基于文献计量学的近20年国内非饱和土研究综合分析

工程实际中接触的土大都处于非饱和状态,非饱和土研究影响广泛。以中国知网数据库作为数据源,对1998年～2018年近20年间国内发表的非饱和土文献进行搜集。基于文献计量学相关理论和方法,对搜集的论文集分别从产出时间、期刊分布、高被引作者、合作研究、主题聚类等层次进行全面梳理。结果表明,非饱和土领域研究的核心人物、机构已经形成且之间交流较为密切,他们为非饱和土研究奠定了良好的基础;非饱和土领域研究成果总体质量较高,聚焦在"土水特征曲线研究"、"强度特性研究"、"本构模型研究"及"工程应用研究"等四个方面。非饱和土领域研究处在体系完善阶段,其发展应注重理论研究与工程应用的结合。     

广义有效应力及剪切波速度与土的力学特性的研究及其在路基工程中的应用

在经典土力学中,许多理论都是建立在饱和正常固结粘性土和无粘性土基础之上的,现有的各种结构模型实际上也都是针对饱和扰动土和砂土而发展起来的,而工程涉及的现实土体,都具有不同程度的结构性,而且往往还处于非饱和状态.结构性土与正常固结土相比具有本质的不同,而对这类土的研究还没有形成成熟的理论.对于既有线路基土,其结构强度一旦遭到破坏,在短期内难以恢复.因此在既有线改造过程中,必须研究这类土的力学特性,保护土的结构强度,寻找适宜的检测与评估手段.如果将所有能有效增加颗粒间抗滑阻力的因素都折算成吸力的形式,认为土中存在等效的广义有效应力,那么所有类别的土就都能统一到广义有效应力理论[1,2]的框架之中.文章针对理论与工程实践中存在的这些问题,结合广义有效应力理论,进行了以下研究. 1 广义有效应力与膨胀土力学性质的研究为分析含水量或饱和度对土的强度及剪切波速的影响规律,论文以膨胀土作为研究对象,使实验现象得到强化,同时又便于实验因素的控制.在试验的基础上, 结合已有的成果[3,4],得到如下结论: (1)膨胀土在不同含水量时的压缩曲线对广义有效应力来说是归一的. (2)非饱和土的膨胀力是广义吸力变化的反映,文中再次证实了非饱和土第三强度理论[3,4](τs＝pstgφ或τs＝mpstgφ)的有效性,并指出其中的修正系数m与膨胀力的定义和测试方法有关,它的存在主要是因为常体积膨胀力测试终了时土样仍处于超固结状态.当采用未修正的常体积膨胀力时,m≥1;当采用修正的常体积膨胀力时,m≤1.修正系数m的值,除了可以由剪切与膨胀力试验资料的对比确定外,还可以由膨胀力测试终了后继续做压缩实验来确定. 2 剪切波速与广义有效应力     

对非饱和土抗剪强度计算的探讨

本文利用土的物理指标与特征，在大量试验资料基础上，推导出非饱和土抗剪强度的计算公式，并将计算结果与国内外实测资料进行了比较。     

非饱和土强度公式的比较研究

非饱和土力学的基本理论已经确认了基质吸力的存在有利于非饱和土的强度提高,但是对于强度提高的机理到目前为止没有统一的结论。非饱和土强度理论中存在着单应力状态变量公式和双应力状态变量公式两种基本的理论表达式,并在此基础上产生了许多实用性的强度公式。本文通过实验得到珞珈山土样的土—水特征曲线和不同非饱和状态下的强度,比较了不同的强度公式的精确性。分析表明,现有的非饱和土实用公式精确性较差,有待改进。     

黄原胶和瓜尔胶改良膨胀土力学特性试验研究

膨胀土地区铁路路基优质填料匮乏，可采用环保的生物聚合物对膨胀土进行改良。通过开展室内力学性能及微观分析试验，研究黄原胶和瓜尔胶2种生物聚合物对膨胀土力学性能的影响规律及微观机理。结果表明：黄原胶和瓜尔胶与土中矿物反应生成的胶结物能有效改善土颗粒之间的黏结强度、提高土体黏聚力，进而降低膨胀土胀缩性，提高抗剪强度和无侧限抗压强度；瓜尔胶改良土强度提升效果优于黄原胶改良土，综合考虑路基填料强度和变形，胶土比为1.0%时瓜尔胶的改良效果最优；掺入黄原胶和瓜尔胶可有效限制裂隙发展，干湿循环次数相同时，黄原胶和瓜尔胶改良土的裂隙数量和宽度显著低于膨胀土，且破坏类型从脆性破坏转化为塑性破坏；随着干湿循环次数的增加，改良土和膨胀土强度均呈衰减趋势，但相比于膨胀土，瓜尔胶改良土抗剪强度有较大提升，而黄原胶改良土稳定性更好。     

