循环荷载下压实黄土动力特性的试验研究

以吕梁压实黄土为研究对象,通过大量动三轴试验,研究了含水率、干密度、围压和固结应力比等因素对压实黄土动剪切模量和阻尼比的影响。结果表明:压实黄土的动剪切模量随动剪应变的增大而减小,可用半对数坐标系下的直线方程进行拟合;动剪切模量和初始动剪切模量均随含水率的增大而减小,随干密度、围压和固结应力比的增大而增大;固结应力比对动剪切模量的影响随着动剪应变的增大而减弱;阻尼比大致上随着含水率的增大呈缓慢增大趋势,随着干密度、围压和固结应力比的增大呈缓慢减小趋势。进行压实黄土的动力研究,对高烈度黄土地区的大规模基础建设具有重要的理论和现实意义。     

基于反正切函数的西安黄土动本构模型

基于反正切函数曲线,构造了一种新的黄土非线性动力本构模型。选取西安黄土试样进行室内动三轴试验,得到黄土试样的动应力-应变曲线,并以此得到了所提本构模型的理论曲线。理论曲线与试验结果对比表明,较Hardin-Drnevich模型而言,所提西安黄土动本构模型能够更好地描述三轴应力条件下黄土的强度和变形特征。研究结果表明,加载频率与含水率不变时,动剪切模量随围压的增大而增大。加载频率与围压不变时,动剪切模量随含水率的增大而逐渐减小。含水率与围压不变时,动剪切模量随加载频率的增大而增大。     

考虑含水率影响的压实黄土路堤稳定性研究

压实黄土路堤是主要的路基型式之一,由降雨引起的压实黄土含水率增大导致的高填方路堤边坡失稳时有发生。通过对山－平（山阴至平鲁）高速公路黄土路堤填料进行室内击实试验和三轴压缩试验,分析了填土含水率对填土密度、干密度及填土抗剪强度的影响。结果表明,含水率对黄土填料密度和干密度的影响都较大;随着含水率的变化,填土黏聚力和内摩擦角呈现一增一减的变化规律。根据试验结果,采用FLAC3D建立现场试验段加筋路堤数值模型,基于强度折减法分析4种加筋工况下含水率对黄土填土路堤稳定性的影响表明,随着填土含水率的增大,路堤安全系数不断减小,路堤稳定性降低;路堤安全系数随土工格栅铺设层数的增加而增大,在路堤中铺设土工格栅能够提高路堤整体性,很好地防止路堤失稳。     

考虑荷载影响的黄土冻胀特性研究

黄土的冻胀特性与土体的含水率、 土体的密度以及外部荷载关系密切。在室内对不同含水率、 不同密度的黄土试样施加不同荷载, 进行了冻胀试验研究。结果表明： 黄土试样的冻胀率随着荷载增加呈指数形式递减; 冻胀率在土样含水率越大时随干密度的变化越大; 在自由冻胀状态下, 冻胀率随干密度的变化较大, 施加荷载后随干密度的变化较小。在荷载水平较高时, 冻胀率随着含水率增大而增大, 但增加幅度相较于自由冻胀显著降低。对于密度相同、 作用荷载相同的土样, 含水率增大时冻胀率线性增大。黄土地区的冻胀影响因素中, 荷载、 含水率、 干密度对冻胀影响是依次减小的。对不同含水率、 不同干密度以及不同作用荷载条件下的黄土冻胀试验结果进行拟合, 得到了可综合考虑含水率、 干密度和荷载的冻胀预报模型。     

压实黄土非饱和渗透系数试验研究

压实黄土非饱和渗透特性具有重要的工程意义。对不同干密度的压实黄土试样,采用非饱和导水率测定系统进行非饱和渗透系数量测,得到不同干密度压实黄土的渗透系数与吸力的关系。试验结果表明：渗透系数随吸力的增大而成非线性减小,随干密度的减小而增大;在低吸力时,干密度对渗透系数的影响较大;在较高吸力时,干密度对渗透系数的影响较小。进一步给出了压实黄土的渗透系数模型并进行回归分析,得到各Wind幂函数模型参数与干密度的关系,建立了基于干密度的压实黄土渗透系数的确定方法。     

干密度及冻融循环对黄土渗透性的各向异性影响

黄土作为特殊土之一广泛分布于我国中西部季节性冻土地区,以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象,采用GDS三轴渗透仪测量不同干密度原状黄土竖直向及水平向渗透系数。结果表明,原状黄土水平向渗透系数大于竖直向渗透系数,水平向渗透系数和竖直向渗透系数均随干密度增大而减小;原状黄土渗透各向异性随干密度增大而增强。在封闭系统下用冻融循环箱对干密度相同而初始含水率不同的原状黄土进行冻融试验,结果表明冻融后试样水平向及竖直向渗透系数均随冻融时试样初始含水率的增大而增大;冻融后黄土渗透各向异性随冻融时试样初始含水率的增大而减弱。随着冻融次数增加,黄土水平向及竖直向渗透系数先增大然后趋于稳定;黄土渗透各向异性随冻融次数增加而显著改变,表现在黄土的水平向渗透系数与竖直向渗透系数比值随着冻融循环次数的增加而减小。最后通过观测黄土的微观结构分析了其对黄土渗透性的重要影响。     

