控制吸力下低应力条件的合肥膨胀土抗剪强度试验

膨胀土边坡在变饱和条件下可能发生浅层滑塌失稳。为了研究非饱和膨胀土在低应力条件下的强度特性,采用非饱和三轴仪设置多组不同基质吸力和应力条件,进行合肥膨胀土的三轴剪切试验,对试验数据进行分析。试验结果表明：当膨胀土所受净围压应力不断降低时,其应力-应变曲线会由应变硬化向应变软化过渡;非饱和膨胀土强度随基质吸力增大而增大;浅层膨胀土的抗剪强度会呈现明显降低,具有非线性特点;非饱和膨胀土的黏聚力对抗剪强度影响显著,低应力条件下黏聚力会显著降低,内摩擦角明显增大;净围压应力对低应力段土体强度影响明显,而基质吸力对低应力段土体强度影响较弱。     

福建非饱和花岗岩残积土强度特性的试验研究

为了解非饱和花岗岩残积土强度特性,以福建地区典型花岗岩残积土为例,采用应变控制式三轴仪对3种土样分别进行不同含水量和围压条件下的固结不排水和不固结不排水试验,并探讨了吸力对抗剪强度的贡献。试验结果表明:花岗岩残积土的应力-应变关系为强化型;剪切破坏以轴向应变过大引起的中部鼓出为主,出现剪切破坏的较少;UU试验指标与CU指标大小之间不存在单一的关系;黏粒含量对黏聚力的影响极为显著;吸力强度与非饱和度的倒数之间呈良好的线性关系。     

非饱和土水分特征曲线特性

为了描述非饱和土基质吸力与含水量的关系特性,进行了室内外土体水分特征曲线(SWCC)测试,分析了试样物质成分、塑性指数、孔隙结构、应力状态等因素对SWCC测试的影响;在自然边坡、挖方边坡、填方边坡上进行了基质吸力变化规律的实测,对比了在不同应力、填土条件下基质吸力变化规律的差异性。研究结果表明:同一土体的SWCC并不惟一;可以通过同条件下的室内吸湿曲线来模拟现场基质吸力和含水量的关系;当基质吸力为100~1 000 kPa时,SWCC呈线性关系,使得基质吸力监测的可操作性大大提高。     

应力-基质吸力耦合作用下粉土的孔隙比演化过程

外部荷载和含水量的变动都会引起土体体积的变化,但大多研究都仅从固结压缩或增减湿胀缩角度进行研究,而把荷载、基质吸力和孔隙联合起来考虑的较少。为了探究应力-基质吸力耦合作用下粉土的孔隙比演化过程,采用了能考虑固结应力作用的土水特征曲线试验仪,获得了荷载、基质吸力和孔隙的变化规律。分析了压实粉土固结稳定后(即荷载全部由有效应力承担),有/无荷载继续作用下脱湿引起的体变差异性,并提出了荷载、基质吸力与孔隙相互作用的概念模型;从粉土孔隙和颗粒分布等微观角度,阐释了负荷作用加剧孔隙比减少的主要原因。研究结果表明:负荷条件下脱湿引起的体变量大于无荷条件下的体变量,说明脱湿过程中荷载对其孔隙变化继续起到助推作用。造成负荷作用加剧孔隙比减少的原因是由于荷载-基质吸力发生"一步一趋"的耦合作用,使得土体初始脱湿阶段总处于准饱和状态,没有形成有效的非饱和强度。     

含水率和法向循环荷载对残积土剪切特性的影响

为了研究花岗岩残积土的静、动力剪切特性，利用大型直剪仪进行了一系列法向恒荷载和法向循环荷载作用下的直剪试验，采用了不同的含水率(13%、17%、21%、25%)、振幅(5、10、20、30 kPa)、法向加载频率(0.5、1、2 Hz)和初始法向应力(50、75、100 kPa),研究了残积土的剪应力、体积变形、强度参数和微观结构的变化规律。试验结果表明：在单调直剪和法向循环荷载作用下的直剪试验中，随着含水率的升高，土体由剪切软化变为剪切硬化，黏聚力先增大后减小，内摩擦角逐渐减小；在法向循环荷载作用下的直剪试验中，土体上、下剪切强度均随着含水率的升高先增大后减小，当含水率为17%时达到最大。相比于单调直剪试验，法向循环应力削弱了土体剪切强度，且含水率越低，强度比越小，法向循环应力对土体强度的不利影响越大；剪应力和法向位移随法向应力发生周期性波动，且剪应力和法向应力间存在相位差；土体剪切强度和法向位移随着振幅的增加先增大后减小，且振幅越大，剪应力幅值越大；法向加载频率越高，土体剪切强度越小，体积剪缩量越大。     

