含水量对非饱和黄土强度的影响(英文)

将非饱和土基质吸力对土体强度的贡献等效为小主应力增量,通过分析土体极限应力莫尔圆的几何图形,求得小主应力增量,并认为土体在破坏时处于极限状态,提出了粘聚力和内摩擦角同时变化时的土体强度计算方法,得到了强度参数随含水量变化的函数关系式,研究了非饱和黄土破坏时大主应力随含水量变化的关系曲线。分析结果表明:计算曲线与试验曲线的变化规律相同,随着含水量的增大,大主应力计算值和实测值的差异越来越小,其相对误差最大值为11.63%,最小值为1.59%,说明该计算方法是可靠的;随着含水量的增大,当粘聚力和内摩擦角同时变化时,大主应力计算值较小,当仅有内摩擦角变化时,大主应力计算值较大,两者相差1.26～2.17倍,说明含水量的变化对非饱和黄土的强度有显著影响。     

冻融循环对云贵高原尾矿土力学性质的影响

为研究尾矿力学指标在冻融循环过程中的弱化规律，基于冻融尾矿土的常规三轴固结不排水剪切试验，对冻融前后尾矿土的各项力学指标进行了分析. 首先对尾矿土试样进行开放条件下的冻融试验，设置0、1、5、10、15次冻融；然后对不同冻融次数下的尾矿土进行常规三轴固结不排水剪切试验，设置50、100、200、300 kPa 4组围压；最后基于试验结果，对抗剪强度、峰值抗剪强度及弹性模量等力学指标进行分析. 研究表明:冻融对尾矿土的力学性质影响显著，随着冻融次数的增加，其应力-应变关系曲线由应变软化型逐渐向加工硬化型发展；破坏形式由脆性剪切破坏转变为延性破坏，剪切过程中孔压负增长的趋势逐渐减弱至消失；抗剪强度指标、峰值抗剪强度及弹性模量逐渐降低，其中，尾矿土受第1次冻融的扰动最大，表现为有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低了30.55%和6.33%；峰值抗剪强度下降比的平均值达42.66%，弹性模量下降比的平均值达33.61%；10次冻融后尾矿土的力学指标趋于稳定，从第10次到第15次冻融，有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低2.94%和0.37%；峰值抗剪强度下降比的平均值和平均弹性模量下降比的平均值分别为2.53%和4.03%，建议采用冻融10次的力学指标作为工程设计的依据.      

基于环剪试验的含钙质结核古土壤剪切特性

含钙质结核古土壤在黄土滑坡的剪切带中广泛分布，影响滑坡的剪切特性. 通过固结排水环剪试验，改变轴应力大小，研究不同钙质结核含量下古土壤的剪切力学特性；基于对剪切破坏面的宏观结构分析，总结并提出剪切破坏面的“一”型和“U”型两种破坏形态及平稳、过渡、波动3种破坏模式. 研究结果表明:在低轴应力下，应力-位移曲线均为软化型，具有明显的残余强度特性，随钙质结核含量增大，应变软化特性变弱；在高轴应力下，则表现为硬化型；钙质结核颗粒能增大土的剪切强度、摩擦角，减小黏聚力；剪切带厚度与钙质结核含量正相关，与 D50 负相关；在大位移剪切作用下，颗粒会发生破碎，通过对剪切前后粒径分析，确定了钙质结核主要破碎区间为3～5 mm，破碎率为19.5%～55.5%；古土壤由 0.01～0.05 mm颗粒破碎为 0.002～0.010 mm的较小颗粒.      

粗颗粒含量对川西混合土抗剪强度的影响

混合土在川西地区广泛分布,由其构成的山区公路路基的稳定性是实际工程中亟需关注与研究的问题. 针对混合土抗剪强度受粗颗粒含量变化影响较大的特征,选取川西山区路基填筑用的天然混合土,分别进行小型与大型直剪试验,系统研究了粗颗粒含量对混合土剪应力-位移曲线和内摩擦角的影响规律. 试验结果表明:粗颗粒含量差异导致混合土抗剪强度发生明显变化,且在不同的粗颗粒含量区间,抗剪强度会呈现不同的变化趋势;当粗颗粒含量从0增至30%时,内摩擦角增长速率较慢;在30%～60%之间递增时,内摩擦角增长速率变快;超过60%时,增长速率回缓,即有两个界限值;通过颗粒骨架理论解释了界限值产生原因,并从宏微观角度分析了抗剪强度在不同区间内的主要影响因素差异,可为混合土结构物稳定性评估提供取值与理论分析依据.      