重塑马兰黄土渗透性试验研究

为了研究干密度和初始含水率对重塑黄土渗透性的影响,对延安新区I期工程所取的重塑马兰黄土进行了饱和渗透试验。结果表明:在非饱和状态,干密度对饱和时间的影响最为显著,饱和时间随干密度的增大而增大,而初始含水率对饱和时间的影响不明显。重塑马兰黄土的渗透系数随着干密度的增大而减小,其关系可以拟合为幂函数关系。在一定干密度范围内,渗透系数随初始含水率的增大而减小,其关系可以用直线关系拟合。渗透系数与孔隙比之间可以用幂函数关系拟合,渗透系数随孔隙比的减小而减小。初始含水率、干密度以及孔隙比都是影响重塑黄土渗透性的重要因素,其主要是通过对试样微结构的影响而影响渗透系数。该研究对延安新区的工程建设具有一定的理论指导和实际应用价值。     

反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究

在大量冻融试验和动三轴试验的基础上,深入研究和分析了经历多次冻融循环后粉砂土动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：同一动应变水平下,动应力大小与冻融次数、含水率呈负相关性,而与围压、加载频率、压实度呈正相关性;粉砂土的动应力-动应变关系存在明显的非线性,且随动应变水平的提高,动模量成倍减小,而阻尼比则成倍增大;随冻融次数的增加,动模量降低而阻尼比则增大,且经历6次冻融后均趋于稳定,建议将6次冻融后的力学特性作为设计与计算指标;围压和压实度的提高有效增强了土颗粒之间的骨架作用,动模量随围压和压实度的增减而增减,阻尼比则随围压和压实度的增加而降低;含水率的变化对阻尼比的影响不大,而当土样达到饱和状态时,动模量成倍降低;加载频率对阻尼比的影响较大,并随频率的提高而迅速降低。     

含水率和干密度对黄土热参数影响的试验研究

黄土的热参数是黄土灾害成因机制研究及热工计算中的重要指标,而含水率和干密度对黄土的热参数具有一定的影响。对不同含水率、不同干密度黄土试样,采用Test Protocol Hot Disk TPS 2500S型热常数分析仪,在常温下开展热参数试验,探讨黄土热参数随含水率及干密度的变化规律。研究结果表明:黄土试样含水率一定时,干密度越大,其导热系数、比热容及热扩散系数也越大;黄土试样的导热系数和比热容随含水率的增大基本呈线性规律增大;当含水率较低时,热扩散系数随含水率的增大而增大;当达到一定含水率时,热扩散系数随含水率的增大而减小;继续增大含水率,热扩散系数趋于稳定。含水率对黄土热参数的影响程度大于干密度对其热参数的影响程度。在热工计算中,可根据土体含水率和干密度动态地选择热参数。     

黄土沟壑区弃土场稳定性研究

随着基础设施建设的不断推进,弃土的不合理堆放成为工程建设面临的重要问题之一。堆积体随体积和高度的增加,其失稳的风险增大,易造成水土流失、生态环境破坏等灾害。以甘肃某高铁隧道黄土沟壑区弃土场为研究对象,采用室内试验、现场试验及数值模拟研究方法探究不同参数条件下弃土堆积体力学性质、压实度及堆填阶型设置方法。研究结果表明：弃土堆积体的黏聚力与内摩擦角随干密度呈正相关变化趋势,随含水率呈负相关变化趋势,但内摩擦角受含水率影响变化幅度不大;弃土堆积体分层压实过程中表层压实度增幅最大,中、底层随压实次数增多压实度有明显提升,平均压实度在前期压实过程中迅速提升但随次数增加其变化幅度明显降低,平均含水率在压实过程中呈先减后增变化趋势;在堆填整形过程中,应力大小与位移变形随台阶高度和台阶坡率的增大而增大、随平台宽度的增大而减小,边坡的稳定系数随台阶高度和台阶坡率的增大而减小、随平台宽度的增大而增大。经曲线综合分析,边坡稳定性对阶型参数设置所表现出应力大小、位移变形及稳定系数的变化差值敏感程度由高至低依次为台阶坡率、平台宽度、台阶高度。     

