考虑结构性与排水条件的吹填软土的流变特性

软土普遍具有结构性与流变特性。以天津滨海新区吹填场地有一定结构性的吹填软土为研究对象,通过三轴流变试验仪,开展了排水条件以及结构性对其流变特性影响的研究。试验结果表明,排水条件对流变有明显影响。不排水时,流变变形大;排水时,虽然总变形量大,但固结变形占较大比例,流变变形比例小,实际工程实践中可通过增加土体的排水条件减少流变的影响。结构性对土体流变的影响主要体现在所受外部荷载与结构屈服应力大小之间的关系。当外荷载小于结构屈服应力时,流变变形小;当外荷载大于结构屈服应力时,伴随着土结构的破坏,流变变形明显增大,但还是小于同条件下无结构性的重塑土。      

吹填软土经验流变模型研究

传统的本构模型多是在重塑土或饱和砂土的基础上建立起来,考虑结构性影响较少。自然界中土体大多具有结构性,这样就使得按传统方法计算的结果与工程实际有一定的差别。基于此,本文以Mesri模型为基础,将结构损伤变量引入模型中,建立了考虑结构性影响的流变模型。通过对天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的结构性吹填软土进行三轴流变试验,分析比较计算结果表明,本文建立的模型能够较好地反映结构性软土的应力应变随时间的变化关系。     

结构性吹填软土蠕变模型研究

以天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的吹填软土为试验材料,对原状土及其重塑土基本性质与蠕变特性进行了试验研究。试验结果表明：经过真空预压处理后的吹填软土同时具有结构性和蠕变性,结构性的存在,对土体蠕变具有重要的影响。在修正的剑桥模型的基础上,对其进行改进,使其考虑结构性的影响,并以此作为蠕变屈服函数,建立了考虑结构性影响的吹填软土半经验半理论蠕变模型。计算结果表明,该模型符合结构性吹填软土实际,可在工程实践中应用。     

吹填软土蠕变过程中结构强度变化及微观机理分析

结构性土长期变形过程必然对土结构产生影响。通过对结构性吹填软土进行三轴蠕变试验,在蠕变过程中选取有代表性时间点的样品,对其进行微观结构分析与结构强度测试。研究结果表明,蠕变过程其实就是土体内部结构硬化和软化相互转化的过程。当应力水平低于结构屈服应力时,土体的蠕变是硬化占主要部分,其微观结构的变化是逐渐趋于稳定,结构强度相应增长。当应力水平超过结构屈服应力时,土体的蠕变是软化占主要部分。该阶段可细分为两个阶段,即其结构从大量破坏阶段到土体结构最终破坏阶段;微结构却从稳定阶段变为不稳定阶段,最后又回到无序阶段。     

结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性试验研究

为研究结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性,对未扰动和重塑花岗岩残积土及作比较的掺水泥的重塑土进行了一系列不同围压下的三轴排水对比试验。结果表明,未扰动花岗岩残积土与掺水泥重塑土在剪切过程中的屈服点可以从归一化的剪切切向刚度 与轴向应变 在双对数坐标下的关系曲线中确定;固结压力 对未扰动残积土与掺水泥重塑土的屈服特性都有显著影响, 越大,等向固结作用对土体结构的破坏越严重,剪切开始阶段的初始归一化刚度会相应地越小,屈服时的轴向应变也越小;当固结压力达到足够大时,土体结构被等向固结作用完全破坏,剪切过程中没有结构性屈服现象发生, 曲线与重塑土的 曲线重合;重塑土在不同固结压力下的 曲线重叠,不随固结压力而变化,剪切过程中没有结构性屈服现象发生。     

蠕变条件下吹填软土结构强度形成研究

土体的结构性对土的工程力学性质具有决定性的影响。本文以天津滨海吹填软土为土质材料,进行了蠕变作用下土体结构屈服应力形成试验及相应的微观结构分析。试验结果表明:蠕变对土体结构性的影响是一个综合作用的过程,其中排水条件最为关键,在此基础上,围压及偏压都对土体结构屈服应力的增长起作用,并随时间的增长而增长。反之,土体的结构屈服应力变化不大。微观结构分析表明,小偏应力蠕变作用下结构屈服应力的形成实质是其微观结构逐渐稳定的过程。     

考虑初始结构性影响的吹填软土应力应变关系

正常沉积的土体一般具有结构性。目前土的本构模型大多数是以非结构性土为基础建立和发展起来的,用它们直接描述结构性土体应力应变关系与实际出入很大。本文以修正的剑桥模型为基础,建立了可考虑初始结构性影响的结构性吹填软土应力应变关系。与修正的剑桥模型相比,只增加了参数的个数,但参数种类不变,其值通过室内常规试验即可求得。对天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理后有结构强度的吹填土体进行了三轴试验,通过试验值与模拟值分析比较,初步验证了本文建立的模型可以考虑吹填软土初始结构性影响。     