非饱和重塑黄土抗剪强度影响因素的试验研究

通过直剪试验研究了非饱和重塑黄土在不同含水量、干密度与加荷等级情况下的粘聚力与内摩擦角变化,以确定含水量、干密度与加荷等级分别对非饱和重塑黄土抗剪强度的影响。从黄土矿物成分的微观角度分析了含水量与干密度对黄土抗剪强度造成影响的原因。受颗粒之间的相互作用与粒间水的张力作用,非饱和重塑黄土的粘聚力随干密度的增大而增大,呈指数变化;非饱和重塑黄土的内摩擦角随干密度的增大而少量增大,近似呈线性变化。     

粘土矿物成分与剪切强度的相关关系分析

为探究矿物成分对土体强度的影响规律,对纯的粘土矿物进行扫描电镜和X射线衍射试验,确定其成分及微观组构. 对人工配制单一成分粘土,开展不同初始含水率状态下的直剪试验,分析了含水率对各单一矿物粘性土的粘聚力、内摩擦角的影响;对比不同粘土矿物人工配土抗剪强度随含水率变化规律,结合各单一矿物的微观组构特征,探讨了粘土矿物成分对剪切强度的影响. 研究结果表明:高岭石的粘聚力、内摩擦角均随含水率增大单调减小;伊利石和蒙脱石在含水率分别为18%和25%时出现粘聚力峰值;含水率小于20%时,蒙脱石内摩擦角随含水率增加呈线性增大;大于20%时,内摩擦角线性减小.      

彭湖高速公路高填路堤稳定性敏感分析

以彭湖高速公路K26+150高填路堤为研究对象,通过对现场调研并采样开展室内土的物理性质试验、击实实验和直剪试验。在不同压实度情况下取得粘聚力c、内摩擦角φ值的基础上,采用极限平衡法分析不同粘聚力c、内摩擦角φ、容重γ、坡高H和坡比m情况下高路堤的稳定性,并探讨了各种强度参数与边坡稳定性的敏感性关系。初步表明内摩擦角φ和坡比m对路堤边坡稳定性影响更为敏感。     

充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

加筋土路堤内部稳定的可靠指标分析

为了完善加筋土路堤可靠性设计方法,运用蒙特卡罗法对设计参数随机变量与加筋土路堤内部稳定可靠指标的关系进行分析。通过数值计算发现,密度越小,粘聚力、内摩擦角、筋材抗拉强度和筋土似摩擦系数越大,加筋土路堤内部稳定性越好,加筋土路堤内部稳定可靠指标对设计参数变异性均较敏感,除内摩擦角外,其余设计参数的不同概率模型以及不同公路等级设计荷载对加筋土路堤内部稳定性影响不大。因此,在加筋土路堤可靠性设计中,建议采用密度小、粘聚力和内摩擦角大的填料以及高强度筋材,并且重点考虑内摩擦角的变异水平。当无法准确确定设计参数所服从的概率模型时,建议假定填土的密度服从极Ⅰ型分布,而粘聚力、内摩擦角、筋材拉力和筋土似摩擦系数服从正态分布,所得到的结果偏于安全。     

土石复合介质动力特性试验

基于室内不排水动三轴试验,研究了土石比、围压和地震烈度对土石复合介质的动力特性的影响;针对动强度的变化规律,分析了动强度参数动黏聚力和动内摩擦角的变化规律。研究表明:在相同压实度条件下,土石复合介质的动强度随土石比的减小而增大,随地震烈度的提高明显减小;对某一含石量,动黏聚力随烈度的增大逐渐减小,并且随土石比减小减小得更快,而动内摩擦角随烈度的增大而减小;在烈度相同,即相同振次条件下,动黏聚力随土石比减小而增大,动内摩擦角也随土石比减小而增大。最后,给出了动黏聚力和动内摩擦角随土石比和烈度变化的经验模型。     

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。      

岩质边坡物理模型试验相似材料研究

岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性. 为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式. 试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.      

全风化花岗岩路基填料物理改良强度特性研究

以皖南山区G318青阳段改建工程的全风化花岗岩物理改良路基填料为研究对象,通过大型直剪试验研究其抗剪强度指标,探讨该改良填料的强度特性。研究结果表明：改良料具有较好的抗剪强度指标,表现为黏聚力较小,内摩擦角较大;抗剪强度随着含水率的增大呈减小趋势,在最佳含水率±3%的变化程度较小,施工时可以放宽填料含水率3个百分点进行填筑;在饱和时,抗剪强度降低约1/4,施工时应严防路基受水浸泡;压实系数的增大可以提高改良料的抗剪强度,增强其水稳定性;最大粒径对改良料的强度指标影响与粗颗粒含量有关,不可单独作为评价改良料强度的影响因素。     

