土结构性对天然软黏土压缩特性的影响

天然软黏土普遍受到土结构性的影响,明确结构性对软黏土压缩特性的影响机制显得尤为重要。对两个天然软黏土原状样进行室内一维固结试验,得到的压缩曲线与已有文献中搜集的39个原状样压缩曲线进行比较。压缩曲线在对数坐标下均呈现倒S形,并存在明显的结构屈服压力。采用双对数坐标处理后,压缩曲线可由双直线较好地表示,易于确定固结屈服压力。41个原状样屈服后的压缩指数和屈服点含水率之间的定量关系,与基于重塑土定量公式计算的压缩指数与固结屈服压力下重塑土含水率的定量关系相一致。对比结果表明：天然软黏土屈服后的压缩特性取决于屈服时的含水率,而与土结构性无关,解释了天然土压缩曲线位于重塑土上方是由于对应屈服点含水率不同而引起的。     

基于扰动状态概念的结构性土压缩特性分析

由于土结构性的影响天然沉积土的结构是亚稳定的,屈服后的压缩变形阶段必然伴随着结构的破损。将附加孔隙比?e作为表征原状土的一个结构状态参数,基于扰动状态概念,引入定量分析附加孔隙比?e随固结压力变化关系的方法,得到一维扰动状态概念(DSC)压缩模型,以描述结构性土压缩损伤现象,并通过结构破损指数b来刻画压缩过程中的结构破损速率。根据该模型,对太湖湖沼相典型的天然沉积软黏土、粉质黏土和硬黏土不扰动试样的一维压缩试验结果进行模拟和分析,并结合试验数据提出了模型参数的测定方法。分析结果验证了该模型能够描述具有不同结构形式土样的压缩特性及其实际变形过程中表现出的非线性,这给结构性土非线性固结与沉降计算提供了一定的理论基础。     

爆炸挤淤作用对海相软黏土压缩特性的影响

浙江漩门三期围垦项目中采用爆炸挤淤置换法进行筑堤工程,为了对爆炸置换后海堤的固结沉降预测及稳定性评价提供可靠的试验参数,取爆炸前后地基范围内的海相软黏土,进行一维压缩和各向等压固结试验,并对该地区软土的压缩变形与结构特性进行初步研究。试验结果表明,海相软黏土存在一定的结构特性,表现出与其重塑土不同的性质;通过引入孔隙指数的概念,研究该地区软黏土的结构性,证实土体结构性的存在是其压缩特性不同于重塑样压缩曲线的内在原因,在高压力范围内其压缩曲线趋近于固有压缩曲线。爆炸挤淤作用对海相软黏土产生较强的扰动效应,也对其基本物理性质与压缩特性均产生重要影响;扰动效应造成软黏土的结构屈服应力降低,结构强度下降,采用新定义的结构破坏比来定量评估爆炸挤淤作用对海相软黏土结构性的破坏程度,可为爆炸挤淤置换法处理软基的海堤工程提供一定的理论基础。     

黄土初始结构性对其压缩屈服的影响

黄土是一种典型的具有结构强度的欠压密土,其特殊的结构性会使黄土的压缩曲线出现类似超固结土的明显转折点（对应的压力称为结构压缩屈服应力）。为分析黄土的初始结构性对其压缩屈服的影响,对6个场地的黄土进行了侧限压缩试验及单轴抗压强度试验,分别得到了各个场地不同含水率黄土的压缩屈服应力和构度指标。研究表明：黄土的构度指标与压缩屈服应力均随含水率的增大而减小,同时随含水率的增大,构度变化幅度小的黄土,其压缩屈服应力变化幅度也小;沉积时代相同的黄土,构度越大,其压缩屈服应力越大,两者呈线性关系;黄土的沉积时代不同,其构度与压缩屈服应力的线性关系就不同。分别给出了Q3、Q2黄土的构度与压缩屈服应力的线性关系式,并通过实例初步验证了此线性关系的适用性,为以构度为桥梁,利用简便易得的物理指标计算压缩屈服应力提供了一种途径。     

浙西饱和红黏土的物理力学特性试验研究

本文在分析浙西红黏土矿物成分与化学成分的基础上,分别用单向固结仪和三轴仪对饱和红黏土原状样进行了一系列的压缩、剪切、蠕变试验,得到其压缩曲线、应力-应变曲线和蠕变曲线。根据测得的压缩曲线,确定了该土的压缩指数Cc、回弹指数Cs,对原状样压缩曲线的归一化整理后判断出原状饱和红黏土的结构性不强;根据三轴排水剪切试验结果,得出原状饱和红黏土在不同围压下因结构性的存在土体具有不同的破坏应力比,计算得到该土的临界状态应力比和黏聚力;根据原状饱和红黏土在不同固结压力下的蠕变试验结果,得到了该土的次固结系数Cα与固结压力关系,并确定了该土的Cα/Cc约为0.0124,本试验结果为浙西地区的工程建设提供了基本参数。     

