新型三轴剪切试验试样排水固结装置的研制与应用

三轴剪切试验是岩土工程中常见的室内试验,其目的主要是为了获得土的抗剪强度指标和土中孔隙水压力的变化情况。三轴的固结不排水剪（CU）和固结排水（CD）剪试验可以获得土的总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标,因此具有其它剪切试验无法替代的优势。但因试验过程中排水固结的时间很长,影响了试验进度,从而影响到整个工程的进度和经济效益。通过对三轴剪切试样排水固结过程的机理分析,介绍了制作一种可以大大缩短大量试样排水固结时间的装置及该装置的研制方法。采用该装置,可使CU试验的效率提高6～12倍,可使CD试验的效率提高3～6倍。可节约大量的生产成本,提高工作效率,经济效益明显。     

一个试样多级加荷三轴固结不排水剪试验研究

经过宁波、温州百余组软黏土一个试样多级加荷三轴固结不排水剪试验（简称多级剪）和常规多个试样试验（简称多样剪）的对比研究,表明对有剪切滑动面的软黏土两者差别较大;而对无剪切滑动面的软黏土在掌握一定试验经验和技巧下,可用多级剪代替。     

土体三轴试验固结过程解析解

三轴试验是获取土体强度和应力变形特性的一个重要室内试验手段。三轴试验中,排水固结阶段试样的孔压消散及固结完成情况是非常重要的两个核心要素,它是进行后续剪切试验的基础和依据。基于等应变假设,推导了土体三轴剪切试验排水固结过程的解析解,以用于分析整个排水固结过程的孔压消散和固结完成程度。针对室内三轴固结排水(CD)试验,利用所推导的解析解对其排水固结过程的孔压和固结度进行了验算对比。结果表明,解析解计算得到的固结度和孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好,说明解析解可应用于三轴剪切试验排水固结过程分析。     

碱渣土的振动排水固结特性试验研究

在土动三轴仪上模拟碱渣土压滤排水条件的基础上进行振动排水固结试验,根据不同固结压力、振幅和频率情况的试验与静压排水固结试验的比较,分析了振动排水固结特性以及振动排水效应,总结出振动排水的作用机制。试验表明,振动作用可明显地提高排水速度,增加排水量;固结压力、振幅和频率对碱渣土的振动排水效应产生明显影响。由此试验结果分析了现行碱渣土压滤技术脱水效果不佳的原因。给出的试验结果和振动排水的机制分析,对改进当前碱渣土压滤脱水技术及其工艺设计具有重要的指导意义和实用价值。     

粘土固结不排水三轴连续剪与分级剪试验的对比

对15组粘土分别进行分级剪与连续剪试验,分析、对比、统计检验试验数据得出,两种方法所得的抗剪强度参数C、及C′、′无显著差异,而连续剪所得的C值与分级剪所得的C′值有一定的差别。只有通过对连续剪所得的C值进行适当修正,粘土的固结不排水连续剪切试验结果才更加接近分级剪切试验结果。     

基于袋装砂井排水固结法处理软基的沉降过程流固耦合模拟

在软土分布地区,高速公路的“桥头跳车”、路面开裂等一直是困扰工程建设者的最主要问题,而对软土路基的沉降过程进行模拟预测则是其中的难点。利用改进的剑桥模型,采用FLAC3D有限差分软件,以珠江三角洲某高速公路试验段的地层数据进行袋装砂井排水固结法处理软土地基沉降过程的流固耦合模拟,通过模拟结果来对比实际检测的应力、应变情况。结果表明,表面沉降和分层沉降的模拟值与实测值能很好地吻合,模型能较为真实地反映路基沉降变形的实际情况。     