基于ANSYS的有限元强度折减法求边坡安全系数

介绍了一种基于有限元的强度折减法的边坡稳定性分析方法,讨论了该方法的基本原理、安全系数的物理意义、屈服准则和流动法则的选用及边坡破坏的判据等。算例通过不断减小边坡强度参数黏聚力和内摩擦角,得到新的一组黏聚力和内摩擦角,再输入软件计算至不收敛,此时的折减系数就是边坡的安全系数。计算结果显示,用ANSYS计算边坡的安全系数有一定的实用性和可靠性。     

聚丙烯纤维加筋黄土的抗剪强度和崩解特性

为检验聚丙烯纤维加筋黄土对边坡坡面的防护效果,基于室内直剪试验和崩解试验,研究了纤维含量、纤维长度及含水率对加筋黄土抗剪强度和抗崩解特性的影响,获得了加筋黄土的最佳配比,并以此为基础开展了现场坡面防护试验。研究结果表明:相比于素黄土,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力最高提升113.8%,内摩擦角最高提升23.3%,崩解速率最高降低87.5%,聚丙烯纤维可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解特性;随着纤维含量和纤维长度的增长,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力分别呈现先增大后减小和先急剧增大后增幅趋缓的变化趋势,崩解速率分别呈现先减小后增加和持续减小的变化趋势;从抗剪强度方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm,从崩解特性方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.5%,最佳纤维长度为19 mm,相比较而言,两者崩解速率的相对变化明显小于其抗剪强度的相对变化,故确定聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm;随着含水率的增加,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和崩解速率均呈现减小趋势,其变化关系符合三次多项式函数或Logistic函数关系;现场测得聚丙烯纤维加筋黄土防护坡面平均侵蚀深度约为3 mm,说明聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显。      

山区公路路基填料大型三轴试验研究

通过大型三轴试验,对粗粒料的力学特性进行了研究。结果表明:初始密度相同时应力-应变关系曲线与围压有关,低围压下表现为弱应变软化型,高围压下表现为应变硬化型;低围压下,粗粒料在剪切过程中先剪胀后剪缩,随着围压增大,体变表现为剪缩,但体缩率逐渐减小并趋于稳定;粗粒料在剪切过程中具有表观凝聚力,内摩擦角随围压增大而减小。     

基于正交设计的路堤稳定影响因素敏感性分析

针对边坡和地基2种路堤稳定主控条件,建立了路堤边坡和路堤地基稳定分析模型,采用正交设计方法研究了对应计算模型的各影响因素主次顺序,讨论了均质边坡条件下影响路堤边坡稳定性的各因素间交互作用.研究表明：路堤边坡稳定影响因素敏感性按内摩擦角、坡高、黏聚力、边坡比依次减小边坡比与内摩擦角、坡高与黏聚力间显著交互作用,取值水平不当会影响各因素的敏感性排序;地基及路堤稳定性主要受地基控制,地基土强度和地坡度是路堤稳定的主要因素.     

水泥掺量对盐渍土的力学性能影响

通过试验对不同掺量的水泥对盐渍土的黏聚力、内摩擦角、无侧限抗压强度的影响进行分析,结果表明：掺加水泥能显著改善盐渍土的力学性能,并且随着水泥掺量的增加,盐渍土的力学性能也逐步提高.     

针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响，通过进行不同工况下道砟直剪试验，从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析. 研究结果表明:（1） 随着针片状指数增加，道砟散体直剪力学性能下降，包括抗剪强度和内摩擦角（100 kPa下当针状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低10.9%、16.8%；片状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低14.7%、22.3%；针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低12.4%、18.9%）. （2） 随着针片状道砟含量增加，试样剪缩和剪胀量均降低. （3） 针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎，且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断，显著影响有砟道床维修周期.      

怒江某隐伏断层带岩体的力学参数取值

断层带岩体是工程建设中重点关注的一类特殊岩体，为了获取考虑围压效应的隐伏断层带岩体真实力学参数，依托怒江某水电工程，对坝基深厚覆盖层下隐伏断层带岩体开展三轴试验. 总结了一套断层带岩体取样—试验前处理—施加初始围压—三轴试验—参数取值的评价方法，可避免三轴试验过程中断层带岩体散体以及液压油对试样的影响，使试验结果更接近断层带岩体天然状态下的真实力学参数. 试验结果表明:5个断层带岩体试样的变形模量为449～921 MPa，平均值为665 MPa；黏聚力为0.04～0.22 MPa，平均值为0.13 MPa，取80%保证率的标准值为0.12 MPa；内摩擦系数为0.32～0.61，平均值为0.46，取80%保证率的标准值为0.35；黏聚力试验值比内摩擦系数试验值离散性大，表明断层带岩体黏聚力受物质结构、断层泥含量、胶结程度等的影响更大.