小偏应力作用下吹填土蠕变过程中微结构特征演变研究

为了解吹填土长时期稳定蠕变变形的本质机理,对天津滨海吹填土原状土与重塑土开展分级加载固结不排水三轴蠕变试验,在围压75 k Pa、偏应力10 k Pa下开展多组蠕变平行试验,并选取8个时间节点取样进行扫描电镜与比表面积试验,主要研究小偏应力作用下稳定蠕变过程中微结构变化规律。结果表明,天津吹填土富含黏粒与黏土矿物、大孔隙比与高压缩性的物理性质、片架结构和片堆结构的结构类型,这些特征使其具有明显的蠕变特性。蠕变过程中,随着时间的增长,颗粒体积变大,数量呈减小趋势,比表面积呈减小趋势;孔隙变化遵循大孔隙优先改变原理,孔径与体积减小;颗粒与孔隙的外形趋于"圆滑",复杂度减小,圆形度增加,整体向无序状态发展。吹填土蠕变现象总结为其内部结构不断改变自我调整再造以适应外力变化的过程。最后,依据受力大小和结构破损程度将蠕变过程分为2个阶段,结构压密增长阶段与结构减损破坏阶段。     

地铁建设中浅层气危害防治对策研究

杭州地铁1号线在勘察过程中发现很多区段在埋深15～35 m的土层中存在一定压力的浅层气,浅层气的存在不但对勘察的安全实施构成一定的威胁,而且会影响地铁构筑物的正常施工,如果采取的防治措施不当,还会进一步威胁到地铁的后期运营。浅层气问题是杭州地铁1号线建设中遇到的难题之一,但目前国内外在地铁建设中大范围遇到浅层气的实例还比较少,防治浅层气危害的方法和积累的经验都十分有限。在综合分析研究杭州地区浅层气和含气土层工程特性的基础上,考虑杭州地铁工程不同建设阶段的特点,结合在实际工程的经验,以及室内试验和监测结果,提出有针对性的危害防治对策,为地铁工程建设和后期运营的安全提供帮助,也可为类似地区地下工程的建设提供参考。     

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。     

膨胀土堑坡雨水入渗速率的影响因素与相关性分析

从土体初始含水率和降雨强度2个影响因素出发,通过现场试验分析了膨胀土堑坡雨水入渗速率的变化特性。试验结果表明,对于膨胀土堑坡,一定雨强连续的降雨才能使水分持续有效的入渗;土体含水率的变化主要取决于降雨的历时,而不是降雨强度。雨水入渗过程中,随着土体初始含水率的降低,坡面侵蚀程度有所降低。降雨强度较小时,雨水对坡面侵蚀不大;随着降雨强度的增加,坡面侵蚀逐渐加剧,但侵蚀程度逐渐收敛。植被的存在会改善土体的渗透性,同时也将大大降低雨水对坡面的侵蚀。     

循环荷载下饱和软黏土的累积塑性应变试验研究

通过以交通荷载为背景的饱和重塑软黏土室内不排水动三轴试验,研究了循环荷载作用下饱和重塑软黏土的累积塑性应变发展形态,可分为3种类型：稳定型、破坏型和临界型。根据稳定型累积塑性应变发展曲线特点,提出了饱和软黏土的稳定累积塑性应变方程,并通过试验结果分析了该方程中各拟合参数与动应力幅值、固结围压和静偏应力的变化规律,同时提出了求解无静偏应力条件下软黏土临界动应力的解析方法。通过动三轴试验结果,提出了含动应力幅值、固结围压、静偏应力和循环周次等影响因素的累积塑性应变拟合模型。     

不均匀收缩方式对膨胀土工程性状影响试验研究

通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,改变膨胀土试样的蒸发路径,实现饱和膨胀土在不同脱湿速率下的不均匀收缩,结合有荷膨胀率试验和直接剪切试验,研究膨胀土不均匀收缩方式下胀缩特性和强度特性。试验结果表明,脱湿速率越小,膨胀土的胀缩性越大,剪切强度越高;对比不同收缩方式,均匀收缩下膨胀土的收缩与膨胀变形和剪切强度均大于不均匀收缩下的收缩与膨胀变形和剪切强度。造成这些差异的主要原因是不均匀收缩试验中水分蒸发的路径不同,沿深度方向的含水率不同,基质吸力不同,引起的应变也不同,这种不均匀性改变了原有膨胀土的均一性,限制了膨胀土胀缩特性和强度特性的发挥。     

