不同pH水环境下土变形特性的试验研究

涉及水土化学作用的研究,以往更多观注水土作用的极限状态—污染土等方面的研究,而忽略处在常态即常温、常压、缓变异的水化学环境中的城市区域土体稳定性研究,在这种环境中,影响土体稳定的要素—土体细观结构扮演着重要的角色,而其对诸如宏观现象—地面沉降、土洞的产生都有重要影响。理论与实践分析表明,在常态水环境下,土结构的破裂面并不是通过颗粒本身,而是通过颗粒、颗粒集合体与集合体之间粒间连接结。本文从易被忽略的化学作用角度、侧重分析水土作用中的化学作用、通过土细观结构这个桥梁进行水土化学相互作用分析,针对不同pH水环境下土的宏观变形过程进行试验,展示了土体宏观变形特性,试验证实土的细观结构是水土化学作用发生与发展的“平台”和主要场所。     

松散岩土体在不同浸泡环境中阴离子浸出特征试验研究

三峡库区大型的赵树岭滑坡区滑坡灾害极为发育。三峡工程蓄水后,水位上升导致原先许多非饱水的松散岩土体处于饱水状态,严重破坏了其稳定性。文章针对该滑坡区内广泛分布的松散岩土的基本类型和特点,设计了4种不同的浸泡环境,进行水-松散岩土相互作用的室内控制试验,通过监测阴离子浸出特征来揭示其化学变化规律。试验结果表明:在不同的pH值、不同的搅拌速度、不同的流速、以及同时改变pH值和搅拌速度的试验环境中,水岩化学作用所浸出的阴离子特征各异。研究结果可以为松散岩土-水化学作用机理研究提供资料,也对赵树岭滑坡体的工程治理具有重要指导意义。     

某滑坡土体土-水特征曲线试验研究

利用能够控制基质吸力的4联式非饱和土直剪仪,对清江流域古树包滑坡滑带土体进行了不同固结应力条件下土-水特征试验,得出了土-水特征曲线并进行了函数拟合。结合土-水特征曲线拟合函数,经过数学推导确定了函数中各个参数的物理意义,建立了能够同时反映固结应力、基质吸力和含水率之间关系的函数表达式,弥补了其他方法不能考虑固结应力的缺陷,对补充和发展土-水特征曲线试验和理论具有重要意义。     

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。     

土体密实状态对土-水特征曲线影响规律研究

土-水特征曲线（SWCC）是非饱和土力学中的一个重要概念。在众多影响土-水特征曲线的因素中,土体密实状态（文中用孔隙比表示）的影响最为常见并且十分重要。以毛细管模型和Childs（1950年）提出的统计学假定为基础,分析了孔隙比发生改变时土-水特征曲线上的点的变化规律,并以此为基础提出了一种以两条已知初始孔隙比的土-水特征曲线为基准,预测具有任意初始孔隙比土体的土-水特征曲线的计算方法。通过与试验结果对比,验证了该方法的合理性。由于测量土-水特征曲线比较费时,利用该方法预测具有不同孔隙比的土-水特征曲线,可减少试验测量的工作量,从而使土-水特征曲线在实际应用中更加方便、实用。     

热力学方法在土体动力Ramberg—Osgood模型中的应用研究

从Ramberg—Osgood模型的骨架曲线和滞回曲线出发,假定塑性中心的移动为直线,构造土体动力耗散函数,从热力学基本定律出发研究了土体动力耗散特性及动力变形机理．提出了反映筑坝堆石料动力特性的第1阌值应变和第2阈值应变,两个阈值应变主要受最大动剪切模量系数、指数及无黏性土的内摩擦角的影响．第1和第2阈值应变间屈服面...     

一个三维水动力学模型及其在水环境中的适用性试验

发展了一个三维水动力学模型.该模型在水底磨擦项计算中,采用了流速的平方根法;在湍流扩散系数的估算中,采用了带稳定度函数的参数化方案;对垂直方向上的坐标进行了压缩,引入σ坐标;对时间变量则采用了分离模式技术,即外部模式(快过程)与内部模式(慢过程);而求解外部模式时,采用了显式一隐式格式交错法(ADI),从而使模型不仅计算时间缩短,且可应用于水很深而水平空间尺度很小,又有热力分层的水域中.最后作为该模型的一个实用性试验,选择了美国犹他州East Canyon水库,利用该模型探讨了温跃层对风、人流及出流变化的响应情况.     

