不同地区饱和黄土液化特性研究

利用动三轴试验系统,对兰州、固原、潼关地区饱和原状黄土进行了液化试验。通过对饱和黄土液化的动应力、动应变和动孔压发展特点等问题的对比和分析,研究了我国不同地区饱和原状黄土的液化特性。研究表明:(1)黄土液化有其自身的特点,一旦发生液化,抗液化强度将迅速丧失;(2)黄土的区域性结构特性对黄土液化的影响非常明显,表现为不同地区、不同结构的黄土,其液化强度是不同的。而不同地区间黄土的干密度等物性指标对黄土液化的影响远小于区域性结构特性的影响;(3)基于黄土的结构破坏特性和液化特性,给出了饱和黄土的液化破坏应变标准。     

重塑黄土饱和与固结时间三轴试验研究

饱和黄土三轴试验中,土样饱和及固结过程是否完成对试验结果至关重要。土工试验饱和方法中,通常所使用的抽气饱和是提高土样饱和度的有效方法,但对于重塑马兰黄土样,抽气饱和中试样浸水后会发生结构溃散。因此,土样只能在三轴仪上进行饱和。本研究基于GDS非饱和三轴仪对兰州地区的马兰黄土重塑样进行多次饱和试验与固结试验,提出在GDS三轴仪外压力室外部设置三通接头,将试样顶部和底部接通汇集为同一路径,将饱和路径与排水路径均缩短为原来的一半,可明显缩短试验饱和时间与固结时间,进而实现在土样达到预定饱和度情况下缩短试验总时间的目标。而且,本试验中土样上、下同时进水或排水,也符合土体在自然界真实赋存状态下的饱和与固结过程。经反复验证,该方法在粉质黏土重塑样的三轴试验中使用效果较好。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

饱和黄土稳态强度特性的试验研究

饱和黄土的稳态强度（残余强度）是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好地了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对重塑黄土的固结不排水三轴试验,研究了饱和黄土的稳态强度特性。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性：稳态特性和准稳态特性,且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性。根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,用来分析黄土边坡的流滑机理。同时证明了饱和黄土稳态线的存在性和惟一性;探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和黏聚力的物理含义;比较了饱和黄土与砂土稳态特性的差异。     

结构性饱和黄土动力特性试验研究

基于室内不排水动三轴试验,研究了5种因素,即围压、超固结比、偏压固结比、动剪应力比、加载频率等对饱和黄土动力特性的影响。本文强调了结构性在饱和黄土动力特性研究中的重要性,结构性的破坏是影响土体动力力学特性的一个重要转折点。并阐明了用塑性残余变形来表征土体内部结构的变化并以此作为孔压增长函数自变量的合理性。     

加卸荷条件下饱和软黏土蠕变特性试验研究

为了研究上海软黏土的蠕变力学特性,开展了排水和不排水条件下上海软黏土的三轴蠕变力学试验,分析了不同围压水平、加卸荷水平对饱和软黏土蠕变特性的影响,得到了不同试验条件下上海软黏土蠕变的力学特性。试验结果表明:围压水平及加卸荷水平对软黏土蠕变变形有一定影响;土体蠕变变形特性与排水条件密切相关,排水条件下,固结效应削弱了土体蠕变现象;同等条件加载过程中不排水条件下土体变形量大,卸载后不排水条件下土体回弹较明显;不排水蠕变试验加载过程中,孔隙水压力随时间发展的变化规律与土体蠕变变形规律相似;排水蠕变试验加载过程中,固结变形和蠕变变形同时存在,排水量曲线在卸载后没有出现明显下降。     

饱和重塑黄土抗剪强度影响因素的试验研究

强降雨和灌溉导致黄土强度劣化并发生饱和破坏现象,进而诱发黄土滑坡,给当地带来严重的灾难。饱和黄土抗剪强度的影响因素较多,本文根据水头饱和与反压饱和相结合的原理,利用改装后的TFB-1型非饱和土应力-应变控制式三轴仪对党川地区马兰黄土重塑土样进行饱和试验和CU试验。分别采用50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa围压对饱和重塑黄土进行剪切速率分别为0.02 mm·min-1、0.06 mm·min-1、0.2 mm·min-1、0.4 mm·min-1的CU试验,探讨了围压和剪切速率对饱和重塑黄土抗剪强度的影响。研究发现:同一围压下,饱和重塑黄土的抗剪强度随着剪切速率的增大呈先增大后减小的趋势;同一剪切速率下,饱和重塑黄土的抗剪强度随着围压的增大逐渐增大;在干密度相同的条件下,饱和重塑黄土的总黏聚力及有效黏聚力随着剪切速率的增大先减小后增大,总内摩擦角及有效内摩擦角随着剪切速率的增大先增大后减小。该研究可为黄土滑坡预报和范围预测提供一定依据。     