结构性软土渗透特性研究

本文对原状软土和重塑软土进行渗透特性试验,考察了饱和软土的渗透特性。原状样加载初期,渗透系数变化较小,当固结应力大于结构屈服应力时,渗透系数急剧下降,而结构屈服应力前后阶段的孔隙比与渗透系数对数坐标的直线关系没有发生变化,说明胶结对渗透性的影响较小。重塑土的渗透系数在加载过程中变化相对较小。试验结果表明,相同孔隙比时原状土渗透系数要明显大于重塑土。这是由于两者的组构不一样,即原状样的大颗粒和凝聚体间的大孔隙以及历史上形成的土颗粒的排列使其渗流通道要比重塑土通畅。用相同重塑方式制样得到的不同含水量土样,其渗透系数值相近;而用不同重塑方式制样得到的相近含水量土样,其渗透系数相差相对较大。确定饱和软粘土渗透性时要考虑孔隙比和组构的影响。     

软土结构性对次固结系数的影响

天然沉积的软土普遍具有结构性,常规计算软土次固结变形的方法并没有反映结构性的影响。通过对漳州与青岛地区原状软土与重塑土进行次固结试验,研究软土结构性对次固结系数 的影响。结果表明,软土的 随压力 增大而增大,在 接近结构屈服压力 时达到最大值,此后逐渐减小,受 影响减弱,最后与重塑土的 趋于一致;重塑土的 受压力影响很小,可视为常数。根据次固结系数与压缩指数比值 确定 可能存在一定误差。由于结构性的影响,正常固结软土表现出“假超固结”现象,采用超固结角度对结构性软土 变化规律进行说明并不合适,而根据不同压力下软土结构破损的情况可以很好解释这一现象。     

长期循环荷载下人工结构性软土累积变形规律及预测模型

针对软土地区路基运营后显著的长期沉降效应问题,以及天然沉积软土均具有一定结构性的特点,制备了不同胶结强度的人工结构性土,开展了结构性土与相应重塑土的压缩试验和动三轴试验,分析了循环次数、动应力比和结构性强度对土体累积塑性变形的影响规律。试验结果表明:土体累积变形随着循环次数、动应力比的增大而增大,随着结构性强度的提高而减小;累积应变曲线可分为破坏型、稳定型和临界型3种形式。进而考虑土结构性影响,在已有累积变形模型基础上引入应力灵敏度S_σ参数,分别建立了结构性软土的破坏型和稳定型的累积变形模型,较好地预测了结构性软土不同变形状态的累积应变曲线,并分析了模型参数随应力水平和结构强度的变化规律。     

不同应力状态下软黏土蠕变特性试验研究

土的蠕变性质受到许多因素的影响,在不同的应力条件下土会呈现出不同的性状。天津滨海吹填软土同样具有一般软土的蠕变特性,以其为研究对象,利用土体三轴流变试验机进行了三轴不固结不排水蠕变试验和单轴压缩蠕变试验,并选取了10个时间节点取样进行微型十字板剪切试验,研究抗剪强度变化规律。试验结果表明,单轴压缩蠕变和三轴蠕变历时曲线都具有非线性的特征,随应力水平的提高,单轴压缩蠕变的应力-应变等时曲线向应力轴靠拢,三轴蠕变的应力-应变等时曲线向应变轴靠拢;线性蠕变变形的情况下黏滞系数主要与时间有关,非线性的情况下与时间和应力水平都相关;在三轴蠕变状态下压缩模量随时间增长而减小,长期强度随时间先降低再趋于稳定;单轴压缩时压缩模量随时间增长而提高,长期强度随时间先增长后稳定。最后经过推导得出了不同应力状态下的长期强度随时间、偏应力的函数关系式。     

吹填场区软黏土地基的次固结特性研究

针对天津中心渔港吹填场区软黏土地基进行了一系列的固结压缩试验,获得应力、应变与时间的关系,对比分析了吹填土层和天然沉积土层的固结和次固结特性,为吹填场区软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明,吹填土和天然沉积土的应变速率与时间双对数曲线具有很好的线性相关性;处理后吹填土含水率和压缩性较低,天然沉积土含水率和压缩性高;随荷载P增大,吹填土的次固结系数Ca?变化不大,天然沉积土的次固结系数Ca先增大后减小,最终趋于稳定;次固结系数Ca与压缩指数Cc具有良好的线性相关性,其随时间的增加均呈对数下降趋势。     