考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用

天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量E_oed^ref 、参考割线模量E₅₀^ref及参考加卸载模量E_ur^ref值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。     

CPTU试验在土体动力学参数计算中的应用研究

为探讨孔压静力触探(CPTU)数据能否在土体动力学参数计算中进行应用,结合港珠澳大桥补充勘察项目CPTU及波速测试资料,利用SPSS和OriginPro软件对比分析前人研究成果,提出了更适合于计算研究区波速(Vp、Vs)的经验拟合公式,公式考虑了深度影响,计算结果优于前人经验公式,尤其是当土层埋深大于30m时.基于此,对CPTU数据在土体动力学参数Ed、Gd及μd计算方面进行了对比分析研究,提出了研究区土体动力学参数计算公式,公式计算偏差均在可接受范围之内.同时发现土层深度及修正锥尖阻力的负指数形式在拟合土层纵、横波速Vp、Vs时具有重要意义.     

不同含水率条件下EPS颗粒轻量土蠕变特性试验研究

为了得到轻量土路基中央部位在长期荷载作用下的蠕变规律,通过单向固结蠕变试验,分析了不同含水率EPS颗粒轻量土、素土在不同轴向压力下的蠕变特性。研究表明:固定其他因素,轴向压力越大,含水率越高,土样蠕变变形越大。轻量土加载1d基本上可以达到总变形的93%～98%,蠕变变形具有明显的衰减特征。轻量土是一种结构性土体,与素土蠕变机理完全不同。当轴向压力小于压缩屈服应力时,轻量土蠕变变形主要是孔隙闭合、水分的排出、固体颗粒移动的结果;当压力大于压缩屈服应力时,轻量土土样原有结构被破坏,EPS颗粒自身会被压缩。基于土体衰减蠕变特征,本文依据双曲线模型建立了轻量土经验蠕变模型,基本上可以反映路基中央部位轻量土的蠕变规律,经验模型适用于轻量土条件为轴向压力小于土体压缩屈服应力。试验与理论计算分析表明,轻量土固结特性优于素土,路基沉降在施工过程中就可以达到稳定,运营期间的工后沉降基本可以忽略。     

饱和粉土冻结过程中的水分迁移试验研究

改变边界温度和土样高度,对饱和粉土进行了冻结试验,研究其水分迁移、水分重分布、冻胀和冰透镜体的发展规律。试验结果表明：当温度稳定时,水分持续迁移到冻结锋面附近,含水率急剧增大,易形成冰透镜体。饱和粉土冰透镜体几何形态较为规则,无枝状交叉结构,已冻土为整体状且无网状裂隙。冻结过程中存在起始冻胀时间,在起始冻胀时间之前,土中水分被排出,冻胀发生之后水分补给到冻土中,且补给水分产生的冻胀量和总冻胀量数值接近。土样高度影响水分迁移量和冻胀量,土样越高,冻胀量越小,冻土含水率增量越小,但水分增量分布区域越分散,且起始冻胀时间越长。     

季节冻土区水盐迁移及土体变形特性模型试验研究

为研究盐渍化冻土水分、盐分迁移规律以及变形特性,探索寒区旱区土壤盐渍化机制,配制了不同含盐量的粉质黏土进行模型试验。试验结果表明,温度、水分、盐分和土体变形之间相互耦合。温度降低有利于盐晶体析出和未冻水结冰;反之,温度升高易于晶体溶解和冰融化。水盐相变过程中伴随能量的释放或吸收,影响土体温度。盐分改变了流体的动力黏度和土体冻结温度,并且盐分结晶使土体产生较大的吸力,加剧了未冻水含量的变化。水分是盐分迁移的介质,盐分以离子形式随未冻水迁移。降温期水分盐分向上迁移,升温期迁移方向相反。迁移速率与吸力有关,冻结缘附近吸力最大,速率最快。盐渍化冻土的变形是盐分和水分共同作用的结果,含盐量较低时冻胀和融沉是土体变形的主要因素;当含盐量较高时盐胀和溶陷占主导作用。     

