重塑黄土的湿化变形规律及细观结构演化特性

为了研究填土在三轴浸水过程中的湿化变形规律及其细观结构演化特性,用改进的非饱和土CT-三轴仪对延安新区的重塑Q₂黄土做了3组共17个偏压固结浸水试验. 在三轴浸水过程中对试样的两个断面进行了多次CT扫描,得到了固结和湿化过程中土样的宏观变形以及土样内部细观结构演化的CT图像和相应的CT数据,基于CT数定义了土的结构性参数和结构演化变量. 研究结果表明:干密度、净围压、基质吸力和偏应力均对试样的湿化变形特性有显著影响;提高干密度可有效减小湿化变形量和降低湿剪破坏的风险（干密度1.52、1.69 g/cm3的试样浸水过程中体应变分别为–0.58%～4.66%、–0.58%～2.43%,干密度1.79 g/cm3的试样体应变为0.019%）;湿化过程中试样越来越密实,试样的CT数均增大;浸水初期,试样原有结构发生破坏,CT数变化较剧烈,均能达到总变化量的60%;同时干密度、净围压、基质吸力、偏应力及含水率对土的结构性参数和结构演化变量有显著影响. 研究成果对填土工程的设计具有重要参考价值,为建立非饱和重塑黄土的结构损伤演化方程与结构性模型提供了科学依据.      

非饱和石灰改良膨胀土的持水及强度特性试验研究

采用压力板仪和GDS非饱和三轴试验系统,对广西的非饱和石灰改良膨胀土的持水特性和强度特性进行了研究.对试验结果进行拟合,得到了不同石灰掺量和压实度条件下改良膨胀土的土-水特征曲线,探明了两者对改良膨胀土的持水特性的影响规律.通过非饱和三轴排水剪试验,探明了基质吸力对改良土应力-应变关系的影响规律.研究表明,随着石灰掺量...     

非饱和红黏土土水特性及强度特征研究

为研究红黏土土体非饱和特性,分别针对典型的原状和重塑红黏土,结合Geo-experts自平衡型压力板仪和ZJ型应变控制式直剪仪开展了不同干密度下土样的非饱和土水特征试验和直剪试验,探讨了红黏土的一些典型非饱和物理力学特征.研究结果表明:矿物赋存状态的改变和微结构的变化是导致红黏土重塑前后物理力学性质发生显著改变的重要因素;原状非饱和红黏土土水曲线呈现典型的三阶段型变化特征,具有较为明显的进气值和残余含水量,而重塑的非饱和红黏土则呈现半抛物线型变化特征;对于原状红黏土来说,非饱和土体黏聚力最大值出现在低含水率状态,对应的含水率比土水曲线的残余含水率高5%~10%.因此,在开展非饱和红黏土抗剪强度试验时,在相应含水率区间处适当增加试验组数可优化试验成果,对于重塑红黏土来说,可根据塑限含水率判断重塑红黏土内摩擦角开始显著减小的区间.      

整体式桥台后土压力累积效应反分析

为了确定整体式桥台后土体在水平方向往复位移作用下的最终土压力，针对5组整体式桥台模型试验进行了有限差分数值模拟反分析；采用能够反映土体在小应变区间上高模量和高度非线性刚度特性的土体本构模型，考虑土体与桥台之间的界面特性，通过在桥台顶部施加水平位移，反分析模型试验中经过不同循环次数的台后土压力测量结果，获得了相应的土体小应变刚度参数，揭示每组试验中桥台后土体小应变刚度在往复加载过程中的演化规律；在此基础上，针对铰支座和扩展基础这2种不同的桥台底部约束条件，分别提出了估算整体式桥台后土体小应变刚度增大倍数的公式，进而提出了考虑桥台与土相互作用的整体式桥台后最终土压力的设计计算方法。研究结果表明:当桥台底部为铰支座时，往复加载前后土体小应变刚度增大倍数随桥台顶部相对位移的增大而增大，随桥台后砂土相对密度的增大而减少；当桥台底部为扩展基础时，土体小应变刚度增大倍数虽然也随桥台顶部相对位移的增大而增大，但增幅明显小于桥台底部为铰支座的工况，并且受桥台后砂土相对密度的影响不大；相比英国设计指南PD 6694-1，提出的公式能够考虑上述多个因素的影响，并能较好地预测出不同模型试验反分析得到的土体小应变刚度增大倍数，可为整体式桥台设计提供依据。      

