不同应力状态下软黏土蠕变特性试验研究

土的蠕变性质受到许多因素的影响,在不同的应力条件下土会呈现出不同的性状。天津滨海吹填软土同样具有一般软土的蠕变特性,以其为研究对象,利用土体三轴流变试验机进行了三轴不固结不排水蠕变试验和单轴压缩蠕变试验,并选取了10个时间节点取样进行微型十字板剪切试验,研究抗剪强度变化规律。试验结果表明,单轴压缩蠕变和三轴蠕变历时曲线都具有非线性的特征,随应力水平的提高,单轴压缩蠕变的应力-应变等时曲线向应力轴靠拢,三轴蠕变的应力-应变等时曲线向应变轴靠拢;线性蠕变变形的情况下黏滞系数主要与时间有关,非线性的情况下与时间和应力水平都相关;在三轴蠕变状态下压缩模量随时间增长而减小,长期强度随时间先降低再趋于稳定;单轴压缩时压缩模量随时间增长而提高,长期强度随时间先增长后稳定。最后经过推导得出了不同应力状态下的长期强度随时间、偏应力的函数关系式。     

基于静荷载作用软黏土动力长期变形预测研究

动力循环荷载作用下长期变形是工程实践中值得关注的问题。由于试验条件的限制,目前对于动力长期变形研究取得的成果比较有限,而静力作用下的流变成果则相对较多。本文以天津滨海新区海积软土为研究对象,利用TSS10土体三轴流变试验仪和GCTS空心圆柱扭剪仪,对其分别进行流变试验以及大数目循环动荷载试验。试验数据分析表明,同围压条件下,当动应力与静偏应力相等时,动力累积变形与静力长期变形具有相似性,区别在于动力累积变形量略大于静力流变变形。基于此,以静力流变元件模型为基础,同时计算同条件下动静荷载作用下变形差值,建立动力长期变形预测公式,并对试验数据进行验证,结果表明该预测公式较为合理,可为相关工程建设提供理论支持。     

双向近场地震下结构性软黏土震陷特性研究

软黏土的震陷效应与土体的结构性有着密切联系,但目前关于土体的结构强度对震陷影响的研究还较少。自然界中很难获取到物质成分相同而结构性质不同的土,为了对P波和S波耦合作用下结构性软黏土的震陷特性进行深入研究,人工制备了物质成分相近而结构强度不同的软黏土,通过开展两组动态围压下的动三轴试验,探讨结构强度、双向动荷载和P波与S波的相位差对其震陷特性的影响规律。试验结果表明：双向激振下,轴向动荷载与结构屈服应力比值越大,双向动荷载的耦合对轴向残余应变积累速度的加速作用越明显;相位差对轴向残余应变的影响则取决于土体结构强度,结构强度越小,影响越大。双向近场地震中,径向动荷载一般会加速震陷的发展,加速作用的大小与土体结构强度大小有关,结构强度越小,加速作用越明显,但轴向动荷载的剪切作用对结构性软黏土的残余应变积累仍起主导作用。研究结果可为软土地区综合防灾提供有益参考。     

冲击荷载作用下结构性软黏土力学特性试验研究

冲击荷载作用对土体力学特性影响较大,为了研究此特性,基于天津滨海结构性软黏土,以空心圆柱扭剪仪模拟冲击荷载作用,并在冲击荷载作用前后对土体进行不固结不排水三轴试验,对比研究不同试验条件下结构性软黏土力学特性。试验结果表明:低围压常规三轴剪切试验状态下,土体表现出弱应变软化现象,且土体抗剪强度包线不能用直线表示,而是可由两条直线近似拟合而成;冲击荷载作用时,在一定应力范围内,冲击荷载越大,土体轴向应变、孔隙压力以及主应力差峰值也越大;冲击荷载作用后三轴剪切试验各围压下土体都呈应变硬化型,主应力差峰值均大幅减小,且土体抗剪强度包线均可用直线表示,c、φ值也远小于未受冲击荷载时三轴剪切试验相应数值。最后,总结分析冲击荷载作用对软黏土强度的影响,并拟合得到强度折减与围压、冲击荷载的关系,为实际工程中承受冲击荷载的结构性软黏土强度确定提供参考。     