饱水过程中松散土体渗透性变化研究

针对三峡库区广泛存在的紫红色岩(土)的工程地质特征,考虑库区水位的变化,以黄腊石滑坡群的石榴树包滑坡表层原状松散土体为研究对象,设计一定流速条件下的饱水试验,探索在流动的水溶液饱和条件下紫红色松散土体渗透性随时间的变化规律,并分析变化原因。研究发现:饱水过程中,紫红色松散土体的渗透性有很强的时间效应,随着饱水时间的积累,渗透系数呈现显著的线性增大后减小并最终趋于稳定的规律。对比饱水前后土样微观结构以及化学成分分析结果,发现水流对松散土体颗粒的物理运移以及水对土体的化学溶蚀作用、水土之间的离子交换吸附作用影响土体的结构,从而影响了紫红色土体的渗透性。     

饱和钙质砂爆炸密实动力特性试验研究

开展饱和钙质砂爆炸密实动力特性试验研究,探索饱和钙质砂爆炸密实机制和密实效果,对钙质砂地层中进行的工程建设有重要的理论意义和工程实用价值。通过控制爆炸参数,测试不同参数作用时钙质砂爆炸前后声波特性和表面沉降规律,揭示饱和钙质砂爆炸密实动力特性。试验结果表明：钙质砂高孔隙比和颗粒破碎特性对爆炸密实效果有重要影响。爆炸密实作用后,在爆炸近区,钙质砂颗粒受到较强爆炸冲击作用,导致钙质砂颗粒破碎而形成破碎区和压缩区,压缩区随着时间的推移有松弛的趋势,钙质砂颗粒结构重新固结过程在爆炸后2 h内基本完成。     

原状黄土土水特征滞后性研究

现有的土水特征曲线(SWCC)滞后性的研究多针对重塑土,原状黄土土水特征曲线滞后性特征的研究较少。为研究全吸力范围内原状黄土的滞后特征,以泾阳马兰黄土(L1)和离石黄土(L5)为研究对象,采用压力板仪和滤纸法测定增湿和减湿SWCC,采用压汞法测定孔隙分布特征,X衍射分析矿物成分。结果表明,在压力板仪测试基质吸力范围内(0~600 kPa),滤纸法和压力板仪测定的SWCC具有一致性,且在减湿过程中两种方法的测试结果更为一致。滤纸法测得的全吸力范围(0~30 000 kPa)内,黄土SWCC滞后性存在三段性特征。即在天然含水率(L1 14.2%、L5 17.3%)附近,黄土SWCC几乎无滞后性;含水率高于天然含水率一定范围(L1大于19.2%、L5大于18.3%),存在极为明显的滞后性;低于天然含水率一定范围(L1小于11.2%、L5小于15.4%),存在弱滞后性。天然状态下反复干湿循环,导致黄土SWCC在天然含水率附近无滞后性;黄土限制孔隙对墨水瓶效应的增益作用,导致高含水率下黄土SWCC呈强滞后性;黏土矿物的水合作用,导致低含水率下SWCC呈弱滞后性。     

饱和黏性土和砂砾石料振动孔压的试验研究

在国内外主要孔压发展模型的基础上,对某土石坝心墙防渗黏性土和坝基砂砾石料饱和试样进行动三轴试验,提出了两种材料的顾淦臣孔压模型,并对砂砾石料的孔压发展规律作了深入地分析,提出了不同固结比Kc时振动孔压比和振次比的函数关系。试验结果表明,动孔压随振动周数和振动强度的增加而增加,随固结应力比或初始剪应力比的增加而减小;无论等压或偏压固结,黏性土均不会出现动孔压ud等于围压力? 3c的液化现象,其孔压比Ru均小于0.5,多数试样Ru = 0.1~0.4;当等压固结Kc =1.0时,砂砾石料最终孔压值均可达到围压;偏压固结Kc ≥1.5后,试样是否达到Ru= ud /? 3c =1.0取决于动应力? d是否大于主应力差（? 1c－? 3c）,即? d是否形成拉应力,使试件伸长,但当Kc很大后,? 1c和? 3c相差太大,需施加非常大的? d才能使其应力应变反向,试样的大变形先于Ru=1.0的应力状态出现,即不可能达到初始液化;固结比Kc对不同土料动孔压的影响是不同的。     

