砂质粉土冲击液化微观机理研究

近年来,土体冲击液化引起的工程地质问题已经广泛地出现在人们的视野中,但目前对于土体冲击液化机理的研究尚不够完善。本文通过冲击液化试验及相关微观试验,揭示了不同冲击能下砂质粉土的孔压发育与微观结构变化情况,在此基础上,从微观角度对砂质粉土冲击液化机理进行了讨论。结果表明:砂质粉土受冲击液化会出现明显的孔压激增现象,且单位冲击能下激发的孔压随落距增大而减小,并伴随明显的微结构变化;冲击液化作用主要从土体颗粒接触关系、颗粒形态,孔隙大小、形态及方向等方面改变了土体的微观结构;颗粒骨架破坏与孔隙收缩是土体冲击液化的主要微观机理,不同冲击能下土体的液化机理也由于骨架破损和孔隙收缩程度不同而产生出相应的差异。     

高速黄土滑坡的一种机理——饱和黄土蠕动液化

本文提出了高速黄土滑坡的一种机理——饱和黄土蠕动液化。文中列举了甘肃地区饱和黄土蠕动液化造成高速滑坡的实例,并从饱和黄土受力前后的应力条件及土体结构内部强度的变化分析了饱和黄土液化的机理。通过现场及室内试验得出剪切强度、剪切速度、饱和度及其它影响因素对液化程度的重要影响。提出了饱和黄土蠕、滑动液化导致高速滑坡的过程。最后,还讨论了高速滑坡及泥流的速度问题。     

不同地区饱和原状黄土静态液化特性试验研究

黄土因饱水静态液化而发生突发性失稳破坏,易造成人员伤亡和财产损失。按照颗粒级配的不同,中国黄土分为砂质、粉质和黏质黄土,不同区域的黄土具有不同的静态液化特性。利用GDS三轴试验系统,对陕西神木砂质黄土区(Q_3黄土)、甘肃黑方台粉质黄土区(Q_3黄土)和陕西泾阳黏质黄土区(Q_2黄土)原状饱和黄土进行了等向固结不排水三轴剪切(ICU)试验,研究了初始孔隙比和颗粒级配对原状黄土静态液化能力的影响。试验结果表明:①3个地区的饱和原状土的应力-应变关系均为软化型,在中低围压下泾阳饱和原状黄土不发生液化,仅表现出弱软化现象;②中低围压下,初始孔隙比是影响原状黄土静态液化的主要因素,高围压下,初始孔隙比的影响逐渐减小,颗粒级配成为影响原状黄土静态液化的主要因素。     

石碑塬滑坡黄土液化特征及其影响因素研究

石碑塬滑坡是1920年海原地震触发的大型黄土流滑,认识其破坏特征与发生机制对于黄土边坡长距离液化失稳机制的研究非常重要。对石碑塬黄土滑坡的调查和研究表明,饱和黄土或高含水率黄土具有很高的液化势和流态破坏势,在强震作用下,饱和黄土易发生液化或流滑。对石碑塬滑坡的7组原状黄土样品进行振动三轴剪切试验,并结合其微观特征分析,探讨了循环振动荷载作用下的饱和黄土孔隙水压力-应变增长模型,分析了振动液化过程中液化应力比与黄土粒度组成、土体微观结构参数及饱和度之间的关系。结果表明：黏粒含量越低,振动作用下饱和黄土孔隙水压力响应越快,液化应力比越低;黄土孔隙比越大,孔隙结构分形维数越大,液化应力比越低,振动液化后黄土孔隙分形维数降低,结构较液化之前更为致密;饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大,同一土体饱和度越高,溶滤于孔隙水中的离子浓度越高,土体粒间接触点（或胶结点）越容易发生断裂,使得黄土结构强度降低,液化应力比降低。     

砂-粉土混合料在列车荷载作用下细颗粒迁移机制试验

荷载作用下砂粉土动水力特性与细颗粒迁移研究是分析振动液化、翻浆冒泥等自然或工程灾变过程细观致灾机制和演化机制的基础与关键。利用自主研制的试验系统,开展了模拟列车动-静组合荷载作用下饱和砂粉土动水力特性及细粒迁移机制试验。试验结果表明:动-静组合荷载作用下试样的轴向变形呈现出台阶式变化特点;试样的总应力分布随着深度的增加表现出显著的指数减小趋势;孔隙水压力反复经历了动荷载作用下的累积与静荷载作用下的消散过程,并且在该过程中轴向孔隙水压力梯度逐渐对孔隙水形成"抽吸"作用,促使细颗粒产生迁移和集聚。通过分析试样不同层位深度处3种粒径组颗粒含量及有效粒径d_(10)的变化规律,研究了动-静组合荷载作用对饱和砂粉土中细颗粒发生层间迁移流动的影响机制。     

