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。     

种植香根草根系对膨胀土特性影响的试验研究

利用柔性加筋处治膨胀土的膨胀性病害已在工程中得到广泛应用,但能否在膨胀土边坡中利用种植香根草深长密集根系的柔性加筋作用处治膨胀性病害问题还缺乏研究。为研究香根草根系对膨胀土物理力学特性的影响,通过在膨胀土中种植香根草制作根土复合体试样,利用无荷膨胀率与膨胀力试验,探究了香根草根系对膨胀土膨胀性的影响。结果表明:香根草根系可降低无荷膨胀率并减小膨胀力,且膨胀力随含根量增高呈线性减小趋势,无荷膨胀率也随含根量增高而降低,但不同密实度土层中膨胀潜势释放的表现不同,其中密实度较高土层中的根系延缓膨胀潜势释放,而密实度较低土层中的根系则加快膨胀潜势释放;相同含根量下细根加筋效果优于粗根。通过室内直剪试验,研究了香根草根系对膨胀土抗剪强度的影响。结果表明:土体抗剪强度随香根草根系含根量的增加而增大,香根草根土复合体强度符合摩尔-库伦强度理论,其中含根量对黏聚力提高作用影响显著,而对内摩擦角提高作用影响较小,其中较粗根系比较细根系对内摩擦角的影响相对较大;低含根量根土复合体的应力-应变关系为应变硬化型,而高含根量根土复合体却表现为应变软化型。     

不同应力路径堆石料大型三轴试验特性研究

对两河口高土石坝的堆石料D3进行等σ3应力路径和等P应力路径的大型三轴试验,研究不同应力路径堆石料的抗剪强度特性和应力-应变关系。结果表明：堆石料的粘聚力C是真实存在的,且抗剪强度呈非线性,而应力路径对堆石料的抗剪强度影响很小;堆石料在低围压具有明显的剪胀,且不同应力路径的应力-应变曲线不同。在试验的基础上计算几个本构模型的模型参数,并分析了模型的适用性,为该工程设计提供力学参数。     

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正K-G模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量K_t和切线剪切模量G_t中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明：通过对比ε_v-p及ε_s-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变ε_v的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变ε_s的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变ε_v和剪应变ε_s的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。     

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。     

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。     

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。     

中液限粉质粘土路基的动力特性试验研究

通过应力控制的动三轴试验,研究了长春中液限粉质粘土路基在冻融前后的动强度、动模量特性。根据大量动三轴试验的应力—应变关系,得出了动剪强度与循环荷载次数间的变化规律,以及动模量与动应变的关系表达式,为季冻区公路建设提供了参考依据。     

重庆市褐色黏土根系固土特性的试验研究

为了解根系在增强褐色黏土抗剪强度中的作用机理,用室内直剪试验研究了根系复合土的应力—应变及强度特征,探讨了有无根系、根系布置位置、根系布置方式和复合体是否含石下的土体抗剪强度.结果表明:纯细粒土表现为脆性破坏,而根系(面积比率(RAR)为0.07％)加入后,根系复合土出现2个强度峰值表现为延性破坏;根系布置在土体位移开始区更利于固土效果;褐色黏土中散生根系固土效果优于垂直根系的固土效果,其根系复合土比无根土的黏聚力c提高了67％、内摩擦角提高了82％;土体中加入一定量D≤2cm碎石的土壤——根系复合体有利于根系固土效果.     

低掺量水泥土强度特性试验研究

模拟低掺量水泥土在工程中的应力状态,利用静三轴CU试验研究了水泥掺入比小于5 %的低掺量水泥土的应力-应变关系及强度特性,探讨了在不同水泥掺量情况下水泥土抗剪强度指标的变化规律,分析了素土和水泥土的变形破坏模式。结果表明:水泥土强度随水泥掺量增加而提高,当水泥掺入比大于15 %时,水泥土的强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强。     

