细粒含量Pc＜25％渗透变形类型为非管涌碎砾石的颗粒级配特征及判别方法

细粒含量判别法是无黏性粗粒土渗透变形类型主要判别方法,但细粒含量Pc25%渗透变形类型为流土和过渡的碎砾石,其渗透变形类型不符合细粒含量判别准则.通过对46个工程310个试样(其中Pc25%的试样数214个),渗透变形试验结果统计分析发现,该类土虽然仅占同级配段(Pc25%)比例为6.1%,但其颗粒级配曲线均具有独特特征,即各粒径级颗粒含量均较均匀,即Cu均大于5,Cc多数为1.0~3.0之间,即该类土大多数为优良级配,进一步分析发现其D15/d85之比均小于等于5,进而提出用D15/d85≤5作为判别该类土的方法.     

缺级粗粒土管涌类型的判别方法

利用大型渗透变形仪,对不同最大粒径和细粒含量的缺级粗粒土的渗透破坏特性进行了系统的试验研究。研究结果表明,缺级粗粒土在细料含量小于30 %的情况下都发生管涌型渗透破坏,基本符合前人提出的判别流土和管涌的准则。管涌破坏的类型可划分为发展性管涌和非发展性管涌两种,采用刘杰和康德拉且夫对发展性和非发展性管涌的判别方法都不能区分本次试验的管涌破坏类型。在康德拉且夫提出的判别粗粒土管涌类型的方法的基础上,考虑细料对粗料孔隙的填充程度及试样中缺级颗粒百分含量的影响,建立了缺级粗粒土管涌类型的判别式,为缺级粗粒土管涌类型的判别提供了新的思路和方法。     

黏性碎屑流坡面运动过程数值模拟与检验

由无黏粗颗粒与黏性泥浆组成的黏性碎屑流,其运动过程会产生不连续变形,基于连续介质假定的流体理论无法描述。根据散体材料理论,在考虑黏性泥浆影响情况下,以PFC3D为平台,编写黏性碎屑坡面运动数值模型试验程序,根据泥浆（成都黏土,密度1.413 g/cm3）室内拉伸试验和旋转剪切试验结果,设置数值模型参数,开展黏性碎屑流坡面运动数值模型试验,再现黏性碎屑坡面运动过程及运动过程中不连续变形现象,并通过同尺寸黏性碎屑坡面运动物理模型试验进行验证。结果表明：基于散体材料理论的PFC3D离散单元法能很好地再现黏性碎屑坡面运动过程及运动过程中不连续变形现象,为深入分析黏性泥浆介质影响下黏性碎屑坡面运动过程提供新的途径。     

黏性土剪切带的形成与其屈服的内在联系的探索

为了深入了解黏性土的应力应变特性,对黏性土进行了量测侧向变形的不排水平面应变压缩试验。分析试验结果发现,黏性土局部化变形的起始点与黏性土样中的孔隙水压力的突然增长的转折点非常接近,而孔隙水压力开始急剧增长变化的转折点为其屈服点,说明黏性土剪切带开始形成的偏应力为其屈服点,超过此点后黏性土局部化变形加剧,这个发现将有助于土体在强度理论、变形和稳定分析等方面的深入研究。     

平面应变条件下土的强度准则分析及验证

应用Mohr-Coulomb、Lade-Duncan、广义Mises、Matsuoka-Nakai、AC-SMP强度准则,以及平面应变条件和相关联流动法则,建立了平面应变条件下土的强度准则。通过分析不同平面应变条件强度准则,确定最大、最小主应力比随土的内摩擦角的变化规律,分析了各强度准则的适用性。当内摩擦角小于30°时,各强度准则的差异性较小;当内摩擦角大于30°时,各强度准则的差异逐渐增大;内摩擦角较大时,广义Mises平面应变强度准则已不适用于描述土的破坏应力条件。同时,考虑黏聚力的作用,将无黏性土平面应变强度准则推广应用于黏性土,根据黄土的平面应变试验结果对各强度准则进行了初步验证,结果表明:Matsuoka-Nakai强度准则适用于描述砂土的强度,Lade-Duncan、AC-SMP强度准则可以很好地描述黄土的强度。     

