基于吸力控制三轴试验的路基粉土抗剪强度及毛细黏聚力研究

针对湖南省某高速公路的路基粉土填料,开展了控制基质吸力的三轴试验,获取了基质吸力在0.05～300 MPa范围内粉土的抗剪强度,探讨了基质吸力与抗剪强度参数、应变软化幅度、脆性指数以及破坏模式的关系,并采用了两种预测模型对毛细黏聚力测试值进行拟合分析。结果表明,随着基质吸力上升,内摩擦角?′保持恒定,基本不受基质吸力和围压的影响,(σ-u_a)-τ平面上的破坏包络线逐渐向上偏移,导致了毛细黏聚力增大;当粉土含水率由最优含水率(13.1%)向饱和含水率(16.3%)变化时,基质吸力将快速减小,从而引起粉土抗剪强度的大幅衰减。同时,基质吸力越大,应变软化幅度和脆性指数越高,随着脆性指数由0向1变化,试样的破坏模式由鼓胀、多组剪切面向单一贯穿破坏面发展;对于本研究中的粉土,采用Vilar改进模型可以对毛细黏聚力进行较好的预测(R~2=0.94)。     

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。     

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。     

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。     

膨胀土的抗剪强度及其水敏性研究

通过对贵州毕节地区某高速公路沿线的膨胀土进行大样本取样,研究了原状膨胀土的抗剪强度以及重塑膨胀土抗剪强度的水敏性。结果表明,原状膨胀土具有高天然含水率、高最佳含水率、高饱和度、高液限、高塑限、中高压缩性和低抗剪强度的特点,黏聚力处于20～40kPa,内摩擦角处于5°～10°。重塑膨胀土在低含水率和高含水率下的应力-应变曲线分别为软化型和强化型曲线。抗剪强度随着含水率的增加逐渐降低,低含水率范围(w 24. 5%)的抗剪强度变化明显强于高含水率范围(w≥24. 5%)的变化。内摩擦角与含水率之间呈指数衰减关系。     

堆积体边坡碎石土抗剪强度试验研究

基于大型室内直剪试验结果,对含石量及含水量分别与堆积体边坡碎石土黏聚力及内摩擦角的关系进行了深入研究。结果表明：碎石土黏聚力的大小随着含石量的增加,表现出先逐渐增大后减小的趋势,内摩擦角随着含石量的增大表现出逐渐增大的趋势;黏聚力随含水量的增大有一定程度的增大,超过碎石土中细粒土塑限含水量后逐渐减小。基于试验结果,将碎石土的黏聚力表示为含水量与含石量的二元函数,并提出了考虑饱和度与基质吸力影响的碎石土的抗剪强度公式,将有助于准确评估降雨作用下碎石土边坡的稳定性。     

粤西北地区花岗岩残积土的抗剪强度特性

为了研究粤西北地区花岗岩残积土的抗剪强度特性,对74组花岗岩残积土的原状土及用作比较的重塑土进行了室内物理指标试验和室内直剪试验。结果表明：花岗岩残积土具有显著的区域差异性,兼具黏性土和砂土的特性,其黏聚力较大,内摩擦角较小;原状土的黏聚力高于重塑土,而两者的内摩擦角基本相同;重塑土和原状土的黏聚力都随着含水率的增加呈现出非线性减小并趋于稳定的变化趋势,但内摩擦角则随着含水率的增加在11°～16°的范围内波动,与含水率几乎无相关性;花岗岩残积土的黏聚力受颗粒组成、含水率、孔隙比等因素的综合影响,造成不同地点原状土的黏聚力和含水率之间的相关性不明显。该结论可为粤西北地区花岗岩残积土边坡的设计提供参考。     