饱和-非饱和膨胀土渗透特性试验研究

对广西宁明两种膨胀土的原状样和重塑样进行了饱和渗透试验、土水特征曲线试验和收缩试验.根据收缩试验结果对土水特征曲线进行了体积含水量的换算,用VG数学模型对换算后的土水特征曲线进行拟合后通过理论公式预测出非饱和渗透系数,进而得到了非饱和膨胀土的含水量-渗透系数关系及其变化规律.同时,还分析了矿物成分和结构特征对饱和–非饱和膨胀土渗透特性的影响.     

沥青混合料蠕变损伤模型与损伤演化

为定量描述沥青混合料的蠕变特性,考虑沥青混合料在整个蠕变过程中同时存在蠕变硬化机制和蠕变损伤劣化机制,基于分数阶微积分理论,发展了一种相对简单的分数阶蠕变损伤模型,用分数阶Maxwell模型来描述蠕变硬化机制,用损伤应变来表示蠕变损伤劣化机制,并从统计学角度推导出沥青混合料的损伤演化方程;对AC-13沥青混合料进行了不同应力水平(0.179、0.358、0.448、0.537和0.716 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,通过Levenberg-Marquardt优化算法进行了非线性拟合,确定了不同应力水平下分数阶蠕变损伤模型的参数与损伤演化曲线;为构建不同应力水平下统一的损伤演化模型,提出了一种统计量化沥青混合料损伤演化的方法,建立了蠕变损伤与损伤应变之间的演化关系。研究结果表明:在不同应力水平下,提出的分数阶蠕变损伤模型与试验结果的判定系数均不小于0.995,适用于描述包括衰减蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段的整个蠕变过程;在衰减蠕变阶段,不同应力水平下沥青混合料的损伤都小于1.0×10-3,相对于蠕变破坏时的损伤0.8可以忽略不计,而进入稳定蠕变阶段以后,损伤逐渐增大;当沥青混合料的蠕变应力超过一定值时会发生蠕变破坏,其流值时间取决于所施加的应力水平;用二参数Weibull分布函数拟合所得的蠕变损伤与损伤应变之间演化关系的判定系数为0.992,说明可以建立不同应力水平下的统一损伤演化模型,且其参数只与材料性能和温度有关,与施加应力大小无关。      

结构变化对软粘土蠕变特性影响的宏观试验分析

本文以软粘土这种流变性和结构性均较强的土体为研究对象,通过重塑改变土体的天然原始结构,研究结构性变化对土体力学性质的影响。通过实验数据对比分析原状土和重塑土的应变、应变速率、粘滞系数等流变参数的变化规律,总结出结构性差异对流变力学性质的宏观影响。     

加筋膨胀土路堤稳定性数值模拟研究

引入含水率,建立了非饱和土的强度和应力-含水率-应变关系;在考虑土工格栅与填土间的相互作用、膨胀土吸水膨胀、软化特性等因素的基础上,提出了土工格栅加筋路堤稳定性的数值计算新方法,算例分析表明了该方法的合理性.在加筋膨胀土路堤的稳定性计算中引入工程中易于确定的含水率,避开了复杂的非饱和土理论体系,通过相关参数随含水率的变...     

