不同干密度非饱和膨胀土的三轴试验研究

重塑非饱和膨胀土的结构特征是影响其强度和变形等性质的重要因素。在不同初始干密度下击实的试样具有不同的初始结构。吸力和净围压的作用使得试样结构产生变化,从而呈现出不同的剪切特征。进行了一系列的控制吸力的三轴试验,试验结果表明,吸力和净围压的增加使得试样的抗剪强度提高,剪胀性减小;初始干密度大的试样也有更高的强度,且呈现出明显的剪胀现象。     

膨胀土初始破损与湿干交替耦合作用下的力学行为

为研究不同初始破损程度、不同干湿循环次数及两者耦合工况对膨胀土孔洞及裂隙发育、演化规律的影响,以及相应的土体变形、力学行为,以合肥膨胀土为研究对象,对制备的不同初始破损程度（圆柱孔直径分别为0、2.5、5 mm）的3组20个试样进行干湿循环试验及三轴剪切试验（控制吸力为50 kPa,有效围压分别为100、200、400 kPa）。并解释了孔洞-裂隙的产生及发育新机制。结果表明：干湿循环次数为0时,一定程度的初始破损会提高土体的强度;与常规认识不同,干湿循环次数为1～2次时,初始破损的存在会诱导土体裂隙开裂的方向和贯通模式,形成的结构块较无破损土体形成的更完整,因而具有相对于无初始破损土体更高的强度;干湿循环次数为3次时,裂隙完全扩展,土体结构性被严重破坏,有无初始破损的土体强度趋于一致;孔洞-裂隙的演化机制是：脱湿-增湿过程中产生的水力梯度使土体具有不同的软硬性质和胀缩变形,产生的拉压应力在微裂纹、尖端形成应力集中而开裂,更易与具有的初始孔洞破损联合、交汇、贯通,萌生的裂隙增大了水汽交换界面面积,进一步平衡拉压应力而最终完全碎裂。研究可为普遍存在初始破损的膨胀土工程研究提供新的思路。     

原状Q2黄土三轴剪切细观结构演化定量研究

基于非饱和原状Q2黄土CT-三轴剪切试验得到的结构演化清晰的CT图像及CT数据,提出利用CT数随偏应力的关系确定屈服应力的新方法。基于CT数定义了结构性参数和结构演化变量;分析了结构演化变量与净围压和吸力的关系,相对于应变（包括偏应变和体应变）,当吸力相同时,净围压越大,结构演化变量值越大;当净围压相同时,吸力越大,结构演化变量值越小。建立了非饱和原状Q2黄土三轴剪切过程的结构演化方程,该方程为结构演化变量与偏应变和体应变的关系,能同时反映净围压和吸力等对结构演化的影响。利用提出的结构演化方程对试验数据进行拟合,拟合结果较理想。     

膨胀土损伤变量不同表征方法评价的试验研究

裂隙性是膨胀土的重要结构特征,裂隙损伤对膨胀土的变形、强度和稳定性有重要影响。岩土体损伤演化理论是当前研究的前沿课题,选择合理的损伤变量决定着损伤模型的正确性。为评价几种损伤变量表征方法的合理性,以南水北调中线工程陶岔引水渠坡的膨胀土为试验研究对象,通过控制净围压和吸力分别为100、50 kPa下的CT-三轴剪切试验,定量研究了分别基于承载面积、CT数的均值ME和方差SD的损伤变量表征方法的合理性。研究发现,损伤面积相同而损伤部位不同的试样偏应力-应变曲线和强度基本一致;损伤面积和SD可以作为损伤变量表征参数,而ME不适合用来表征膨胀土的损伤变量,虽然ME可以很好地用来定义岩石的损伤变量。试验研究结果可以为建立考虑损伤的膨胀土强度理论和本构模型中损伤变量的选择、定义提供科学依据。     

基质吸力变化引起的体积应变研究

与降雨有关的边坡表层变形位移,其根源是基质吸力降低引起的非饱和土体积应变。利用某滑坡体的原状样及其重塑样,分别在100kPa、200kPa围压作用下,采用单纯增加基质吸力的应力路径,对基质吸力引起的体积应变,进行试验测试。结果显示: (1)试样的体应变,随基质吸力的增大,单调增大,服从对数函数关系;(2)围压由100kPa增加到200kPa的试样体积模量,随基质吸力的增大,单调增大,服从幂函数关系;(3)与基质吸力有关的体积变化系数,随基质吸力的增大,单调减小,服从幂函数关系;并且当基质吸力大于200kPa以后,随基质吸力增大,体积变化系数接近于常数,约为0.0059左右。在此基础上,本文针对这种由单纯基质吸力变化引起的非饱和土体积应变规律及机理,进行了探讨。     