南阳原状膨胀土不排水剪切性状时效性试验研究

针对南阳原状膨胀土不同卸荷间歇时间后的三轴不排水剪切特性进行了试验研究。将削好的原状膨胀土样,在常规三轴仪上首先固结至先期固结应力,进行不同卸荷比(0.00、0.50、0.75)与卸荷间歇时间(0、1、10、20、30d)的三轴不排水剪切试验,最后对部分土样进行了压汞试验。试验结果表明,南阳膨胀土力学特性与卸荷间歇时间和卸荷幅度均相关。相同轴向应变时,经历卸荷过程土样偏应力随卸荷间歇时间减小,未经历卸荷过程则表现为增大。卸荷间歇时间增加,孔隙水压力峰值应变umax?呈减小趋势。未经历卸荷过程的膨胀土强度随间歇时间增加而线性(对数坐标)增大,而经历卸荷过程的膨胀土强度随卸荷间歇时间的增加而减小,且以初期(0~1d)降幅最大,后期变缓并最终趋于稳定状态。其中,卸荷幅度越大,膨胀土强度及模量越小,达到稳定状态所需时间越长。建议边坡开挖后及时支护。在边坡稳定性分析中建议采用umaxq进行计算。结合压汞试验与吸(排)水量结果,卸荷间歇时间对原状膨胀土剪切特性的影响受微裂隙发展与颗粒间胶结强化的耦合作用。     

土-水特征曲线滞后阻塞模型

基于Young-Laplace方程利用土-水特征曲线估算孔隙分布,借鉴非饱和渗流统计模型,建立了土-水特征曲线的滞后模型。在某一基质吸力下对应的毛细半径上限的毛细水对更大孔隙半径的毛细水具有阻塞作用,阻塞概率与孔隙分布函数直接相关。孔隙分布函数自身属性体现了土体孔隙空间分布的非均匀性。该模型显示：在高基质吸力与低基质吸力阶段,脱湿曲线与吸湿曲线趋近相等;中等基质吸力阶段,脱湿曲线饱和度高于吸湿曲线饱和度,两者的差值存在一个明显的峰值。并采用实例验证了该模型的可靠性,发现该模型对中、细粒土预测效果较好,而砂类土因孔隙分布不符合假设,导致存在较大误差。对于砂类土等特征尺寸较大的土质,引入阻塞概率修正系数,发现最佳修正系数与土-水特征曲线半对数坐标下的土-水特征曲线最大斜率呈反比例关系。     

不同含水状态堆积体边坡地震响应特性大型振动台模型试验

堆积体边坡动力响应特性复杂,影响因素众多。已有的大型动三轴试验结果表明,含水状态对堆积体的动剪切模量比与阻尼比有重要影响。针对含水状态这一因素,开展了2组不同含水率的1:12比尺的大型振动台堆积体边坡模型试验,对比分析了其在连续地震荷载序列作用下的加速度响应特性与坡顶位移发展趋势。试验结果表明：2组边坡模型均表现出第一阶自振频率随着加载序列递减、阻尼比随着加载序列增大的现象,但含水率为6.6%时,边坡第1阶自振频率与阻尼比均大于含水率为0.7%的堆积体边坡。堆积体边坡含水率为6.6%时的输入地震动峰值加速度（PGA）放大系数大于堆积体边坡含水率为0.7%时的工况。2组模型坡顶水平响应加速度的傅里叶频谱特征相似,均表现出输入地震波的特征频率越接近模型第1阶自振频率,坡顶水平加速度放大效应越明显,而且从低频侧接近第1阶自振频率的响应比从高频侧接近的要显著。含水率为6.6%的堆积体边坡在多级地震荷载作用下的坡顶永久位移均大于含水率为0.7%的边坡,堆积体边坡含水率为6.6%,坡顶永久位移对输入地震波的频谱特性更敏感。研究结论有助于增强不同含水状态对堆积体边坡动力响应规律影响的认识。     

采用分数阶导数描述软黏土蠕变的模型

按遗传流变理论来推导软黏土的蠕变模型,提出了一种新的蠕变核函数形式的选取方法,即用修正Burgers模型的导数形式作为蠕变核函数,随着参数取值的不同,该经验模型能模拟蠕变发展到不同阶段的蠕变曲线,探讨了该模型能精确描述软黏土的蠕变变形的原因,模型具有参数少、物理意义明确,适用性强的特点,能有效地描述湛江软黏土的蠕变特性。该研究内容也是对分数阶微积分进行应用研究的一种新的尝试。