公路非饱和路基土力学特性分析

非饱和土由于气体的存在,其性质与饱和土有显著的差异。采用室内外试验测试、数值分析和理论解析等手段．对非饱和路基土的物理力学特性以及影响非饱和土性质的主要因素——水对非饱和路基土物理力学特性的影响进行研究,分析非饱和土路基的强度与变形特性,提出基于非饱和土理论的路基设计及施工控制关键技术。     

非饱和混合土动剪切模量与阻尼比试验研究

川西山区广泛分布着崩坡积混合土,且在自然条件下常处于非饱和状态。动剪切模量和阻尼比是进行场地地震反应分析时必不可少的动力特性参量。为研究该地区上述两个参数的影响因素,运用动三轴仪,获取了小应变范围内循环荷载作用下混合土动应力应变骨干曲线、滞回曲线,拟合得到动剪切模量/最大动剪切模量-剪应变幅值和阻尼比-剪应变幅值曲线,系统研究了两个曲线函数随含水量和细颗粒含量的变化规律。研究结果表明:饱和程度和细颗粒含量对动剪切模量和阻尼比有显著影响,其影响程度还与矿物成分有关;在对比分析基础上,提出适用于崩坡积混合土在饱和、非饱和状态下的动剪切模量比和阻尼比推荐值,为川西山区地震安全评估提供参数取值依据。      

考虑初始空隙压密的岩石变形全过程本构模型

为了建立能够准确模拟岩石变形全过程的本构模型,深入分析了现有统计损伤模型难以描述岩石初始非线性变形阶段的局限性.综合考虑岩石的变形机理,将岩石抽象为由空隙和骨架组成的材料,分析了岩石变形及空隙与骨架两部分变形之间的关系,提出了空隙应变比K的概念;利用岩石三轴试验结果,提出了岩石骨架和空隙两部分应变的计算方法,推导了K的...     

Elasto-plastic modeling of soft soil considering degradation of stiffness

The stiffness has a large influence on the behavior of soils. Its value is affected by some of the soils properties, such as the over consolidated ratio(OCR), the effective normal stress, and the plasticity index etc. In this paper, the numerical modeling of soft soils was carried out using an improved elasto-plastic S-clay1 model accounting for degradation of stiffness. The relation between the stiffness and the shear strain was established based on a large number of experimental data. The effects of strain-dependent stiffness of normally consolidated soils and over consolidated soils on the stress-strain behavior were studied through a comparison of the simulations with the experimental results of undrained triaxial compression tests. The results show that the behaviors of soils can be well predicted with the improved constitutive model, particularly before the peak stress.     

路堤荷载下软土地基蠕变变形性状预测及分析

根据软土的蠕变特性,以有限单元法为分析手段,选用Plaxis软件中能考虑土体黏弹塑性特征的SSC模型,模拟了路堤荷载下软土地基长期变形的过程及性状,同时作为对比,采用不考虑时间效应的SS模型模拟了该问题。计算结果表明,由SSC模型计算的软土地基的沉降、孔压随时间的变化规律均较为合理,而简单弹塑性模型SS的结果则会低估变形水平。此外,SSC模型中的修正蠕变系数μ*对软基长期变形曲线的影响较大。说明今后在预测分析路堤荷载下软土地基的长期变形时,合理考虑软土蠕变特性的关键必要性。     

非饱和岩体三场耦合控制方程

为研究非饱和岩体对温度场-渗流场-变形场三场耦合作用的响应,采用等效连续介质模型,根据质量守恒方程、线动量平衡方程和能量守恒方程以及相应的物性方程（状态方程和本构方程）推导了非饱和岩体三场耦合控制方程,包括岩体变形场控制方程、地下水渗流场控制方程和岩体温度场控制方程.在推导三场耦合控制方程中,舍弃了局部热平衡假设,而采用热弹塑性本构关系,并考虑了温度梯度对地下水渗流的影响.     