高速公路填砂路基边坡稳定性分析

研究目的：为解决优质路基填料日益匮乏的难题，填砂路基在我国冲积平原缺土富砂地区高等级公路建设中受到重视，其边坡稳定性是填砂路基设计与施工的控制要素之一。基于剪切强度折减法，就影响填砂路基边坡稳定性的各设计参数进行敏感性分析，提出增强填砂路基边坡稳定性措施，为高速公路建设提供依据。研究结论：剪切强度折减法能合理分析填砂路基的边坡稳定性；填砂与地基、包边土的抗剪强度指标（主要指粘聚力c值）数值大小的匹配关系将直接影响到路堤安全系数值，可采取放缓路堤边坡、加强填砂-包边土界面的施工处理与路堤的压实等办法来提高高速公路填砂路基的边坡稳定性。     

降雨对土体边坡稳定性的影响

应用非饱和土水分运动基本理论建立了二维降雨入渗 计算模型,编制了计算程序,用于计算雨后土体的瞬态含水率 分布,将总粘聚力引入抗剪强度公式,采用极限平衡方法,讨论 了降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性的影响。     

高含水率盾构废弃泥浆固化及强度特性研究

泥水盾构隧道施工会产生大量废弃泥浆，易引起环境污染等问题。为了提高废弃泥浆的力学性能，以济南某隧道泥水盾构施工过程产生的废弃泥浆为研究对象，研制了一种新型固化剂，以解决废弃泥浆再利用问题。在室内制作水泥固化土及新型固化土试样进行强度特性测试，并用扫描电镜对试样的微观结构和孔隙特征进行了研究。研究结果表明：当水泥掺量为15%时，新型固化土7 d抗压强度约为水泥固化土的3.5倍；外掺剂的最佳掺入比为水泥掺量的12%,可提高固化土的早期抗压强度及抗剪强度；新型固化土中生成了水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，形成了较好的骨架结构；废弃泥浆属于黏塑性宾汉流体，固化过程中发生了聚并和固化等复杂作用，逐渐向弹塑性流体过渡。     

非饱和砂土−混凝土界面剪切强度试验研究

土-结构界面的剪切强度是分析土与结构相互作用的重要参数.通过GCTS压力板仪测定砂土SWCC曲线,用Geotest摩擦-剪切仪开展非饱和砂土与不同粗糙度混凝土界面的32组大型直剪试验,探讨基质吸力及界面粗糙度对界面剪切强度和剪胀性状的影响.试验结果表明:基质吸力和净法向应力对非饱和砂土-混凝土界面的硬化、软化以及剪胀特...     

渗流对非饱和土层中地下隧道的开挖影响分析

应用水头为基本变量编制变饱和地下水渗流有限元计算程序,解决了复杂地层条件下求解地下水头分布的问题;其次,利用地下水头分布值来求出地下各区域土体的总黏聚力值;最后,利用非线性有限元计算程序ANSYS将总黏聚力作为参数输入材料模型中,进行具体计算。土体入渗将造成非饱和土体总黏聚力下降,当成为饱和土时,总黏聚力最小,土体抗剪强度减小,变形增大自稳能力下降。     

锚定式支护工程实践中几个问题的探讨

本文以作者所参加的四处锚定式支护工程为实例，针对其中存在的一些特殊问题如：软粘土地层中的锚杆稳定性；非饱和土地层的上压力；锚固段长度和灌浆压力对锚杆抗拔力的影响；以及新型锚定板结构的设计原则和钻孔堵水工艺等进行了研究探讨，并扼要地介绍了一些有关研究资料、处理措施和监测结果。     

非饱和残积土路堑边坡支挡设计应注意的几个问题

通过对一起工程滑坡的分析 ,指出在挡墙设计中对于非饱和土的抗剪强度参数选择对支挡结构的稳定性至关重要 ,同时介绍其他几个值得注意的问题     

京九线济南局段非饱和粉土的应力应变关系及强度特性规律研究

为研究在自然含水率及降雨条件下,京九线济南局段不同路况粉土路基土的力学性状变化规律,在室内进行了一系列不同压实系数、含水率重塑粉土试样的固结不排水(CU)三轴试验,得到了非饱和压实粉土的应力应变关系与强度特性的变化规律.从而为深入探讨京九线粉土路基病害形成机理、既有路基状况、病害整治措施奠定了基础.     