砂-粉土混合料在列车荷载作用下细颗粒迁移机制试验

荷载作用下砂粉土动水力特性与细颗粒迁移研究是分析振动液化、翻浆冒泥等自然或工程灾变过程细观致灾机理和演化机制的基础与关键。通过开展模拟列车动-静组合荷载作用下饱和砂粉土动水力特性及细粒迁移机制试验,试验结果表明：动-静组合荷载作用下试样的轴向变形呈现出台阶式变化特点;试样的总应力分布随着深度的增加表现出显著的指数减小趋势;孔隙水压力反复经历了动荷载作用下的累积与静荷载作用下的消散过程,并且在该过程中轴向孔隙水压力梯度逐渐对孔隙水形成“抽吸”作用,促使细颗粒产生迁移和集聚。进一步通过分析试样不同层位间细颗粒含量的组成变化,研究了动-静组合荷载作用对饱和砂粉土中细颗粒发生层间迁移流动的影响规律。     

粗粒土冻胀性分类

本文讨论的粗粒土,包括碎石土及除粉砂以外的砂类土。粗粒土冻结时水分迁移的特点与细粒土有质的差异。砂土颗粒可以有吸着水但无薄膜水,当粉粘粒含量小于某数值时,砂土中不存在连续结合水膜,因此就不像细粒土那样产生薄膜水正向迁移(水分向冻结面迁移)。相反,由于上部土层孔隙中自由水冻结后体积膨胀,对下层土体内孔隙水产生超静水压力,在有水分排出条件时,使水分反向迁移,即水分离开冻结面。根据博任诺娃所进行的土冻胀试验发现:在冻结粘土中,愈接近冷锋面水分含量愈增加,冻结后试样上部含水量达80.9％,下部含水量只有36.8％,平均含水量为63.9％;相     

废轮胎颗粒与黄土混合物剪切特性研究

废轮胎应用于岩土工程不仅开辟了废轮胎处置的新途径,还为解决岩土工程问题提供了新型复合材料。为了更好地模拟实际回填土受力工况,采用不固结不排水三轴试验研究了掺量为10%～50%的废轮胎颗粒与黄土混合物（以下简称GR-LM,granulated rubber loess mixtures）的剪切特性,考察了掺量、围压对剪切强度的影响。对试验结果进行了机制探讨。研究表明,所有GR-LM试样均表现出应变硬化特点,纯废轮胎颗粒在试验所有围压范围内呈近似线性的偏应力-应变特性;GR-LM应力-应变特性与掺量和围压有关,低围压下存在剪切强度增大的掺量为30%,其GR-LM强度高于其他各掺量混合土并略高于纯压实黄土的剪切强度;GR-LM剪切强度机制与GR-LM孔隙填充状态、基质土物理状态、弹性骨架颗粒有关,总体上随骨架颗粒的不同接触关系而表现出粉土与粒状土的强度特性,在剪切强度特性上体现出掺量与围压作用的相互耦合,而与压实粉土或砂土有所不同。     

四川宁南水塘村滑坡形成机理

四川宁南县水塘村在同一黄土斜坡上发生过三次滑坡,最近一次滑坡发生在雨季持续降雨后,包括新的流滑和老滑坡的复活滑动,并且引起了前缘滑坡堆积体的复活。本文通过现场调查,分析了滑坡的工程地质特征,通过室内饱和黄土的应力路径试验、饱和黄土与黏土的环剪试验和稳定性计算探讨了滑坡形成机理。结果表明,灌溉与强降雨是滑坡发生的主要诱发因素;发生于黄土层内的流滑型新滑坡是由于灌溉和强降雨入渗导致弱透水黏土层上部地下水位上升、饱和黄土层孔隙水压力增大发生的静态液化;对于滑动型老滑坡复活,稳定性计算结果表明强降雨在滑体中的入渗导致黏土层上部地下水上升,降低了老滑坡稳定性,致使老滑坡沿已有滑面复活。     

土层结构对非饱和毛细水盐运移的影响

层状土层之间孔隙结构和水力学性质的不连续性对土体水盐运移有显著影响。基于现场调查,设计了两种不同粒径土层二元结构组合(黄土-砂质粉土和黄土-粉质黏土)的室内土柱试验,通过模型试验讨论了不同地下水补给条件下土层结构对毛细水分布和盐分累积的影响。试验结果表明:在毛细水补给条件下,黄土-砂质粉土构成的上细下粗型土层结构有利于毛细水盐运移,经过60 d蒸发后,其表层SO_4~(2-)含量是上粗下细型土柱的两倍。在无毛细水补给条件下,砂质粉土层中水盐向上迁移总量和迁移速率大于粉质黏土层,最终上细下粗型土柱中上覆土层各层位离子含量均大于上粗下细型土柱。研究结果为层状土区盐渍土病害的防治提供了试验参考。     