含水率对不同接触面抗剪强度影响直剪试验分析

接触面的抗剪强度参数是土与结构相互作用课题的基本问题,分别就土与砖、土与混凝土两种接触面进行了不同含水率的改进直剪试验。修正了对土体内部剪切时剪切面积变化对试验结果的影响。试验结果表明,土与两种结构接触面的摩擦角随含水率增加变化规律一致,但对应的凝聚力随含水率增大呈剪刀型交叉,最终导致抗剪强度数值随含水率增大呈剪刀型交叉。分析表明,接触面的抗剪强度参数与结构的亲水性密切相关。试验结果为相关工程设计提供了依据。     

饱和冻土中弹性波的传播特性

用混合物连续介质理论,考虑了土颗粒骨架、冰、水三相介质,选取土颗粒位移、孔隙水位移、孔隙水压和孔隙冰压为基本变量,采用Bishop有效应力原理,建立了饱和冻土多孔介质的弹性波弥散方程。经理论推导,给出了饱和冻土中弹性波的传播速度及衰减的解析表达式。通过数值算例,探讨了饱和冻土中两种压缩波（Pl波和P2波）及剪切波（S波）的波速和衰减与频率和孔隙率、含冰量等土参数的关系。通过参数分析研究了饱和冻土中3种体波的传播特性。     

饱和粉砂土的动三轴排水试验与计算分析

饱和土在理论上一直以两相饱和孔隙介质模拟,利用Biot饱和孔隙介质动力方程纵波解耦的 (u为波动的振幅位移,p为孔隙水压)解答,结合排水的Somigliana表象积分,能够完成饱和土排水动力反应计算,结果也能在野外试验中验证。为了进一步深入研究饱和土排水的动力特性,设计了室内饱和土动三轴的排水试验,以不同状态饱和粉砂土排水状态下试验的结果,阐述了排水理论计算解答与动三轴试验测试结果的对比分析。最后指出修正后的理论解答与饱和粉砂土的试验测试结果较吻合,并在今后饱和土伴有排水的动力响应分析能在饱和土动力学问题研究中有所应用。     

典型黄土滑坡滑带土不同含水率下蠕变特性试验研究

黄土斜坡在受到降雨、人工灌溉、河流水浸润等作用后容易发生蠕变,最终发生滑坡,有时甚至会造成灾难性事故。以往研究中对不同含水率下黄土滑坡滑带土的蠕变性质研究较少,更缺乏定量化的规律分析。以榆林市色草湾村黄土滑坡滑带土为例,进行了一系列三轴蠕变试验,得到了黄土不同含水率下(w=10%、12%、14%、16%、18%,w表示含水率)的应力-应变-时间曲线与应力-应变等时曲线,分析了含水率对黄土蠕变特性的影响,并利用等时曲线法求取了黄土的长期强度,得出如下结论:(1)含水率越大,样品蠕变破坏所需的偏应力越小,轴向应变也越大,含水率增大后自由水厚度增大,土颗粒间胶结程度减小,且水膜会对土颗粒起润滑作用易于其错动滑移;(2)含水率越大,施加每级荷载后样品蠕变曲线达到稳定状态所需时间越长,水分的增加会使土体结构完整性降低,在应力的作用下土体内部结构调整相对缓慢,固结和蠕变过程中孔隙水压力消散需要的时间也越长;(3)通过分析黄土试样蠕变破坏表面形态发现,含水率较小时,蠕变破坏后的试样有明显的剪切破坏面,当试样含水率越大时,越容易发生横向鼓胀,表现出塑性破坏特征,表明含水率较大时,水的软化作用大于水对于...