不同水力路径下非饱和粉质土的破坏与变形特性

通过压力板仪、temple仪和直剪仪对非饱和粉土经过脱湿之后和不同含水量状态分别进行抗剪强度试验研究。试验结果表明:如果采用净应力来描述,非饱和土的有效粘聚力随着含水量的增大而减小,或随着基质吸力的增大而增大,但有效内摩擦角基本保持不变。当饱和度相同时,经过脱湿之后的土体有效粘聚力较大,反映出滞回效应。如果采用有效应力来描述,抗剪强度曲线则归一化为一条临界状态线,而与含水量大小和水力路径无关,从而证明了采用有效应力的合理性与有效性。在修正剑桥模型基础上,将饱和度和基质吸力作为内变量,提出屈服强度的硬化函数,建立渗流与变形耦合模型,从而可以考虑前期降雨历史对非饱和土边坡稳定性的影响。     

柴达木盆地大柴旦盐湖区盐生植物根-土复合体力学强度试验研究

本文以柴达木盆地大柴旦盐湖区作为试验区,分别筛选出5种优势盐生植物,即海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)、无脉苔草(Carex enervis C. A. Mey.)作为试验供试种,分别对5种盐生植物根-土复合体试样和不含根系素土试样进行了室内直接剪切试验和三轴压缩试验,对比了不含根系素土试样与根-土复合体试样的抗剪强度指标;在此基础上,评价了5种盐生植物根系增强土体抗剪强度作用。试验结果表明：(1)当含水量和密度值分别为29.01%和1.65g/cm3时,5种盐生植物根-土复合体试样的抗剪强度指标粘聚力c值为10.38kPa-19.19kPa,且显著大于素土试样的粘聚力c值5.95kPa,内摩擦角 值未表现出变化规律;(2)相对于不含根系的素土试样,由直剪试验和三轴试验得到的5种盐生植物根-土复合体试样的粘聚力增长幅度分别为16.8%~108.7%、19.2%~113.6%;(3)由直剪试验与三轴试验结果表明,区内5种盐生植物根-土复合体试样抗剪强度大小变化顺序表现出一致的规律性,即由大至小依次为：芦苇、海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草、素土。该项研究结果为区内进一步开展盐生植物增强土体抗剪强度机理等方面的研究具有理论研究价值和实际指导意义。     

柴达木盆地大柴旦盐湖区盐生植物根-土复合体力学强度试验研究

以柴达木盆地大柴旦盐湖区作为试验区,分别筛选出5种优势盐生植物,即海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)和无脉苔草(Carex enervis C.A.Mey.)作为试验供试种,分别对5种盐生植物根-土复合体试样和不含根系素土试样进行了室内直接剪切试验和三轴压缩试验,对比了不含根系素土试样与根-土复合体试样的抗剪强度指标;在此基础上,评价了5种盐生植物根系增强土体抗剪强度作用。试验结果表明:(1)当含水量和密度值分别为29.01%和1.65 g/cm3时,5种盐生植物根-土复合体试样的抗剪强度指标粘聚力c值为10.38~19.19 k Pa,且显著大于素土试样的粘聚力c值5.95 k Pa,内摩擦角φ值未表现出变化规律;(2)相对于不含根系的素土试样,由直剪试验和三轴试验得到的5种盐生植物根-土复合体试样的粘聚力增长幅度分别为16.8%~108.7%、19.2%~113.6%;(3)由直剪试验与三轴试验结果表明,区内5种盐生植物根-土复合体试样抗剪强度大小变化顺序表现出一致的规律性,即由大至小依次为,芦苇、海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草和素土。该项研究结果为区内进一步开展盐生植物增强土体抗剪强度机理等方面的研究具有理论研究价值和实际指导意义。     

基于核磁共振技术的结合水含量对重塑黄土抗剪强度影响试验研究

重塑黄土抗剪强度对黄土重大工程的长期稳定与安全有着极其重要的影响,然而,由于传统测试方法的限制,对于结合水与抗剪强度之间关系的认识并不充分。本文基于无损、可靠、精确与便捷的核磁共振技术,针对不同含水率的重塑黄土开展了结合水发育特征与重塑黄土抗剪强度的试验研究。利用结合水与自由水的冰点不同,寻找二者的核磁共振信号界限—T_2截止值,然后获取不同含水量直剪试样的核磁共振驰豫曲线,最后结合快剪试验分析结合水含量与土体抗剪强度的关系。试验结果表明:(1)重塑黄土内结合水含量随含水量的上升而增多,且增长趋势逐渐变缓,结合水所占比例也在不断地下降。(2)当土体内含水量增大时,并不会单独发育某一赋存状态的水,而是在某个含水率区间内主要发育某一种赋存状态的水。(3)重塑黄土中结合水的增加会导致粘聚力的降低,对内摩擦角没有明显影响。重塑黄土试样内结合水主要是通过削弱土体的粘聚力从而降低黄土土体抗剪强度,且土体内结合水含量与粘聚力c值及抗剪强度大小呈线性负相关。本文研究成果可为非饱和黄土边坡与高填方工程的稳定性计算等方面提供技术支持与理论参考。     