软黏土蠕变特性试验研究：回顾与发展

大量的室内和现场试验表明软黏土存在长期变形难以收敛的问题,为了更深入地认识软黏土的蠕变特性,首先,从微观物理化学角度探讨蠕变机制;然后,深入分析一维应力条件下次固结系数的演变规律以及确定方法和三轴排水、不排水蠕变特性及黏土的长期抗剪强度、室内旁压试验和现场试验等复杂应力下的黏土蠕变特性等,并且讨论黏土蠕变特性与应变速率和应变松弛特性在一维和三轴条件下的关联性;最后,从黏土次固结特性与微观结构的相关性、如何准确描述次固结系数的非线性及蠕变过程中应力剪胀剪缩关系发展等三方面更深入地探讨软黏土蠕变特性。     

基于两种波形作用结构性软黏土动力特性试验研究

利用GCTS动态空心圆柱扭剪仪,基于正弦波和方波两种波形循环荷载作用,考虑围压、振幅、频率及振次等因素的影响,研究结构性软黏土动力特性。试验结果表明:动应力低于土体结构屈服应力时,波形对动应力-应变关系曲线整体形状影响很小;动应力超过结构屈服应力时,应力-应变关系都呈软化型,方波软化程度高。同条件下,方波累积变形量总是大于正弦波。波形对孔压变化有影响,正弦波作用下孔压值总是大于方波。振幅对于孔压变化的影响表现为:稳定型幅值时上升速度快,数值也大于临界型幅值作用下的孔压值,即临界型幅值作用下的孔压滞后现象严重。屈服应变与动强度都随振次的增加呈减小趋势,最终都分别趋于一定值,最终数值大小都与波形有关,前者正弦波小于方波,后者正弦波大于方波。     

软黏土卸荷变形特性室内试验研究与数值模拟

利用在常规三轴仪的基础上改制而成的应力控制式三轴仪进行了加(卸)荷作用下软黏土变形特性的室内试验研究,得到了以下的结论:(1)在加荷载和卸荷载大小相同的情况下,卸荷过程中的变形量比加载过程中的变形量小,约为加载过程中的变形量的十分之一; (2)当卸荷比例比较小时,试样的回弹变形量非常小; (3)当卸荷比例达到某一定值以后,试样的回弹变形量会显著地增加; (4)当卸荷比例超过另一定值以后,试样的回弹变形量将会趋于稳定。应用有限元分析软件ABAQUS对试验过程进行了数值模拟,得到了以下的结论:(1)在加荷载和卸荷载大小相同的情况下,软黏土加(卸)荷过程中的位移-时间关系曲线相似; (2)在分级卸荷的初始阶段和分级卸荷的最后阶段,用修正剑桥模型计算的变形增量要比试验得到的变形增量稍大,在中间阶段,用修正剑桥模型计算的变形增量与试验得到的变形增量可以较好地吻合; (3)在每一级的卸荷过程中,位移随时间的变化关系与试验结果吻合的很好。     

软黏土蠕变试验及其经验模型研究

针对湖南竹城公路路基软土开展了系统的三轴固结不排水蠕变试验,得到不同围压、不同应力加载等级下的全过程蠕变曲线。进而通过“陈氏加载法”得到分别加载下蠕变曲线和应力-应变等时曲线。以围压100 kPa为例,得出应力-应变关系采用幂函数,而应变-时间关系采用双曲线关系的蠕变方程。对比分析表明,该蠕变方程较Singh-Mitchell模型、Mesri模型更适应试验数据,能够更好地反映和预测该软土的蠕变特性。     