吹填超软土固结特性试验分析

为探讨吹填超软土的固结特性以及含水率与加荷比对次固结系数的影响规律,利用改装后的低压固结仪和常规的高压固结仪进行了分级加载固结试验。试验结果表明,正常沉积重塑土的固结系数随着固结压力的变化整体上呈现出逐渐增加的趋势,而超软土则表现为S型,即在低应力水平作用下,超软土的固结系数呈现下凹型增长; 之后随着固结压力的增加,固结系数近线性增长,但增量比逐渐减小。与正常沉积重塑土不同,超软土的次固结系数随着固结荷载的变化存在峰值; 加荷比对超软土次固结系数影响较大,较小的荷载增量可降低次固结系数; 超软土及正常沉积重塑土的次固结系数均表现为随含水率的增加而增加。     

吹填软土蠕变过程中颗粒与孔隙演化特征分析

软土一般具有蠕变特性,蠕变在微观上表现为土颗粒与孔隙的变化。为了解长期变形内在机制,对天津滨海吹填软土原状土与重塑土进行了固结不排水三轴蠕变试验。在围压为75 kPa、偏应力为10 kPa情况下开展多组平行试验,选取蠕变过程中多个时间点的试样进行微观结构测试,提取了颗粒与孔隙变化参数,研究蠕变过程中微结构变化规律。研究结果表明：在文中所受荷载条件长期作用下,颗粒与孔隙定向性明显;平均孔径及平均孔隙体积呈逐渐减小趋势;结构性原状土比表面积逐渐增大,重塑土则呈减小趋势;结构性原状土颗粒与孔隙分数维呈减小趋势,但重塑土呈相反趋势。     

考虑前期固结影响的吹填软土安全运营阶段微结构演化特征

天津滨海新区吹填土为高黏粒含量细粒土,具有孔隙比大、压缩性高、强度低等特点。虽然成土时间短,但具有一定的结构性。土体微观结构决定土体的力学性质,在工程实际中,经过固结处理后的吹填土在安全运营阶段由于上部荷载的持续作用,结构性也会发生变化。为了研究此过程中微结构演化特征,本文试验土样为天津滨海新区重塑土,将其进行先期固结与后期不排水蠕变试验,模拟固结排水地基处理后吹填土安全运营过程,并在此过程中取样进行微结构制样及电镜扫描,定量化分析微观参数的演化规律。试验结果表明:经过固结排水后的吹填软土在持续荷载作用下,土中颗粒和孔隙数量都呈减少趋势,颗粒等效直径、形态比都增大,孔隙等效直径、形态比则呈相反趋势,且在蠕变初期这些变化较为明显,后期变化逐渐趋于平稳。前期固结时间越长,蠕变开始时结构性参数体现出土体结构性越强,固结过程中偏压和固结时间对土体结构性的影响一致。     

吹填软土UU三轴剪切应力松弛特性试验研究

当透水性较差的饱和软黏土处于施工速度快(加荷速率快)的实际工况时,往往夹杂着应力松弛现象,给工程实践的安全运营带来巨大隐患。以天津滨海吹填软土为研究对象,采用WF应力路径三轴仪,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验,分析了不同初始应变、围压、剪切速率、取样深度和结构性等因素对其应力松弛特性的影响规律。试验结果表明:不同试验条件下,天津滨海吹填软土的应力松弛过程都可分为快速、慢速和稳定3个阶段;应力松弛速率随初始应变和取样深度的增大而增大,而围压和剪切速率对其影响不太显著,土的结构性增强会明显增大应力松弛速率,从而加剧应力松弛现象的产生;通过对比分析,确定幂函数模型更适合描述不同试验条件下吹填软土的应力松弛变化规律。研究结果对天津滨海吹填软土场地安全施工与运营具有重要的现实意义。      

剪切速率对结构性吹填软土力学特性影响试验研究

黏土在剪切变形过程中,剪切速率的不同会对其结构破坏产生不同影响,从而影响其力学特性.本文以天津滨海新区吹填软土为研究对象,在对吹填软土关于结构性讨论的基础上,开展了剪切速率对其力学性状影响的三轴试验研究,分析其剪切速率力学效应.试验结果表明:随着剪切速率的提高,在低围压条件下,吹填软土的强度及其结构屈服应力均先减小后增大,存在临界剪切速率,而在高围压条件下,强度及其结构屈服应力则逐渐增大,与剪切速率呈正相关关系,临界剪切速率逐渐消失; 吹填软土的黏聚力在不同围压下随剪切速率提高均呈现减小趋势,内摩擦角在低围压条件下随剪切速率提高呈现增大趋势,在高围压条件下则随剪切速率提高呈现减小趋势; 在剪切过程中,孔隙水压力均随着轴向应变的增大到某一值然后稳定下来,随着围压的进一步加大,孔隙水压力的稳定值会随剪切速率的提高呈减小趋势.