非饱和土强度特性试验

目前,国内非饱和土土水特性曲线测试仪器主要依赖进口,进口非饱和土土水特性曲线测试仪器价格昂贵,且测试效率较低。本文在总结现有非饱和土土水特性曲线测试仪器优缺点的基础上,研发新型多终端非饱和土土水特性曲线测试仪器,新型仪器提高了试验效率、降低了试验成本。在此仪器上进行重塑非饱和土土样土水特性曲线测试,利用试验数据对不同土水特性曲线理论方程进行参数拟合,结果表明van Genuchten对于测试土样土水特性曲线的拟合效果更好。基于van Genuchten SWCC方程和Vanapalli非饱和土抗剪强度公式,提出了一个通过含水率和土体饱和强度参数,快速计算非饱和土抗剪强度的公式,利用本文的试验数据对该公式进行了验证,得到了较好的效果。     

滨海相盐渍土强度机理分析

针对不同含盐量和含水量的粉土和黏土进行直剪试验,分析盐渍土的黏聚力和内摩擦角与盐离子浓度、溶质吸力和基质吸力的关系,用非饱和土剪切强度理论和双电层理论解释剪切强度增加机理,提出盐溶液的有效应力概念和计算表达,建立有效应力与黏聚力的关系。粉土盐渍土和黏土盐渍土的直剪试验结果表明:粉土盐渍土的剪切强度参数与含盐浓度的关系是,当含盐浓度小于饱和浓度,剪切强度参数随含盐浓度增加基本不变;当含盐浓度大于饱和浓度,剪切强度参数随含盐浓度增加而增加。黏土盐渍土的剪切强度参数与含盐浓度的关系是,剪切强度参数随含盐浓度增加而增加,当含盐浓度大于饱和浓度,剪切强度参数随含盐浓度增加而增加得幅度大。粉土盐渍土和黏土盐渍土的剪切强度机理不同,粉土盐渍土的剪切强度增加是由盐结晶胶结和充填引起的,黏土盐渍土的剪切强度增加是由双电层作用和盐结晶胶结共同引起的。     

非饱和玄武岩残积土强度特性及其边坡稳定性分析

为探究非饱和土抗剪强度及其指标随含水率的变化规律,以毕威高速公路沿线某边坡黄褐色玄武岩残积土为研究对象,进行了控制含水率的直剪试验和土水特征曲线测试试验,通过Abaqus建立以此边坡为原型的有限元模型,在此基础上运用强度折减法对不同含水率的边坡进行稳定性分析,并结合试验所得的土水特征曲线分析基质吸力对边坡稳定性的影响。结果表明:随含水率增大,抗剪强度先基本不变后大幅度减小,黏聚力与内摩擦角均呈阶段性减小;基质吸力对抗剪强度的贡献随基质吸力的增大而逐渐减小并最终趋近于无影响;含水率对玄武岩残积土质边坡稳定性有较大的影响,边坡土体的含水率大于30%后,随含水率增加,边坡安全系数大幅度降低;含水率增大会降低土体的基质吸力,在边坡土体接近饱和时,基质吸力的丧失对边坡稳定性影响最大,此时边坡最易失稳滑塌。     

广义 k0 固结土的固结不排水剪总应力强度指标的确定

基于室内三轴剪切试验与天然土体的受力状态存在较大差异,从土的总应力强度指标与土的固结状态、初始固结状态、应力路径等之间的相关性出发,建立不同固结状态的土在不同试验条件下的总应力强度指标理论公式,并找出不同试验条件下的强度指标与室内常规三轴试验强度指标间的换算公式,进而解决了室内常规三轴试验在模拟天然土体的初始固结应力状态、加载路径等方面的不足.     

