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。     

淋滤条件下GGBS-MgO固化铅污染黏土强度与溶出特性研究

以粒化高炉矿渣粉-氧化镁（GGBS-MgO）固化铅污染黏土为研究对象,通过半动态淋滤试验,对GGBS-MgO在酸雨作用下的强度特性及溶出特性进行研究。通过对GGBS-MgO固化铅污染黏土半动态淋滤后pH值、针刺深度、无侧限抗压强度及浸出液中[Pb]、[Ca]、[Mg]元素浓度的测试,分析淋滤液初始pH值、掺量以及含铅不含铅对GGBS-MgO固化土强度特性的影响,讨论了初始淋滤液pH值、固化剂掺量对GGBS-MgO固化铅污染土累积铅、钙、镁溶出质量以及铅有效扩散系数的影响规律。结果表明,半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度qu较标准养护39 d试样降低了2%～53%,且淋滤液初始pH=2对试样qu影响最大;在相同掺量、相同淋滤液初始pH值时,GGBS-MgO固化未污染土半动态淋滤后qu较水泥固化未污染土qu提高了12%～43%;且当固化剂掺量为18%时,固化铅污染土强度特性较水泥有明显优势,约为水泥固化铅污染土强度的1.3～1.8倍;且相同配比时,淋滤液初始pH=2表层的pH值约为pH=3、4、5、7的1/2;随着淋滤液初始pH值、半动态淋滤后qu及内部pH值的增加,针刺深度减小;针贯入阻力与qu存在幂指数关系。此外,累积铅、钙、镁溶出质量随着初始淋滤液pH值、固化剂掺量的增加而减少,在初始淋滤液pH=2时,Ai,Pb、Ai,Ca、Ai,Mg分别约为pH=3、4、5和7的29～222倍、1.7～4.4倍和12.0～80.3倍;固化剂掺量为12%时的累积溶出质量约是18%掺量时的1.1～2.0倍;铅有效扩散系数De随着初始淋滤液pH值的增加而降低,初始淋滤液pH=2时的De比pH=3～7的De高约3～5个数量级;且低于水泥固化铅污染土De,当初始淋滤液pH=7时,GGBS-MgO固化土De相比于水泥固化土低1～2个数量级。     

不同固结状态下黏土抗剪强度与剪切速率的关系

利用直剪仪针对不同固结状态下的饱和黏性土,在不同剪切速率条件下进行了系统的试验研究,探讨了剪切速率与剪应力-剪切位移曲线变化规律,分析了剪切速率对强度参数的影响及原因。试验结果表明:对于正常固结土,剪切速率越大,峰值剪应力越小,内摩擦角越小。不同的固结状态下,剪切速率对抗剪强度参数影响不同。超固结比为2时,内摩擦角随着剪切速率的增大而减小,黏聚力随着剪切速率的增大而增大;超固结比为3时,内摩擦角随剪切速率的影响较小,黏聚力随着剪切速率的增大而增大。另外,从黏聚力和内摩擦力的角度,分析了不同剪切速率条件下土体抗剪强度变化的主要控制因素。最后,从孔隙水压力的角度分析了不同剪切速率对抗剪强度的影响。在相同的法向应力下,对于正常固结土,不同剪切速率引起的剪切带周围孔隙水压力变化量与破坏剪应力变化量成正比关系;对于超固结土,黏聚力变化量减去破坏剪应力变化量的差值与孔隙水压力的增量成正比。     

表面活性剂改性粉土抗剪强度特性的研究

表面活性剂随着工业、农业、日常生活等各种活动进入到土体及地下水中,不仅会带来环境污染的风险,还会改变土体的结构等从而影响土体的工程性质。为了合理评估表面活性剂污染土体的工程适宜性,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和阳离子表面活性剂三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)对粉土进行改性,通过直剪试验研究其对粉土强度特性的影响。结果表明,表面活性剂改性后的粉土内摩擦角减小,随着表面活性剂浓度的增大,内摩擦角减小的幅值越大,当表面活性剂浓度达2%时,粉土内摩擦角减小23.9%;SDBS改性后的粉土黏聚力大大减小,SDBS浓度为2%时,黏聚力减小91.8%,CTAB改性后粉土黏聚力增大,最大增幅达41.8%;改性粉土中加入不同pH的表面活性剂时,内摩擦角变化很小,表明表面活性剂的酸碱程度对土样内摩擦角影响较小,随着表面活性剂溶液pH的增大,改性粉土的黏聚力呈现出下降的趋势,pH改变了土壤的电荷的分配,改变了土粒间的静电作用,从而引起土体黏聚力的变化。     