动力排水固结模型试验装置的研制

为了实现大尺度室内模拟动力排水固结法来加固吹填粘性土,本文特设计了室内试验装置。该装置由模型槽、动力装置、夯锤以及监测和数据采集系统等4部分组成,其主要特点有:(1)可同时实现半模和全模试验,可模拟单点夯和全夯,弥补了目前只有半模或1/4模和单点夯等小尺度模型试验的缺陷;(2)可实现实时观察立面裂隙、特征点的变化,对孔压、位移、动应力等进行实时监测和采集;(3)可实现自动起吊和自动脱锤,可以很好地模拟现场施工工况;(4)可实现以下加固工况的模拟实验:不同的夯击参数、不同的加固土层厚度、不同的排水方式等,从而达到不同加固方案的对比,优化加固方案;(5)拆装方便,还可用于模拟边坡、路基、挡墙、滑坡等,适用性较广。目前利用该模型装置已进行了两组不同排水系统的模型夯击试验,试验设备运行良好,可满足试验要求。     

非饱和心墙料的固结不排水试验特性

土石坝心墙在施工期间处于非饱和状态,且坝体是分级填筑的。应力变形计算时将载荷分成若干级增量,每一级增量假设瞬间完成,等固结一段时间后再施加下一级载荷。由于施加荷载的瞬间来不及排水,因此,总应力法计算参数可以由固结不排水、不排气试验取得。通过三轴试验,揭示了非饱和心墙料的固结、应力-应变及侧向变形特征,探讨了固结过程中体积应变随时间的变化规律,建立了切线泊松比与围压的双曲线关系模型。     

软粘土动力排水固结机理研究综述

动力排水固结法是在传统强夯法基础上通过改善排水条件而发展的一种新的软基处理技术。本文在对该项技术的研究意义、基本原理做简要陈述基础上,重点评述了固结机理的国内外研究现状及其存在的主要问题,并提出了若干值得深入研究的课题。     

不排水条件下钙质砂声发射试验研究

通过对钙质砂进行不排水条件下声发射试验,探讨了不同围压、剪切速率、初始孔隙比和级配下钙质砂声发射规律。试验结果表明：低围压（围压低于400 kPa）时,钙质砂声发射活动频率随着围压的升高而增加;围压增至800 kPa时,声发射活动频率有所下降。低剪切速率下,钙质砂剪切试验明显分为颗粒破碎阶段和颗粒滑移阶段,随着剪切速率增大,二者之间较模糊,不能明显区分;松散和密实状态下,钙质砂声发射活动规律相似,钙质砂声发射活动频率均高于中密状态钙质砂;级配较好的钙质砂,声发射率峰值出现在试样发生剪切破坏前;级配稍差,试样声发射率相对均匀,声发射率峰值出现在邻近试验结束时。     

粉细砂的真三轴试验与强度特性

采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明,建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。     

Large stress reversals in true triaxial tests on cross‐anisotropic sand

The results of a series of true triaxial tests with stress paths involving large reversals under 3D conditions are presented. These tests were performed on medium dense Santa Monica Beach sand to provide experimental evidence for the rotational kinematic hardening hypothesis presented in a companion paper and to provide stress–strain and volume change relations for experiments with 3D stress paths and large stress reversals to be predicted by the rotational kinematic hardening model. The experimental equipment and the testing procedures are briefly explained followed by a presentation of the experimental results and their sensitivity to unknown causes as well as effects of cross‐anisotropy on the sand behavior. The stress paths are presented in a σ₃′‐plane and in an octahedral plane and the directions of experimental strain increment vectors are compared with those obtained from the rotational kinematic hardening model. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Predictions of large stress reversals in true triaxial tests on cross‐anisotropic sand