非饱和膨胀土抗剪强度的三轴试验研究

基于非饱和三轴试验系统,对不同含水量情况下南宁非饱和膨胀土的强度特性进行研究.研究表明:在定围压下,低含水量时的应力应变曲线呈微应变软化型,高含水量时的应力应变曲线呈应变硬化型;在低含水量的情况下高围压时的曲线呈应变硬化型,而低围压下剪切的试样其应力应变曲线随着轴向应变的增加呈现出微弱的软化趋势.土体的抗剪强度对含水量的变化敏感性较大.随着含水量的增大,膨胀土的摩擦角线性减小;其枯聚力随含水量的增加先是增大,在最优含水量时粘聚力达到最大值,而后随着含水量的继续增加,粘聚力逐渐减小.     

非饱和膨胀土抗剪强度的三轴试验研究

基于非饱和三轴试验系统,对不同含水量情况下南宁非饱和膨胀土的强度特性进行研究。研究表明：在定围压下,低含水量时的应力应变曲线呈微应变软化型,高含水量时的应力应变曲线呈应变硬化型;在低含水量的情况下高围压时的曲线呈应变硬化型,而低围压下剪切的试样其应力应变曲线随着轴向应变的增加呈现出微弱的软化趋势。土体的抗剪强度对含水量的变化敏感性较大。随着含水量的增大,膨胀土的摩擦角线性减小;其粘聚力随含水量的增加先是增大,在最优含水量时粘聚力达到最大值,而后随着含水量的继续增加,粘聚力逐渐减小。     

基于广义吸力的非饱和土强度理论

基于非饱和土的剪切强度是由于可变吸力和表现凝聚力折减之后构成,其可变吸力对强度的贡献不仅取决于吸力的大小,还取决于土粒接触点处孔隙水面积,是粒间作用力和作用面积动态变化的结果.分析结果表明:表现凝聚力对强度的贡献与饱和度的变化路径相关,随着饱和度的增加,表现凝聚力对强度的贡献逐渐减小,当土体达到饱和时,表现凝聚力对土体...     

应力路径对根-土复合体抗剪强度的影响

利用GDS应力路径三轴仪,对无根素土和根-土复合体均进行等向固结和K0固结后,再分别对其进行了普通三轴压缩和减压三轴压缩排水剪切试验。在不同固结方式和不同三轴试验条件下,对比研究了无根素土和根-土复合体的抗剪强度特性受不同应力路径条件的影响。通过研究得到了诸多有益的结论,证明了不同应力路径对根-土复合体的抗剪强度具有不同的影响。通过对试验结果的拟合,得到了可用于描述根-土复合体临界状态曲线的幂函数关系式并确定了相关参数。研究结果为在生态边坡稳定性分析中,获得合理的抗剪强度参数提供了理论基础。     

广义k0固结土的固结不排水剪总应力强度指标的确定

基于室内三轴剪切试验与天然土体的受力状态存在较大差异，从土的总应力强度指标与土的固结状态、初始固结状态、应力路径等之间的相关性出发，建立不同固结状态的土在不同试验条件下的总应力强度指标理论公式，并找出不同试验条件下的强度指标与室内常规三轴试验强度指标间的换算公式，进而解决了室内常规三轴试验在模拟天然土体的初始固结应力状态、加载路径等方面的不足。     

不同应力路径下黏性土的力学特性研究

对上海地区⑤1层软黏土进行了常规三轴、减压三轴试验，以研究考虑不同应力路径的力学特性。分析了初始固结状态对软黏土应力路径的影响，比较了不同应力路径下土体的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律，计算了土体抗剪强度指标。研究结果表明，应力路径对土的峰值强度、孔压、有效应力路径等特性影响很大，软粘土的应力-应变关系具明显的非线性,且基本呈应变硬化型；常规三轴试验中孔隙水压力为正值，减压三轴试验中总体为负值；初始固结状态对黏土的抗剪强度有一定的影响，且影响主要来自对黏聚力值上，对内摩擦角值影响较小。     

土-水特征曲线在黄土边坡稳定分析中的应用研究

以南水北调中线穿黄工程南岸连接渠边坡为研究对象，采用压力板法获得了非饱和黄土边坡的土-水特征曲线，用Van Genuchten模型对试验数据进行了拟合，将拟合参数代入Vanepalli非饱和土的抗剪强度经验公式，预测不同吸力和含水率下的非饱和土的抗剪强度值，并与常吸力三轴剪切试验结果进行对比，验证了预测公式的准确性；试验结果和预测结果都表明非饱和黄土吸力和含水率的变化对黏聚力影响显著，对内摩擦角影响较小。通过建立含水率与非饱和黄土抗剪强度的关系，将不同含水率的抗剪强度运用到非饱和黄土边坡稳定性分析中，不但能对该区域黄土边坡的稳定性给予科学的评价，还可以减少不必要的浪费。     