考虑路堤-加固区相互作用的刚性桩复合地基沉降算法

为合理计算路堤荷载作用下刚性桩复合地基沉降,考虑路基填土中的土拱效应以及路堤-地基加固区竖向荷载传递的耦合特征,基于填土中内、外土柱界面摩阻力系数随深度线性发挥模式以及复合地基中桩土相对位移模式与桩侧摩阻力系数分布模式,采用微元体静力平衡原理,并考虑路堤-加固区-下卧层之间的应力连续与变形协调条件,推导出了路堤下刚性桩复合地基的桩土应力比、桩土沉降差、加固区沉降量的计算公式,定量反映了路基填高、填土及软土地基的黏聚力和内摩擦角、桩长、桩径、桩间距等多个主要因素。实例分析表明,加固区沉降量的计算值与实测值误差一般不超过15%;桩长对加固区沉降呈非线性影响;面积置换率、地基土内摩擦角与黏聚力对加固区沉降均具有线性的负相关影响特征,且沉降量受内摩擦角影响比黏聚力更敏感。     

基于应力修正的土体抗剪强度影响因素分析

为探究地基土体在附加应力作用下抗剪强度的变化规律,对传统剪切试验方法进行了改进。通过气压式全自动固结仪预先对试样施加多组精确的附加应力（超出原状土体上覆土重的荷载）后进行快剪试验,以淤泥质粉质黏土与粉土夹粉砂两类土体为研究对象,分析结构与状态的变化对抗剪强度指标值的影响;从受剪土体与剪切盒各层面受力与沉降关系出发,融入剪切面积动态表达式,推导出剪切正应力的修正公式,代入试验计算抗剪强度参数值。结果表明:两类土体受附加应力的影响存在明显的差异,淤泥质粉质黏土以黏聚力变化为主,粉土夹粉砂则体现在内摩擦角上;含水量及孔隙比的改变与土体抗剪强度参数值的变化之间存在反相关关系。     

冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响

为研究季节冻土地区冻融作用对道路边坡土体抗剪性能的影响规律,在不同冻结和融化温度、不同冻融循环次数、开放和封闭体系条件下对冻融饱和原状粉黏土试样进行了不固结、不排水剪切试验。试验结果表明:饱和原状粉质黏土冻融后,黏聚力降低,内摩擦角增大,冻结温度越低,冻融作用对黏聚力和内摩擦角的影响越小,随着冻融循环次数的增加,5～7次冻结循环后二者的变化逐渐趋于稳定。水分补给会强化冻融作用对试验土抗剪性能的影响;融化温度对试验土的抗剪性能影响很小。     

含盐冻结粉质砂土的强度参数和强度准则试验研究

对含盐冻结粉质砂土进行温度-2 ℃、-4 ℃、-6 ℃和围压0.3~16 MPa的三轴强度试验. 结果表明: 含盐冻结粉质砂土应力-应变曲线在低围压和高围压表现为应变软化特征, 中围压为理想塑性变形特性; 随着围压的增大, 强度先增加后减小. 在围压小范围内得到广义黏聚力和广义内摩擦角, 并得到广义黏聚力和广义内摩擦角随围压和温度的变化规律; 同时, 针对强度随围压的变化, 提出非线性强度准则.     

湛江强结构性黏土强度特性的应力路径效应

为探讨湛江强结构性原状土与相应重塑土在不同应力路径下的强度特性及其与结构性的关联性,开展了在不同固结条件下的主动压缩、被动压缩、主动伸长3种应力路径试验,分析了该强结构性黏土在不同应力条件下的力学性状与强度特性。结果表明,湛江黏土的剪切破坏形态主要是单一型、双交叉剪切带与“腰鼓”型3类,应力-应变特性主要为轻度应变软化、强烈应变软化、轻度应变硬化、强烈应变硬化4类;偏压固结下试样破坏应变小于等压固结相应值,破坏强度及初始弹性模量比后者大;不同应力路径下土的强度差异主要反映在结构屈服前有效黏聚力的不同,结构屈服前,原状土的黏聚力高于重塑土的黏聚力,内摩擦角小于后者;结构屈服后,黏聚力逐渐减小,内摩擦角略有增大。原状土到重塑土的转变过程是黏聚力与内摩擦力在土体内部相互消长的过程,强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。     

