天然沉积结构性土的次固结变形预测方法

结构性土存在着其特有的变形和强度特性,次固结特性也表现出明显区别于与重塑土。通过对连云港天然沉积原状土和重塑土进行一维压缩次固结试验,研究了典型结构性土的次固结特性。试验结果表明,土体由于受结构性影响,结构破坏前后其次固结特性发生明显变化;结构屈服前（固结压力小于固结屈服压力）不发生次固结变形或次固结变形甚微;当土体处于屈服状态时,土体次固结变形突然增大,次固结系数Cα出现峰值;结构屈服后（固结压力大于固结屈服压力）,Cα随固结压力的增大而减小,表现为与当前的应力水平和时间密切相关的特性,应力水平对Cα的影响会随着次固结时间的增长而削弱。基于以上机制,建立了考虑结构性影响的次固结变形计算模型,该模型中Cα不仅与压缩指数Cc有关,且也与时间有关,基于该模型计算得到的Cα值和次固结变形均与试验值吻合较好。     

福州地区结构性软土次固结试验研究

为研究福州地区浅层软土的结构性特征,特进行了一组原状土和相应的重塑土的一维固结试验。通过原状土和预压后软土的一维次固结试验,探讨了软土的次固结特性。试验结果表明,原状土和重塑土的固结曲线明显不同,说明福州地区浅层软土具有结构性;原状土主次固结的划分以及次固结系数Cα与结构强度有关,经预压结构破坏以后土样的主次固结分界及次固结系数Cα主要受预压荷载Pp影响。     

长江漫滩相软土结构性特征及其工程效应分析

采用自由活塞薄壁取土器从地表至深度30 m取得不扰动原状土样,通过室内的固结压缩试验,并结合现场CPTU原位测试,利用重塑土的压缩与强度特性作为描述天然沉积土相应特性的基准框架,探讨了长江漫滩相天然沉积软土的物理力学性质。结果表明,长江漫滩相天然沉积软土具有高位结构性,固结系数Cv在土体屈服后急剧降低,屈服前后有明显的分段特征。同时指出,在静荷载水平相对较低的低路堤结构下,软弱土层沉积过程中形成的固结屈服压力和结构强度对其工程特性的影响相对更加显著。减小对天然沉积土的施工扰动作用、充分利用土结构力学效应、尽可能使地基工作于力学性质良好的屈服前阶段,在实际工程应用中具有重要的现实意义。     

结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性试验研究

为研究结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性,对未扰动和重塑花岗岩残积土及作比较的掺水泥的重塑土进行了一系列不同围压下的三轴排水对比试验。结果表明,未扰动花岗岩残积土与掺水泥重塑土在剪切过程中的屈服点可以从归一化的剪切切向刚度 与轴向应变 在双对数坐标下的关系曲线中确定;固结压力 对未扰动残积土与掺水泥重塑土的屈服特性都有显著影响, 越大,等向固结作用对土体结构的破坏越严重,剪切开始阶段的初始归一化刚度会相应地越小,屈服时的轴向应变也越小;当固结压力达到足够大时,土体结构被等向固结作用完全破坏,剪切过程中没有结构性屈服现象发生, 曲线与重塑土的 曲线重合;重塑土在不同固结压力下的 曲线重叠,不随固结压力而变化,剪切过程中没有结构性屈服现象发生。     

海积软土前期固结压力与结构强度的关系及成因分析

通过对不同地区海积软土的大量试验，对原状土样和重塑土样的压缩曲线确定了海积软土前期固结压力和结构强度，并研究了海积软土前期固结压力及结构强度的关系。由于考虑了土的结构强度，对结构性土根据超固结比(OCR)对土的压密状态的判断与实际结果更加相符。为了定量地反映海积软土的结构强弱，首次引入反映海积软土结构性及其对扰动敏感程度的结构稳定系数，反映了海积软土结构性的稳定程度。初步分析了海积软土结构强度的成因。     