A rotational kinematic hardening constitutive model with the capability of predicting the behavior of soil during three‐dimensional stress reversals has been developed. An existing elasto‐plastic constitutive model, the Single Hardening Model, utilizing isotropic hardening serves as the basic framework in these formulations. The framework of the kinematic hardening model was discussed in a companion paper. The previously proposed cross‐anisotropic Single Hardening Model is added to the present kinematic hardening mechanism to capture inherent anisotropy of sands in addition to the stress reversals. This model involves 13 parameters, which can be determined from simple laboratory experiments, such as isotropic compression, drained triaxial compression and triaxial extension tests. The results from a series of true triaxial tests with large three‐dimensional stress reversals performed on medium dense cross‐anisotropic Santa Monica Beach sand are employed for comparison with predictions. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

改性污泥复合材料时间效应三轴力学特性试验研究

采用水玻璃、生石灰和絮状木质纤维作为污泥改性剂对城市污泥改性后,在不同养护龄期和不同改性剂配比下对改性污泥复合材料开展三轴固结不排水力学强度和破坏特征试验研究。改性剂设置3种配比5%、10%和15%,在相同围压下,养护5 d改性污泥复合材料破坏强度相对于原污泥相应地提高到1.25～1.426、1.12～1.33、1.2～1.5;养护10 d分别提高到1.33～1.45、1.154～1.35、1.56～1.67,改性剂配比5%和10%试验比15%硬化速度较快。养护10 d改性污泥在主应力差为20 kPa时,初始切线模量发生很大的突变,并且10%和15% 组有3%～5%应变延时期。养护10 d时5%和10%配比的试样内摩擦角 值大于15%配比的试样,而黏聚力 值明显小于15%配比的试样。基于Konder应力-应变双曲线方程,利用主应力差渐近值作为归一化因子,建立改性污泥在三轴固结不排水条件下的主应力差-应变关系方程     

基于图像测量的饱和细砂排水剪切试验研究

将计算机数字图像测量技术应用于土工静力三轴试验的土样变形测量,实现了土样变形的非接触测量。针对南宁饱和细砂,采用干装敲击法和控制不同初始成样含水率的湿装夯实法制备松砂和密砂试样,联合采用数字图像测量技术与常规三轴变形量测方法,在不同围压下进行了固结排水剪切试验。着重探讨了成样方法、初始成样含水率、密实程度、固结围压对两种量测方法所获得的应力-应变关系与邓肯-张模型中的切线模量5参数的影响。试验结果表明：成样方法、初始成样含水率、密实程度和围压决定土样的剪切破坏形式,影响应力-应变关系;剪切破坏的形式以及剪切带位置的不同,导致图像测量和常规三轴试验获得的轴向应变和偏应力数值均存在不同程度的差异;邓肯-张模型5参数不仅受到试样的成样方法、初始成样含水率、密实程度的影响,而且受到量测方法的影响。     

Undrained behaviour of Changi sand in triaxial and plane-strain compression

The results of an experimental study of the undrained behaviour of Changi sand under axisymmetric and plane-strain conditions are presented. K₀ consolidated undrained plane-strain tests and K₀ or isotropically consolidated triaxial tests on very loose and medium dense specimens were conducted. The undrained behaviour of sand at very loose and medium dense states under plane-strain conditions was characterised and compared with that under axisymmetric conditions. It was observed that the undrained behaviour of very loose and medium dense sand under plane strain is similar to that under axisymmetric conditions. However, because of the formation of shear bands in plane-strain tests, the post-peak behaviour of medium dense sand in plane strain is different from that in triaxial tests. It was also established that an instability line for plane-strain conditions can be defined in a way similar to that for axisymmetric conditions. Using the state parameter, a unified relationship between the normalised slope of instability line and the state parameters can be established for both axisymmetric and plane-strain conditions. Using this relationship, the instability conditions established under axisymmetric conditions can be used for plane-strain conditions.     

