湛江组结构性黏土物理力学特性对其触变性的影响

广泛分布于北部湾沿岸地区的湛江组结构性黏土具有强烈的触变性,产生的工程问题比较突出.为了研究湛江组结构性黏土的物理力学特性对其触变性的影响,对湛江组结构性黏土触变性进行了一系列的宏观试验研究,通过改变含水率、孔隙比及灵敏度得到重塑土在不同静置龄期的触变强度比率,建立3种物理力学特性分别作为变量下重塑土的触变强度比率与静...     

湛江组结构性黏土触变性正交试验及其触变强度预测模型

触变性是分散体系流变学研究的一个热点,黏土的触变性是指黏土受扰动后强度降低,静置之后强度逐渐恢复的现象。为研究黏土的黏粒含量、含水率、孔隙比及灵敏度对黏土触变性的影响程度及规律,选取强、中、弱3种灵敏度的湛江组结构性黏土为研究对象,设计正交试验方案,开展不同养护时间的无侧限抗压强度试验。结果表明：触变强度随黏粒含量、含水率、孔隙比的增大而减小,存在幂函数关系,随灵敏度的增大而增大,存在对数关系,R2均大于0.95,具有良好的相关性;触变强度比率随黏粒含量、含水率、灵敏度的增大而增大,随孔隙比的增大而减小;对灵敏度相同的试样,影响因素对触变性作用强度为孔隙比>含水率>黏粒含量;采用最小二乘法开展多元回归拟合,建立了各因素与触变强度的多元回归预测模型。     

湛江强结构性黏土强度特性的应力路径效应

为探讨湛江强结构性原状土与相应重塑土在不同应力路径下的强度特性及其与结构性的关联性,开展了在不同固结条件下的主动压缩、被动压缩、主动伸长3种应力路径试验,分析了该强结构性黏土在不同应力条件下的力学性状与强度特性。结果表明,湛江黏土的剪切破坏形态主要是单一型、双交叉剪切带与“腰鼓”型3类,应力-应变特性主要为轻度应变软化、强烈应变软化、轻度应变硬化、强烈应变硬化4类;偏压固结下试样破坏应变小于等压固结相应值,破坏强度及初始弹性模量比后者大;不同应力路径下土的强度差异主要反映在结构屈服前有效黏聚力的不同,结构屈服前,原状土的黏聚力高于重塑土的黏聚力,内摩擦角小于后者;结构屈服后,黏聚力逐渐减小,内摩擦角略有增大。原状土到重塑土的转变过程是黏聚力与内摩擦力在土体内部相互消长的过程,强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性。     

湛江强结构性黏土的物理力学性质指标及相关性分析

湛江黏土具有较强的结构性,结构性对土的力学特性影响不容忽视。对湛江黏土的物理力学指标的相关性和变异性进行统计分析,建立重要指标间的关系经验公式,这可为湛江地区地基基础可靠性设计的参数选取提供依据。结果表明,湛江黏土富含黏粒、黏土矿物含量高、含胶凝状的有机质成分、强胶结特性以及片状颗粒为主的絮凝结构是导致其具有不良物理性质和良好力学特性指标的根本原因。不同区域黏土的力学指标空间变异性较大,但物理指标变异性较小。e-、L-、 L-e、a1-2-e关系具有线性相关性,但相互关系明显不同于其他地区黏土特征,因此,工程设计中不能简单借鉴其他地区黏土经验公式。     

基于湛江组结构性黏土的桩土接触面模型及解析解

湛江组结构性黏土因其特有的结构特性而使该土层中桩基承载性状复杂,传统的桩基设计计算理论和方法应用于该土层中桩基承载力计算时其理论计算值与工程实测值或多或少存在一定误差而存在适用性问题。基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验,在剪切位移法的基础上,提出了桩土接触面软化模型,即桩土接触面处于弹性阶段时,桩侧摩阻力随位移线性增加;桩土接触面处于软化阶段时,桩侧摩阻力随位移线性减小,且减小速率与土体灵敏度、桩土接触面法向压力有关;桩土接触面处于滑移阶段时,桩侧摩阻力不随位移变化。依据该模型推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解,并比较了计算与试验结果,验证了所提模型的合理性。     