软土结构性对次固结系数的影响

天然沉积的软土普遍具有结构性,常规计算软土次固结变形的方法并没有反映结构性的影响。通过对漳州与青岛地区原状软土与重塑土进行次固结试验,研究软土结构性对次固结系数 的影响。结果表明,软土的 随压力 增大而增大,在 接近结构屈服压力 时达到最大值,此后逐渐减小,受 影响减弱,最后与重塑土的 趋于一致;重塑土的 受压力影响很小,可视为常数。根据次固结系数与压缩指数比值 确定 可能存在一定误差。由于结构性的影响,正常固结软土表现出“假超固结”现象,采用超固结角度对结构性软土 变化规律进行说明并不合适,而根据不同压力下软土结构破损的情况可以很好解释这一现象。     

海相结构软土的次固结研究

现有次固结计算方法没有考虑土结构性的影响,但自然沉积土大都具有结构性。海相软土一维次固结试验研究表明,对于结构性土,次固结不仅在超固结状态时与荷载有关,且在土体结构破坏的过程中也与荷载有关。当固结压力小于先期固结压力时,次固结系数随压力增长较快;当固结压力大于先期固结压力且小于结构完全屈服压力时,次固结系数随固结压力增长缓慢;当固结压力大于结构完全屈服压力时,次固结系数不随固结压力变化。次固结系数变化与否的荷载分界点不是先期固结压力,而是结构完全屈服压力。对于海相结构软土,其次固结系数变化在超固结、结构破坏、正常固结3个阶段随荷载变化的规律不同。最后,提出了考虑土结构性的一维次压缩计算方法。     

赤泥的变形-强度特性与结构性关系的研究

制铝工业排出的大量固体废料?--赤泥具有较强的结构性,笔者对其结构性及变形–强度特性进行了研究。根据饱和原状赤泥样及扰动样固结排水三轴剪切试验资料,用土力学方法分析了变形–强度特性与结构性之间的关系,探讨了结构性参数随轴应变及固结压力变化的规律。研究表明：（1）对浸水反应比较迟钝的饱和赤泥,用三轴试验条件下各应变水平原状样与扰动样的主应力差之比所表示的结构性定量化参数,来研究结构性对变形强度的影响可以得到良好的规律性。（2）结构性参数对固结周围应力反应敏感,不同固结周围压力和剪切应力对结构性的影响,主要发生在低应变区段内。(3)赤泥的变形–强度特性与其在形成过程中的固结应力大小及龄期长短没有直接的规律性关系,而与其在物理化学作用下结构性的强弱相关。     

土结构性对天然软黏土压缩特性的影响

天然软黏土普遍受到土结构性的影响,明确结构性对软黏土压缩特性的影响机制显得尤为重要。对两个天然软黏土原状样进行室内一维固结试验,得到的压缩曲线与已有文献中搜集的39个原状样压缩曲线进行比较。压缩曲线在对数坐标下均呈现倒S形,并存在明显的结构屈服压力。采用双对数坐标处理后,压缩曲线可由双直线较好地表示,易于确定固结屈服压力。41个原状样屈服后的压缩指数和屈服点含水率之间的定量关系,与基于重塑土定量公式计算的压缩指数与固结屈服压力下重塑土含水率的定量关系相一致。对比结果表明：天然软黏土屈服后的压缩特性取决于屈服时的含水率,而与土结构性无关,解释了天然土压缩曲线位于重塑土上方是由于对应屈服点含水率不同而引起的。     

结构性花岗岩残积土三轴试验研究

花岗岩残积工作为一种特殊土,在我国东南地区分布广泛,但其特殊的结构特性使得该类土体的工程事故频发。针对广东省肇庆市播植县某边坡残积土进行了一系列三轴试验,研究结构性花岗岩残积土在三轴应力状态时的应变和孔压变化特征,以及结构性花岗岩残积土的剪切结构性屈服特性,为相关工程提供借鉴。三轴压缩试验分别针对原状土、重塑正常固结土和重塑超固结土,试验结果表明,原状土和重塑超固结土均表现出一定的结构性,排水剪切时均表现出明显的剪胀性,应力-应变曲线均表现出应变软化,不排水剪切的超静孔压均为先增大后减小,但原状土超静孔压减小的幅度更大;超固结土的不排水抗剪强度符合SHANSEP理论,试验常数Λ_0为0.67;重塑正常固结土的归一化刚度随着加载的进行缓慢减小,ε_1=15%左右时完全屈服;原状土和重塑超固结土的归一化刚度曲线不能重合,分别于ε_1=1.5%和ε_1=1%左右发生结构性屈服,并且均在ε_1=15%左右发生整体破坏,围压越大,结构性土的刚度曲线变化规律越接近于扰动土。     