结构性软黏土时效特性的一维弹黏塑性模拟

为了研究土体结构破坏对软黏土一维变形的时效特性的影响,在Bjerrum的等时间线体系基础上,提出了等黏塑性应变率线等黏塑性应变率线概念,建立了非结构性软黏土的一维弹黏塑性模型;为了描述土体结构渐进破坏特征,定义了结构性参数--结构应变,在非结构性模型的基础上推导了结构性软黏土一维弹黏塑性模型;讨论了通过试验法直接确定模型参数的方法,并利用新建模型对温州天然软黏土的一维常规压缩试验、天然Ariake 黏土的分级快速固结试验、结构性Berthierville黏土的一维等应变率压缩试验及长期蠕变试验进行模拟。模拟与试验结果的对比表明,该模型能较好地描述结构性软黏土一维压缩变形的时效特征。     

典型深海软黏土触变特性与微观结构探究

土的触变性是指在外力扰动作用下,其强度迅速降低,但在含水率和体积不变的静止条件下,随时间逐渐恢复的一种特殊现象,土的触变性对基础工程设计等至关重要。针对取自于我国南海各海域的典型深海软黏土,采用落锥法对其触变强度恢复特性进行测试,进一步通过扫描电镜方法结合数字图像处理技术对其触变过程中微观结构的演化进行量化分析。结果表明:我国南海各海域深海软黏土均能够表现出触变强度恢复的特性,但不同土样的触变性差异较大,这与土的基本物理性质有很大关系。触变过程中土体的微观结构发生显著变化,土体结构由分散逐渐趋向于絮凝。微结构单元体的粒度特征和角度特征均发生一定动态调整,随着触变时间的增加,较小粒度区间微结构单元体的比例逐渐减小,较大粒度区间的比例逐渐增大;而触变过程中微结构单元体的排列并未表现出明显的定向性。     

红黏土浸水变形特性试验研究

对广西桂林红黏土进行了浸水饱和引起的膨胀变形和压缩变形试验,在竖向压力25~800 k Pa范围下,研究了不同初始含水率和干密度对浸水变形特性的影响。结果表明:浸水饱和引起的压缩变形量主要取决于初始干密度,而初始含水率对其影响较小;在相同的含水率下,浸水压缩变形量随着干密度的增加而减小。把各组的固结状态线和浸水饱和稳定后状态线的交点称为分界点。初始含水率对分界点的影响较小,而随着干密度的增加,分界点右移,即浸水膨胀区域增大,浸水压缩区域减小。由分界点可得出了介于浸水膨胀和浸水压缩的分界状态线,从而可以判定不同孔隙比、不同竖向压力下土样会产生浸水膨胀还是压缩。最后,基于浸水变形试验结果,可以计算压缩区红黏土试样在不同竖向压力下浸水压缩变形量。     

交通荷载引发主应力轴旋转下软黏土变形与强度特性试验研究

交通、波浪、地震等循环荷载引发不同主应力方向变化模式,对软土地基长期沉降与稳定产生显著影响。为研究饱和软黏土在交通荷载下的长期动力特性,借助空心圆柱扭剪仪开展偏应力空间中主应力轴心形线旋转、圆形旋转与定向剪切等3类主应力方向变化路径的室内模拟,对比研究了不同试验条件下试样不排水塑性累积变形、孔压、临界动应力比与动强度特性的发展规律,研究表明：（1）不同主应力轴旋转路径下土体临界应力比由低到高依次为主应力轴圆形旋转、主应力轴心形旋转、拉压非等幅三轴路径。与前面临界应力比分布相对应,在轴向累积应变稳定型中,产生的塑性累积变形与极限孔压依次减小;（2）振次大于一定数值时,不同主应力方向变化路径下稳定型试样的轴向累积应变与时间的对数具有良好的线性关系,并依此建立了轴向塑性累积变形方程;（3）与轴向塑性累积变形相对应,动力荷载下土体孔压增长也存在3种发展规律,主应力轴连续旋转路径下临界型破坏的土体孔压-应变时程曲线呈三阶段两相态点模式;（4）在其他条件均相同时,土体在主应力轴圆形旋转路径下强度最小,在主应力轴心形旋转路径下的次之,在拉压非等幅动三轴路径下最高。     