湛江组灰色黏土空间展布规律研究

分布于湛江地区的湛江组灰色黏土因其特有的强结构性在实际工程中产生一系列岩土工程问题,20世纪80年代已为国内众学者所关注。由于湛江组地层在雷州半岛区域内,具有不同沉积环境而表现出不同空间展布规律,实际工程中难以掌握其分布特性。根据现场地质调查资料,结合雷州半岛的地形地貌、地质构造以及湛江组地层的沉积环境,在雷州半岛布置27个钻孔进行地质钻探取样。不同区域典型地层剖面图说明,灰色黏土在不同的沉积环境有着不同沉积韵律、埋藏深度、地层厚度等,分布具有区域性,根据层顶埋深及地层厚度分析灰色黏土的结构性对实际工程的影响。同时,根据钻孔地层数据,利用基础 GIS软件平台MAPGIS构建湛江组结构性黏土空间展布规律三维地质模型,全面展示出灰色黏土在雷州半岛的整个展布规律,实现灰色黏土空间展布的可视化,最后简单地介绍该模型的基本应用。     

典型深海软黏土触变特性与微观结构探究

土的触变性是指在外力扰动作用下,其强度迅速降低,但在含水率和体积不变的静止条件下,随时间逐渐恢复的一种特殊现象,土的触变性对基础工程设计等至关重要。针对取自于我国南海各海域的典型深海软黏土,采用落锥法对其触变强度恢复特性进行测试,进一步通过扫描电镜方法结合数字图像处理技术对其触变过程中微观结构的演化进行量化分析。结果表明:我国南海各海域深海软黏土均能够表现出触变强度恢复的特性,但不同土样的触变性差异较大,这与土的基本物理性质有很大关系。触变过程中土体的微观结构发生显著变化,土体结构由分散逐渐趋向于絮凝。微结构单元体的粒度特征和角度特征均发生一定动态调整,随着触变时间的增加,较小粒度区间微结构单元体的比例逐渐减小,较大粒度区间的比例逐渐增大;而触变过程中微结构单元体的排列并未表现出明显的定向性。     

静偏应力下湛江结构性黏土的动力特性

针对天然强结构性湛江黏土,通过开展不同静偏应力影响下的不排水循环加载三轴试验,对循环荷载作用下的动变形、动强度和动孔隙水压力特性以及与土结构性间的内在联系进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用下的突然破坏,具有脆性破坏特征,静偏应力越大,土体破坏应变越小。湛江黏土的临界动应力随静偏应力呈先增大、后减小的变化规律,在静偏应力较小时存在峰值。分析认为,静偏应力对结构性黏土动力特性的影响存在分界值,小于该值时静偏应力对土体的压密作用提高了土体的临界动应力和动强度,抑制了土的变形发展;当静偏应力继续增大,则土体结构损伤,动荷载下的临界动应力和动强度均呈下降趋势。结构性土的动孔隙水压力低于一般黏土,静偏应力的存在导致孔压在土体破坏后出现负增长,初始剪应力使结构性土体产生剪胀势。     

剪应变率对湛江强结构性黏土力学性状的影响

以湛江强结构性黏土为对象,系统地开展了剪应变率对其力学性状影响的三轴试验研究,发现强结构性黏土具有独特的剪切速率力学效应,其CU剪切强度随剪应变率的增大而呈现先减小后增大的特征,存在临界速率现象;在低围压条件下,剪应变率对孔隙水压力的影响很小,随着围压的增大,其影响逐渐明显;随剪切速率增大,其黏聚力与内摩擦角整体上分别呈现减小与增大的变化规律,而当剪切速率增大到一定程度均出现转折点,但后者滞后于前者。引起上述现象的原因在于黏土的结构性破损性状与其结构性强弱相关联,为深入认识结构性黏土的工程特性提供了帮助。     