大柴旦盐湖采卤区地层剖面盐渍土基本类型及其抗剪强度试验研究

选取柴达木盆地大柴旦盐湖采卤区作为试验区,对区内地层剖面盐渍土的基本类型进行划分,即通过测定Na+、Mg2+、Cl-等易溶盐离子的方法,得出区内采卤区地层剖面盐渍土的主要类型是以亚氯盐渍土为主。在此基础上,对盐渍土进行扰动试样的室内直剪试验研究,以获取抗剪强度指标粘聚力c值与内摩擦角φ值。试验结果表明,该区盐渍土的含盐量由地表开始向下呈逐渐降低趋势,即由地表的6.89%降到地下4.5 m处的1.11%。粘聚力c值主要受试样含水量大小的影响,表现出随着含水量的增加,粘聚力c值呈降低现象,即当含水量由19.8%上升至23.3%时,粘聚力c值由35.4 k Pa下降至24.9 k Pa,下降率约为29.7%;而当含水量由23.3%下降至17.4%时,粘聚力c值则由24.9 k Pa上升至34.1 k Pa,上升率约为36.9%。内摩擦角φ值则受试样粒径影响相对较为明显,随着试样中粘粒含量的增多,粗粒含量相对减少,内摩擦角呈逐渐增大的趋势,即由24.1°上升至33.3°,增加率约为37.3%。随着试样中含盐量的增加,粘聚力c值和内摩擦角φ值均呈线性增加趋势。该研究成果将有助于进一步探讨含水量、颗粒大小以及含盐量对盐渍土试样抗剪强度变化的影响,且对区内盐田及其相应的基础设施建设有一定的理论指导意义。     

塔克拉玛干沙漠砂工程性质试验研究

塔克拉玛干腹地沙漠砂具有特殊的岩土工程性质。在对沙漠砂室内大中型槽原位模拟试验和现场原位试验的基础上,建立了静力触探、标准贯入指标和沙漠砂密实度、抗剪强度间的经验关系,并且将部分经验公式表格化。研究结果表明: 已有用标准贯入指标Ｎ值估计砂土密实度的标准用于评价沙漠砂时会得出较保守的估计;另外沙漠砂内摩擦角与相对密实度和含水量的关系密切,内摩擦角随相对密实度的增加而增大,非饱和砂内摩擦角随相对含水量的增加而增大。     

干湿循环作用下加砂对红土抗剪强度及微结构特性的影响

本文通过直剪试验、干湿循环试验和数理统计分析相结合的方法,研究干湿循环条件下,加砂比例变化对云南红土抗剪强度及微结构特性的影响,为云南红土在实际工程中的应用提供参考。结果表明:(1)当干湿循环次数一定时,随加砂比例的增大,红土内摩擦角非线性增加,黏聚力非线性减小;抗剪强度呈减小-增大-减小的波动变化趋势,且在加砂比例约10%左右存在极大值。(2)当加砂比例分别为0、5%、10%和15%时,随干湿循环次数的增加,红土内摩擦角降幅依次为22.8%、30.9%、19.9%、32.6%;黏聚力降幅依次为26.6%、29.2%、17.3%、37.7%;抗剪强度降幅依次为:23.6%、25.6%、18.7%、28.2%。红土颗粒数量降幅依次为35.7%、28.1%、22.7%、20%;孔隙率增幅依次为40.4%、36.5%、28.9%、23.6%;孔隙面积增幅依次为50.8%、42.9%、35.5%、30.7%。(3)干湿循环与加砂会改变红土微结构,其中定向度与定向分维数两个微结构参数与红土黏聚力的变化关系较为紧密;平均圆形度、孔隙面积、孔隙率等微结构参数对内摩擦角的影响较为显著。这些微结构参数与红土黏聚力和内摩擦角均为负相关,相关系数最高为-0.972,最低为-0.928。干湿循环、加砂比例对红土微结构及抗剪强度有显著影响。     