汶川地震液化土层类型验证及土性分析

2008年5月12日汶川特大地震中,除在山区引发了大量山体滑坡、崩塌和泥石流外,在成都平原等地液化现象也十分普遍。液化主要分布在含砂、砾石和卵石等的第四系地层。依据地层分布特征和地震烈度,选择6个典型液化点（带）进行现场勘测和试验,以验证液化土层类型、了解液化土层的土性特征,并检验《建筑抗震设计规范》中液化判别方法的适应性。结果表明：(1) 典型液化点土类包含砂、砾石和卵石等,6个验证点中有2个为砂层液化(其中1个为砾砂)、3个为砾石层液化和1个为卵石层液化;(2) 与非液化地层相比,液化地层结构松散,均匀性差,颗粒大小分布曲线较平缓,不均匀系数较大,其中液化砂土级配良好,砾石和卵石级配不良;(3) 依据《建筑抗震设计规范》液化判别方法,将验证点1中砂液化判为非液化,其余5个验证点由于含较多粗颗粒,因无法进行标准贯入试验而无法进行液化判别。     

土破坏新准则的推导与验证

基于SMP准则和Lade强度准则,推导出新的无黏性土强度准则表达式,它较好地反映了单个主应力对滑动面的交叉影响,而不是仅局限于中主应力的影响。通过与真三轴试验数据的对比,发现该新准则在π平面上与试验数据较为吻合,优于上述两个传统的强度理论。     

黏土大剪切变形中的渗透特性试验研究

利用改进的三轴渗透试验装置对某高堆石坝心墙黏土进行了一系列剪切过程中的渗透试验,揭示了黏性土发生大剪切变形过程中其渗透系数随轴向应变的变化规律,并分别对围压、渗透压力、渗透方向等因素对土体渗透性的影响进行了探讨。研究结果表明,黏性土大剪切变形过程中其渗透性变化规律一般表现为：在剪切变形起始阶段,渗透系数迅速减小,随着轴向应变的增加,其变化越来越缓慢,最后基本上趋于稳定。轴向应变、围压、渗透压力等是影响渗透系数的主要因素。     

无侧限压缩条件下黏性土磁各向异性研究

近年来基坑、隧洞等开挖工程活动中的卸载导致黏性土体发生过大侧向变形,引起的工程事故越来越多。目前多采用测斜仪对基坑周围土体变形进行水平位移监测,然而由于软土的特殊工程性质,在监测中软土无法带动测斜仪一起变形,往往监测效果不尽人意,不能准确给出实际软土的真实变形。因此,需要加强开挖卸荷工程施工中土体的侧向变形监测技术研究工作。本文基于磁性矿物受荷载变形具有定向性特征,运用磁组构试验对无侧限压缩后的黏性土试样进行磁各向异性研究,同时与有侧限压缩试验变形测试结果进行比较,分析试验轴向应力、土样含水率对无侧限压缩条件下磁各向异性的影响规律,以及主磁化率值与应变的数学关系,探讨了由黏性土磁各向异性推求其受力变形规律的可行性。研究成果表明,受力作用的黏性土变形与其磁性矿物定向性具有较好的一致性。这一认识对于有效监测软土地区卸荷工程周围软土变形情况具有重要的理论意义和实际应用价值。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

土体适用MICP技术的渗透特性条件研究

影响土体适用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术的主要因素有颗粒的有效粒径、孔隙直径、颗粒级配以及水动力学参数等,实际工程土中复杂的孔隙结构难以通过单一的参数来衡定,而土体的渗透性能够综合反映诸多因素。针对分步、低速工艺下的定容量饱和渗透灌浆,提出了在满足土壤颗粒粒径和微生物尺寸相容性的前提下,以渗透系数表征的土体适用MICP技术的条件判断公式;并通过涵盖砂土、粉土、砂质黏性紫色土、膨胀土等9种土（控制粒径 0.040～0.913 mm,初始孔隙率 31.5%～54.9%）的固化试验、渗透试验和强度试验进行了验证。结果表明：结合渗透性折减参数 值的选取（无黏性土 ,黏性土 ）,渗透条件Ⅲ可适用于多种土体;渗透条件Ⅰ适用于MICP技术广为应用的砂土。同时得出了灌浆浆液总量和灌浆总时长的计算公式,为MICP固土技术可行性评估和进一步推广应用提供参考。     