强结构性天然沉积土的强度变形特性

广泛分布在日本大分县的天然硅藻土是一种令人惊奇的具有正常固结历史的天然沉积结构土,其含水量如豆腐,却硬如石头。由于具有强结构性,其土样不会受到取样及成形过程的扰动影响,能够在室内对其天然状态进行力学性状研究,是一种难得的天然沉积结构性土。采用最大压力达10 MPa的高压三轴仪对天然沉积硅藻土进行试验,以探讨强结构性天然沉积土的力学性状。结果表明,其固结屈服压力达到上覆压力的57倍以上,固结屈服前的压缩曲线是水平的,固结压力达到固结屈服压力时,压缩性突增。强度试验结果显示,处于固结屈服前状态的强度与应力水平无关,而处于固结屈服后状态时其强度包络线与重塑粘土同样为通过原点的直线。     

海相软土压缩特性的试验研究

对不同取样方式得到的上海、江苏地区海相软黏土的原状样和重塑样进行了单向压缩和等向压缩试验,分别得到各自的压缩曲线、压缩指数 和回弹指数 。通过比较原状样、重塑样的归一化压缩曲线的差异,确认了结构性对软黏土压缩特性的影响。把屈服应力后的压缩曲线外延至10 kPa时的孔隙比定义为参考孔隙比 ,用于简单量化土的组构。根据多次单向压缩试验结果得到的压缩指数 ,建立了原状样和重塑样的压缩指数 与孔隙比 或参考孔隙比 的相关方程,并通过单向、等向压缩指数的比较,认为此方程也适用于等向压缩试验结果。根据原状、重塑样压缩指数 与参考孔隙比 具有基本相同关系的结论,对原状样的结构屈服特性进行了探讨,认为原状样在压力大于结构屈服应力后,胶结已基本破坏,原状样和重塑样压缩特性差异主要是由组构的差异引起的。该研究成果,尤其是压缩指数 与参考孔隙比 的相关方程,可为工程提供重要的参考。     

疏浚淤泥固化土的压缩特性与结构屈服应力

河道疏浚拓宽以及港口新建扩建等不可避免地产生大量疏浚淤泥,如何处置大量废弃淤泥是工程界关注的一个重要研究课题。固化方法是目前处理疏浚淤泥的常用方法,其目的是将废弃淤泥处理成土工材料加以利用。处理后的淤泥固化土作为工程建设用土必须考虑其工程力学性能。为了研究疏浚淤泥固化土的压缩性状与结构屈服应力,进行了多组不同配比下淤泥固化土的压缩试验。通过室内一维压缩试验,研究了高含水率疏浚淤泥固化土的压缩性状,探讨了固化材料掺量、初始含水率、龄期等对固化土压缩变形特性和结构屈服应力的影响。压缩试验结果表明:与许多天然沉积结构性土及水泥土类似,疏浚淤泥固化土的压缩曲线均存在一个明显的结构屈服点。当上部荷载小于结构屈服应力之前,固化土的压缩性很小; 一旦上部荷载超过结构屈服应力之后,固化土的压缩性急剧增大。分析了淤泥固化土结构屈服应力的影响因素,并将由一维压缩试验得到的结构屈服应力(Py)与由无侧限抗压试验确定的抗压强度(qu)进行了比较,给出了两者之间的定量关系。疏浚淤泥固化土在屈服前后的压缩性状差异很大,这一研究成果对工程应用很有指导意义,当上部荷载较低时,可以充分利用其屈服前的低压缩性,但应确保上部荷载不能超出其结构屈服应力,以避免固化土在缺乏预兆的情况下发生突然破坏。     

固化淤泥压缩特性的试验研究

淤泥固化技术在国内已经进入到工程应用阶段,明确固化淤泥的压缩特性对于指导淤泥固化工程的设计具有重要意义。通过单因素试验方案对不同初始含水率、不同水泥添加量、不同养护龄期的固化淤泥的压缩特性进行了研究。结果发现,固化淤泥压缩特性的最大特点是存在固结屈服应力,当荷载小于固结屈服应力时固化淤泥的压缩性非常小,而固化淤泥屈服之后的压缩性是屈服前压缩性的20倍以上,并且远大于未处理淤泥的压缩特性。淤泥本身是高压缩性的土,固化处理以后变为中等压缩性和低压缩性的土体。固化淤泥的固结屈服应力随水泥量增加线性增大,龄期越长、含水率越低固结屈服应力越大。固化淤泥的这种在固结屈服应力处发生突变的压缩特性和天然沉积结构性土类似,可以用双对数压缩模式来表示固化淤泥的这种压缩特性。     