干湿循环作用下云南红土特性与库岸边坡稳定性关系研究

研究干湿循环作用下云南红土特性变化对库岸边坡稳定性的影响,对深入认识不同岩土体库岸边坡失稳机理有重要意义。通过红土试样的干湿循环试验,结合土工试验、数值计算及理论分析进行研究。结果表明:1)在一定初始干密度条件下,干湿循环作用使红土的粘粒含量呈先增大后减小,然后趋于稳定的变化趋势,而粉粒含量的变化趋势则与之相反。随着干湿循环次数的增加,干密度呈先增加后趋于稳定的变化趋势。2)在一定初始干密度条件下,红土的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度及红土型库岸的稳定安全系数均随干湿循环次数的增加而非线性减小,但在干湿循环次数约10次时趋于稳定。红土抗剪强度、粘聚力和内摩擦角对红土型库岸边坡稳定有显著影响。以上结论可为防范和治理云南红土型库岸边坡失稳提供参考。     

黄河源区高寒草地根—土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布关系

植物类型及土壤营养元素含量等因素随植物群落演替而发生规律性变化,并影响植物根-土复合体抗剪强度。本文选择黄河源区高寒草地,开展植物根-土复合体直接剪切试验及土壤营养元素含量测试,分析区内不同植物群落根-土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布之间的关系。结果表明:区内草地沿剖面线方向分布4种植物群落类型,即:高山嵩草-矮嵩草群落、高山嵩草-异针茅-垂穗披碱草群落、青藏苔草+藏嵩草群落和藏嵩草群落;土壤营养元素含量总体表现出由边坡高海拔位置向低海拔位置逐渐增大的变化特征,有机质含量在坡顶相对最小为59.48 g·kg~(-1),在坡底最大可达178.13 g·kg~(-1),增加值为117.65 g·kg~(-1);植物根-土复合体黏聚力c值随边坡海拔降低而逐渐增大,即坡顶位置为21.70 kPa,至一级阶地位置达到最大为34.87 kPa;进一步研究表明,区内根-土复合体抗剪强度与营养元素含量间存在一定程度相关关系,即营养元素含量相对较高位置处其植物根系相对较发达且密集分布,其根-土复合体抗剪强度亦相对较大。研究结果对于科学有效地防治黄河源区高寒草地水土流失、浅层滑坡等现象,具有理论研究价值。     

塔克拉玛干沙漠腹地风沙土的力学性质

风沙土是形成于干旱、半干旱区的一种特殊性质的土,其力学性质不同于一般土体,结构松散性为其最主要的特点。通过对塔克拉玛干沙漠腹地14个风沙土样进行压缩试验和抗剪试验,获得了风沙土的基本力学参数:风沙土压缩模量值在50.00~142.86MPa之间,是一种低压缩性土;风沙土的内摩擦角值在31°55'~36°19'之间,低于河流冲积砂的内摩擦角值;风沙土存在结构力,其力学效应相当于粘聚力,可以在剪切试验中测出,其值在0.6~9.3kPa之间。并分析了影响这些力学参数的主要因素。     

基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型

孔隙率对黄土抗剪强度具有非常重要的影响,然而,孔隙率对黄土抗剪强度影响效果的认识并不充分。本文以陕西省延安黄土为研究对象,开展不同孔隙率的黄土直剪试验研究,探讨了孔隙率对粘聚力与内摩擦角的定量变化关系;并以此为基础,构建了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,并对其进行了验证。研究结果表明:(1)延安黄土粘聚力与孔隙率间呈幂函数变化关系;(2)延安不同孔隙率黄土内摩擦角取值呈现出两个区间,当孔隙率n≥0.4时,其内摩擦角在25±2.5°的范围内变动,而当孔隙率n<0.4时,其内摩擦角在29.5±2°的范围内变动;(3)通过分析得到了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,且该模型得到的黄土抗剪强度理论值与实测值间的误差较小,相对误差均在7%以内,具有较高的精确度。研究成果不仅能为延安黄土抗剪强度研究等提供技术支持,而且还能为该地区的工程建设等方面提供理论参考。     

泥石流源地土抗剪强度指标φ、C值同含水量Q的关系

源地上抗剪强度指标φ、C值对泥石流的发生具有重要意义,为探索源地上抗剪强度与主体含水量关系而做的主体φ、C值随含水量变化的试验表明,在源地土含水量达到塑限以前,φ值随含水量的变化不是线性的,而是主要呈上凸和下凹两种曲线形式;C值随含水量的变化基本上是单调上升的.     

