饱和黄土液化后强度与变形特性的试验研究

采用MTS810动三轴试验仪,用二氧化碳+脱气水循环渗流法对重塑黄土进行饱和,进行了一系列对石碑塬滑坡区饱和黄土液化后变形特性试验。考虑干密度和初始有效围压对黄土液化后变形特性的影响,将液化与未液化黄土在单调静荷载作用下的应力-应变曲线进行对比。实验结果表明:利用二氧化碳+脱气水循环渗流法可以使重塑黄土饱和取得较好的效果;饱和石碑塬黄土具有明显的液化特征,在强震作用下发生液化,液化后强度大大衰减,应力-应变曲线呈弱硬化型,分为两个阶段;干密度和初始有效围压对液化后黄土的强度有一定影响,初始有效围压与不排水强度呈拟合度较高的线性关系,初始有效围压越高,液化后不排水强度越大。     

黏粒含量对粉土液化后特性影响的试验研究

利用多功能动三轴仪的先进功能,对3%、6%、8%、9%、12%和15%黏粒含量的粉土进行了动三轴试验。试样在初始液化后继续施加动荷载,达到不同的双幅轴向应变后施加不排水单调荷载模拟液化后大变形。研究结果表明,相同循环周数时不同黏粒含量对动加载阶段的动剪应力影响规律与其对液化后初始阶段大应变规律有内在联系,即黏粒含量为8%时动剪应力最小而液化后低强度段应变最大,而强度恢复段模量也最低。试验验证结果表明,拟合关系式能较好地反映不同黏粒含量粉土液化后大变形。     

重复循环荷载作用下原状黄土动力特性试验研究

为探究重复循环荷载作用下含水率、固结压力对原状黄土动力特性、变形性状的影响规律,利用英国GDS双向动态三轴试验系统模拟交通荷载,对海东地区原状黄土进行动三轴试验研究。试验结果表明：单一重复循环动荷载作用下,在加载初期,海东地区原状黄土的轴向动应变随着循环次数的增大急剧增加,后期缓慢增加至趋于稳定,即发生应变硬化现象。在加载初期,含水率、固结压力对原状黄土的轴向动应变无明显影响,当循环次数N>400时,原状黄土的轴向动应变随含水率的升高而增加,随固结压力的增大而减小。动剪切模量随循环次数的增加出现先减小后增加再减小的变化,随含水率的升高有较大幅度的降低。动阻尼比随循环次数的增加先增加后减小,随含水率的升高而增大。表明海东地区原状黄土所具有的大孔隙架空结构使其在重复循环荷载作用下易发生振动变形。     

黏粒含量对粉土液化后特性影响的试验研究

设计了分析粉土液化后单调荷载下剪切强度的三轴试验。对粉土施加动荷载使其发生液化后,在不排水条件下施加单调静荷载,直至土体达到强度稳定停止试验。试验结果表明,不同初始有效固结压力、初始孔隙比对液化后土体不排水剪切强度影响较大;液化后粉土表现出明显的剪胀特性,颗粒结构重组,孔压在不排水条件下逐渐消散,土体强度则逐渐增加并最终趋于某一稳定值;剪切强度与初始有效固结压力呈线性关系;孔隙比越小,其液化后剪切强度越大。     

循环荷载作用下红黏土累积变形研究

通过GDS动三轴设备对赣南红黏土进行了一系列排水条件下的大次数循环试验,研究不同循环应力比、固结应力比及围压对赣南红黏土累积变形特性的影响。结果表明：在不同固结应力比、固结压力和循环应力比条件下,红黏土的累积应变都呈现出先迅速累积,后增长变缓,最终稳定的趋势;在一定的循环次数之后,不同初始固结应力和不同初始应力比条件下累积应变与循环次数之间的变形规律呈现为线性关系,且初始固结应力和初始固结应力比越小,其线性相关性越好;不同循环应力比下赣南红黏土的平均累积应变速率与循环次数之间也呈现出明显的线性关系。此外,基于以上关系建立了赣南红黏土在长期循环荷载作用下的累积变形预测模型,并通过对比验证了该模型的可行性。     