双向近场地震下结构性软黏土震陷特性研究

软黏土的震陷效应与土体的结构性有着密切联系,但目前关于土体的结构强度对震陷影响的研究还较少。自然界中很难获取到物质成分相同而结构性质不同的土,为了对P波和S波耦合作用下结构性软黏土的震陷特性进行深入研究,人工制备了物质成分相近而结构强度不同的软黏土,通过开展两组动态围压下的动三轴试验,探讨结构强度、双向动荷载和P波与S波的相位差对其震陷特性的影响规律。试验结果表明：双向激振下,轴向动荷载与结构屈服应力比值越大,双向动荷载的耦合对轴向残余应变积累速度的加速作用越明显;相位差对轴向残余应变的影响则取决于土体结构强度,结构强度越小,影响越大。双向近场地震中,径向动荷载一般会加速震陷的发展,加速作用的大小与土体结构强度大小有关,结构强度越小,加速作用越明显,但轴向动荷载的剪切作用对结构性软黏土的残余应变积累仍起主导作用。研究结果可为软土地区综合防灾提供有益参考。     

针对黏性土胶质联结特征的SEM-EDS试验研究

采用 “整区→微区→胶结点”的逐步分区测试方法,对湛江原状黏土与重塑土开展SEM-EDS试验研究,观察土体微观结构的胶质联结特征,确定胶结物质的元素组分及其空间分布状态,建立微观结构-化学物质-宏观力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明,土的基本性质很大程度上取决于微观层面的颗粒联结特征。湛江黏土的结构单元实际上是以许多黏土矿物薄片堆叠而成的黏土畴,开放式的絮凝结构加上以游离氧化铁为主要成分的胶质联结特征是导致湛江黏土具有高灵敏性、强结构性的根本原因。当应力水平超过土体的结构屈服应力后,力学性能迅速劣化,结构单元体逐步转为联结强度弱,分散性强的凝聚体或叠聚体。研究还表明,土的颗粒联结强度、结构形态特征及其对结构强度的贡献是导致原状土与重塑土性质差异的本质,天然状态下的湛江黏土土性受控于微观结构特征,而重塑土土性受控于黏土矿物颗粒本性。     

湛江地区结构性软土的赋存规律及其工程特性

立足于土体演化的地质背景,以湛江地区第四系下更新统湛江组强结构性软土地层为依托,开展了宏观与微观土工试验研究,探求该区软土赋存规律与其强结构性的内在联系。研究表明,湛江软土是以陆相沉积为主的河控三角洲相(即海陆交互相)沉积层,由于受该区构造运动的强烈影响,该土集多种地质营力的复杂耦合作用而呈现出特殊的沉积特征;胶结作用是该土具有较高的结构强度的根本原因,其强结构性形成机理与当地广泛发育的红土极为相似。     

湛江黏土的蠕变模型与变参数塑性元件

湛江黏土的蠕变变形在低偏应力下较小,其蠕变等时曲线没有明显的屈服特征而近似为直线,表现为线性蠕变性状;当偏应力达到某一临界值后,在短时间内发展到加速蠕变阶段并发生破坏。从湛江黏土蠕变各阶段的变形机制出发,通过引入服从Mohr-Coulomb塑性流动规律的变参数塑性元件,将该塑性元件与广义Kelvin模型串联,提出描述蠕变全过程的黏弹塑性模型。同时将该模型在FLAC3D中进行二次开发,与FLAC3D中自带的Cvisc模型进行对比验证,结果表明,基于变参数塑性元件的黏弹塑性模型能较好地描述湛江黏土各个蠕变阶段的变形性状。     