网纹红土抗剪强度的试验分析

以南昌地区第四系中更新统网纹红土为研究对象,通过控制相同干密度,用两种平行试验方法分别改变原状土和重塑土的含水率进行室内直剪试验,重塑土试验结果与原状土抗剪强度随含水率变化的规律基本一致。试验结果表明:随着含水率的增大,土的抗剪强度先增大后呈现近似线性降低,其中黏聚力逐渐减小,内摩擦角先增加后减小;重塑土的抗剪强度低于原状土的抗剪强度,含水率较高时重塑土的黏聚力损失越小而内摩擦角的损失越大,以上结果对于实际工程应用中合理地选择抗剪强度参数有着重要的参考价值。     

细颗粒含量及含水率对粉砂土抗剪强度影响研究

依托某路基试验土样,通过不同细颗粒含量和含水率下的直剪试验,对粉砂土的黏聚力和内摩擦角进行分析.结果 表明:当含水率处于最优含水率左侧的过渡区时,随细颗粒含量增大,土体的黏聚力减小,当含水率大于最优含水率时,随着细颗粒含量增大,黏聚力增大;随着含水率增大,黏聚力呈现出先增大后减少的规律,当细颗粒含量为15％时该效应最为...     

石灰改良膨胀土强度影响因素研究

依托新建天门至潜江铁路路基工程，采用直剪试验，研究石灰改良膨胀土强度与干密度、含水率、石灰掺量、养护时间的关系。结果表明:干密度、含水率、石灰掺量、养护时间均影响石灰改良膨胀土剪切强度。其中，干密度、含水率、养护时间主要影响黏聚力，石灰掺量主要影响内摩擦角，另外养护时间对黏聚力的影响比对内摩擦角的影响大，黏聚力在3~15天内变化最快，后期黏聚力变化趋于缓慢。     

含水量对压实粘土的变形及强度性能的影响

通过室内压缩试验和直剪试验,研究了含水量对压实粘土的压缩变形与抗剪强度的影响,并从土体结构与土中基质吸力变化两个方面分析了作用机理。试验表明:随压实含水量增大,粘土的压缩变形增加、抗剪强度降低;粘聚力随压实含水量增加并非单调变化,其曲线形式类似于“”形;内摩擦角随压实含水量增加,大体上是减小的。压实粘土浸水饱和后,压缩变形显著增加,抗剪强度和粘聚力则显著降低。且压实含水量越小的土体在其他条件相同时,因饱和引起的压缩变形、抗剪强度和粘聚力损失较大,内摩擦角受浸水饱和的影响较小。     

含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

对于夹泥砾石土,在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下,其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土,通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究,重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响,及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性;同时研究了UU条件下,不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性;UU三轴压缩试验条件下,小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力,与含石量成正比;初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大,颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动,影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低;饱和固结后,压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系,高含石量并不代表高强度,合理的颗粒级配是决定试样CU,CD强度的重要因素;压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外,含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大,同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU,CD试验下的临界应力比为1.73。     

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。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙发育规律及强度特性

由于炭质泥岩遇水易风化、强度低、变形大，干湿循环作用下炭质泥岩路堤易形成纵横交错的裂隙网络，加速路堤边坡失稳。为分析干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙演化规律与强度特性，通过制备较大尺寸预崩解炭质泥岩试样，开展室外裂隙演化原位试验及裂隙试样直剪试验，实时拍摄不同干湿循环次数下试样裂隙扩展图像，并基于裂隙图像特征参数对各阶段裂隙特征进行定量化描述，进而构建预崩解炭质泥岩的抗剪强度与裂隙参数关系模型。研究结果表明：预崩解炭质泥岩裂隙数量、裂隙最大长度及裂隙率等裂隙参数均随干湿循环次数分为迅速增长、缓慢增长、趋于平缓3个阶段；各因素对裂隙发育影响程度由强至弱依次为初始含水率、干密度、干湿循环次数；含裂隙试样剪切时遇到裂隙剪切应力会发生暂时性衰退，不同裂隙参数试样的黏聚力变化显著，而内摩擦角变化甚微，内摩擦角变化主要取决于土体干密度的变化，而黏聚力变化取决于初始含水率，抗剪强度主要与黏聚力相关联。为研究土体抗剪强度与裂隙参数的关系，拟合得到了裂隙率与黏聚力的指数关系模型，发现其拟合变化曲线呈凹形的抛物线变化，其抛物线分急剧降低和趋于稳定2个阶段。研究成果可为预崩解炭质泥岩路堤工程施工及稳定性分析提供参考。     