不饱和土动弹塑性本构模型研究

以饱和度与有效应力为状态变量,通过引入描述不饱和与饱和土孔隙比差的状态变量,将Zhang等提出的饱和土体应力诱导各向异性动弹塑性本构模型推广到不饱和土体中,使其可描述不饱和土在动力循环荷载作用下的力学特性行为。通过对已有不饱和土体在完全不排水条件下的动三轴试验进行理论模拟,验证了所提出不饱和土本构模型的正确性。最后基于所提出本构模型,讨论了在不排水条件下初始饱和度对不饱和土动力特性研究。结果表明,不饱和土在动力荷载作用下,土体的孔隙比将减少,导致饱和度增加;当初始饱和度较高时,不饱和土会转化为饱和土,从而发生液化现象。该研究成果对研究不饱和土在地震等动力荷载作用下的力学特性行为具有重要意义。     

循环荷载诱发黄土滑坡的机理研究

随着黄土地区高速铁路的兴建,为了能更好地服务于该地区高速铁路沿线黄土滑坡的防治工作,本文通过室内不排水动三轴试验,研究了黄土在高速列车这种"长持时,小振幅"荷载作用下的动力特性。试验结果表明,黄土在列车循环荷载作用下其动强度随着振动次数的增加而降低,且黄土在振动过程大多会发生振陷。由扫描电镜试验可知黄土发生振陷主要是由于土体中的大颗粒被振碎,大、中孔隙减少,土体不断被压密所致。在此基础上,提出了循环荷载诱发黄土滑坡的形成机理,并首次将熵增理论应用到黄土滑坡形成机理的解释中,取得了较为满意的结果,为高速铁路沿线黄土滑坡的防治提供了新的理论依据。     

冻融循环对土结构性影响的试验研究及影响机制分析

基于室内试验,研究了土颗粒与土孔隙在冻融循环过程中的变化情况,发现在反复冻融过程中,土样产生了颗粒破碎,从而导致土的液塑限、塑性指数、比表面积均有所增大。通过压汞试验,发现冻融循环还会使土样中的大、中孔隙含量总体增加,小孔隙的含量减少,而微孔隙的含量基本保持不变。在经历了15次冻融循环后,颗粒组成、孔隙分布及比表面积等均趋于稳定。通过分析土的三相组成在水分相变和迁移过程中的相互影响和作用,认为土的三相组成是冻融过程中水分相变和迁移的基础,冻融过程中水分相变、冰晶生长和水分迁移对土颗粒和孔隙的反作用力,是冻融循环对土结构性影响的根本原因。     

基于降雨响应的黄土-基岩型滑坡失稳机制分析以宝鸡市麟游县岭南滑坡为例

为探索黄土-基岩型滑坡的降雨响应机制,以麟游县岭南滑坡为例,利用滑坡宏观变形破坏数据、岩土体测试与模拟计算相结合的方法,讨论了暴雨、连阴雨下岭南滑坡的地下水水位响应特征,相应应力路径下土体应力应变特征,对黄土-基岩型滑坡的破坏机制进行了研究。初步揭示:(1)滑坡体为粉质黄土状黏土,滑床为砂砾岩,渗透系数小,具有隔水性质。(2)黄土泥流与块体滑动是岭南斜坡的主要运动失稳方式。暴雨天气时黄土泥流频发,块体滑动的出现与连阴雨有关。(3)与降雨103mm的暴雨天气相比,连续降雨235.5mm,斜坡地下水位明显升高。(4)滑坡体粉质黄土状土具有剪胀特征。在暴雨背景下,表层土体孔隙水压力易消散,诱发低速运动的黄土泥流; 在连阴雨背景下,地下水水位以下的滑动面剪切破坏过程中,剪胀孔隙被地下水迅速补充,诱发的剧烈块体滑动,具有高危险性。     

黄河三角洲粉质土硬壳层特征及成因研究

在黄河三角洲选择硬壳层发育的典型研究区,用人工振动模拟波浪荷载,通过孔隙水压力的监测和强度的原位测试研究了1 m范围内粉土硬壳层的重复液化和强度变化规律。结果表明,硬壳层动态响应沿深度存在较大差异,经过重复液化后强度总体是升高的,上层土体强度提高相对显著。采集荷载施加前后的原状样品进行SEM图像定量分析,得到了微结构的变化规律,如不均匀系数变小,粒度分维值升高,孔隙比显著减小,定向性增强等,但各项指标的变化程度不同,沿深度存在着显著的差异,主要变化集中在上部土层。讨论了硬壳层的动态响应特征与微结构调整的对应耦合关系,初步了解了循环荷载作用下粉土硬壳层的特征及成因的微结构控制规律。     

