降低了36.7%,内摩擦角降低了4.6%,残余凝聚力降低了66.7%,残余内摩擦角降低了11.3%;与天然状态的脆性破坏不同,饱水后片岩破坏时具有明显的延性特征。基于试验结果,探讨了水对片岩抗剪强度参数的弱化机制,利用极限平衡方法计算了谷竹高速公路沿线某边坡的安全系数,进而对该边坡在暴雨或连续降雨工况下的稳定性做出了评价。     

降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性影响因素及耦合研究

四川南江红层地区在降雨期间往往发生大规模的群发性低缓浅层土质滑坡,滑坡上覆土层普遍在1~5m之间,以3m居多。针对该地区的浅层土质滑坡,根据相关资料及现场调查,概化得到了该类斜坡的地质剖面及岩土层性质,利用Geo-studio分析了土厚1~5m斜坡基覆界面处孔隙水压力的变化及土层中湿润线的动态变化,计算了斜坡的瞬态稳定性;试验取得不同含水率下的土体c、φ值,研究软化作用对斜坡稳定性的影响。结果表明:土层越厚,基覆界面处累积的孔隙水压力越大,斜坡稳定性系数越小,斜坡稳定性变化与基覆界面处孔隙水压力的发展变化关系密切;土层越薄,雨水入渗途径越短,基覆界面接受雨水软化的时间越长,土体抗剪强度衰减越多;c、φ值越低,斜坡稳定性系数越低。抗剪强度c、φ是影响该类斜坡稳定性的重要因素之一。     

非饱和抗剪强度指标c、φ值与含水率w的关系

非饱和土力学已经确认了基质吸力与非饱和土的强度指标有关,而基质吸力与含水率有着密切的关系。通过理论和三轴剪切试验分析,探讨了非饱和残积土抗剪强度指标c、φ与含水率ω变化的一般规律;同时结合已经推出的土水特征曲线关系,探讨抗剪强度指标c、φ与基质吸力μ的变化的一般规律。结果表明:随着非饱和土含水率ω增加、基质吸力μ的减小,黏聚力c有减少的趋势,内摩擦角φ变化不大。通过线性回归分析,黏聚力与含水率成半对数线性关系,黏聚力与基质吸力成线性关系。现有的非饱和土实用公式精确性较差,非饱和土抗剪强度指标有待进一步的研究与完善。     

基于数字图像分析的冰水堆积体结构建模与力学参数研究

冰水堆积体是一种典型的混合介质,由软弱“土”与坚硬“石”构成,其参数选取和分析方法困难。利用数字图像重构方法模拟冰水堆积体结构特征,可反映块石分布特征;以基于图像识别的块石分割和颗粒离散元建模分析方法,研究了堆积体内介质分布、土体颗粒强度对混合介质力学参数的影响规律,分析了冰水堆积体变形、峰值抗剪强度及峰后段抗剪强度的变化规律。结果表明：冰水堆积体混合介质在峰值前的变形曲线呈非线性硬化性,峰后呈现塑性特性,其综合抗剪摩擦角随基质土的黏结强度提高而降低;当块石含量小于25%时,抗剪切强度近似等于基质土强度,块石含量高于25%时,抗剪切强度随块石含量增加而提高;由于受块石空间分布影响,块石含量与摩擦角间的相关性要比其与黏结强度间的高;该成果应用于云南古水水电站坝前冰水堆积体发现,含块石混合介质内摩擦角比纯土高0°～8°,与工程判断较吻合。该方法能弥补室内试验不能考虑大尺寸块石的困难,可作为室内试验获取力学参数方法的有益补充。     

降雨干湿循环作用下的渣土边坡稳定性

降雨作用下边坡不同深度岩土体所经受的劣化作用强度差异显著,从而影响边坡的稳定性。以深圳典型渣土边坡为例,基于改进的Green-Ampt模型计算降雨作用下的浸润锋深度,通过干湿循环与直剪试验,获得了浸润锋内渣土抗剪强度参数的劣化规律,结合劣化规律并采用双强度折减法研究了不同降雨工况下渣土边坡的稳定性。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,渣土的黏聚力及内摩擦角均减小,且前期减小得快,后期缓慢,4次干湿循环后趋于稳定,符合指数函数的变化趋势,保持稳定不再衰减的渣土黏聚力为9.5kPa,内摩擦角为19°;综合降雨入渗的干湿循环以及双强度折减法得到的渣土边坡的稳定性系数较仅采用传统强度折减法得到的稳定性系数有大幅度的降低,最大减小了44.5%。该方法可以用于准确评价降雨作用下边坡稳定性。     

冻融循环对砼护坡界面抗剪强度影响试验研究

以混凝土铰接块+土工布+黏土护坡结构室内模型为研究对象, 分别讨论不同含水量及冻融循环次数下接触面间抗剪强度指标的变化规律. 分别测定常温下护坡结构含水量在15.7%~28%之间的黏聚力(C)和内摩擦角(φ)值, 含水量为18%以及饱和状态下经过10次冻融循环的C值和φ值, 采用多元回归法进行分析. 结果表明: 含水量对护坡结构的抗剪强度指标弱化十分明显, 斜面摩擦试验中黏聚力和内摩擦角均随含水量增加而降低; 含水量与内摩擦角呈线性相关关系, 与黏聚力呈乘幂关系. 冻融循环过程水分迁移导致砼护坡界面水分增大, 界面抗剪强度指标弱化. 随冻融循环次数的增加砼铰接块护坡界面的抗剪强度减小, 对于非饱和黏性土, 在5次冻融循环时减小幅度较大, 但10次冻融循环时减小幅度较小并基本趋于稳定; 而对于饱和黏性土, 其抗剪强度指标随冻融循环次数的增加减小幅度并不明显.     