非饱和压实黄土结构特性试验研究

对增（减）湿到相同含水率及相同干密度的不同结构性非饱和压实黄土进行土-水特征曲线试验和三轴剪切试验,研究制样含水率引起的结构变化对非饱和压实黄土基质吸力、应力-应变特征及结构性参数的影响。研究结果表明：制样含水率引起的结构性对非饱和压实黄土的土-水特征曲线有明显的影响,小于塑限时基质吸力随制样含水率的增大而增大,最优制样含水率时非饱和压实黄土具有均匀小孔隙的团粒凝聚结构使其吸力相对最大;应力-应变曲线在最优结构状态时位于坐标最上端,小于最优制样含水率时的结构弱化程度相对较低,其应力-应变曲线逐渐下移,大于最优制样含水率时土样的结构弱化程度较高,其应力-应变曲线位于最下端;定义的结构性参数m?r能够合理反映压实黄土的结构性,弥补了压实土工程中用最优含水率和最大干密度指标无法反映土结构性影响的不足;屈服结构性参数m?r0能够合理反映出不同制样含水率压实黄土的结构弱化程度,结构弱化程度还反映在三轴剪切破坏强度上。     

初始应力条件对压实黄土动强度影响的研究

建筑物地基或土坡中的土体在受到地震或其他动荷载作用前往往处于复杂的初始应力状态,对原有的DTC－199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后,可以进行压实黄土在这种固结应力状态下动强度的试验研究。试验结果表明,在其他初始固结应力条件不变时,初始主应力方向角α0对压实黄土的动强度具有显著的影响,初始中主应力系数b0对动强度的影响较小;随着α0的增大,动强度逐渐降低,并在α0 = 90o时达到最小值,最大降幅在40 %左右;b0对压实黄土的动强度的影响具有放大效应和区间效应,b0从0增大至0.5时,动强度逐渐增大,b0从0.5增大至1时,动强度逐渐减小,增加的幅度小于降低的幅度约5 %。     

全风化花岗岩的路用动态特性研究

利用动三轴试验,研究了全风化花岗岩在重复荷载作用下的动态特性,根据累积应变随加载次数的变化规律,建立了动强度曲线,分析了动强度与围压、压实度以及动模量与动应力的相关关系,讨论了含水量对动态特性的影响,提出了运用动态特性评价公路路基填料的方法,并在实际工程中予以应用。     

容县压实花岗岩残积土的力学性质与微结构特性研究

选取广西容县花岗岩残积土为研究对象,取击实曲线上3个不同含水率对应的压实样（最佳含水率及干侧、湿侧,后两者对应的干密度相同）分别进行了直剪试验、扫描电镜观测（SEM）和压汞试验（MIP）,并从微观特征解释其力学性能的差异。结果表明:（1）花岗岩残积土在3种压实状态下具有相同应力-应变曲线形状,无明显峰值,抗剪强度在最佳状态时的最高,湿侧状态抗剪强度与干侧状态相近,3种状态下内摩擦角值差别较小,但黏聚力在最佳状态时最大,干侧和湿侧状态较最佳状态分别下降66.4%和43.1%;（2）花岗岩残积土在湿侧状态下普遍形成团聚体,团聚体之间呈架空结构,累积孔隙体积最大,为明显的双峰分布孔隙特征;在最佳状态下组构最密,高岭石片定向性排列;在干侧状态下高岭石片呈片架结构,累积孔隙体积最小;随着含水率的降低,土样双峰孔隙特征逐渐变得不明显;（3）花岗岩残积土在不同状态时的微观特性较好地解释其力学性质的差异。     

黄土震陷变形特征的离心模型试验研究

通过离心模型试验研究了原状黄土和强夯处理黄土震陷变形的特征。试验结果表明,原状黄土的震陷量随着土体含水量和黄土层的厚度的增加而增大;试验结果同时表明,强夯法处理黄土地基在有效深度范围内可以完全消除黄土地基的震陷性。     

击实黄土孔隙结构对土水特征的影响分析

土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率（小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%）下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。     

增湿时黄土的抗剪强度特性分析

采用固结不排水剪切方法,对非饱和原状Q3黄土进行了增湿情况下的三轴剪切试验,得到了湿陷性黄土的极限强度与初始含水量及围压的关系曲线,分析了增湿过程中黄土抗剪强度的变化规律。结果表明,原始含水量下非饱和原状黄土的强度包线是由两条直线组成的折线,高含水量时的强度包线仍符合莫尔-库仑理论准则。非饱和黄土的黏聚力随初始含水量的增大而迅速降低,而内摩擦角受初始含水量变化的影响较小。随初始含水量的增大,总应力指标始终小于相应的有效应力指标;并发现非饱和黄土的有效黏聚力 与初始含水量w之间的关系能较好地拟合为指数函数。最后简要分析了初始含水量和围压对抗剪强度指标的影响。     

击实黏土单轴拉伸特性试验研究

为研究土的拉伸特性,对击实黏土进行直接拉伸试验。试验表明,不同抗拉强度的击实黏土具有不同的拉伸应力-应变曲线型式,即应变软化型、应变硬化型和应变强化型;在试验涉及的干密度和含水率范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增加而减小,且具有较好的线性关系;拉伸速率对击实黏土的抗拉强度和应力-应变曲线的型式也有明显影响,对同一干密度和含水率的土样,低拉伸速率测得的抗拉强度往往较小,且应力-应变曲线为软化型,而较高的拉伸速率测得的抗拉强度较大,且应力-应变曲线为强化型。