颗粒-流体耦合算法与饱和土不排水剪切特性研究

在颗粒流方法 PFC~(3D)的基础上发展了颗粒-流体耦合模型。在耦合模型中引入了孔隙度,其可考虑孔隙结构的可变性,并开发了可以考虑孔隙水压力和孔隙结构变化的颗粒-流体耦合计算程序。在此基础上模拟了饱和土的不排水剪切试验,与北京黏质粉土的试验数据及常体积模拟方法进行了对比。结果表明:采用颗粒-流体耦合方法计算得到的结果和常体积法计算结果与北京黏质粉土的试验结果相比均是一致的,验证了耦合算法的可靠性;分析比较了相同计算条件下耦合方法和常体积法计算得到的偏应力及径向应变曲线,研究了不同围压下试样的不排水剪切特性。颗粒-流体耦合计算结果表明:饱和土不排水剪切过程随着围压升高,孔隙水压力和偏应力均升高,而应力比曲线变得平滑,应力比有所降低。     

天水黄土结构性变化诱发滑坡敏感性分析

黄土高原地区黄土滑坡频频发生,尤其是近年来极端气候条件增多,集中强降雨导致甘肃天水地区黄土滑坡群发.2013年8月,在经历一周持续降雨之后,天水地区产生了大量的黄土滑坡以及黄土-泥岩接触面滑坡.黄土地区滑坡发生后一些滑坡的复活往往与黄土的结构性存在紧密联系.选取天水花南村滑坡后壁黄土为研究对象,利用GDS三轴仪对滑坡区黄土原状样和重塑样进行了固结不排水三轴压缩试验.试验结果表明,原状黄土表现出明显的应变软化特征,而重塑黄土的应变软化现象急剧减小,二者的孔隙水压力变化特征也有差异.同时基于三轴试验结果,绘制了原状黄土和重塑黄土的应力路径图,应力路径图再次证实了重塑样应变软化减小的现象.孔隙水压力随轴向应变变化图中可见,剪切初始阶段,重塑样的孔隙水压力增加较原状样更为迅速,对于滑坡的诱发更加敏感.     

碎石土湿陷性试验研究

采用不同工况的载荷试验、室内常规土工试验和易溶盐试验,分析了碎石土的荷载-沉降曲线特征,探讨了碎石土的湿陷性与湿陷机理。结果表明：碎石土在200 kPa稳定后浸水,再加荷到400 kPa,载荷试验荷载-沉降曲线呈折线型,明显分为三个阶段：压缩变形阶段,湿陷变形阶段,复合变形阶段。场地中4 m厚碎石土具有湿陷性,且湿陷性不均匀。 碎石土湿陷的机理在于其结构是疏松的单粒架空结构。骨架颗粒间存在架空孔隙,且部分架空孔隙由砂质颗粒集合体充填;骨架颗粒间呈点与点接触,或者主要通过黏粒、黏土矿物、易溶盐组成的胶结物而联结在一起;在浸水加荷过程中,黏粒周围薄膜水增厚、粘土矿物自身产生膨胀、易溶盐溶解,导致胶结物的胶结强度丧失,结构失稳,发生湿陷。     

地震荷载下辽西饱和粉土液化特性分析

地震荷载作用引起的粉土液化是路基抗震设计的重要问题。通过动三轴试验研究了不同围压、动剪应力条件下辽西地区饱和粉土的液化特性,并利用应变孔压模型对辽西饱和粉土路基进行了液化特性的数值模拟分析。结果表明:围压条件一定时,动剪应力与液化振次呈双曲线关系;抗震设防烈度为7度时,超越概率63.5%和10%的地震荷载不能使辽西饱和粉土发生液化,而超越概率2%时液化深度约为5 m左右,这为粉土路基抗震设计提供了一定的参考依据。     

列车长持时振动引起黄土滑坡微结构变化研究

通过研究不同试验条件下黄土滑坡滑带土孔隙定向性的变化特征,研究列车振动对黄土滑坡产生的诱发作用.结果表明:滑带黄土承受动荷载作用后,结构发生明显变化,孔隙破碎严重,其结构形态从圆形或椭圆形向长条形变化且呈一定的定向性,从而造成土体压密.在此基础之上,提出一种列车长持时振动荷载下的黄土滑坡形成机理.