反复干湿循环对重塑非饱和黄土力学特性影响

研究目的:降雨和蒸发反复交替循环作用下,浅层土体内的水气状态处于动态变化中,该过程会对土体力学特性产生不可逆转的影响.本文对不同干湿循环次数的重塑非饱和黄土进行SWCC曲线试验及三轴试验,研究干湿循环作用对非饱和黄土持水特性、强度及变形特性的影响.研究结论:(1)非饱和黄土的土水特征曲线具有明显的滞回效应,随着干湿循环...     

路基边坡坡面冲刷强度探讨

在南方花岗岩地区和北方黄土地区修建铁路公路时，路基边坡常常会发生较为严重的坡面冲刷问题，坡面冲刷强度是路基坡面冲刷研究中的关键内容之一。坡面冲刷强度在数值上等于坡面流挟沙冲刷能力，包括推动冲刷和悬移冲刷两部分，水流中土颗粒在运动中相互碰撞时，会产生颗粒剪切力和粒间离散力，结合能量守恒原理，推导得出坡面流推移冲刷强度，土颗粒在水流中下沉时，土颗粒重心作为一个重体基本保持在一定高度，那么水流必须以与沉速相同的速度将土颗粒举起，推导得出坡面流悬移冲刷强度，以南方花岗岩风化层路暂边坡为例，对路暂坡面冲刷强进行了计算，计算结果可供路基边坡设计和养护参考。     

Magnan一维固结模型及应用

Ｍａｇｎａｎ提出的一维固结模型除一维应变外，未保留任何太沙基经典理论中的初始假设。它能考虑参数ｅ０，ｅ，Ｋｖ，ｄａ／ｄｅ是土层厚度Ｚ和固结时间ｔ的函数；地基的分层性；土骨架的变形；非饱和状态和孔隙流体的压缩性等。为了在实际工程中应用Ｍａｇｎａｎ的一维固结模型，作者编制了计算机程序。本文介绍该程序在理论研究和现场实测结果分析两方面的应用情况。     

一维稳态流下考虑土拱效应的非饱和土主动土压力分析

为分析一维稳态流下非饱和土的主动土压力,将基质吸力的竖直分布应用于Bishop非饱和土抗剪强度理论中,考虑土拱效应分析墙后非饱和土的应力状态,基于有限差分法建立非饱和土的主动土压力、合力及其作用位置的计算方法。计算结果表明:由于墙面剪应力的作用,挡土墙上部的主动土压力大于扩展朗肯主动土压力,下部的主动土压力小于扩展朗肯主动土压力,扩展朗肯主动土压力是该土压力解的一个特例;地下水位与流动比是影响非饱和土主动土压力的关键因素。     

强降雨条件下非饱和粉土雨水渗透规律研究

由雨水渗透规律计算得到的雨水渗透体积是判断非饱和土粉土强度受降雨扰动的主要参数。提供一种强降雨条件下非饱和粉土雨水渗透规律的计算方法,可以根据降雨条件与土体性质预测非饱和粉土在降雨渗透过程中雨水渗透率随时间的变化规律。该方法通过扩展已有非饱和土渗透模型建立降雨渗透计算模型。在经典Green-Ampt模型基础上,根据土体含水量的不同和在降雨过程中出现顺序,依次将土体进行分层。采用毛细渗透公式与达西定律对降雨渗透过程分阶段进行计算,得到降雨渗透过程中雨水渗透率随时间的变化规律。与实验实测数据的对比表明,理论计算值与实验实测数据基本吻合,能较好的预测雨水渗透率变化规律。     

不同含水率下广州地区残积土强度特性研究

花岗岩残积土具有遇水软化崩解的特性，其力学强度极易受含水率影响。本文以广州某基坑残积土重塑样为研究对象，进行不同含水率下三轴固结不排水剪切试验，探究不同含水率条件下对非饱和残积土强度特性的影响规律，并运用最小二乘法推导出土体在不同含水率下的抗剪强度包络线表达式。试验结果表明：在含水率为20%～41.6%时，黏聚力随含水率增大而减小，内摩擦角变化幅度则很小，围压在一定程度上可以提高土体的抗剪强度；残积土剪切过程其应力-应变曲线无明显峰值，主要呈现出应变硬化的趋势。     

青海地区非饱和黄土强度特性试验研究

青海地区的黄土常处于非饱和状态,其强度特性与饱和土有所不同。本文基于室内常规试验,研究其强度随含水率及干密度的变化规律。结果表明:随着含水率的增加,抗剪强度有减小的趋势;在最优含水率左右,含水率与黏聚力的关系可分别用线性和二次多项式表达,内摩擦角随含水率增加线性减小;在含水率一定的情况下,抗剪强度随干密度增加而增长的趋势不明显。