黏土含量对洞庭湖区吹填土抗剪强度的影响研究

洞庭湖区公路路基主要由吹填土筑成。吹填土中的黏土含量对其强度性质有显著的影响，通过改变吹填土中的黏土含量，可提高土体强度。抗剪强度试验研究结果表明:随着黏土含量的增加，土样的内摩擦角降低，黏聚力增加，剪切强度呈先增加后降低再增加的趋势。将数据点进行曲线拟合之后，得到了剪切强度与剪切位移的变化关系，以及黏土含量与内摩擦角、黏聚力、剪切强度之间的关系表达式。     

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...     

高炉渣改良填料大型直剪试验分析

将原状高炉渣掺拌粉煤灰分层碾压并重锤夯实作为换填地基的填料,进行分层取样后,以处于干、湿状态下各层土样的混和土作为试样开展大型直剪试验。为了探究高炉渣改良填料的直剪力学特性,以及现有大型直剪仪的不足,对不同法向应力作用下试样的抗剪强度、法向加载板的竖向位移进行了量测,并对试验过程中剪力与剪切位移曲线特性、剪切盒张开状态、完成直剪试验后试样的破碎状态进行了分析。结果表明:因细颗粒不足以填充粗颗粒之间的孔隙,含水量对改良填料力学指标影响很小,改良填料表现为良好的水稳定性;高炉渣改良填料在法向应力小于150kPa时几乎没有黏聚力,而在法向应力大于150kPa时表现出咬合黏聚力;高炉渣混合料直剪试验过程中法向应力越大,初期剪缩量越大,后期剪胀量越小,发生剪胀时对应的剪切位移也越大;在法向应力大于150kPa后,直剪试验的剪胀量有了较大程度的减小,此时剪切面的形成主要以剪切区粗颗粒的剪碎与断裂为主。最后,考虑到现有大型直剪仪随着剪切位移的增加,理论剪切面上的剪切应力与法向应力分布越来越不均匀,且有效剪切面积逐渐减小,为此对大型直剪仪提出了改进建议,使有效剪切面面积保持恒定不变,测试结果与实际情况更加接近,可提高粗颗粒土剪切强度的测试精度。     

冻融作用下水分迁移对压实黄土强度影响的宏微观试验研究

在季节性冻土区，冻融作用下土体的水分迁移及其伴生现象会诱发黄土路基发生病害，探明冻融作用下水分迁移对压实黄土强度的影响及其机制，对于黄土地区路基工程冻融病害防治非常必要。采用大尺寸设备对洛川黄土开展单向冻结-双向融化作用下的冻融循环试验，对土体温度场、水分场均加以监测，并在此基础上进行直剪试验和电镜扫描试验。结果表明：土体温度场在每级负温作用下50 h达到稳定，单向冻结完成后冻结深度为46 cm；含水量在冻结区增加，在未冻结区减小，土体融化后水分回迁但回迁量小于冻结时的迁移量；土体剪切强度与含水量分布沿土体轴向呈现出较强的一致性，冻融后土体强度随含水量增加而降低，临界冻结锋面处强度劣化效应最明显；随着冻融循环次数的增大，土体孔隙面积和分形维数均表现为增加，其中微、小孔隙减少，中、大孔隙增加，冻融循环7次后土体微结构基本趋于稳定，土体强度与孔隙面积成反比例关系；土体在冻-融过程中，冻结区水分的显著增加是造成土体强度衰减、孔隙增多的重要原因。