水泥砂浆固化土三轴试验研究

为研究水泥砂浆固化土剪切强度特性和合理确定水泥砂浆固化土工程应用的配比,从掺砂量、水泥掺入比、原料土含水率及砂料粒径入手,对水泥砂浆固化土进行了室内固结不排水三轴（CU）试验研究。结果表明,掺砂可以改善固化土强度;随掺砂量的增加,黏聚力和有效黏聚力先增加后减小,转折点的掺砂量为最佳掺砂量（10%左右）,内摩擦角和有效内摩擦角不断增加,一定掺砂量下增加水泥掺入比可有效地提高固化土的强度;随着含水率的增加,固化土的黏聚力呈近似线性减小的关系,而内摩擦角几乎保持不变,采用水泥砂浆处理高含水率软弱地基时适当提高掺砂量,可以较大幅度改善固化土的力学性质;在掺料配比一定的情况下砂料粒径对固化土的抗剪强度指标存在一定的影响。采用单一粒径砂料的固化土抗剪强度更高,该单一粒径在固化土级配良好的前提下,不均匀系数Cu趋于最大、曲率系数Cc趋于最小     

南昌地区红土的动强度特性试验研究

通过动静三轴试验,探讨南昌地区红土的动强度指标随固结比及固结围压的影响规律。从试验结果可知,南昌地区红土的动强度随固结围压的增大而增大,却随固结比的增大而减小,动内黏聚力C随着固结比的增大而减小,动内摩擦角?_d随固结比的增大而增大。通过对动静试验结果进行对比发现,南昌地区红土的动内黏聚力小于静黏聚力,动内摩擦角大于静内摩擦角。      

考虑渗流的饱和粉土地层盾构开挖面稳定分析

土压平衡盾构在穿越高水位钱塘江粉土地层时,地下水与密封舱之间的高水压差会产生过大的指向开挖面的渗透力。钱塘江粉土黏聚力低,开挖面自立性差,且土体模量小,过大的渗透力会使土体产生更大的变形,导致开挖面失稳。数值模拟中合理选取土的本构关系与模型参数,对计算结果的可靠性十分重要。为了研究渗流条件下开挖面稳定性问题,基于室内试验,对钱塘江粉土的摩尔-库仑本构模型和摩尔-库仑应变软化本构模型参数进行研究。研究发现,钱塘江粉土的剪应变是轴向应变的1.5倍;根据三轴卸荷试验得到应变软化内摩擦角和剪应变的关系,当剪应变为4.7%时内摩擦角达到峰值为25°,剪应变为7.4%时内摩擦角达到残余值为21°,剪应变在4.7%～7.4%之间时,内摩擦角线性减小。采用有限差分软件建立39组三维分析模型,通过与离心机试验的极限支护压力和地表沉降对比发现,相同水位情况下,摩尔-库仑应变软化本构模型计算的极限支护压力与离心机试验的最小误差为3.1%,最大地表沉降的误差为5.67%。证明了在钱塘江粉土地层中使用摩尔-库仑应变软化本构模型的可行性及模型参数的可靠性。     

北京东部地区非饱和粉砂层原位直剪试验成果分析

对北京东部地区典型非饱和粉砂层进行原位直接剪切试验,采用最小二乘法拟合得到黏聚力和内摩擦角指标,其内摩擦角指标相比于传统地区经验值和室内直接快剪试验值分别提高了11.11%～24.4%、3.01%～17.40%;室内直接快剪试验测得粉砂层的黏聚力为4.8～7.5 kPa,而原位直剪试验测得该值最高达9.5 kPa。研究成果为该地区非饱和砂土层的剪切指标参数优化提供了试验支撑,节约了基坑支护造价,为实现工程建设全过程绿色建造提供了可能。     

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。     

橡胶颗粒改良粉煤灰土的动力特性试验研究

对橡胶颗粒改良粉煤灰土的动强度、动模量、黏聚力和内摩擦角进行了动三轴试验研究,并将试验结果与粉煤灰土的动力特性加以对比,分析表明：粉煤灰土及橡胶颗粒改良粉煤灰土在同一围压下动强度均随破坏周数的增加而减小;在同一破坏周数下动强度随着围压的增加而增加;粉煤灰土的黏聚力为203.73 kPa,内摩擦角为11°;橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力为227.26 kPa,内摩擦角为17°,橡胶颗粒改良粉煤灰土的黏聚力增大了23.53 kPa,提高了11.55%;粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量高于橡胶颗粒改良粉煤灰土的初始切线模量及平均动模量。研究表明,橡胶颗粒改良后的粉煤灰土具有动强度高、黏聚力和内摩擦角大的特点,从而说明橡胶颗粒改良后的粉煤灰土可以作为季冻区路基冷阻层材料     