勘误

<正>发表于《岩土力学》2013年第34卷第10期的论文"圆柱孔破损膨胀土强度和变形特性的CT-三轴试验研究"一文(作者:汪时机,韩毅,李贤,石朗晶,张雅倩,陈正汉)中有如下几处错误:(1)第2767页图9(a)、9(b),第2768页图10(b)纵坐标轴名称"体应变/kP a"应改为"体应变/%"。(2)第2768页图10(a)、10(b)的图例"净围压:50 k Pa、净围压:100 kP a、净围压:200 kP a"应改为"无孔试样、2 mm中孔试样、8 mm中孔试样"。现将图9、10修改如下:     

Q3黄土侧向卸荷时的细观结构演化及强度特性

利用应力控制式CT-三轴仪,在控制吸力的条件下研究了原状Q3黄土的细观结构演化和强度特性。结果表明：侧向卸载时,非饱和Q3黄土的应力-应变关系呈硬化型,可用双曲线描述;利用CT数据与试验中所施加偏应力之间的关系可确定试样的屈服应力,屈服应力随着吸力和固结净围压的增大而增大;侧向卸荷剪切试验结果得到的强度参数低于常规三轴压缩剪切试验的结果;利用定义的非饱和Q3黄土的结构参数,建立了侧向卸载过程的细观结构演化方程。     

压实度和基质吸力对土石混合填料强度变形特性的影响研究

针对土石混合料高填方工程分析计算参数和模型确定难题,采用非饱和土三轴仪进行了控制基质吸力和净围压的36个固结排水剪切试验,定量研究了压实度、基质吸力、配合比对非饱和重塑混合料强度变形特性的影响,建立了非饱和压实土抗剪强度、切线变形模量和切线体积模量修正算法表达式。试验结果表明:破坏应力、黏聚力随吸力的增加基本呈线性增长,吸力变化对有效内摩擦角影响不大;破坏应力与强度参数随压实系数的提高而增大;土石比为4:6的土样破坏应力和强度参数整体略高于2:8的土样,有效黏聚力随粉质黏土含量的增加而增大。配合比和压实系数相同的土样,净围压或吸力越大,试样强度越大,体变逐步由剪缩趋于剪胀;净围压和吸力相同的土样,在相同配合比时,压实系数越高,应变曲线逐渐由应变硬化型向理想弹塑型转变,低净围压下部分土样趋于应变软化型。修正后的非饱和土非线性增量本构关系符合大面积填方工程实际,可用于高填方地基变形计算和高填方边坡稳定性分析。     

结构性对非饱和Q_3黄土强度和屈服特性的影响

为研究结构性对黄土强度特性和屈服应力及屈服吸力的影响,以兰州非饱和原状Q3黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和土四联直剪仪和改进型非饱和土三轴仪进行了一系列的非饱和土直剪和各向等压加载以及三轴收缩试验。试验结果表明:原状黄土及其重塑土的黏聚力和内摩擦角均随吸力的增加呈线性增长趋势,吸力越大,抗剪强度越高;Q3原状黄土具有较高的结构性,其抵抗外力破坏的能力较高,而重塑土土粒之间结构比较松散,因此,原状土的抗剪强度要高于重塑土,尤其在低吸力和高含水率情况下;定义了黏聚力结构参数cM和内摩擦角结构参数M?,得到了黏聚力耦合值*c和内摩擦角耦合值*?随吸力变化的拟合公式,为实际工程抗剪强度指标的选取提供另一种尝试;原状黄土的屈服应力和屈服吸力均大于重塑土,在p-s平面上原状黄土的弹性区要大于重塑土;两种土的屈服应力之差随着吸力的增大而线性增大,屈服吸力趋近于一常数,受净平均应力的影响较小;试样屈服前,原状黄土较强的结构性导致其变形要小于重塑土,试样屈服后,两者变形差别不大。试验结果为进一步建立结构性模型提供了试验基础,也为黄土地区工程建设提供了参数依据。     

