干湿循环下黄土强度衰减与结构强度试验研究EI北大核心CSCD

针对干湿循环作用下黄土强度问题,系统地开展了常规三轴试验,提出了黄土结构强度和衰减强度的求取方法,探讨了不同围压和含水率对结构和衰减强度的影响,研究了黄土结构与衰减强度的关系。研究结果表明,黄土结构和衰减强度都随含水率的增大而减小,且呈良好的对数函数关系;结构和衰减强度都随围压的增大而增大,具有良好的线性关系;通过对结构和衰减强度的研究,发现多次干湿循环后原状黄土的强度衰减值与相应的重塑黄土的强度衰减值和黄土的结构强度之和基本相等,证明多次的干湿循环作用不仅仅打破了原状黄土的结构强度,并最终使得其与重塑黄土具有基本相同的土体结构。     

干湿循环对地裂缝带黄土抗剪强度影响研究

为研究长期干湿循环作用对地裂缝带及其附近黄土强度的影响,以西安地裂缝场地典型黄土试样为研究对象,通过室内试验方法（主要为直接剪切实验）,研究地裂缝带黄土试样在干湿循环作用下不同含水率的抗剪强度参数及其强度衰减特性,提出了地裂缝带黄土衰减强度的求取方法,研究表明:（1）干湿循环作用下,地裂缝带黄土抗剪强度随着干湿循环次数及含水率的增加而逐渐减小,1次干湿循环或大于18%含水率对抗剪强度参数影响明显;（2）1次干湿循环作用其强度衰减最为明显,随着干湿循环次数的增加而增加且增幅逐渐下降;（3）1次干湿循环作用下其强度随含水率衰减最为明显,随着含水率的增加其逐渐减小,且在12%以下含水率时其强度衰减较高,大于12%含水率时强度衰减较小。     

不同应力路径条件下原状Q_3黄土的强度特性及破坏方式试验研究

利用西安理工大学真三轴仪对不同含水率、围压条件下的原状Q_3黄土进行了轴对称三轴试验和平面应变试验,研究了原状Q_3黄土在两种应力路径条件下的强度演化特性,对比分析了两种试验条件下的强度差异及破坏方式。结果表明,低固结围压条件下低含水率原状黄土容易产生脆性破坏,其应力–应变曲线为软化型,固结围压增大后其应力–应变曲线呈硬化型;围压对原状黄土的强度起增强作用,含水率对原状黄土的强度起削弱作用,原状黄土的破坏应力与含水率、围压和球应力状态密切相关;随着含水率的增大,黏聚力衰减明显,内摩擦角略有减小,相同条件、平面应变条件下的强度要比轴对称三轴条件下的强度大1.1~1.4倍;轴对称三轴条件下土样呈单一剪切带的侧胀剪切破坏,平面应变条件下呈剪缩侧胀破坏。     

膨胀土强度干湿循环试验研究

通过南宁地区原状膨胀土干湿循环试验,探讨了膨胀土抗剪强度与含水率、循环次数、循环幅度等循环控制参数的关系。研究结果表明：膨胀土抗剪强度随干湿循环次数增加而衰减,最终趋于稳定,强度稳定值与稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而减小。在此基础上,利用压汞试验测定了膨胀土干湿循环过程中的孔径分布,发现干湿循环对土的粒间联结产生不可逆的削弱,使得土体形成更大的孔隙空间,在高含水率时主要表现为集聚体间孔体积增加,在低含水率时集聚体内孔体积增加,从而降低土的抗剪强度。     

原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究

通过冻融条件下西安Q₃原状和重塑黄土的电镜扫描观测和三轴固结渗透试验,对比分析了冻融作用对原状和重塑黄土渗透特性的影响规律。结果显示:冻融条件下原状与重塑黄土微观结构均发生明显变化,土体胶结连接强度变差且颗粒排列更加松散,孔隙比增加,渗透性增强。冻融作用对原状和重塑黄土表面结构破坏均较严重,但原状黄土表面结构破坏程度较重塑黄土更为强烈;冻融过程产生的裂缝使得土中水分渗流和迁移的通道形成,导致原状与重塑黄土体渗透性增强。冻融条件下原状与重塑黄土渗透系数随含水率增加均先增大后减小,表现出抛物线变化特征;渗透系数随冻融次数增加均先增大然后趋于稳定,表现出指数增大特征;渗透系数随围压增大均先减小然后趋于稳定,表现出指数下降特征;相同条件下原状黄土渗透系数高于重塑黄土;原状与重塑黄土渗透系数差异随围压增大逐渐减小。     

冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、 重塑黄土渗透差异的影响, 以西安Q₃黄土为研究对象, 通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、 围压、 冻融循环次数变化的规律。结果表明： 未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10^-6 ~ 18×10^-6 cm?s^-1, 水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0 ~ 4×10^-6 cm?s^-1; 经历冻融循环后, 水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、 抛物线形式与变化平缓的不同特征, 而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势; 原状黄土的竖直 - 水平渗透系数比（k_v /k_h ）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90, 可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时, 可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、 渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知, 原状、 重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性, 渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征, 渗透系数与孔隙率具有相似的变化趋势, 因此冻融循环过程中土体孔隙率的改变是导致其渗透性质变化的主要原因。     

考虑微结构特征的黄土动力特性影响因素研究

选取1920年海原地震震中滑坡密集分布区宁夏回族自治区西吉县庞湾乡的黄土,分别进行了不同围压,不同含水率条件下的原状、重塑土动三轴试验。结合动三轴试验前后的微观变化图像,探讨围压和水分对黄土试样土颗粒的作用机制,从微结构的角度阐释了两者对黄土动力特性影响的特点。研究结果表明:所取试样动剪切模量与动剪应变的关系可以用H-D模型的推导式拟合,随含水率增加,围压减小,参数a,b值增大;水分在原状试样和重塑试样的作用不同,随着含水率的增加,动剪切模量降低,阻尼比增大,原状试样动剪切模量和阻尼比的变化速率先快后慢,而重塑试样相应值的变化速率先慢后快;除了水分和围压等外在条件的影响,土样本身土体的微观特征如孔隙分布、颗粒大小、粒间间距、联结方式、密实程度等因素对土体动剪切模量和阻尼比等宏观特性产生重要影响。     

土建筑遗址干湿耐久性研究

选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了干湿循环试验,之后进行了风洞试验和强度试验,研究土建筑的干湿耐久性。试验结果表明,在试样原始含水率比较低的情况下,试样首先经历了一个质量增大的过程,3个干湿循环后,试样的质量变化进入一个相对稳定的范围。随着增湿与脱湿过程中伴随的水分质量的变化,试样质量的整体趋势是减小的。随干湿循环次数增大,原状试样的强度减小,风蚀量增大,即耐久性持续变差。相反,随干湿循环次数增大,重塑样的强度反而增大,风蚀量减小,即耐久性有所提高。重塑样由于重塑过程中其微观结构受到破坏,强度弱化。干湿循环在某种意义上对重塑土起到“陈化作用”,愈合损伤的微结构。初期重塑土强度随干湿循环次数的增加逐渐增强,而后强度逐渐衰减抗风蚀能力减弱。     

结构性对非饱和Q_3黄土强度和屈服特性的影响

为研究结构性对黄土强度特性和屈服应力及屈服吸力的影响,以兰州非饱和原状Q3黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和土四联直剪仪和改进型非饱和土三轴仪进行了一系列的非饱和土直剪和各向等压加载以及三轴收缩试验。试验结果表明:原状黄土及其重塑土的黏聚力和内摩擦角均随吸力的增加呈线性增长趋势,吸力越大,抗剪强度越高;Q3原状黄土具有较高的结构性,其抵抗外力破坏的能力较高,而重塑土土粒之间结构比较松散,因此,原状土的抗剪强度要高于重塑土,尤其在低吸力和高含水率情况下;定义了黏聚力结构参数cM和内摩擦角结构参数M?,得到了黏聚力耦合值*c和内摩擦角耦合值*?随吸力变化的拟合公式,为实际工程抗剪强度指标的选取提供另一种尝试;原状黄土的屈服应力和屈服吸力均大于重塑土,在p-s平面上原状黄土的弹性区要大于重塑土;两种土的屈服应力之差随着吸力的增大而线性增大,屈服吸力趋近于一常数,受净平均应力的影响较小;试样屈服前,原状黄土较强的结构性导致其变形要小于重塑土,试样屈服后,两者变形差别不大。试验结果为进一步建立结构性模型提供了试验基础,也为黄土地区工程建设提供了参数依据。     

平面应变条件下原状黄土侧向卸载变形与强度特性分析

基于平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,在不同围压条件下对不同含水率黄土进行了侧向卸载平面应变试验,研究了平面应变条件下原状黄土的卸载强度、变形特性以及原状黄土的破坏方式。研究结果表明:不同固结围压条件下,各含水率原状黄土的侧向卸载应力-应变曲线均为硬化型,近似呈理想塑性曲线。剪切过程中,黄土的侧向与竖向变形呈非线性变化,侧向应变的发展要快于竖向应变,体积变形均为体胀。侧向卸载条件下土的破坏应变要比平面应变竖向加载和常规三轴试验小得多。黄土的卸载破坏强度与含水率、围压和球应力状态密切相关;随着含水率的增大,黏聚力衰减明显,内摩擦角略有减小。侧向卸载条件下,原状黄土呈剪胀滑移破坏形式。     