关于结构土屈服破坏的探讨

天然沉积土往往均为结构土,结构土的屈服破坏是研究结构土力学性状的关键问题之一。但是,结构土的屈服破坏至今没有合理明确的定义。对两种天然沉积软粘土的高质量不扰动土样进行了固结压缩试验和三轴等向固结不排水剪切试验以探讨结构土的力学性状。基于结构土的强度特性,提出了当外加应力达到固结屈服应力时结构土达到完全屈服破坏的新概念,并且初步探讨了结构土的强度性状与变形特性的本质联系与其耦合问题。     

关于真空预压沉降计算的研究

真空预压的沉降计算参数（压缩系数）是通过压缩试验得到的,但地基土在真空预压荷载作用下的受力状态与压缩试验中土样的受力状态是不同的,用压缩试验得到的压缩系数进行真空预压处理的沉降计算是不合理的。为了探讨这个问题,进行线弹性条件下的理论分析、模拟真空预压应力路径的全自动应力控制三轴（GDS）压缩试验、真空预压的现场监测等工作,初步讨论了弹性条件竖向荷载相同时等向与单向压缩量的比、模拟真空预压应力路径的压缩系数与单向压缩时的压缩系数的试验关系,真空预压现场监测和单向压缩量计算结果对比表明了上述分析的合理性。     

结构性黏土的压缩变形特性

海相软黏土的结构性对土体的变形与强度特性有着重要的影响,这种影响与爆炸挤淤置换法处理软基的置换深度直接相关,是海堤基础沉降与稳定性分析的不确定因素。为了探究结构性对海堤地基沉降的影响,并对海相软黏土的压缩特性进行定量分析,建立结构性黏土的压缩变形模型,同时给出模型参数的确定方法。利用文献中的试验数据对模型进行了验证,结果表明模型不仅适用于一维应力状态下的变形分析,能够描述三轴应力状态下结构性黏土的压缩特性。利用所建模型对浙江漩门地区海相软黏土的压缩特性进行模拟,分析表明,模型能较好地考虑结构性对该地区软黏土压缩变形的影响,为该地区海堤沉降的预测提供量化分析的手段,有助于加强结构性黏土地区海堤地基设计与施工的理论基础。     

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。     

扰动结构性软土地基的沉降特性分析

天然软黏土一般都具有一定的结构性,地基处理会改变结构性软土的工程特性。对比扰动软土原位和室内压缩曲线,分析了扰动软土的沉降机理及其压缩性的上下限,给出了考虑扰动影响的结构性软土沉降计算公式。算例分析表明,在孔隙比e0和0.42e0之间所对应的应力水平范围内,扰动会增加地基沉降量,附加沉降量大小与应力水平、扰动度直接相关,通常在0.1～0.3 m之间,但随着应力水平的提高,不同扰动度的结构性软土地基的最终沉降量将趋于相同,得出的有关结论具有工程参考价值。     

不同压实度荆门弱膨胀土的一维膨胀-压缩特性

为探讨压实膨胀土的体变行为,以荆门弱膨胀土为研究对象,借助高压固结仪对6种制样压实度下的膨胀土试样进行了一维无荷载膨胀和含一次卸载-再加载循环的压缩试验。基于膨胀试验结果,构建了膨胀时程方程,通过参数分析,明确了方程参数的物理意义,并建议了膨胀时程曲线3阶段的划分方法。基于压缩试验结果,探讨了固结屈服应力、压缩指数Cc、回弹指数Cs、膨胀力与制样压实度、土体结构性、膨胀势、孔隙比的相关关系。试验结果及其分析表明,膨胀土体积变化是膨胀势与外部荷载、湿度变化的耦合作用结果,且具有强烈的水-力路径依赖性。     

Effect of overburden pressure and degree of saturation on compressibility characteristics

The settlement of a structure founded on clay comprises of immediate and consolidation settlements. In the case of clays, consolidation settlement is more than immediate settlement. The parameters influencing consolidation settlement of a normally loaded clay layer are degree of saturation (S%), void ratio (e) of soil prior to excavation, amount of overburden (σ_o) removed, amount of rebound and intensity of loading (σ) upon building superstructure. This paper presents the effect of the above parameters on compressibility characteristics of a clay. The different steps undertaken for footing construction were simulated in the laboratory. Remoulded clay samples were prepared from oven-dry fraction passing 425 μm sieve. The density of the samples was kept constant at 13 kN/m³. Degree of saturation was varied at 25%, 50%, 75% and 100%. The surcharge on the samples (overburden in the case of field clay layer) was varied as 25 kPa, 50 kPa and 100 kPa. Compressibility characteristics such as initial compression under the applied surcharge (overburden), rebound upon removal of surcharge and recompression were studied through one-dimensional consolidation tests. The rate and amount of initial compression, rebound, e-σ and e-log σ curves, compression index (C_c), coefficient of compressibility (a_v) and coefficient of volume compressibility (m_v) were studied.