粘土的变形、破坏和强度的一些问题

以往,土力学中计算土体变形应用的是弹性理论,土被简化为直线变形体.在稳定性分析中应用的是塑性理论,土体的强度的发挥与变形无关.这些不妥当的假定沿用了很长的时间,一直到电子计算技术应用于土力学,人们才可根据试验获得的土的应力～应变关系来计算实际土体的应力和应变分布,从而判断土体各点所处的状态是弹性平衡,还是塑性平衡,这种判定需要一个量标～抗剪强度指标.土的强度的确定,是个复杂的问题.它不仅与应力条件和排水条件有关,而且与变形密切关联,     

广西靖西红粘土的变形和强度特性研究

对广西靖西取得的3种红粘土原状土样以及室内制备的重塑土样进行单轴压缩试验和三轴剪切试验（包括浸水饱和后的试验）,其目的是研究静力荷载作用下红粘土的固结变形和强度特征。研究表明,在较大的压缩应力作用下,土样仍有较大的孔隙比;红粘土的破坏面为一个曲面变化形态,试样首先沿较为软弱的不规则面发生,然后才形成贯通的滑动面;尽管土样在破坏时出现明显的剪切破坏面（表现为一定的脆性破坏特征）,但其应力应变关系呈现应变硬化的特点,表明红粘土有很强的粘滞特性。     

试件形状对冻结粉土抗压强度影响的试验研究

在不同温度和应变率条件下,分别对圆柱体和正方体冻结粉土进行了单轴抗压强度试验,分析比较了二者的应力-应变关系、抗压强度及破坏应变.结果发现:单轴压缩下正方体与圆柱体冻结粉土的力学性质存在差异.正方体冻结粉土的应力-应变曲线有明显的弹性屈服点,屈服点后曲线呈线性硬化,而圆柱体冻结粉土的应力-应变曲线无明显弹性屈服,全应力-应变曲线呈抛物线型.相同温度和应变率条件下,圆柱体试样的应变软化程度比正方体试样大.相同试验条件下正方体冻结粉土的抗压强度及破坏应变大于圆柱体的抗压强度和破坏应变,二者抗压强度及破坏应变的差异程度与温度和应变率无关.研究结果可为冻结壁的设计提供重要依据和参考.     

软土地基上路堤填筑的破坏性状分析

在软土地区建设高速公路、铁路等的填筑路堤越来越多,由于软土的不排水抗剪强度较低,软土地区路堤的填筑十分困难,而软土地基的渗透性很低,通常认为路堤的填筑是在不排水条件下进行。经典的设计方法是基于极限平衡法,无法考虑变形等因素,因此,能综合考虑稳定及变形等因素的有限元方法成为分析此类问题的一种有效手段。依据连云港铁路路堤在软土地基上的填筑试验资料,采用大变形有限元方法及Mohr-Coulomb模型,采用现场试验得到的土体强度值,对平面应变条件下路堤填筑的破坏性状及极限填筑高度等进行了分析,并对比了有限元分析结果及现场试验结果,结果表明,采用大变形有限元方法能够较准确的得到填筑路堤的极限高度,并有效地分析填筑路堤的破坏性状。     

循环荷载下路基红黏土临界应力水平分析

根据设计改装的循环动单轴压缩试验,研究不同含水率、不同轴向应力水平、不同循环加载次数、不同应力加载路径条件下路基土的塑性力学行为,并结合shakedown概念,界定了循环动荷载作用下红黏土的安定界限（shakedown limit）和临界应力水平,系统地分析了影响循环动荷载作用下路基土力学行为的因素和永久变形的发展趋势,以及路基土在循环载荷作用下的力学行为发展规律。通过试验结果的分析,把红黏土的塑性变形分为稳定、破坏和临界3个阶段,并按3个阶段划分出可接受状态和不可接受状态,由此确定路基红黏土在循环荷载作用下的临界应力水平为41.8 %。     

定向剪切应力路径下冻结黏土变形特性试验

为研究复杂应力路径下冻土的强度与变形特征,采用冻土空心圆柱仪（FHCA-300）对不同负温状态下的饱和冻结黏土开展定向剪切试验,基于不同剪切方向下冻结黏土的轴向和扭剪分量的应力-应变关系,探讨土样的剪切变形特征、各向异性属性以及剪切带的演变规律,并考察温度、大主应力方向角、平均主应力以及中主应力系数等因素对冻结黏土强度的影响。结果表明：平均主应力p值对冻结黏土的应力-应变关系影响显著,尤其是p=4.5 MPa时具有较高的剪切强度,且该值可能为压融临界p值;大主应力方向变化会诱发冻结黏土的各向异性,随着大主应力方向角的增加,冻结黏土剪切强度逐渐降低,并有明显的剪切带产生;中主应力系数的增加使得轴向强度有逐渐降低的趋势,但对剪切强度影响不明显;随着温度的降低,冻结黏土强度逐渐增大,试样发生脆性破坏并出现剪切破裂面,其剪切强度主要取决于冰颗粒和土颗粒的胶结力。     