饱和软粘土在冲击荷载下的动力特性研究

通过对淤泥质饱和软粘土施加冲击荷载进行室内动力固结试验,研究了软粘土在冲击荷载作用下的应力、孔隙水压力、轴向变形等动态响应特征,并通过三轴剪切试验结果,分析冲击荷载对淤泥质饱和软粘土的加固效应。试验结论对于动力固结理论的完善和现场施工具有指导意义。     

排水对黄土动力特性及微观结构特征的影响研究

利用动三轴仪对原状黄土饱和后的试样进行了排水条件下的动载荷试验,分析了排水条件下土样的变形、孔压、应力应变滞回圈特点及试验前后微观结构的变化。动三轴试验分析结果显示,与不排水条件下的3个明显的变形阶段相比,排水条件下的变形阶段明显不同;排水条件下动三轴试验过程中孔压整体处于稳定水平;在振次N=1、N=50、N=100下的应力应变关系形成的滞回圈形状相差不大,但与传统的椭圆形滞回圈相似度不高。通过对扫描电镜试验和压汞试验的微观结构结果分析显示,试验前后土样的微观结构、颗粒之间的接触和孔隙的大小等都发生了明显改变。微观试验结果分析得出了动三轴试验前后土颗粒间的变化为：由相对松散状态转变为相对密实状态,由支架接触、接触面积较小变为镶嵌接触为主、接触面积增大;孔隙孔径的变化上,试验前后不同孔隙孔径所占的百分含量明显发生了变化,尤其大孔隙的变化最为明显,土样中的大孔隙明显减少,微、小孔隙增多。     

黄土液化特性试验研究

黄土是一种多孔隙弱胶结的第四纪沉积物,粉粒含量较高,同时含有一定的砂粒,因此往往具有较高的液化势。其中以黄土高原地区最为集中,该地区是我国构造活动较为活跃、地震灾害较为集中的地区,历次强震均引发严重地质灾害,以地震滑坡、震陷和液化等黄土地震灾害为主,因此该地区黄土液化特性的研究尤为重要。本文采用美国MTS公司制造MTS810Teststar程控伺服土动三轴仪为实验仪器,采用水头饱和法对饱和后的黄土试样进行振动液化试验,研究了黄土在等幅循环动荷载作用下的液化机理和液化特性,以及动荷载作用下动应变增长模式,为地震作用下黄土地基及黄土边坡稳定性问题研究提供基础理论支持。     

考虑卸荷作用的黄土湿陷性评价方法研究

卸荷作用会导致湿陷性黄土部分湿陷量未发生,但目前黄土湿陷性评价方法中未考虑卸荷因素的影响。推导并建立了卸荷条件下黄土湿陷系数的表达式,并通过卸荷湿陷试验确定了表达式中的参数取值。首先定义湿陷完成比、卸荷应力比分别用来表征卸荷作用发生前黄土湿陷变形的完成程度及卸荷作用发生时卸荷量的大小。运用湿陷完成比及卸荷应力比推导出卸荷湿陷系数的计算公式。该公式揭示出卸荷湿陷系数是对湿陷系数一定程度的折减,而该折减与湿陷完成比及卸荷应力比有关。随后进行黄土在不同湿陷完成比和卸荷应力比下的卸荷湿陷试验,得到上述条件下黄土卸荷湿陷量的取值。对试验结果进行分析得到卸荷湿陷系数的具体表达式。该公式可用于计算在不同初始压力下,任意湿陷完成比及卸荷应力比下的卸荷湿陷系数。通过对比卸荷湿陷系数的试验值与计算值验证了所推公式的合理性及准确性。得到了考虑卸荷作用的黄土湿陷性影响系数的确定方法,进一步总结了卸荷作用对黄土湿陷性的影响规律。     