不同温度应力路径下饱和黏土剪切特性

在精准温控动三轴试验系统上开展了不同温度及不同升温路径饱和黏土剪切试验研究,探讨了不同温度对饱和软黏土不排水剪切特性的影响,分析不同升温固结方式对饱和软黏土孔压发展、体变、强度以及模量的影响规律。试验结果显示：在4～76 ℃试验研究范围内,环境温度升高导致饱和软黏土的不排水剪切强度有所减少,但温度升高对土体模量增加影响明显,温度T和模量ET关系可用ET = 2.69T 0.3表达;升温变化时正常固结黏土产生超孔隙水压力并随着温度增大而增大,升温热固结后土的剪切强度将明显提高,且排水状态下升温固结对土剪切强度增长小于升温完成后再固结情况;土体从26 ℃分别升高20、40 ℃时,升温引起的超孔压比分别为0.41、0.61,剪切峰值强度分别增加8.23%、22.37%。研究表明：升温幅值增大会使土体热固结程度越大,升温分级越多,热固结也越充分,其对应的体变、强度增长率则越大;同时最终温度及热固结路径对其剪切相转换特征存在影响,升温越高、热固结路径越多其剪胀性越明显,但温度变化范围、固结分级、热固结路径总体上对孔隙水压力的发展基本不产生影响。     

真空轻型井点地基处理试验研究

为分析利用真空井点进行沿海软土地基处理的可行性,在天津汉沽区南部沿渤海区域某电厂建筑场地,布置了利用真空轻型井点抽水的现场地基固结试验,为分析其固结试验效果,试验过程中进行了地下水位、孔隙水压力的现场监测,试验前后安排了现场检测试验。抽水固结试验结束后,经试验前后的静力触探试验、十字板剪切试验及室内土工试验对比分析,证明加固效果显著。抽水试验开始后较短的时间（75 d内）即可使加固的地基达到固结稳定,比贯入阻力提高200～300 kPa,十字板试验抗剪强度平均提高30～50 kPa,地基承载力可达120 kPa。试验说明,采用真空轻型井点处理沿海浅部软土地基是可行的。     

软土抗剪强度指标随固结度变化规律分析

常规的抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角φ无法准确描述堆载作用下任意固结度时软土的力学特性,而现有的考虑软土抗剪强度值随固结度增长的极限平衡法无法得出应力场、位移场等实际工程需要的数据,因此,基于理论推导和室内试验,对堆载作用下软土抗剪强度指标随固结度的变化规律进行了分析。对现有的2个计算公式进行了对比分析,得出它们具有等价性。从孔隙水压力的角度进行分析,提出了新的计算公式,并且得出内摩擦角随固结度单调递增,黏聚力随固结度单调递减的变化规律。当固结度一定且不为100%时,黏聚力与初始固结压力呈线性增长的关系,内摩擦角与其无关。室内试验表明,由于综合考虑了有效应力参数和总应力参数,新推导公式与试验结果吻合得更好,证明了新推导公式正确性和优越性。     

软土蠕变固结特性研究

通过大量对比试验系统研究了广东典型软土的蠕变固结特性和计算模型。试验结果表明：软土的固结和次固结在变形中所占比例和发生受多种因素影响,包括初始荷载、加荷比、土体固结度、含水率、孔隙比;次固结系数与土体的应力历史、当前固结状态及加荷比有关,在预压荷载下会明显减小;次固结系数与压缩指数之比一般为常数,其值在0.025?0.10之间;剪切蠕变特性与土体所承受的固结压力有关,土样蠕变规律呈应变硬化特征;三轴蠕变特性与排水条件关系密切,固结作用可以削弱蠕变效应;同等加荷条件下,偏应力-轴向应变关系在排水剪切中呈线性关系。而在不排水剪切中呈非线性,并有明显的屈服特征;不排水剪切条件下持续加荷的加荷方式可以适当提高不排水强度。根据上述试验成果分别从考虑非线性本构关系和考虑排水条件分析了蠕变固结模型的建立路径。     