含砾量对饱和砂砾土液化特性的影响

利用GDS循环三轴仪进行一系列饱和砂砾土不排水动三轴液化试验,研究其在循环荷载作用下的液化特性,分析含砾量对饱和砂砾土动强度和动孔压的影响规律。研究表明:含砾量对砂砾土液化性能影响较大,随着含砾量的增加砂砾土抗液化强度呈单调增加趋势;随循环周次的增加孔隙水压力不断升高,增长速率与所施加的循环应力幅值有关,同一固结压力下,振次比相同时循环动应力幅值越大动孔压比越大;破坏振次对动孔压增长模式存在影响,破坏振次较小时砂砾土动孔压增长模式呈双曲线型发展,破坏振次较大时砂砾土的动孔压增长模式可用反正弦函数来表示,且含砾量越大循环荷载引起的孔隙水压力越高;含砾量对砂砾土液化特性的影响可从砂砾土的微细观结构特征得到阐释,并借助其粒间状态参量进行分析。     

黄土的动力损伤耗能机制和变形特性的研究

为探明动荷加载过程中黄土结构损伤的耗能机制及其对变形特性的影响规律,针对原状Q3黄土,开展了一系列固结比=1.5、含水量=15%、18%、21%、24%和围压=50、100、200、300 k Pa试验条件下等幅循环加载的动三轴试验。通过引入能量耗散比定义的损伤变量,研究了结构性土动力损伤的耗能机制,分析了结构性黄土动力损伤对动模量、阻尼比和动残余变形模量的影响变化规律。研究表明:初始结构性和应力状态相同的同一种结构性土的动力损伤的破坏耗能与动荷载无关;不同固结应力水平下,动模量和阻尼比随结构损伤累积呈现出不同的变化规律,但最终都会趋于土破坏状态的某一稳定值;动残余变形模量随结构损伤累积呈单调递减关系,低围压条件下的递减幅度逐渐趋缓,高围压条件下则全程较缓;动残余变形模量与损伤变量之间的变化关系可用二次函数拟合,拟合结果与实验结果具有很好的一致性。     

双向循环荷载下黄土的动变形特性研究

利用SDT-20型动三轴仪在双向循环荷载下探究了黄土的动变形特性,分析了初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土动变形发展的影响。试验结果表明:双向循环荷载作用下,初始动应力状态对黄土破坏模式有重要影响,初始循环偏应力小于0 k Pa时,黄土呈受拉破坏,初始循环偏应力大于0 k Pa时,黄土呈受压破坏。初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土的动剪切变形均有明显的影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值的增大均加快了黄土的动剪切变形发展,使土体的破坏更迅速。预剪应力对土体起到预压密作用,黄土的动剪切变形的发展随预剪应力的增大而减缓。当剪切动荷载幅值保持不变时,拉压动荷载幅值的增大明显地加速了黄土动剪切变形的发展,其对土体动剪切变形的影响和剪切动荷载是一致的。     

饱和尾矿粉土动力特性试验研究

通过动三轴试验研究某尾矿粉土的动强度特性与孔压特性,试验在围压100、200和300kPa与固结比1.0和2.0条件下进行。结果表明:(1)在循环荷载作用下,等压固结时饱和尾矿粉土全部液化;偏压固结时饱和尾矿粉土未发生液化;(2)各向等压固结时,选取双幅动应变达到5%作为破坏标准;偏压固结时,选取总应变达到5%作为破坏标准;(3)围压越大,τd/σ′0-Nf曲线越高,动剪应力比τd/σ′0与破坏振次Nf在对数坐标图上表现出良好的线性关系,可以采用对数函数来拟合τd/σ′0-Nf关系曲线;(4)固结应力条件相同时,动应力σd变化对尾中砂的孔压增长ud/σ0-N/Nf关系曲线基本上没有影响;固结应力比Kc一定时,固结围压σ3越大,ud/σ′0-N/Nf关系曲线越高;(5)尾矿粉土孔压发展模式在等压固结和偏压固结时不同,固结比Kc=1.0时,可采用幂函数表达式来描述尾粉土孔压发展;固结比Kc=2.0时,可用对数函数来模拟其发展。     

颗粒组成对粉土动强度的影响分析

以天津汉沽地区某挡土墙地基粉土为研究对象,首先对不同颗粒组成的粉土做固结不排水动三轴剪切试验,采用各向等压固结,周围压力等于100kPa。固结完成后在不排水条件下施加轴向激振力,试验波形为正弦波,振动频率1.0Hz,试验中以试样在周期剪切时轴向周期应变达到5%作为破坏标准,得出粉土的动强度受颗粒组成的影响。细颗粒含量越大,其动强度越小,黏粒含量为7.2%的粉土循环剪应力比CSR约为20.3%黏粒含量粉土的2倍。粉土的动强度可以用循环剪应力比和破坏振次建立的幂函数关系式较好地拟合。在剪切过程中,粉土的孔隙水压力一直没有达到所施加的围压数值,最终稳定在75%~85%围压之间。同时,试验还得出孔隙水压力的增长模式不能用统一的Seed模型拟合,孔压增长规律的影响因素较多。     