扰动结构性软土地基的沉降特性分析

天然软黏土一般都具有一定的结构性,地基处理会改变结构性软土的工程特性。对比扰动软土原位和室内压缩曲线,分析了扰动软土的沉降机理及其压缩性的上下限,给出了考虑扰动影响的结构性软土沉降计算公式。算例分析表明,在孔隙比e0和0.42e0之间所对应的应力水平范围内,扰动会增加地基沉降量,附加沉降量大小与应力水平、扰动度直接相关,通常在0.1～0.3 m之间,但随着应力水平的提高,不同扰动度的结构性软土地基的最终沉降量将趋于相同,得出的有关结论具有工程参考价值。     

冻结作用对青藏红黏土及兰州粉土微观结构的影响分析

冻土微观孔隙特征是决定冻土体一系列物理、力学性质的基本参数,冻土中存在的冰晶体其体积受温度影响发生变化会影响到冻土的土体微观结构及孔隙特质发生变化。利用可用于负温冻土观测的新型扫描电镜,通过对青藏红黏土及兰州粉土不同初始条件下的土样冻结前后微观结构进行研究分析。结果表明：冻结作用发生后,冰晶生长对周围土颗粒产生挤压作用,导致周围土颗粒的移动和结构破坏,土中大孔隙的数量增多,加之周围小孔隙补给大孔隙中的冰晶进一步生长,出现局部个别大孔隙体积增大,小孔隙体积缩小的现象,表现在孔隙率上为土体在冻结后孔隙率减小;此外,对于粒径级配不同的土体而言,冻结作用对细颗粒土的土体孔隙的尺寸、形态以及排列方式等方面的影响均大于粗颗粒土;同样,初始含水率决定了冻结作用发生后参与改变土体微观结构的冰晶体生长的"量"的大小,在冻结作用对土体结构性破坏的过程中起重要作用。研究成果定量揭示了冻结作用对不同初始条件下的土体微观结构的影响,为研究冻土宏观力学特性和冻胀机制等提供了理论基础与和试验支撑。     

金属离子对粘土土工性状影响的实验

在正交实验设计的基础上,通过大量的室内实验,对粘土吸附性的影响因素加以分析,为金属离子影响下的粘土土工性状研究奠定基础。在粘土吸附性的基础上,对粘土吸附离子后的基本土工特性进行实验研究,得出了粘土土工特性的变化趋势。结果表明:在单离子体系中粘土对离子的吸附量明显大于混合离子体系中对该离子的吸附量;在多离子体系中,则表现为高价离子具有更强的竞争力;粘土的塑性指数基本是随离子含量的增加而增大;粘土强度随着离子总含量的增高而逐渐降低。     

高有机质软土固结特性与机制分析

有机质中的纤维素和腐殖质会影响软土的力学性质,有机质含量越高,软土的力学特性就会越差。为研究高有机质软土的固结特性,通过对不同深度高有机质软土的渗透性、固结以及微、细观结构特征进行试验,并利用分解程度试验结果,分析高有机质软土的特殊渗透、固结和结构特征的形成机制。研究结果表明,不同埋深的高有机质软土渗透系数差别较大,且渗透固结速度较快,基本处于粉砂到粉质黏土数量级;0.5～1.8 m埋深的土层垂直渗透系数小于水平渗透系数,其余深度垂直渗透系数均大于水平渗透系数;分解程度的研究表明,分解程度直接影响高有机质软土的压缩固结特性,低分解程度的土层更容易发生塑性变形。由埋藏从浅到深,结构由絮凝结构逐渐向叠片结构转化,最后转变为集块结构。结合土体的分解程度分析,得出高有机质软土的分解程度高低直接影响高有机质软土的渗透、固结以及结构特性。     

加荷模式对海积软黏土结构损伤性状的影响分析

以天津海积软黏土为研究对象,对原状土及重塑土进行了不同固结压力、应力路径、加荷速率、排水条件下的三轴剪切试验,以应力比结构性参数与应变的关系来描述结构性衰减,研究了不同加荷模式下的结构损伤特性。结果表明,固结压力小于结构屈服应力时,剪切阶段的初始结构性和损伤速率基本不受固结压力影响,固结压力大于结构屈服应力时,初始结构性和损伤速率则随固结压力的增大而减小;在0相似文献