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。     

饱和黄土的性质与非饱和黄土流变模型

对西安地区相关数据统计分析，把西安市饱和黄土、软黄土的工程性质与一般黄土进行详细对比，指出它们之间的工程性质差异。同时重点介绍推导非饱和黄土加载体积流变模型过程以及模型的适用条件，对该模型的应用作了分析。     

桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法初探

为确定桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量的合理取值,开展桩−土界面大型剪切试验,研究桩间黄土卸荷湿陷状态下桩−土界面剪切强度、剪切位移及桩−土界面法向力之间的相关关系。结果表明：在桩间土中性点深度范围内,不同竖向应力和含水率状态下的桩−土界面剪切强度可代表桩侧负摩阻力。利用卸荷量与桩侧负摩阻力互为作用力与反作用力的力学原理,并在分析卸荷量随湿陷深度和湿陷进程变化规律的基础上,提出黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法,通过对比卸荷量计算值与不同黄土地区桩侧负摩阻力现场实测值,以验证其合理性。该方法不仅为科学评价黄土卸荷湿陷特性提供卸荷作用量化手段,还为相关黄土工程的优化设计提供理论参考依据。     

饱和黄土边坡的动力稳定性分析

考虑地震荷载作用下饱和黄土的孔压增长模式及液化规律,建立了饱和黄土无限边坡的动力稳定性分析模型,并将此类边坡的破坏分为液化型破坏和滑动型破坏两种基本类型。分析结果表明,由于孔压的累积,屈服地震系数将随时间而减小,并且明显地受到有效粘聚力、初始孔压比等参数的影响。另外还证实,考虑孔压累积时的永久位移计算值要大于常规的Newmark法分析的结果。     

非饱和黄土的结构屈服特性及主要影响因素

本文以兰州黄土为对象,基于三轴试验,探讨了非饱和黄土的结构屈服特征及主要影响因素。研究发现,非饱和黄土的剪切破坏性状随饱和度、干密度不同,密度较大黄土具有应变软化行为,反之呈现应变硬化特性;前者在饱和度70%时,其剪切行为显著转变。黄土的结构屈服特性随饱和度增加逐渐弱化,其中密度较高和密度较低黄土的结构屈服应力分别呈非线性及线性降低;另一方面,随围压、干密度和粘粒含量增加,不同饱和度黄土的结构屈服特性逐渐增强。密度较高和较低黄土的结构屈服应力与围压分别非线性、线性正相关关系,随干密度增大非线性增加。     

饱和黄土的静态液化特性试验研究

利用GDS三轴测试系统,对原状黄土进行了等压/偏压固结不排水剪（ICU/ACU）、常剪应力排水剪（CQD）试验。ICU和ACU试验表明：土体的应力-应变模式为强烈应变软化型,得到了其稳态线和潜在不稳定区,提出液化发生的必要条件就是土体状态位于或被带到潜在不稳定区域内。CQD试验表明,土体破坏的启动摩擦角远小于稳态摩擦角。当其应力路径试图穿越不稳定区时发生不完全排水剪缩破坏,具有突发性,检验了提出的不稳定区域的有效性。基于潜在不稳定区域的位置和斜坡土体的应力状态,提出了饱和黄土静态液化分析方法。     

等向固结饱和黏土卸载孔压特性的试验与理论研究

负孔压可以为饱和黏土地基的结构基础提供抗拔阻力,准确计算负孔压的大小对研究上拔承载力的意义重大。通过等向固结的三轴伸长试验研究了卸荷状态下饱和黏土中孔压的发展规律,提出了计算超静负孔压的方法;结合修正剑桥模型和Henkel孔压理论,揭示了卸荷作用下超静负孔压产生的机制,合理地解释了在卸荷过程中超静孔压由负转正的过程。研究表明,卸荷试验条件下广义剪应力产生正孔压,而平均主应力对孔压的贡献为负,卸荷初期广义剪应力产生的正孔压不足以抵消平均主应力产生的负孔压,因此,超静孔压呈现负值。研究成果为负孔压预测以及上拔承载力研究提供了理论依据。