击实黄土孔压增长及循环软化特性试验研究

通过室内饱和击实黄土液化试验研究，探讨了击实黄土孔压增长规律。结果表明：击实黄土在一定条件下，受动荷载作用能够发生液化；击实黄土的孔压增长曲线与原状黄土的孔压增长曲线类似；击实黄土在循环荷载作用下具有典型的循环软化特征。工程上强夯处理的黄土若处于饱 和或近饱和状态，在动荷载的作用下会发生液化并引起较大的变形。     

Experimental study on the influence of seismic subsidence of loess under bidirectional loading modes

Water content, dry density, void ratio, depth of soil layer, and seismic loading may all exert influence on the seismic subsidence of loess. Many scholars have carried out seismic subsidence tests of loess to simulate the stress on soil using unidirectional (axial) vibration instead of bidirectional vibration. We conduct seismic subsidence tests of loess using two different dynamic stress loading methods, unidirectional and bidirectional dynamic stress. In addition, the effects of different dynamic stress loading modes on the development of seismic subsidence of loess are compared for a case-study in northwestern China. The results show that (1) the increasing ratio of radial stress to axial stress has exerted significant influence on the seismic subsidence coefficient of loess under the loading mode of bidirectional dynamic stress (2) there is a critical ratio of radial stress to axial stress for seismic subsidence of loess, ranging from 0.6 to 0.8; when the ratio of radial load to axial load is greater than the critical value, the effect of bidirectional load on the development of seismic subsidence is more remarkable (3) when the ratio of radial load to axial load is smaller, the seismic subsidence of loess calculated by the existing unidirectional stress loading method is safe for engineering projects. However, if the value exceeds the safety ratio range it is dangerous to conduct safety evaluations using the seismic loess subsidence. The prediction value of seismic subsidence at engineering sites directly affects the later foundation treatment and the safety of the overlying structures. The seismic subsidence calculation and evaluation method in this study may provide a scientific basis for safety evaluations of loess sites in northwestern China.     

制样方法对非饱和压实黄土强度变化影响的试验研究

为研究不同制样方法对非饱和压实黄土抗剪强度指标的影响规律,进行不同干密度压实土在预湿及加湿两种制样方法下的剪切试验研究。结果表明:预湿制样试验中,存在一个临界含水率影响着试验黄土的黏聚力、摩擦角,当试样的含水率低于临界含水率时,抗剪强度随含水率增加而提高,而当含水率高于临界含水率时,抗剪强度随含水率的增加而降低;抗剪强度指标总体随试样干密度的增大而增大。加湿制样试验中,随着试样含水率的增加,黏聚力连续降低,摩擦角随含水率的增加先提高后降低,对比预湿试样而言,含水率对摩擦角的折减程度降低。可以看出制样方法对非饱和压实黄土黏聚力的影响特征比较突出,当含水率低于临界含水率时加湿试样的黏聚力比预湿试样大,而当含水率高于临界含水率时预湿试样的黏聚力较高,认为加湿试样存在类似"木桶效应",而预湿试样则与试样整体水平有关。研究结果对于进一步加深非饱和黄土抗剪强度指标的适用性研究具有一定参考价值。     

粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的,通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验,研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响,同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述,模型参数受粉煤灰掺量影响较大;粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能,随粉煤灰掺量增加,不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势;考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本,提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%;并基于回归分析,给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。     

基于Matlab和IPP的黄土孔隙微观结构研究

黄土的孔隙结构是区别于其他土类的重要特点之一,黄土的湿陷、震陷等宏观力学表现与其孔隙结构密切相关。本文开发了利用Matlab和IPP(Image-Pro Plus)软件相结合的方法对黄土微结构图像进行处理,提出了一种基于灰度计算土的三维孔隙率方法,并对青海西宁、甘肃永登、甘肃兰州、宁夏西吉和山西芮城五处场地的原状黄土微观结构进行了定性与定量分析。结果表明:不同地区的Q3黄土微结构往往与地域、深度以及气候条件密切相关。在定性方面,六盘山附近及以东的地区降雨量较为丰富,颗粒以集粒和凝块为主;而六盘山以西的地区气候较为干旱,颗粒之间接触面较小,易形成架空孔隙。在定量方面,在空间上自西北向东南,黄土大孔隙含量增加;在深度上自上至下,黄土颗粒相互靠拢,粒间距离减小,大孔隙含量减小;随着深度的增加,地应力逐渐增大,黄土颗粒和孔隙受到挤压发生转动和变形,中孔隙和大孔隙的椭圆率变小,其中大孔隙变化显著;土体发生重塑,孔隙排列变得有序,孔隙大小以及孔隙面积在各个区域分布相对均匀,分维数和概率熵减小,玫瑰图曲线变得圆滑。     