灰土的浸水强度及残余强度的试验研究

灰土的浸水强度和残余强度在续建工程、改建工程及工程事故分析中经常遇到,故对其进行研究有着重要的工程应用价值。笔者对40余件2：8灰土（兰州黄土与石灰配制）试样进行静三轴试验,探讨其残余强度和浸水条件下强度的变化规律。试验结果发现,灰土的残余强度? R与其围压? 3呈线性关系：? R =A? 3+B。其规律类似于岩石,原因是由于残余强度阶段灰土碎裂成块,破裂面上的摩擦作用类似于岩石碎裂时的作用;灰土首次浸水后强度有所下降,但随着浸水次数的增加其强度有所回升,最后稳定于一个不高于其原始强度的值;另外还观察到,灰土不可简单地判断为一种脆断性的材料,其脆断性受围压和含水率等因素的制约,围压越大,脆性越不明显,当含水率降低到某一值时灰土表现为脆断性。     

基于脆剪分析的岩体非线性强度特性在统一强度理论中的实现

针对统一强度理论（UST）拟合非线性强度的局限和岩土材料强度特点,提出拟合岩土非线性强度特征的脆性剪切分析方法,建立了过渡式双线性强度分解公式。以脆断、剪切双重破坏机制,解释Hoek-Brown准则的非线性特征机制,并推导出体现岩石、岩体类材料非线性强度特征的脆剪强度公式。Mine-by隧道和北山花岗岩强度数据分析显示,在岩体折减强度、试验数据直接拟合实例分析中,脆剪强度与Hoek-Brown强度相关性系数均在0.98以上,在该基础上建立岩体非线性强度脆剪分析的双线性过渡式,并提出对应的统一强度理论形式,实现统一强度理论在拟合岩土非线性强度准则中的扩展。     

岩石点荷载强度与单轴抗压强度线性关系试验

针对目前岩石点荷载试验大部分采用规则试件进行,试件加工制作及试验的过程繁琐、成本高的问题,通过自制点荷载试验仪以及RMT-150B岩石力学伺服试验机,对煤矿顶底板常见岩性进行不规则岩石试件点荷载试验和规则岩石试件单轴抗压试验。试验结果表明:不规则岩石点荷载强度基本上满足正态分布规律,同时,点荷载破坏载荷与破坏面积之间呈线性关系,不同载荷破坏面积对点荷载试验中的尺寸、形状效应基本上没有太大的影响。通过分析点荷载强度与单轴抗压强度两者间的关系,得出通过点荷载强度确定单轴抗压强度的经验公式。      

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。      

峰值强度与残余强度对边坡加固的影响研究

现有的边坡加固方案中,基本上都是用岩土的峰值强度来确定边坡的临界滑面和锚固长度。实际上,边坡出现滑动后,滑面保持残余变形和抵抗外部载荷的能力出现了衰减,滑面上的强度只是残余强度,采用一种混合方法进行边坡加固,即用峰值强度来确定边坡的临界滑面,用残余强度来确定锚固长度。研究表明,采用混合方法对边坡进行加固可以提高边坡加固工程的安全性,具有较大的实际意义。     

一种考虑变形参数和强度参数协调折减的强度折减法研究

对于一种确定的岩体材料而言,岩体的变形参数与强度参数存在一种必然的内在联系。从材料性质来看,强度折减法的本质就是在当前边坡构型和岩体重度条件下,寻找另一种合适的岩体材料使边坡恰好达到临界状态。显然,若只对黏聚力和内摩擦角进行折减而其他参数保持不变,折减后的材料参数则可能违背岩体强度与变形参数之间存在的必然联系,即新找到的岩体材料客观上不存在。因此,在对黏聚力和内摩擦角进行折减时,有必要对岩体的其他力学参数进行调整。基于以上认识,提出了一种考虑变形与强度参数协调折减的强度折减法,探讨了变形参数（弹性模量和泊松比）、抗拉强度对安全系数、塑性区的影响,结果表明,同时考虑变形参数与强度参数协调折减的方案所得的安全系数最小,与极限平衡法的计算结果最为接近,且该方案所得的剪切塑性区主要集中在临空面附近,边坡模型中下部的剪切塑性区范围较小,同时,在边坡顶部区域出现张拉屈服区,此种塑性区分布范围最接近边坡实际破坏状态。     

Triaxial strength of rock materials

SummaryTriaxial Strength of Rock Materials An attempt is made to define the nature and purposes of triaxial strength criteria, also to outline some factors to be considered in their selection and use.Seven alternative empirical strength criteria are compared on the basis of their simplicity and their fit to data for some fifteen hundred rock and concrete specimens. Two of these, one linear and one curved, are then compared in detail. Use of the curved rather than the linear criterion resulted in a significant reduction in strength prediction error.Methods of fitting the criteria to strength data are described. The parameters of the two criteria are then used to compare and classify rocks on the basis of their triaxial strength behaviour. Possible alternative formulations of the two criteria are considered in an appendix.