木质素纤维红黏土强度及变形特性试验研究

利用工业废料改良土体性能不仅具有实用价值而且能够保护环境。采用室内土工试验及SEM试验,针对木质素纤维加筋红黏土的效果,以及木质素纤维掺量对红黏土强度及变形特性的影响规律和作用机理进行研究。试验结果表明:木质素红粘土压缩模量随着纤维掺量的增加先增加后减小,2%纤维掺量时,模量最高;不同木质素掺量红粘土的内摩擦角基本保持不变;红黏土黏聚力随木质素掺量的增加先减小后增大再减小。2%是纤维最优掺量,土体黏聚力出现最大值;在三轴实验中,加筋红黏土试样均发生鼓胀变形,没有明显的破裂面,具有典型的应变硬化特征。研究结果表明木质素纤维能一定程度提高红粘土的强度,提升红粘土的工程应用价值。      

岩溶区隧道围岩--支护体系稳定性研究

岩溶是地下水地质作用的过程和结果，是隧道建设面临的不良地质现象之一。正在建设中的某高速公路隧道出口段岩溶地质作用强烈，溶隙、孔洞发育，且受构造变形及后期淋滤溶蚀作用强烈，力学强度低，岩性复杂。其角砾状粘土岩和水云母粘土岩多已泥化成粘土，遇水易膨胀。岩溶区隧道围岩——支护体系的稳定性是该隧道建设面临的主要问题。文章结合隧道施工过程中的围岩变形监控量测和三维弹塑性有限元数值仿真模拟对隧道围岩——支护体系的稳定性进行了研究。围岩水平收敛和拱顶下沉位移及速率变化特性表明，在监测时段内隧道围岩无趋于稳定的迹象。施工动态力学数值仿真模拟表明，在初期支护条件下，围岩出现了较大范围的塑性破坏区，两隧道之间(间距45．0m)围岩破坏接近度达到0．70，最大竖向位移达到3．0mm，表明隧道全断面施工时，两隧道相互作用影响程度较大。为确保隧道围岩——支护体系的稳定，选择合理的施工方法，制定切实可行的支护方案提供了信息。     

黏结强度对异质土界面强度与变形特性影响试验研究

我国黄土高原地区黄土沉积覆盖于新近系三趾马红土之上,形成具有胶结的异质土界面。为研究黏结强度对黄土–三趾马红土界面抗剪强度与变形特性影响,开展其剪切力学试验研究,探讨界面间黏结强度对界面破坏模式、界面变形与抗剪强度特性影响规律。结果表明:(1) 有无界面黏结导致异质土界面试样破坏模式不同,界面黏结增大了试样沿界面间的滑动阻力,试样剪切破坏更趋于剪断模式,剪断面损伤程度也越高;(2) 异质土界面剪应力–剪应变曲线均呈应变软化型,有无界面黏结导致界面试样剪切变形特征不同,有界面黏结试样剪切破坏位移大,峰值强度后剪应力降低幅值大,试样脆性剪断破坏特征越显著;(3) 剪切过程中异质土界面产生明显的竖向剪胀变形,有界面黏结试样竖向剪切位移小,且其随界面粗糙度、法向应力变化幅值小;(4) 异质土界面抗剪强度呈非线性变化,界面黏结存在显著提升了界面试样抗剪强度。当异质土界面间粗糙度较低时,黏结强度对界面试样抗剪强度提升幅度大;当异质土界面间粗糙度高时,黏结强度对界面试样抗剪强度的提升幅度下降,此时界面抗剪强度主要受控于界面两侧土体抗剪强度。      

氯盐对水泥固化土应力应变特性影响分析

以人工制备的方法配制了不同氯盐含量的土样,并掺入不同含量的普通硅酸盐水泥对其进行固化处理。采用无侧限抗压强度试验对氯盐含量对水泥固化土的应力应变特征影响规律进行分析。试验结果表明:随着氯盐含量的增加,水泥固化土的无侧限抗压强度和变形模量降低,破坏应变随之增大,应力-应变关系曲线由脆性破坏向塑性破坏转化; 增加水泥用量可以减缓氯盐对水泥固化土的不良影响; 但水泥固化土变形模量与无侧限抗压强度的比值与氯盐含盐量大小无明显关系。     