基于高分子复合材料改良砂土三轴剪切试验研究

为研究剑麻纤维和高分子固化剂复合改良对砂土工程特性影响，通过一系列三轴剪切试验，对不同掺量和长度的剑麻纤维与高分子固化剂改良砂土的剪切强度特性进行了研究，从峰值偏应力、应力应变曲线特征和抗剪强度参数等方面分别对改良机理进行了研究。研究结果表明，纯高分子固化剂改良砂土的峰值偏应力和黏聚力明显提升，由于固化剂粘结砂土颗粒，限制了变形过程中颗粒的相对滑动，内摩擦角略微降低。随纤维掺量的增加，不同围压下固化剂改良土体的峰值偏应力明显增加，应力硬化特征愈加明显，土体的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加保持单调递增趋势。在单纯添加固化剂的情况下，土体强度与固化剂浓度呈正相关的关系；在给定0.4%的纤维含量下，随着纤维长度的加长，纤维和高分子固化剂复合改良砂土的剪切强度先增强后降低；在纤维长度为18 mm时，土体的剪切强度达到最大，黏聚力达到最大207.57 kPa；纤维长度的改变对试样破坏时的轴向应变和土体的内摩擦角基本没有影响。     

固化淤泥重塑土力学性质及其强度来源

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加,固化淤泥的脆性增强,塑性减弱;重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大,随着应变的增加,应力增长缓慢,塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大,而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减,并且水泥量和龄期越大,折减越多;内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用,因此,在固化淤泥重塑土的实际工程应用中,初始固化土的处理强度不应太高。     

基于冻融交界面直剪试验的冻土斜坡失稳过程研究

为了探讨多年冻土区自然斜坡失稳机制,开展了不同含水率黏土、粉土、砂土的土-冰交界面直接剪切试验和相应融土的直接剪切试验。结果表明,砂土和砂土-冰冻融交界面剪切应力-变形特性主要表现为弹性变形,且剪应力存在明显峰值;粉土、黏土及相应的冻融交界面在很小的变形范围内表现为塑性变形,且剪应力无峰值。水分对砂土活动层抗剪强度影响较弱,表现为水分增高,内摩擦角小幅降低。水分对粉黏土活动层抗剪强度影响剧烈,表现为水分增高,粉黏土黏聚力急剧减小。研究发现,冻土区斜坡失稳更易发生于细颗粒粉黏土中。相对于粉土,粉土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更强,粉土斜坡潜在滑动面更易发育在冻融交界面上层附近;相对于黏土,黏土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更弱,黏土斜坡更易在冻融交界面处发生滑动。同时,细粒土斜坡极易在达到最大融化深度前提前失稳,斜坡坡度越高,失稳时间越提前。融化期活动层水分增多导致潜在滑动面黏聚力降低是细粒土冻土斜坡失稳的最主要原因,孔隙水压对冻土斜坡具有一定影响,在稳定性评价时要考虑活动层水位的影响。     

生态酯类材料砂土改良及工程护坡应用

为提高砂土边坡的稳定性并实现生态护坡,采用生态酯类材料——纳米水性黏合剂对砂土进行改良,通过凝胶渗透色谱法和热重法分别对纳米水性黏合剂的相对分子质量及分布、热稳定性等进行了测试与分析;通过设计并开展不同纳米水性黏合剂掺入量条件下砂土的无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,研究了砂土的强度改良效果与规律;通过崩解试验和边坡冲刷模型试验,研究了砂土的遇水稳定性和坡面抗冲刷能力的改良效果与规律,并进一步分析了砂土改良及生态护坡机制。结果表明,纳米水性黏合剂能提高砂土的强度、水稳定性及坡面抗冲刷能力。随黏合剂掺入量的增加,砂土的无侧限抗压强度和黏聚力增大,黏聚力的增加幅度可达46%～77%,而内摩擦角变化较小;砂土的崩解系数和峰值崩解速率减小,最大崩解速率出现的时间越发滞后;坡面冲刷率降低约68%～86%。边坡防护工程实际应用效果表明,纳米水性黏合剂的固土效果好,作用时间长,促进植被生长,实现了边坡的长效生态防护。