---

ZusammenfassungDreiaxiale Festigkeit von Fels Es wird ein Versuch unternommen, Art und Zweck dreiaxialer Festigkeitskriterien zu bestimmen und einige derjenigen Faktoren zu ermitteln, die bei deren Auswahl und Anwendung von Bedeutung sind.Sieben verschiedene empirische Festigkeitskriterien werden nach ihrer Einfachheit und ihrer Übereinstimmung mit ungefähr 1500 Fels- und Betonproben verglichen. Zwei davon, eine linear und eine nicht linear, werden dann näher miteinander verglichen. Das nicht lineare Kriterium ergab, im Gegensatz zum linearen, eine bedeutende Verringerung des Fehlers in der Festigkeitsvorhersage.Methoden für die Anpassung der Kriterien an die Festigkeitsermittlungen werden beschrieben. Die Parameter der beiden Kriterien werden dann benützt, um Gesteine aufgrund ihres dreiaxialen Festigkeitverhaltens zu klassifizieren. Mögliche Alternativformulierungen der beiden Kriterien werden im Anhang behandelt.

---

RésuméRésistance triaxiale de matériaux rocheux Une tentative est faite pour définir la nature et le but des critères de résistance triaxiale et aussi pour dégager les quelques facteurs devant être considérés pour leur choix et leur utilisation.Sept critères empiriques différents de résistance sont comparés sur le plan simplicité et concordance des mesures faites sur 1500 échantillons de roche et de béton. Deux de ces critéres, l'un linéaire, l'autre curviligne, sont ensuite comparés dans le detail. L'utilisation du critère curviligne plutôt que linéaire entraine une réduction notable de l'erreur dans la prédiction des résistances.Des méthodes d'ajustement des critères aux résistances mesurées sont décrites. Les paramètres des deux critères retenus sont ensuite utilisés pour comparer et classer les roches en fonction de leur comportement triaxial. En annexe, quelques autres possibilités de formulation des deux critères sont explicitées.

---

---

With 7 Figures     

土体抗剪强度指标的概率分布类型研究

土的抗剪强度指标概率分布的类型,影响着风险评价和可靠度分析的结果。通过收集整理的多个水利工程中丰富的长序列的抗剪强度试验资料,在此基础上利用K-S法对土体抗剪强度指标的概率分布类型进行了统计分析,发现一般情况下抗剪强度指标均可以接受正态分布和对数正态分布,而选择对数正态分布能够避免出现物理量为负的现象,在许多情况下这样处理更为合理、简便。     

击实黏土抗拉强度研究

对具有不同干密度和含水率的击实黏土试样进行直接拉伸试验、直接剪切试验,并量测试样的基质吸力,分析了含水率、干密度对土体抗拉强度的影响以及抗拉强度与抗剪强度参数、基质吸力之间的关系,讨论了击实黏土抗拉强度的形成机理。研究结果表明,在试验所涉及的含水率和干密度范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增大而减小,它们之间具有很好的线性关系;击实黏土的抗拉强度与基质吸力、黏聚力都具有明显的正相关关系,但这三者并不相等,在数值上基质吸力最大,黏聚力其次,抗拉强度最小;击实黏土的抗拉强度与其内摩擦角之间没有明显的相关性;击实黏土的抗拉强度主要来源于土粒间的联结,其次来源于土粒之间的咬合作用。     

Relationship among fatigue strength,mean grain size and compressive strength of a rock

Fatigue tests carried on three sets of samples having different mean grain sizes revealed that fatigue strength is a function of mean grain size of the rock. Samples having smaller grain size show higher value of fatigue strength. Graywacke samples from Flagstaff formation having mean grain sizes of 1.79 mm, 1.35 mm and 0.93 mm showed fatigue strengths of 87%, 88.25% and 89.1% respectively. Since the mean uniaxial compressive strength also varied with varying grain size, i. e. higher mean strength value for samples having finer grain size; the fatigue strength of a rock also shows a converse relation with mean uniaxial compressive strength.