红粘土土质边坡乔木根-土复合体剪切试验

为研究雨林乔木类树种的根系存在对红粘土土质边坡的加固效果,并从根系形态、几何特征方面研究其加固机理,选取海南热带雨林地区常见的四类直根系乔木树种进行现场大型剪切试验和根系实地统计,获取不同深度下根-土复合体的剪应力与位移关系曲线,并取相应的原状土进行室内直剪试验,将现场剪切试验条件下测得的根-土复合体抗剪强度与室内素土抗剪强度进行比对,计算出不同根-土复合体土体抗剪强度增长率,最终得出在现场原位条件下,四类树种根系中小叶榄仁根-土复合体抗剪强度的增长率最大,其次是重阳木根系和凤凰木根系,非洲楝根系最差;对于四类树种来说都存在一个最优根土面积比,使得根系能最大限度地发挥自身提高土体抗剪强度的作用。     

土质边坡稳定性评价进化遗传算法

对进化遗传算法进行了改进，提出了新的交叉算子和变异算子，使得改进后的算法具有更好的全局收敛能力。同时，引入与边坡稳定性密切相关的坡角、坡高、土体的抗剪强度等七个因子，建立了适用于边坡稳定性评价的多因素相关进化遗传算法边坡稳定性分析模型。实例应用结果表明，该算法应用于边坡的设计和稳定性评价具有较高的可信度。     

蒋家沟泥石流堆积体的抗剪强度试验

泥石流堆积体的抗剪强度指标包括内擦角φ和凝聚力C。φ、C值是泥石流防治工程设计中的重要参数,影响着防治工程建筑物的投资费用和运行安全性。目前国内外对泥石流堆积体抗剪强度试验的文献尚不多见。因此在泥石流防治工程设计中,多沿引水工等有关资料或凭经验采用。为了进一步探讨泥石流堆积物的抗剪强度指标,1985年夏,在泥石流暴发频率较高的云南东川蒋家沟,进行了泥石流堆积体的抗剪强度试验。     

水蚀作用下土壤抗蚀能力的表征

研究区为黄土高原南部淳化县泥河沟流域 ,在未经翻耕的自然或人工 (耕地 )坡面上 ,选择 5 6个 1m2样地 ,(土壤为黄土 ,体积含水率 7.1%～ 2 0 .1%,干容重 1.0 1g/cm3～ 1.2 9g/cm3) ,采用南京土工仪器厂出产的WI- 3型便携式直剪仪 ,对表层 0～ 5cm土层进行现场取样剪切 ,3次重复剪切的结果表明 ,表层土壤抗剪强度与土壤含水率及容重均密切相关。抗剪强度起初随含水率增加而缓缓增大 ,在含水率 12 %～ 14%时达最大 ,然后较迅速减弱。容重的影响表现为 :随容重增大 ,土壤抗剪强度呈直线趋势较快增大。通过室内降雨侵蚀实验 (坡面面积为0 .3m× 1.0m ,雨强分别为 1.39、1.49、1.88和 2 .6 6mm/min) ,经对收集的溅蚀物及冲刷物称重分析发现 ,无论击溅侵蚀还是径流击溅共同作用 ,在土壤干容重不变 ( 1.2 g/cm3)情况下 ,试验土壤含水率达 16 %时 ,其抗蚀能力最强。考虑到容重的影响 ,把抗剪强度作为抗蚀力指标还是较为合理的。对于表层为松散状态的坡面 ,将分别采自农耕地、荒地、草地、灌木地表层的原状土块 ( 2 5cm× 6cm× 2 .5cm)用水饱和后 ,置于长 10 0cm、宽 6 .2cm、高 6 .0cm的冲刷槽中 ,在坡度 15° ,流量 5L/min条件下进行等时冲刷。用冲刷前后同一土样重量之差除以流量 ,即可求出冲刷模数值。经对     

G318川藏公路段泥石流危险性评价

以野外调查为基础,选取坡度、地表起伏度、岩石抗剪强度指标(内摩擦角与粘聚力)、距断裂距离、地震烈度、岩体风化程度、最大24 h降雨量、年平均气温、土地利用类型等10项指标作为基本判别因子,分析泥石流对影响因子的敏感程度.研究表明,G318川藏公路最有利于泥石流发育的条件为:1.坡度:20°～35°;2.地表起伏度:100 ～300 m;3.岩石抗剪强度指标:内摩擦角＜35°,粘聚力＜25 MPa;4.岩体风化程度:＞0.4;5.距断层距离:0～10km;6.地震烈度:大于Ⅶ度;7.土地利用:荒漠草原、冰川、裸岩砾石、坡草地;8.年平均气温:＜8°与10°～12°;9.最大24 h降雨量:＞40 mm.结合GIS与信息量模型分析G318川藏公路段沿线泥石流危险性,研究结果表明:公路大部分路段处于中度、高度与极高度危险区,三者面积之和占总面积的71.99％,范围较大,主要分布在大渡河、金沙江、澜沧江、怒江、帕隆藏布江等大江大河的深切峡谷区;基本无危险区范围较小,主要位于成都平原和高原面路段,仅占总面积的4.21％.研究成果与实际灾情吻合,可为川藏公路泥石流风险评估及新路选线提供科学依据.     