基于SMP准则柱孔扩张问题相似解

以柱孔扩张理论为基础,将柱孔扩张后塑性区半径b作为时间刻度,引入扩孔速度概念,将塑性区内任意一点的应力、应变描述成塑性区半径b和柱孔扩张后扩张体单元距孔心距离r的函数,采用平面应变条件下无黏性土的SMP准则和不相关联流动法则,考虑到无黏性土的剪胀性,推导出柱孔扩张后极限扩张力 的相似解。通过参数分析表明,土体强度和剪胀性对塑性区半径和极限扩张力产生很大的影响,即随着土体强度和剪胀性的增加,极限扩张力明显增加,相应塑性区半径却随之减小。通过与基于摩尔-库仑准则解答进行对比分析表明,考虑中间主应力影响的SMP准则所得到的极限扩张力明显高于基于摩尔-库仑准则的解答。该解答为无黏性土中进行静力触探（CPT）试验和静压桩等岩土工程问题提供必要的理论依据。     

重载铁路粗粒土填料动力特性及累积变形分析

重载铁路路基比普通铁路和高速铁路要承受更大的动力荷载,路基本体的动力变形更加明显。重载铁路路基的核心层绝大部分为粗粒土,为了探讨重载铁路路基粗粒土填料在列车往复荷载作用下的变形和强度特性,开展了一系列大型动三轴试验,探讨了不同动应力幅值、不同围压、不同含水率对粗粒土土样累积变形的影响,分析了不同静强度和围压时动强度的特点,并根据粗粒土土样在不同围压和动应力作用下的变形规律,即增大围压或减小动应力有助于增强土体稳定,提出了基于累积变形发展趋势的路基粗粒土变形稳定界限状态和判别准则,并给出了判别准则参数。研究结果对重载铁路路基的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有参考价值。     

砂岩试验强度与强度准则预测结果对比分析

对山西大同煤峪口矿巷道砂岩进行了巴西劈裂、单轴和常规三轴试验,分析了其变形和强度特性,以整体平方根误差最小为依据拟合确定了5种强度准则参数,比较各准则的整体拟合效果以及抗拉强度和抗压强度预测值与试验值之间的差异。结果表明:砂岩单轴和低围压下的脆性特征显著,随着围压增大屈服段明显增加,逐渐由脆性向延性转变;对试验数据的整体拟合效果,Mohr-Coulomb准则最不理想,指数强度准则最好,Hoek-Brown准则和Bieniawski准则相接近;对抗拉强度的预测,Mohr-Coulomb准则明显高估了砂岩的抗拉强度,不适合预测抗拉强度,指数强度准则最为理想,Bieniawski准则不能反映岩石抗拉特性;单轴和不同围压下砂岩强度,直线型Mohr-Coulomb准则偏离了大多数试验数据点,特别是高围压下偏离显著结果失真,Hoek-Brown准则和Bieniawski准则预测结果几乎一致,Sheorey准则高围压下预测结果稍有偏高,指数强度准则接近大多数试验数据,预测效果最佳。      

大型石化地基振冲碎石桩处理现场试验研究

针对大型炼厂工程地基处理的复杂性,开展了振冲碎石桩的现场试验。利用静力触探试验检测桩体密实度和判别饱和砂土液化。基于旁压试验、标准贯入试验和重型动力触探试验结果,分析了施工前后地基承载力和土体工程特性变化情况。以单桩和复合地基载荷试验结果验证了桩间土、单桩及复合地基的承载性能。研究结果表明,振冲碎石桩对桩长范围的砂土具有明显的挤密效应,工程特性和场地的均匀性在处理后有了明显改善和提高,有效地消除了桩长范围内砂土的液化可能性。静载荷试验结果表明,振冲碎石桩复合地基承载力能达到设计要求;振冲碎石桩对砂土层下卧黏性土层的加固作用不明显,部分深度范围内土体强度降低;当地面以下10 m内不存在厚度大于5 m的软土夹层时,较薄的软土夹层状对挤密加固其余深度的砂土未产生明显影响,对地基承载力影响亦较小。     

