蠕变条件下吹填软土结构强度形成研究

土体的结构性对土的工程力学性质具有决定性的影响。本文以天津滨海吹填软土为土质材料,进行了蠕变作用下土体结构屈服应力形成试验及相应的微观结构分析。试验结果表明:蠕变对土体结构性的影响是一个综合作用的过程,其中排水条件最为关键,在此基础上,围压及偏压都对土体结构屈服应力的增长起作用,并随时间的增长而增长。反之,土体的结构屈服应力变化不大。微观结构分析表明,小偏应力蠕变作用下结构屈服应力的形成实质是其微观结构逐渐稳定的过程。     

吹填软土蠕变过程中结构强度变化及微观机理分析

结构性土长期变形过程必然对土结构产生影响。通过对结构性吹填软土进行三轴蠕变试验,在蠕变过程中选取有代表性时间点的样品,对其进行微观结构分析与结构强度测试。研究结果表明,蠕变过程其实就是土体内部结构硬化和软化相互转化的过程。当应力水平低于结构屈服应力时,土体的蠕变是硬化占主要部分,其微观结构的变化是逐渐趋于稳定,结构强度相应增长。当应力水平超过结构屈服应力时,土体的蠕变是软化占主要部分。该阶段可细分为两个阶段,即其结构从大量破坏阶段到土体结构最终破坏阶段;微结构却从稳定阶段变为不稳定阶段,最后又回到无序阶段。     

结构性吹填软土蠕变模型研究

以天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的吹填软土为试验材料,对原状土及其重塑土基本性质与蠕变特性进行了试验研究。试验结果表明：经过真空预压处理后的吹填软土同时具有结构性和蠕变性,结构性的存在,对土体蠕变具有重要的影响。在修正的剑桥模型的基础上,对其进行改进,使其考虑结构性的影响,并以此作为蠕变屈服函数,建立了考虑结构性影响的吹填软土半经验半理论蠕变模型。计算结果表明,该模型符合结构性吹填软土实际,可在工程实践中应用。     

考虑应力路径影响的吹填土结构性特征研究

为了研究应力路径对吹填土结构性特征的影响,利用WF应力路径三轴仪对天津滨海新区吹填土进行常规三轴固结不排水试验及K₀固结下的增P、等P、减P应力路径试验,同时进行扫描电镜试验。试验结果分析表明,出现结构屈服的应变量在2%左右;减P、等P、增P应力路径下土体结构屈服应力逐渐增大,并且结构屈服应力随着围压的增大而增大,随着累积变形量的增加则保持一定值。微观结构测试分析表明,吹填土体微观结构变化规律受应力路径和累积变形量影响较为明显,土体结构屈服前后,土体微观结构有着明显的差异。     

吹填软土蠕变过程中颗粒与孔隙演化特征分析

软土一般具有蠕变特性,蠕变在微观上表现为土颗粒与孔隙的变化。为了解长期变形内在机制,对天津滨海吹填软土原状土与重塑土进行了固结不排水三轴蠕变试验。在围压为75 kPa、偏应力为10 kPa情况下开展多组平行试验,选取蠕变过程中多个时间点的试样进行微观结构测试,提取了颗粒与孔隙变化参数,研究蠕变过程中微结构变化规律。研究结果表明：在文中所受荷载条件长期作用下,颗粒与孔隙定向性明显;平均孔径及平均孔隙体积呈逐渐减小趋势;结构性原状土比表面积逐渐增大,重塑土则呈减小趋势;结构性原状土颗粒与孔隙分数维呈减小趋势,但重塑土呈相反趋势。     

室内加固的吹填土微结构试验研究

在室内进行吹填土加固试验中,在吹填泥浆中分别掺入水泥和石灰两种外掺剂对吹填土进行加固,针对加固后的代表性吹填土样,利用扫描电子显微镜及图像处理技术对其进行微观结构测试。由微观结构照片可以看出,水泥处理后吹填土主要为团—絮状结构,而石灰处理后吹填土主要为团聚状结构。结构单元体的量化分析表明,生石灰处理后土样结构单元体等效直径较大,两种外掺剂处理后的吹填土中颗粒均以扁圆形颗粒为主,加压前土样结构单元体无明显定向性,而在受压后,土样定向性有所增强。孔隙定量化分析显示,压力作用下土体孔隙直径变小,受压前孔隙多为扁圆形,而受压后等轴孔隙数量增多,且受压前后土样孔隙均无明显的择优取向特征。     