吸力可控条件下的北方红黏土蠕变特性

北方红黏土又称三趾马红土，在黄土高原地区呈不连续状分布于黄土之下，为典型的致滑地层。红黏土遇水后强度降低、变形增大从而构成滑动面的过程，与红黏土特别是非饱和红黏土的蠕变特性息息相关，然而相关的研究多集中于南方红黏土。我国南方和北方红黏土的工程特性差异较大，不能等同对待。本文以陕西蓝田典型的北方红黏土为研究对象，借鉴控制吸力的非饱和土研究方法，在吸力分别为0，100 kPa和200 kPa条件下分级施加围压，开展了吸力控制条件下的三轴蠕变试验，研究非饱和红黏土的蠕变特性和长期强度。试验表明，红黏土具有明显蠕变特性，不同围压下的应力-应变曲线变化特征相近，均呈现幂函数或对数函数变化特征。当围压和荷载一定时，蠕变量随吸力的减小而增大，稳定时间随吸力减小而增长。吸力越小土体的蠕变性越强，其屈服强度也较小，饱和红黏土(吸力为0)的长期强度比吸力为200 kPa时的红黏土长期强度降低了约50%，说明含水率增大会增大滑带红黏土的蠕变量，促使滑坡的形成，本研究可为红黏土致滑机理研究提供基础。     

T形短肢剪力墙静力性能有限元仿真分析

利用有限元分析软件ANSYS,首先采用其中三维实体单元SOLID65建立了T形短肢剪力墙有限元分析模型,从弹性到混凝土开裂直至破坏的全过程进行了仿真试验分析。分析了影响短肢剪力墙受力的几种因素:混凝土强度等级、配筋率、轴压比、墙肢截面高厚比对短肢剪力墙承载能力、变形能力及延性的影响,剖析了短肢剪力墙破坏过程及其原因。比较真实的反映了短肢剪力墙在轴压力和逐步加载侧向力共同作用下的响应。试验结果表明:增加混凝土等级和轴压比能提高试件的开裂、屈服和极限荷载,但应综合考虑其与变形能力、延性的关系。截面配筋率具有其特殊性,配筋率在1.4%1.6%之间时试件的承载能力、变形能力及延性较好。墙肢截面高厚比是不稳定因素但在高厚比为6.57.1时,延性及变形能力较强。     

饱和黏土不排水剪切的热破坏

试验资料表明：饱和黏土在不排水常载升温条件下会产生很大的变形并最终可发生热破坏现象,因此,升温也成为一种加载方式。基于姚仰平等提出的热UH临界状态模型,推导了受温度影响的热不排水抗剪强度表达式,对不同超固结度饱和黏土在升温下的不排水抗剪强度模拟与试验结果对比表明：所提公式能够合理反映试验资料中受温度影响的不排水抗剪强度变化规律。利用热UH模型对不排水常载-升温过程进行了模拟,模拟结果表明,热UH模型可合理地反映不排水常载-升温条件下饱和黏土的应力-应变关系以及强度变化规律。针对能影响热破坏过程的几种因素如升温初始时的偏应力比、升温幅度、超固结度以及先期固结压力等进行了讨论分析,得到了各因素对于饱和黏土不排水剪切下的应力-应变关系及强度特性的影响规律。     

单轴压缩下非饱和黏土动态力学性能试验研究

黏土作为一种松散多孔材料,其波阻抗较低,采用传统分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行单轴压缩试验时,存在透射信号弱、应力不平衡等问题。针对以上问题,提出利用石英压电晶体测定试样的应力并监测试样两端的应力平衡,采用入射波整形技术,考察应变率、含水率对非饱和黏土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,非饱和黏土试样的单轴抗压强度与应变率及含水率的关系密切,强度随着应变率的提升而上升,但随着含水率的提升而下降。通过对试验结果的分析,分别提出单轴抗压强度与含水率及应变率之间的关系式,并通过拟合确定参数,拟合结果较好。     

节理倾角对黄土力学特性影响试验研究

黄土节理种类多样、角度多变,是影响黄土力学性质的重要因素.为研究节理对黄土力学性质影响,开展含预制节理黄土试样单轴与三轴压缩强度试验,分析了非贯通节理对试样剪切破坏模式影响,探讨了节理倾角对黄土强度与变形特性影响规律.结果表明:节理试样剪切破坏均为压剪破坏,破坏模式可分为节理面与破裂面贯通型和节理面与破裂面斜交型,压力...     