草类根系对坡面土强度及崩解特性的影响试验

坡面植被的固土防冲刷失稳作用往往取决于草类根系对坡面土强度和抗崩解特性的提高幅度。为研究草类根系对提高坡面土强度和抗崩解特性的影响规律,首先通过植草种植试验和观察,研究草类根系生长及竖向深度含根量分布规律,然后采用直剪试验得到不同根系含量或不同生长深度与根-土复合体强度的关系,并对添加不同含量根系的根-土复合体进行强度试验,比较种植活根系和添加死根系根-土复合体不同的强度特性。对路堑坡面植草根系原状土样和添加根系重塑配制土样进行崩解试验,比较分析坡面土壤的结构性、根系含量对植草坡面土体崩解特性的影响。结果表明：草类根系的纵横穿插与缠绕根网加筋作用使草类根系能显著增强根-土复合体的强度,种植根系的毛细根系及生物活性使其对土体强度提高的加筋效应远优于添加根系,其提高幅度与根含量呈线性增加关系;由于草类根系的缠绕包裹作用提高了土的强度,且草类根系在土体孔隙中的穿插能减少雨水入渗时的孔隙气压及封闭气体,从而使草类根系能显著提高根-土复合体的抗崩解特性;路堑边坡土体的结构性以及主根系衍生出大量毛细根系的存在,使添加根系重塑配制土的抗崩解能力远小于路堑边坡种植根系原状土;根土样在配制土中采用稻秸秆代替草类根系,在同样添加比例的情况下具有更高的抗崩解能力及加筋强度。     

侧向卸荷条件下上海灰色粘性土的三轴试验研究

本文通过K0固结条件下GDS常规三轴和侧向卸荷三轴试验分析了应力路径对上海地区⑤1层灰色粘性土的强度与变形特性影响。试验结果表明不同围压条件下侧向卸荷三轴试验有效应力路径基本呈倒“L”形,而常规三轴试验则呈“S”形。侧向卸荷三轴试验的负孔压数值随围压减小而单调增加,其最终值与围压大小正相关;侧向卸荷三轴压缩试验应力应变关系与常规三轴压缩试验有较多相似,其峰值强度都随体积应力的增加而提高,但破坏时应变值明显较常规压缩试验偏低。归一化土体模量与应力水平呈幂次关系,其幂指数m值与《上海市基坑工程技术标准》中对浅层土建议值基本相同。     

不同含石量下土石混合体的剪切特性研究

土石混合体作为一种优良的填料被广泛应用于路基填筑。为研究含石量对土石混合体抗剪强度的影响，利用大型直剪试验，分析不同含石量下土石混合体剪应力-剪切位移曲线及抗剪强度的变化规律。结果表明:当含石量≤20 %，试样为密实悬浮结构时，剪切过程呈应变硬化，抗剪强度随含石量增加变化不明显；当20 %＜含石量≤50 %，试样为密实骨架结构时，剪切过程呈应变硬化-应变软化，粗粒土之间的咬合逐渐增强，内摩擦角和黏聚力增加较大，含石量在50 %左右，抗剪强度达到最大；当含石量＞50 %，试样为骨架空隙结构时，剪切过程呈应变硬化-应变软化-应变硬化，内摩擦角和黏聚力均出现下降。     

钙质砂固结排水剪切特性三轴试验

为给中国南海岛礁吹填钙质砂地基上基础设施提供设计与施工参考,通过一系列三轴试验研究了钙质砂固结排水剪切特性。定性分析了钙质砂应力-应变、体变与应力路径变化规律,非线性拟合试验数据获得了不同特征状态下钙质砂抗剪强度、内摩擦角和孔隙比的归一化表达式及其参数取值,进一步定性分析给出了抗剪强度、内摩擦角和孔隙比的非线性变化特征。研究结果表明：(1)围压小于300 kPa时钙质砂发生应变软化和剪胀;特征状态偏应力随围压或相对密度增大而变大,体变随围压(或相对密度)增大而增大(或减小);钙质砂排水剪切应力路径为一系列平行直线,围压越大应力路径越长。(2)不同相对密度下特征状态抗剪强度(或内摩擦角)具有较好归一性;峰值状态抗剪强度(或内摩擦角)大于相变状态,而相变状态大于临界状态;抗剪强度(或内摩擦角)为量纲一化平均主应力的幂函数(或对数函数),而相对密度对余量内摩擦角的影响随围压增大而减小直至消失。(3)在压缩平面内,特征状态孔隙比随量纲一化平均主应力增加而减小,且不同相对密度下临界状态孔隙比具有较好归一性;特征状态孔隙比可用负指数函数予以表达,该函数的上、下限与特征状态孔隙比实际极限值基本吻合。     