考虑中主应力影响的吹填土结构强度研究

通过真三轴试验,以天津吹填软土为试验材料,研究了三向受力条件下土体结构强度变化特点.试验结果表明,结构屈服应力与结构强度随中主应力增大呈非线性变化,在b=0.5 ～0.75之间会出现峰值,随着中主应力的增大结构屈服应力点对应的应变量逐渐减小.在三向应力作用下,膨胀变形不利于结构性的保持,压缩变形对结构性保持有利.     

固结与荷载耦合作用下吹填土力学性质与微结构参数关联性

固结条件与荷载条件对吹填土的力学特性具有明显的影响,且土的微观结构特征是决定其宏观力学性质的本质因素,为了研究吹填软土力学特性在不同固结条件和荷载条件下的变化规律及与微结构参数的关联性,对天津滨海新区重塑吹填软土进行不同初始固结条件与荷载效应综合作用下的蠕变试验和微观结构测试,研究此条件下吹填土力学特性的变化规律,并通过灰色关联度理论建立宏观力学参数与微结构参数之间的关联性。试验结果表明:稳定性蠕变对吹填软土强度的增长起到积极作用,有偏压固结较无偏压固结强度增长更快,且初始固结越充分,强度增长越快;随蠕变时间的增加,颗粒的等效直径、形态比和圆度呈增大的趋势,而颗粒和孔隙的数量与周长、孔隙的等效直径、形态比和圆度则呈减小的趋势;抗剪强度指标C,φ值随颗粒等效直径、形态比和圆度的增大而增大,但随颗粒和孔隙的数量与周长、孔隙的等效直径、形态比和圆度的增大而减小。关联度分析表明,颗粒（孔隙）等效直径和圆度是影响吹填土力学性质演化的重要微结构参数,固结与蠕变越充分,土体微结构参数调整越稳定,强度越高。     

天津吹填软土应力应变归一化特性研究

天津吹填软土应力应变关系为应变硬化型,可用kondner双曲线进行拟合。本文在此基础上开展了四种归一化因子在天津吹填软土固结不排水条件下应力应变特性中的应用,并建立了归一化方程。研究表明:以四种归一化因子进行归一化时,其中主应力差渐近值(1-3)ulti作为归一化因子时,归一化程度最高,3作归一化因子时,归一化程度最低,(3)n作为进行归一化因子时,n取0.55～0.65较为合适。     

渗流作用下吹填土微观结构特征定量化研究

吹填土的工程性状受土体的物质组成和微观结构综合影响,而微观结构在以往的研究中涉及较少。以天津滨海地区吹填土为研究对象,进行室内渗流作用下吹填土的沉降试验。利用图像处理技术对土体的微观结构作定量分析,讨论天津滨海地区吹填土结构单元体、孔隙的大小、丰度和定向频率等评价指标在渗流作用下的变化情况及形成机理,可为评价吹填土的工程地质性质提供一定的理论依据。试验分析表明：随着渗流压力的增大,土中结构单元体从较为松散的状态转变为团聚状态,呈现出不同程度的扁圆形,但没有明显定向性;土体中的孔隙由于失去平衡,变为小而紧密的球形体,孔隙定向角集中分布在0°～10°。     

吹填软土经验流变模型研究

传统的本构模型多是在重塑土或饱和砂土的基础上建立起来,考虑结构性影响较少。自然界中土体大多具有结构性,这样就使得按传统方法计算的结果与工程实际有一定的差别。基于此,本文以Mesri模型为基础,将结构损伤变量引入模型中,建立了考虑结构性影响的流变模型。通过对天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的结构性吹填软土进行三轴流变试验,分析比较计算结果表明,本文建立的模型能够较好地反映结构性软土的应力应变随时间的变化关系。     