永靖非饱和黄土抗剪强度试验研究

以甘肃省永靖非饱和马兰黄土为研究对象,利用非饱和直剪仪对研究区不扰动黄土进行控制基质吸力和净竖向压力为常数的固结慢剪试验,得到了不同基质吸力和净竖向压力下的非饱和黄土抗剪强度,分析探讨了非饱和黄土抗剪强度与基质吸力的关系。结果表明:随着基质吸力的增加,土体的抗剪强度增大,其中黏聚力c随基质吸力呈线性增长,而内摩擦角随基质吸力变化很小,且在本次试验控制的吸力范围内研究区非饱和黄土φb可近似为一常数并小于内摩擦角,说明在该范围内研究区非饱和原状黄土的抗剪强度随着基质吸力以一恒定的斜率持续增长。     

考虑应力历史的饱和土抗剪强度测试方法探讨

通过直剪试验和三轴试验,研究了超固结状态和正常固结状态土强度指标的差异性。抗剪强度指标在大于和小于前期固结压力的压力段明显不同,试验资料整理时应分别确定抗剪强度指标。剪切前,试样在其自重固结压力（重塑土为预固结压力）下作预处理,比较了在垂直压力或围压小于前期固结压力和大于前期固结压力两个压力段的强度指标,前者不固结不排水剪黏聚力c小于后者,内摩擦角φ大于后者;固结不排水剪黏聚力c大于后者,内摩擦角φ小于后者。重塑土强度试验模拟的应力历史很难真实反映实际工况土体的强度特性,室内试验应尽量使用原状土进行抗剪强度测试。室内试验确定土的抗剪强度指标时,应先确定地基土的前期固结压力、K0状态参数,按工程实际应力状态确定。     

模拟月壤抗剪强度试验研究及离散元分析

模拟月壤作为探月工程模型试验的基床材料,其力学特性将直接影响到月球探测器、着陆器等机构的设计,而抗剪强度是其主要力学特性之一。针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤,采用标准应力路径三轴仪对其进行静三轴试验,得到了不同相对密度、剪切速率和围压条件下模拟月壤的应力-应变关系曲线、弹性模量和抗剪强度指标值等,试验结果表明:模拟月壤具有应变软化特征并存在一定大小的表观黏聚力,峰值内摩擦角的值介于43°~51°之间;相对密度越大,应变软化特征越明显,黏聚力和内摩擦角的值都越大:在密实状态时,剪切速率越大,模拟月壤的抗剪强度指标值呈整体下降的趋势。利用PFC~(3D)软件建立三轴试验数值模型,研究了颗粒间摩擦系数、初始孔隙率以及颗粒刚度这3个细观参数对模拟月壤抗剪强度的影响,模拟结果表明:颗粒间摩擦系数是影响抗剪强度指标内摩擦角的主要因素,而初始孔隙率及颗粒刚度的影响则相对不明显;在一定数值范围内,颗粒间摩擦系数越大,内摩擦角的值越大,两者近似呈线性关系。     

降雨诱发堆积体滑坡水土响应与稳定性时空演化试验研究

降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模型试验、土力学试验和理论分析手段,研究了降雨触发松散堆积体斜坡变形破坏过程及模式,采用Van Genuchten模型（VG模型）重构了土体的土-水特征曲线,重点探究了斜坡内部水土力学变化以及稳定性时空演化规律。结果表明：（1）堆积体斜坡破坏经历了微裂隙发育-局部破坏-整体破坏3个阶段,呈现出“初期拉裂-坡面坍塌-塑性滑动”的破坏模式;（2）入渗过程斜坡体积含水率以及孔隙水压力急速增加,而土颗粒之间基质吸力下降甚至消散,促进了斜坡破坏发展;（3）土体力学强度随体积含水率升高呈指数下降,体积含水率为36.3%时,有效黏聚力和有效内摩擦角仅为0.27 kPa、3.39°;（4）基于极限平衡理论和斜坡土水特征监测数据,构建了斜坡稳定性时空演化图谱,与模型试验破坏特征有较好的一致性。研究结果对降雨作用下的堆积层斜坡监测预警与防灾减灾提供理论支撑。     

不同压实度和基质吸力的粉煤灰三轴试验研究

粉煤灰的非饱和抗剪强度是准确分析非饱和状态灰坝的稳定性所必需的,但目前对其研究积累较少。通过控制不同压实度、不同基质吸力、不同净围压对粉煤灰进行一系列非饱和土三轴试验,探讨压实度和基质吸力对粉煤灰应力?应变关系曲线和强度参数的影响。研究结果表明,基质吸力较低时粉煤灰的应力?应变曲线没有峰值,呈硬化型;基质吸力逐渐增大时应力?应变曲线有明显的峰值,呈软化型;压实度越大,非饱和粉煤灰试样的应力?应变曲线的软化特征越明显,总黏聚力和内摩擦角均越大;非饱和粉煤灰的总黏聚力随着基质吸力的增大而逐渐增大,增大速率逐渐变缓,最后趋于稳定;不同基质吸力粉煤灰试样的内摩擦角变化不大,并且都近似等于饱和试样的内摩擦角;随着基质吸力的增大,吸力内摩擦角对粉煤灰试样的抗剪强度的贡献越来越小。研究得出的非饱和粉煤灰的抗剪强度特性对灰坝的设计和稳定性分析具有理论意义和工程实用价值。