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。     

红黏土崩解特性试验研究

为了研究不同含水率和温度下红黏土的崩解特性,将取自桂林的红黏土制备成不同含水率试样,通过自制的试验设备对红黏土进行崩解试验。考虑红黏土吸水增重的影响,每次崩解试验进行一次平行吸水试验,用吸水试验的结果修正崩解量-时间关系曲线,从而提出新的崩解量计算公式。本次试验探究在不同含水率和温度下红黏土的崩解特性。试验结果表明:崩解量随含水率的增加而减少,且含水率超过25%,红黏土在2 h内基本不发生崩解;崩解量随温度的升高而增加,但在自然环境下红黏土的崩解对温度不敏感。通过对含水率和温度的综合分析表明,在自然气候范围内,含水率是土体崩解的主要影响因素。     

重塑上海软土的压缩和剪切变形特性试验研究

根据典型上海软土重塑土样的等向压缩试验,测K0与不测K0的单向压缩试验结果,得到不同试验条件下的压缩指数Cc和膨胀指数Cs,并分析了它们之间的关系。进行三轴排水剪切试验,得到了重塑上海软土在不同超固结比和围压下的变形和强度特性,并计算出重塑上海软土的内摩擦角。最后,根据一组不同荷载下的长期单向压缩试验结果,得到重塑上海软土的次压缩系数C?与荷载之间的关系。上述研究得到的初步结论及相关参数可为工程实践、超固结上海软土本构模型的建立提供参考数据。     

循环荷载下人工结构性土变形与强度特性试验研究

针对长期动载作用下天然沉积结构性黏土地基强度和刚度循环软化问题,分别以水泥和食糖为模拟粒间胶结和大孔隙的材料,制备了不同胶结强度和初始孔隙比的人工结构性土,开展了人工结构性土与相应重塑土的动三轴试验,分析了土体胶结强度、初始孔隙比、围压和动应力幅值对累积变形和动强度的影响规律。试验结果表明：累积应变-振动次数曲线以临界循环应力为界分为：塑性安定型、临界型和破坏型;临界循环应力随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;土体胶结强度越高,脆性破坏越明显,累积应变曲线转折点对应的应变越小。动强度的应变破坏标准采用转折点应变值更符合土性变化规律;动强度随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;动黏聚力cd随破坏振次增大而降低,而动内摩擦角?d基本不变。试验结果可为软弱土地基动力灾变控制提供有益参考。     

结构性土压缩变形本构描述

在孔隙比与应力半对数坐标中,重塑土等向压缩线通常从正常固结线(NCL)下方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率大小单调增大。而对结构性土进行等向压缩时,因结构性的存在,压缩线会首先越至NCL之上,而后再从上方逐渐趋近于NCL,整个过程中压缩线切线斜率先增大后减小。重塑土与结构性土压缩线切线斜率演化在单调性方面的差异,可通过数学上增量函数构造的方法加以实现。如果在平面直角坐标系中以一水平线作为参考线,描述一过原点的函数曲线,使其上任意一处的切线斜率由该处函数值与参考线函数值的差决定,则参考线是否移动决定了所描述函数切线斜率演化的单调性。受此启发,在孔隙比与应力半对数坐标中提出移动正常固结线(MNCL)的概念。用MNCL代替NCL作为参考线,结合统一硬化模型(UH模型)的理论框架,建立了结构性土压缩变形的本构描述。     

结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性试验研究

为研究结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性,对未扰动和重塑花岗岩残积土及作比较的掺水泥的重塑土进行了一系列不同围压下的三轴排水对比试验。结果表明,未扰动花岗岩残积土与掺水泥重塑土在剪切过程中的屈服点可以从归一化的剪切切向刚度 与轴向应变 在双对数坐标下的关系曲线中确定;固结压力 对未扰动残积土与掺水泥重塑土的屈服特性都有显著影响, 越大,等向固结作用对土体结构的破坏越严重,剪切开始阶段的初始归一化刚度会相应地越小,屈服时的轴向应变也越小;当固结压力达到足够大时,土体结构被等向固结作用完全破坏,剪切过程中没有结构性屈服现象发生, 曲线与重塑土的 曲线重合;重塑土在不同固结压力下的 曲线重叠,不随固结压力而变化,剪切过程中没有结构性屈服现象发生。