吹填土沉积后微观结构特征定量化研究

粘性土微观结构是土体的一个重要质量特征.在外界环境条件影响下,吹填土在宏观上所表现出来的各种特性,都是其内在微观结构发生变化的外在反映.因此,微观结构对土的性质变化起着十分重要的作用.本文以连云港地区吹填土为研究对象,对其沉积后微观结构进行了定量测试,获得结构单元体的等效粒径、丰度、定向频率和定向分维数等定量化数据,并对结构单元体大小、平面形态和定向性进行了分析,该研究为吹填土工程性质的评价和改善提供了重要依据.     

吹填软土UU三轴剪切应力松弛特性试验研究

当透水性较差的饱和软黏土处于施工速度快(加荷速率快)的实际工况时,往往夹杂着应力松弛现象,给工程实践的安全运营带来巨大隐患。以天津滨海吹填软土为研究对象,采用WF应力路径三轴仪,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验,分析了不同初始应变、围压、剪切速率、取样深度和结构性等因素对其应力松弛特性的影响规律。试验结果表明:不同试验条件下,天津滨海吹填软土的应力松弛过程都可分为快速、慢速和稳定3个阶段;应力松弛速率随初始应变和取样深度的增大而增大,而围压和剪切速率对其影响不太显著,土的结构性增强会明显增大应力松弛速率,从而加剧应力松弛现象的产生;通过对比分析,确定幂函数模型更适合描述不同试验条件下吹填软土的应力松弛变化规律。研究结果对天津滨海吹填软土场地安全施工与运营具有重要的现实意义。      

考虑结构性与排水条件的吹填软土的流变特性

软土普遍具有结构性与流变特性。以天津滨海新区吹填场地有一定结构性的吹填软土为研究对象,通过三轴流变试验仪,开展了排水条件以及结构性对其流变特性影响的研究。试验结果表明,排水条件对流变有明显影响。不排水时,流变变形大;排水时,虽然总变形量大,但固结变形占较大比例,流变变形比例小,实际工程实践中可通过增加土体的排水条件减少流变的影响。结构性对土体流变的影响主要体现在所受外部荷载与结构屈服应力大小之间的关系。当外荷载小于结构屈服应力时,流变变形小;当外荷载大于结构屈服应力时,伴随着土结构的破坏,流变变形明显增大,但还是小于同条件下无结构性的重塑土。     

吹填场区软黏土地基的次固结特性研究

针对天津中心渔港吹填场区软黏土地基进行了一系列的固结压缩试验,获得应力、应变与时间的关系,对比分析了吹填土层和天然沉积土层的固结和次固结特性,为吹填场区软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明,吹填土和天然沉积土的应变速率与时间双对数曲线具有很好的线性相关性;处理后吹填土含水率和压缩性较低,天然沉积土含水率和压缩性高;随荷载P增大,吹填土的次固结系数Ca?变化不大,天然沉积土的次固结系数Ca先增大后减小,最终趋于稳定;次固结系数Ca与压缩指数Cc具有良好的线性相关性,其随时间的增加均呈对数下降趋势。     

天津滨海新区吹填软土固化试验研究

天津滨海新区有大面积吹填软土,难以直接满足工程建设的要求,需进行固化处理。现采用主剂水泥和外加剂石膏、NaOH、Na2CO3和FeCl3,通过组合配比对天津滨海新区不同含水率的吹填软土分别进行室内固化试验,以无侧限抗压强度为指标,经有效地筛选和对比分析,确定了适用于不同工程性质的两种固化剂组合配比,并对固化土的微结构特征进行了分析研究。试验研究表明,水泥加适量的外加剂加固天津滨海新区吹填软土效果明显好于纯水泥土。微观结构分析表明,与同一龄期下水泥土相比,固化土生成的水化物更多,孔隙含量更少,表现出更稳定的微结构特性,也从机制上解释了该现象。