结构性黄土的剪切带及强度特性的真三轴试验研究

采用西安理工大学自主研发的真三轴仪,对西安白鹿原黄土进行了不同中主应力比值、不同固结围压的试验研究,探讨了黄土剪切带形成与峰值强度、中主应变与大主应变关系曲线、体应变与大主应变关系曲线特征点之间的联系以及子午平面、 平面上的强度变化规律。分析了真三轴应力条件下黄土强度变形规律和试样剪切带破坏模式和黄土在复杂应力状态下剪切带形成的判断依据和原因,研究表明,真三轴压缩原状黄土具有明显的剪切带,围压和中主应力比值较小时表现为软化,围压和中主应力比值较大时则表现为硬化;中主应变、体应变与大主应变关系曲线较为一致的转折点反映了土变形性状发生变化;与中主应变方向一致的剪切带两侧土结构块体产生相对滑移,剪切带开始形成和发展;土应变曲线的转折点可以作为土固结结构内剪切带形成的判断依据;子午平面上强度线呈线性变化规律, 平面上呈曲边三角形非线性变化规律,并且与 -SMP强度准则较为接近。不同应力条件下剪切带变化复杂的破坏模式与黄土原生的结构特征和加载共同作用的变化有密切联系。     

一种饱和粉质黏土的热固结特性试验研究

采用自行研制的温度控制固结试验装置对一种饱和粉质黏土的热固结特性进行室内试验。研究表明,在不同的有效固结压力作用下饱和试样的孔隙水压力变化趋势以及固结体应变变化趋势类似。在温度升高过程中,由温度导致的孔隙水压力不断增大,当温度达到设定温度时,试样内的孔隙水压力也达到峰值,而且随着有效固结压力的增大,孔隙水压力峰值似乎略有增大。此外,温度升高后的固结排水量远大于温度再降低后的吸水量,亦即经过升温和降温过程,试样总体产生明显的收缩变形。     

兰州九州重塑黄土的抗拉变形破坏机理

通过对不同干密度及含水量的重塑黄土进行室内抗拉强度试验,探究轴向压裂法致使试样破坏的机理及一般规律。结果表明,黄土的抗拉变形破坏可分为4种类型：I类,高干密度低含水量（干密度大于1.65 g·cm^-3,含水量小于15%）,抗拉强度介于8~12 kPa;Ⅱ类,低干密度低含水量（干密度小于1.60 g·cm^-3,含水量小于15%）,抗拉强度介于4~8 kPa;Ⅲ类,高干密度高含水量（干密度大于1.65 g·cm^-3,含水量大于17%）,抗拉强度介于4~8 kPa;IV类,低干密度高含水量（干密度小于1.60 g·cm^-3,含水量大于17%）,抗拉强度介于3~4 kPa。I类、Ⅱ类破坏类型属于脆性破坏,Ⅲ类、IV类属于塑性破坏。重塑黄土抵抗变形最弱的含水量为15%。通过对比分析黄土、普通黄黏土、红黏土及膨胀土的抗拉强度发现,在最优含水量处,不同干密度下黄土的抗拉强度均最小。黏性土的持水能力远超过黄土。黏土及膨胀土的抗拉强度均在最优含水量处达到最大值,而黄土的抗拉强度随着含水量的增加持续减小。研究结果对黄土强度特性的理解具有一定的参考意义。     

基于无网格法的含缺陷岩石变形局部化数值模拟研究

利用自主开发的基于无网格法的岩石力学计算分析程序,采用Mohr-Coulomb破坏准则,考虑材料塑性屈服后的软化特性,研究单轴压缩条件下含一个缺陷的岩石试样的变形特性,探讨含缺陷材料的岩石变形局部化的演化规律。计算结果表明,岩石试件的破坏是一个渐进破坏的过程;加载过程中试件中的缺陷弱粒子首先出现粒子破坏并产生声发射,随加载进行试件产生微裂隙并扩张形成一个变形局部化带,局部化带扩张、发展,最终形成一个明显的剪切破坏带,缺陷粒子对试件的破坏起到了控制作用。岩石的声发射记录了岩石材料的塑性破坏过程,岩石试件的剪切破坏带与塑性区的发展具有非常类似的规律,但塑性区面积要大于剪切破坏带,从所处位置来看剪切破坏带位于塑性区之内,通过研究声发射特征信息发现变形局部化发生在应力-加载步（应变）达到峰值强度前。     

Aspects of sand behaviour by modified constant shear drained tests

Constant shear drained tests (CSD) are probably the most suitable to simulate the strength and deformation behaviour of soils in slopes under water infiltration conditions or lateral stress relief. This is significant because soil behaviour following a CSD stress path could differ from that of traditional compression triaxial tests. In this paper, CSD tests on sand following an alternative procedure are presented and discussed. The modified CSD tests were conducted by increasing the pore water pressure at a constant rate from one end of the specimen with water free to drain from the opposite end. Among the results from specimens consolidated at variable initial void ratios and principal stress ratios it was revealed that specimens showed a tendency to dilate even for loose sands; failure was reached at low axial strains; and a pre-failure type of instability could be identified. The modified procedure has the potential to provide new insights into the failure mechanisms of slopes under a water infiltration condition.