软土在不同应力路径下的力学特性分析

通过固结不排水剪应力路径试验对广州南沙典型软土在不同固结条件的力学特性进行了系统研究。分析了初始固结状态对软黏土应力路径依赖性的影响,比较了不同应力路径下土的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律,探讨了孔压分布与土体变形特征的关系,认为侧向卸荷会造成剪应力增加、体应力减小,从而使土体产生剪胀趋势。研究结果还表明,不排水条件下的有效应力路径主要与土样初始固结状态有关,因而同一固结状态下的有效应力路径具有唯一性。另外,试验中的剪切控制方式对有效应力路径有明显影响,但对土体抗剪强度的影响可以忽略。     

水泥加固不同地区软土的试验研究

对不同地区软土经水泥加固后的强度形成特征进行了研究。进行直接剪切试验及无侧限抗压试验测定了水泥加固土的力学指标,发现不同地区的软土经水泥加固后力学性质存在很大差异,从试样的粒度成分、有机质含量及加固后试样的微观结构特征等方面对此进行解释。结果表明,试样的粒度成分及有机质含量会对加固效果产生很大影响,黏粒含量越大,有机质含量越高,对水泥加固土强度的形成越不利。为在用水泥进行不同性质的软土加固处理时采取合理的附加措施提供了理论依据。     

海相沉积软土动强度与孔压特性试验研究

以宁波轨道交通1号线②、③和④层海相沉积软土为对象,进行GDS单向振动三轴试验,研究了不同动应力幅值和频率作用下软土的动强度与孔压特性。结果表明：相同动应力状态下,等向固结时的强度要比K0固结时的强度大;在相同动应力幅值条件下,频率越高,强度越高;动应力越大,试样强度越大,发生硬化现象。随着振动次数的增加,孔隙水压力也不断增大,仅③层粉质黏土夹砂层在应力幅值为5 kPa时孔压有稳定趋势。最后,通过对动三轴试验数据进行拟合,得到了模型参数,其结果可以用来预测循环荷载作用下土体的累计孔压。     

连云港海相软土不排水强度特征

连云港地区软土为碱性环境下沉积的非均质海积软土,软土抗剪强度具有固有各向异性。采用三轴不固结不排水剪切（UU）试验、无侧限抗压强度（UTC）试验、快剪试验和原位十字板剪切（FVT）试验4种方法,对连云港地区软土的不固结不排水抗剪强度特征进行了研究。结果表明：土体水平剪切面强度最低,竖直面抗剪强度最高;土体制样采用垂直方向的切取试样方式时,土体强度最高。根据三轴UU试验得出的黏聚强度和内摩擦角基于土体单元极限平衡理论恢复了土体剪切破坏时的应力状态,计算出土体实际抗剪强度。三轴UU试验得出的抗剪强度平均值约为13.13 kPa,试样破裂面与水平面的夹角在45.1°~45.7°区间最为集中。UTC试验测得的土体平均抗剪强度近似等于三轴UU试验测得的平均抗剪强度。FVT试验测得软土抗剪强度平均值为19.72 kPa,与三轴UU试验和UTC试验得出的抗剪强度平均值相比高了约6.60 kPa,这种现象与室内试验试样的机械扰动、土体应力状态改变和剪切面特征有关。     

基于不同初始含水量的软粘土抗剪强度的试验研究

基坑开挖采取的降水措施会引起土体内部含水量的变化，进而影响其抗剪强度参数的变化，文章结合试验结果分析了含水量因素对土的强度影响，并提出粘聚力及内摩擦角的具体计算公式，对于边坡稳定以及地基承载力计算具有一定实践意义。