An improved dynamic hysteretic model for soils

A dynamic hysteretic constitutive model for soil dynamics, Ramberg-Osgood model, is introduced and improved in the paper. Since the model is inherently 1D and is assumed to apply to shear components only, other components of the deviatorie stress and strain and their relations in 3D case could not be fully described. Two parameters, the equivalent shear stress and the equivalent shear strain, are defined to reasonably establish relations between each of stress and strain components respectively. The constitutive equations of the initial Ramberg-Osgood model are extended to generalize the theory into multidimensional cases. Difficulties of the definition of load reversal in 3D are also addressed and solved. The improved constitutive model for soil dynamics is verified by comparisons with different soil dynamic testing data covering both sands and clays. Results show that the dynamic nonlinear hysteretie behaviors of soils can be well predicted with the improved constitutive model.     

粒间吸引力对非饱和土变形及强度的影响分析

基于球形颗粒理想化最松散堆积模型, 研究了弹性条件下外加静水压力和粒间吸引力对非饱和土变形和强度的不同影响.研究表明, 对于变形问题, 外加静水压力引起的变形包括颗粒缺位体积和弹性变形2部分; 粒间吸引力引起的变形只包括颗粒的弹性变形.因此, 在粒间吸引力作用下土体的体变要大大小于等值外加静水压力作用下产生的体变.对于强度问题,主要研究了摩擦力和咬合力.对于前者, 2种加荷方式都有作用, 但外加静水压力的作用要大于粒间吸引力的作用; 对于后者, 外加静水压力有增强作用而粒间吸引力则没有.     

Numerical simulation of drawdown and land deformation in pumping-recovery tests performed on a circular excavation

A mathematical model, which not only fully couples fluid flow and solid skeleton deformation in unsaturated porous elastic media but also considers deformable diaphragm walls, is formulated in axially symmetric cylindrical coordinates for drawdown and land deformation. Based on this model, pumping-recovery tests in various conditions are numerically simulated to reveal the effects of elastic modulus of soil E and initial saturated hydraulic conductivity K_(sat0) on hydraulic head and land deformation. The heterogeneity with respect to E and K_(sat0) is separately taken into account. Large elastic modulus of soil contributes to both dewatering process and deformation control. Either large or small initial saturated hydraulic conductivity may cause relatively high groundwater table, while the larger one leads to smaller displacements.     

非饱和土力学研究现状与进展

鉴于非饱和土力学在路基工程、边坡工程及基坑工程等诸多实际工程中有着广泛的应用前景,国内外众多学者历时几十年,对处于非饱和状态的黄土、黏土、膨胀土和人工填土,着重从土-水特征曲线、强度特性、本构模型、渗流特性和吸力测量等方面展开了深入的研究.基于非饱和土力学的研究现状,对土-水特征曲线的滞回现象、拟合方法;强度特性的理论成果和试验方法;本构模型的研究现状;渗流特性的试验研究和影响因素、吸力测试方法及工程应用等多方面进行了系统地综述,并分析其各自研究成果的优缺点,便于有效地指导实践.今后关于非饱和土力学的发展,不仅着眼于上述前五个方面扎实的理论研究,更加注重与实践相结合,实现快速、精准的试验方法或技术迫在眉睫.     

Numerical analysis of the soil compaction degree under multi-location tamping

Dynamic compaction (DC) is an efficient soil improvement technique. The previous numerical studies mainly focus on the soil response of single location tamping, but ignore the soil compaction degree under multilocation tamping. In this study, a numerical investigation of multi-location tamping in granular soils is carried out using three-dimensional (3D) finite element model (FEM). The behaviors of the granular soils are described by means of the viscoplastic cap model. The constitutive relationship of the soils is implemented into LS-DYNA and is integrated with 3D FEM for numerical investigation. Then utilizing the field data from the previous studies, we investigate the soil compaction degree at different stages by a case of two basic patterns, and discuss the cause of soil response. Lastly, we evaluate the effect of construction parameters on soil compaction. The simulation results show that the previous tamping affects the soil compaction degree beneath the adjacent tamping location, and the effect is greater near the side of previous location. Meanwhile, the soil compaction degree around the existing tamping crater weakens due to the adjacent tamping. Moreover, the rational selection of DC construction parameters can improve the soil compaction degree, and some hints on the effect of soil compaction are given.