浅层滑坡多发区典型植被恢复树种根系对土壤抗剪强度影响

为揭示坡面植被根系对土壤抗剪强度的影响及其固坡效应的差异性,选取白龙江流域浅层滑坡多发区两种典型修复树种刺槐(Robinia pseudoacacia)和毛白杨(Populus tomentosa)为研究对象,通过剖面网格法计算不同树种根系的根截面积比(RAR),采用万能试验机分析不同根系径级单根抗拉特征,并运用RWM模型计算两种乔木根系对土壤抗剪强度的增加值。结果表明,两种乔木根系的RAR值,刺槐(0.18%)和杨树(0.51%)均大于发挥固坡效应的阈值(0.1%)。两种乔木的单根抗拉力(TF)随着直径的增加而增大,分布规律表现出明显的幂函数特征,TF_(R.pseudoacacia)(363.6 N)TFP.tomentosa(419.95 N);刺槐根系的抗拉强度(TS)与根系直径正相关,杨树根系与直径呈负相关关系,且TSR.pseudoacacia(25.38 MPa)TSP.tomentosa(27.62 MPa)。RWM模型计算得到根系对土壤抗剪强度的增加值为刺槐(21.93 Kpa)杨树(67.61 Kpa)。在研究区,两种乔木植物根系均能有效增加土壤抗剪强度,杨树根系的固坡效应优于刺槐,研究结果可为浅层滑坡多发区植被根系固土模型的应用和生物工程减灾效果的评价提供一定理论依据。     

高切坡潜在破裂面预测与超前支护桩加固研究

高切坡潜在破裂面预测与稳定性判识是高切坡灾害防治的基础.采用极限分析上限定理,结合弧形条分法思想,构建了高切坡潜在破裂面预测与稳定性超前判识方法.针对危险性高切坡,提出超前支护桩加固方法,研究了超前支护桩抗力与加固高切坡整体稳定系数、潜在破裂面之间的对应关系.结合工程算例分析,揭示了高切坡坡体抗剪强度、边坡高度、坡角以及开挖高度对高切坡潜在破裂面的定量影响,为工程建设过程中高切坡灾害防护提供了一条可行的途径.     

西宁盆地黄土区不同草本植物和坡形条件下坡面产流产沙特征

为进一步研究不同草本植物和边坡坡面形态对坡面产流产沙的影响,本项研究以西宁市毛鸡湾流域长岭绿化区作为试验区,设计了直形和阶梯形2种坡形,选取3种优势草本老芒麦（Elymus sibiricus Linn.）、垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）和细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn. Gaertn.)作为试验供试种,通过人工模拟降雨试验,探讨了种植不同草本和坡形条件下,边坡坡面的产流、产沙和入渗特征。结果表明：在直形边坡中,裸坡坡面的产流时间小于种植草本植物坡面,且垂穗披碱草坡面和老芒麦坡面的形成产流时间相对较长,为4min,与直形边坡相比,垂穗披碱草阶梯形坡面产流时间相对最长,为8min;在直形边坡中,垂穗披碱草坡面和老芒麦坡面累积径流量、累积产沙量和径流系数相对最小,分别为51.42 L/min、160 g、14.98%,51.25 L/min、210 g、14.93%,细茎冰草坡面的累积径流量、累积产沙量和径流系数分别为96.97 L/min,700 g,28.25 %;垂穗披碱草坡面和老芒麦坡面稳定入渗速率相对最大,其值为0.38~0.44 mm/min,细茎冰草坡面的稳定入渗率为0.29~0.36 mm/min。在阶梯形边坡中,垂穗披碱草坡面的累积径流量、累积产沙量和径流系数相对最小,其值分别为5.62 L/min、110 g、1.64 %,且垂穗披碱草坡面入渗速率相对最大,为0.50~0.52 mm/min,这反映出种植草本植物可增大其坡面的入渗率,有效减少坡面径流和土壤侵蚀,其中垂穗披碱草和老芒麦的固土保水作用相对最为显著,且与直形边坡相比,阶梯形边坡能有效延长坡面土壤水分入渗时间,减少坡面地表径流,从而提高边坡坡面土壤的抗侵蚀能力。