间断级配砂砾石土的渗透变形试验研究

渗透变形是颗粒材料中细颗粒在渗流作用下发生重分布且导致土体的内部结构、水力及力学特性发生变化的现象,是导致砂砾石土地基及堤防结构破坏的主要原因之一。利用自主研发的刚性壁渗透仪对不同级配及细颗粒含量的间断级配砂砾石土在恒定水头渗流作用下进行渗透变形全过程试验,监测了渗流过程中的局部水力梯度空间分布以及竖向位移变化,分析了渗透试验结束后土体的颗粒级配空间分布变化。研究结果表明：土粒中细颗粒所处的欠填、满填及过填3种堆积状态决定了粗、细颗粒间不同的接触方式,影响其渗透性。渗透试验结束后细颗粒流失量沿试样高度的空间分布可以划分为3个区域,即顶部流失区、中部均匀区及底部流失区。局部水力梯度的快速下降伴随着竖向位移的突变,意味着渗透变形的开始;渗透变形启动时的局部水力梯度大于全局水力梯度,证实了采用大尺寸试验执行渗透试验的必要性。细颗粒处于过填状态的试样依然会发生渗透变形且导致强烈的沉降变形,值得进一步的研究。     

高速铁路无砟轨道地基泥岩膨胀性分类分级研究

红层泥岩是一种典型侏罗系沉积岩,其含有微量黏土矿物,易遇水软化、失水崩解,具有一定膨胀性,是引起兰新高速铁路路基持续上拱变形的一个重要因素,故重新判定该种土体膨胀性对高速铁路无砟轨道设计和施工具有重要意义。为此,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,通过兰新高速铁路上拱地段大量钻孔实测资料,提出了泥岩膨胀等级分级标准,采用改进层次分析法、基尼系数法和直觉模糊理论确定了判别指标组合权重,基于逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了泥岩膨胀性直觉模糊综合评价模型。结果表明：直觉模糊综合评价模型将泥岩膨胀性进行了定量化,克服了同一试样不同指标属于不同等级判别缺陷;室内膨胀量试验验证了膨胀等级分级标准和直觉模糊综合评价模型对兰新高铁地基泥岩适用性和准确性。研究成果对地基红层泥岩高速铁路路基长期持续上拱变形风险评估和工程控制措施提供技术支撑。     

饱和土体静态液化失稳理论预测

通过在屈服准则和剪胀性方程中引入材料状态参数,建立了一个与材料状态相关的本构模型,用于模拟不同初始孔隙比和围压下土体的应力-应变关系。基于二阶功理论,建立了饱和土体静态液化失稳理论判别准则。通过预测一系列饱和松砂三轴不排水试验结果,验证了所建立的本构模型及判别预测准则的合理性。分析结果表明,静态液化发生于土体硬化阶段,静态液化触发伴随着剪应力达到峰值,其后剪应力降低且孔隙水压力持续增长。进一步地,模拟了充分降解的城市固体废弃物在不排水条件下的应力-应变特性,并预测到了潜在失稳线及静态液化触发点。     

自由膨胀率试验的影响因素

自由膨胀率是反映黏性土的膨胀性的指标之一,对判别膨胀土有较大参考价值。由于试验所需仪器设备简单,操作简便,自由膨胀率试验是目前国内测定黏性土胀缩特性时采用较多的试验项目,但因我国现行土工试验方法标准和行业规程对自由膨胀率试验方法的一些细节的规定和说明存在不足之处,使得试验人员即使完全按标准和规程规定的方法对同一土样进行试验,也很容易出现试验结果相差较大的现象。为使自由膨胀率试验方法更完善,试验结果更稳定,分析了影响试验结果的两个主要人为因素,并针对现行的标准和规程中存在的不足提出了改进建议。     

3D-DIC系统在岩石力学试验中的应用

介绍了全场3D-DIC系统,在试样周围均匀布置三组3D采集元,利用散斑图像的采集,尽可能在较大范围内捕捉试样表面的变形并进行分析。为了验证3D-DIC系统测量结果的可靠性,以江持安山岩为试验材料,进行了单轴压缩条件下的恒定应变速率和交替应变速率试验。通过3D-DIC系统的测量结果与应变片测量结果的对比发现,两者吻合度较好,表明3D-DIC系统能够满足岩石力学试验非接触式、可视化变形测量的需求。另外以田下凝灰岩为试验材料,通过图像分析得到了加载过程中岩石表面的全场变形信息,发现岩石变形的不均匀性和应变局部化现象,表明利用3D-DIC系统对岩石破裂过程变形测量比传统变形测量方法更具有优越性,为岩石力学试验研究提供了一种新的、便捷的测试方法。