考虑转速比影响的砂土中螺旋挤扩钻具成孔特性宏细观模型试验

以福建标准砂为材料,采用宏细观模型试验方法,分析了转速比对松砂和密砂地基中螺旋挤扩钻具成孔特性的影响。宏观上,研究了竖向阻力、扭矩和土体应力随贯入深度的变化规律;细观上,结合环氧树脂砂土固化方法与数字图像分析技术,探讨了孔周土体相对密实度变化及其组构演化规律。试验结果表明,无论松砂还是密砂,钻具贯入时的竖向阻力、扭矩及孔周土体最大径向应力均随着转速比的增加而减小;钻具贯入导致松砂地基中钻头深度和孔周土体均发生挤密,而对于密砂则均发生不同程度的体胀;无论松砂还是密砂,孔周砂土切块环向面上的接触法向各向异性程度均随着转速比的增加而减小,而转速比对其径向面上的接触法向各向异性分布影响不大。该试验结果有助于提升对螺旋挤土桩成孔过程宏细观机制的认识。     

结构性砂土静力触探试验离散元分析

为研究结构性砂土静力触探的宏微观力学特性,在10 g重力场中生成一个净砂地基;将一个考虑胶结厚度的微观胶结接触模型引入到净砂地基中以生成结构性砂土地基;用一定速率移动探杆以模拟结构性砂土中的静力触探过程,其中,探杆由4面刚性墙组成。结果表明,随着贯入深度的增加,锥尖贯入阻力逐渐增大,增长速度逐渐减慢,在达到临界深度后贯入阻力在某一定值附近波动;锥尖部位有明显的力链集中现象,力链的集中程度和范围会随着贯入深度的增加而逐渐提高和扩大;静力触探过程中,探杆两侧的土体经历了明显的加载和卸载过程,且土体主应力方向发生偏转;离探杆越远,主应力偏转速度越慢,最终偏转角越小;不同深度处平均纯转动率（APR）的变化趋势基本相同,而APR最大值会随着土体深度而逐渐增加;探杆的贯入会使土颗粒间胶结发生破坏,胶结的破坏形式主要有拉剪破坏和压剪破坏两种,而拉剪破坏数目要比压剪破坏数目多。     

粗粒料强度和变形的大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对高低围压下粗粒料的应力应变特性、抗剪强度、内摩擦角和颗粒破碎特性进行了对比分析,并探讨了不同泥岩含量对堆石坝料强度的影响。结果表明：中高围压下粗粒料表现出应变硬化特性和剪缩,强度包线和不同围压下的最大主应力比与剪胀率的关系近似为线性,而低围压下主要表现为应变软化和剪胀,抗剪强度包线等表现为非线性。随着围压的增加,主应力比降低、颗粒破碎率增大、内摩擦角减小。泥岩含量的增加使颗粒表面的摩擦阻力与粒间的咬合力减弱,导致抗剪强度降低。     

橡胶砂应力-应变特性三轴-单剪联合试验研究

橡胶砂作为一种环保的岩土材料有广泛的应用前景。应用三轴和单剪两种试验方法对2种固结压力下、7种配比橡胶砂的应力-应变特性、体变特性和模量衰减特性进行了对比研究,结果表明：随着橡胶颗粒含量的增加,橡胶砂模量降低,应力-应变曲线向应变硬化型转变,线性关系增强;随着橡胶颗粒含量的增加,橡胶砂剪胀特性减弱,剪缩增大;橡胶砂应力-应变关系可用扩展邓肯-张模型进行模拟,模型参数受橡胶颗粒含量影响的规律明显;随着橡胶颗粒含量的增加,橡胶砂的静剪切模量Gs与剪应变? 曲线降低,而橡胶砂模量衰减曲线Gs /G0 -?（G0为初始剪切模量）向大应变方向偏移;三轴和单剪两种试验方法得到的橡胶砂应力-应变特性、体应变-剪应变规律类似,但试验参数明显受应力状态和应力路径的影响,两者的差异主要表现为三轴试验得到的应力-应变曲线和模量曲线高于单剪试验,产生这种差异的主要原因是由于前者的平均应力相对较大。试验还得到了橡胶砂初始模量随橡胶颗粒含量降低的经验关系。