重塑黄土在不同基质吸力下的真三轴剪切试验

为研究重塑黄土在控制吸力真三轴条件下的剪切特性,利用非饱和土固结仪测试了重塑黄土的土-水特征曲线,得到基质吸力与含水率的对应关系,利用真三轴仪对重塑黄土进行了控制基质吸力为50、100、200 kPa的固结排水剪切试验。在剪切试验中同时控制净平均应力为300 kPa,中主应力参数b值分别为0、0.25、0.50、0.75、1.00。试验结果给出大主应变、中主应变和小主应变与偏应力的关系曲线,研究了基质吸力和b值对土体应力-应变响应的影响。结果表明,重塑黄土的抗剪强度随基质吸力的增大而增大,随中主应力参数的b值增大而降低;应力-应变曲线随b值增大逐渐从应变硬化型向理想弹塑型转化。给出了重塑黄土在π平面上的强度破坏线,其随着基质吸力的增大而向外扩展,基质吸力会影响其位置、大小及形状,且重塑黄土不同基质吸力的试验结果与Lade-Duncan破坏准则的预测结果更接近。     

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。     

真三轴条件下的原状黄土增湿变形特性

为了研究复杂应力条件下原状黄土的增湿变形特性，利用改进的非饱和土湿陷真三轴仪，在测量吸力条件下对原状黄土进行双线法分级浸水增湿试验，探讨力?水耦合作用下吸力的变化特性，研究真三轴浸水试验的增湿变形特性，以及吸力、净围压、中主应力和应力比对增湿变形的影响。研究结果表明：由ei-lgp压缩曲线确定了非饱和土的屈服点，屈服点之前，曲线的斜率近似相等；屈服点之后，曲线的斜率随着初始吸力的减小而减小，且非饱和土与饱和土的交点随着初始吸力的增大呈右下方移动趋势。等向压缩过程中，吸力随着净平均应力的增加近似呈线性减小趋势，初始吸力越小，吸力减小的速度越慢，且吸力变化量越小。均压分级浸水增湿时，吸力s随着浸水量w的增加而减小，增湿体变 随着浸水量w的增加而增大，不同净围压下的 -w关系曲线相互有交叉。交叉区域之前，净围压越大，增湿体变越小，而交叉区域之后，净围压越大，增湿体变越大。在同一净围压条件下，浸水量相同时，初始吸力越大，增湿体变越大。真三轴剪切增湿试验中，应力比k、中主应力参数b值和净围压?3皆对增湿变形有一定的影响。当q/p≤1时，增湿变形曲线前段下凹后段上凹，主要表现为体积增湿变形；当q/p>1时，增湿变形曲线只有下凹部分，主要表现为剪切增湿变形。增湿变形曲线的形态取决于k值和b值的不同组合。     

结构性黄土吸力的试验研究

利用轴平移法量测吸力技术,进行了等吸力三轴剪切试验,研究人工制备结构性黄土吸力与周围压力的关系;利用土吸力量测仪进行了原状结构性黄土吸力的量测,研究了结构性黄土吸力随含水量及饱和度的变化关系,随着三轴剪切试验的周围压力的增大,吸力逐渐减小;原状结构性黄土的含水量(饱和度)对吸力有显著的影响,随着土的含水量的增加吸力减小。      

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.     

脱湿状态下南京下蜀土的土水-力学特性

用经改造的GDS非饱和土三轴仪测得下蜀土在不同净围压下的变形特性和持水特性,并以van Genuchten模型对试验数据的拟合结果为基础,分析了净围压对下蜀土吸力应力特征曲线的影响,全面系统地研究了脱湿状态下南京下蜀土的土水-力学特性。研究表明,下蜀土的变形特性受净围压与基质吸力影响,基质吸力越高,下蜀土的压缩性越低,可以用二元指数函数本构模型分析孔隙比与应力状态变量间的关系。净围压使下蜀土持水能力增强,净围压与进气值呈幂函数关系。土的压缩性越高,净围压对其持水特性的影响越显著;随着净围压的增大,下蜀土孔隙比趋同,净围压对持水特性的影响逐渐减弱。外部荷载对下蜀土吸力应力特征曲线的影响是分段的,在边界效应区范围内,净围压增大时,吸力应力特征曲线间的差异逐渐减小;在过渡区范围内,吸力应力随状态变量变化的快慢程度不受外部荷载影响。根据双电层理论分析了高吸力时吸力应力的物理意义与计算方法,提出以界限有效饱和度作为吸力应力函数的分界点。