基质吸力对黄河大堤非饱和土边坡稳定的影响

非饱和土不同于饱和土的根本原因就是非饱和土中吸力的存在。对于一般土体来说,非饱和土体的吸力主要是指它的基质吸力。非饱和土的基质吸力随着含水量的变化而变化。根据黄河大堤非饱和土工程特性的试验结果,用极限平衡法分析黄河大堤边坡稳定性,得出基质吸力对边坡影响的规律。     

非饱和土抗剪强度理论的关键问题与研究进展

非饱和土抗剪强度与其矿物组成、细观结构和含水率等因素密切相关,许多学者先后提出了多种非饱和土抗剪强度的形成机理、计算方法以及测试手段。为总结现有研究成果,深化对非饱和土抗剪强度理论的认知,综述了非饱和土抗剪强度理论发展中的若干关键问题。首先讨论了不同类型土体的细观结构差异,分析了非饱和土抗剪强度形成的细观机理,对比分析了砂性土与黏性土非饱和抗剪强度变化规律的差异性;其次总结了几种较为典型的非饱和土抗剪强度计算公式,对不同非饱和参数的取值方法进行了分析;最后介绍了多种用于非饱和土抗剪强度测试的新仪器与新方法,如非饱和土直剪、非饱和三轴以及非饱和土环剪装置等,部分国外已有研究成果在中国仍处于空白状态,值得中国同行借鉴。根据上述分析,对非饱和土抗剪强度理论的研究方向进行了展望：①应进一步从细观角度开展不同结构土体土颗粒之间的相互作用以及土、水相互作用对宏观非饱和抗剪强度影响的研究;②应根据土质类型、含水状态和应力状态等因素综合确定非饱和土抗剪强度计算参数,提出相应的抗剪强度计算方法,并逐步尝试将非饱和土强度理论应用至工程实际;③进一步改进现有非饱和抗剪强度测试仪器,使之可以控制多种试验变量,优化测试方法,进一步提高试验效率与精度。     

路基非饱和粉土的力学特性研究

利用重塑土样开展了土体的水土特征曲线试验和直剪试验，分析压实度、干密度、含水率及法向应力指标对非饱和粉土力学特性的影响规律。研究结果表明:非饱和粉土的水土特征曲线有典型滞后规律，尤其当土体压实度较低时，滞后规律更为显著；法向应力及含水率提升，非饱和粉土由早期剪切变形表现为软化，逐步转化表现为硬化特征，这一特征随土体干密度的提升而更加明显；随土体样本含水率提升，非饱和粉土黏聚力逐步下降，将这一规律进行线形拟合，整体拟合曲线表现为折线特征，且转折点与最佳含水率高度重合；含水率与内摩擦角间无明显相关影响规律，同等含水率水平下，土样干密度越大，内摩擦角也相对更大。     

晚更新世黄土脱湿-吸湿全过程土水特征曲线研究

非饱和土土水特征曲线(SWCC)在非饱和土性质的研究中是很重要的。通过现场原位渗水试验、室内试验,结合数值反演得到了晚更新世黄土(Q3黄土)脱湿和吸湿土水特征曲线。用压力板仪测量Q3黄土脱湿过程中不同含水率下的吸力,之后用Van Genuchten经验公式对试验数据进行拟合,得出了Q3黄土脱湿SWCC曲线的数学表达式。在现场渗水试验的基础上,用随机搜索和经验逼近相结合的方法,通过数值计算反演Q3黄土吸湿过程中的土水特征曲线参数。此外,还实测了Q3黄土竖直向的饱和渗透系数。结果表明:Q3黄土脱湿路径的进气值为4.16 k Pa,饱和体积含水量为0.52;吸湿路径的进气值为3.92 k Pa,饱和体积含水量为0.48。残余体积含水量为0.01,残余饱和度为2.0%,残余的气体含量为4.06%。竖直与水平向渗透系数的比率为1.62,水平向饱和渗透系数为7.08*10-6m/s,竖直向饱和渗透系数为1.147*10-5m/s。室内实测竖直方向饱和渗透系数为2.71*10-5m/s,反演值与实测值是属于同一数量级的。