饱和黄土液化的孔隙微结构特征

通过对黄土中各类孔隙含量的定量测试及数理分析，介绍了黄土孔隙微结构的计算机图像处理分析方法，并从孔隙微结构的角度研究了饱和黄土液化机理。在此基础上，建立了孔隙微结构特征与黄土液化势的定量关系，从孔隙微结构角度对中国不同地区黄土液化势进行了评价。     

压缩过程中饱和原状和饱和重塑黄土孔隙分布变化特征

为从微观孔隙分布角度上解释饱和原状黄土与饱和重塑黄土在相同应力状态下宏观变形的差异、在相近孔隙比下孔隙分布的差异以及所经历应力路径的差异,针对这二个目的,对泾阳崔师饱和原状黄土和饱和重塑黄土进行一维压缩和等向压缩试验并进行相同应力状态及相近孔隙比下的压汞试验。研究结果表明:泾阳崔师黄土孔隙分布呈三峰分布,重塑黄土孔隙分布呈两峰分布;相同应力状态下,两者粒间孔隙差异大而粒内孔隙基本相同,随着压力的增加,两者粒间孔隙逐渐相近,宏观变形的差异体现在粒间孔隙的差异;相近孔隙比下,二者孔隙分布差异不大但经历的应力路径差异很大。     

西安黄土新型旋转触探试验研究

对西安理工大学研制的新型旋转触探仪进行调试并进行了5个干密度,4个含水率试样的室内旋转触探试验。通过对实验数据的分析定性得出了:相同含水率条件下稳定锥尖阻力与稳定扭矩随干密度增大而增大;相同干密度条件下稳定锥尖阻力与稳定扭矩随含水率增大而减小。试验结果也为通过旋转触探定量确定岩土物理力学性质参数提供了依据。     

Experimental study of loess disintegration characteristics

Loess structures with large joints and fissures often undergo natural disintegration when subjected to contact with water. The slaking of loess results in the formation of loess gullies, caves, and landslides. To study the disintegration properties and the factors influencing them, we carried out field and laboratory tests. First, we carried out an in situ disintegration test using different sample shapes obtained from Heifangtai and analysed the effect of soil sample shape on loess disintegration. We then developed an improved disintegrator and tested the effect of different factors on the disintegration of loess. The effects of water content, salinity, and composition on disintegration are discussed. The results show that the loess disintegration process can be divided into three broad stages – wetting, softening, and subsidence – the disintegration is mainly concentrated in the third stage, while the first two stages are short and show very weak disintegration. The main factors influencing the disintegration of loess samples are shape, size, and clay mineral content. During the in situ disintegration test, the edge angles of soil samples are disintegrated, to soften all their edges. Disintegration duration increases with increasing sample size, but the extent of disintegration was found to decrease. Disintegration duration is inversely proportional to the loess disintegration rate. The loess disintegration rate is positively correlated with water temperature within a certain range; however, the reverse is observed with soil sample size and initial water content, and salinity was found to have little effect on the disintegration rate. Higher clay content of cohesive soil and weaker permeability leads to a slower disintegration rate. Additionally, lower cementation may easily cause loess disintegration. © 2019 John Wiley & Sons, Ltd.     

庆阳黄土冻融环境下的特性研究

为了解冻融作用对黄土湿陷性的作用效果,以Q3黄土为研究对象,采用增(减)湿法配制不同含水量黄土试样,测试黄土在无补水条件下受温度影响的冻融变形、压缩变形和湿陷变形;对原状黄土进行颗粒分析及基本物理力学参数试验。分析表明:(1)黄土是否产生冻胀取决于其含水量是否超过"临界冻胀含水量"。(2)冻融黄土与原状黄土相比压缩变形量较大,把部分浸水湿陷变形转化为压缩变形,冻融作用使黄土的湿陷性弱化。(3)冷冻黄土在相同温度下,含水量越大,湿陷系数越小;在同一含水量下,冻结温度愈低湿陷系数愈小。