主被动状态间墙体侧向位移与土压力关系

为了研究从静止到主动状态或从静止到被动状态下墙体侧向位移与墙背土压力大小的关系,以应力Mohr圆为出发点,通过引入内摩擦发挥角,推导了主动与被动状态间土压力与内摩擦发挥角的统一表达式。根据所构建的墙体位移与土体剪应变几何方程以及等极限应变下的剪应变-剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立了能基本反映土体应力-应变特性和墙后填土初始应力状态的墙体位移-土压力统一函数关系式,并结合Coulomb土压力模型近似考虑了墙背与填土间摩擦力的影响。研究结果表明：影响墙体位移-土压力关系的核心要素是墙背初始应力状态、墙后滑移区范围及填土应力-应变特性;初始侧压力系数的增加,直接导致进入主动与被动状态所需墙体位移出现相应的增大和减小,墙体位移-土压力曲线沿水平轴呈现出整体平移的变化;土体内摩擦角和墙土摩擦角的改变会引起滑移区范围的变化,从而使墙体位移-土压力曲线整体放大或缩小;填土应力-应变特性是墙体位移-土压力关系的微观本质,其模量比与极限剪应变对墙体位移-土压力曲线的平缓程度及极限状态下的墙体位移大小影响显著。     

红层软岩土石混合填料的抗剪强度特性研究

红层软岩用作西部山区的路堤填料,但长期以来对其抗剪强度特性及试验方法缺乏深入研究。本文对含不同比例红层软质岩石的土石混合填料,以一个试样四级围压和一个试样一级围压2种试验方法进行不同密度、不同含石量状态下的大型三轴剪切试验研究,讨论了一个试样多级围压三轴试验方法的可行性,得出了红层软岩填料的抗剪强度随母岩软硬程度、含石量、密实度及含水量的不同而变化的规律,简述了其应力应变特性。     

弥勒高饱和原状膨胀土强度变形特性研究

结合云桂高速铁路建设,采集不同深度高饱和原状膨胀土,开展膨胀土的固结排水三轴试验和一维固结试验,研究了原状膨胀土的抗剪强度及压缩变形特性。结果表明:原状膨胀土的抗剪强度随蒙脱石含量、初始孔隙比的增加而递减。膨胀土压缩系数与固结压力具有负指数变化关系,地基中不同深度膨胀土的压缩系数具有"归一化"性状。在一定压力范围内,原状膨胀土的应力-应变关系可用幂函数模型描述。     

含砂量对黏土与结构接触面剪切性质的影响

通过土体内部、土与钢以及土与混凝土的剪切试验,研究分析了土体含砂量对抗剪强度、摩擦角和黏聚力的影响。结果表明:土体内部、土与结构接触面的抗剪强度和摩擦角均随含砂量的增大而增大;土体内部的黏聚力随着含砂量的增大而减小,而土与结构接触面的黏聚力却随着含砂量的增大而增大。含砂量对土体的内摩擦角影响较大,而对土与钢和土与混凝土这两种类型的接触面影响较小。在试验参数范围内,对于任意含砂量和垂直应力,土体内部的抗剪强度、内摩擦角和黏聚力均大于土与钢和土与混凝土之间的抗剪强度、摩擦角和黏聚力。     

不同应力路径下宁波粘土K0固结三轴试验研究

利用GDS多功能三轴仪对宁波地区原状粘土进行了不同应力路径作用下K0固结三轴压缩试验,探讨了增P、等P和减P3种应力路径条件下宁波粘土的应力-应变、孔隙水压力和强度特性,并结合试验结果分析了粘土的总应力路径和有效应力路径特性。结果表明,总应力路径和有效应力路径的变化趋势基本一致,不同应力路径下q-ε1非线性关系明显,土体呈现弱软化型;不同应力路径下土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显;应力路径对粘聚力影响较大,对内摩擦角影响不大,有效强度指标则呈相反趋势。     

废旧橡胶轮胎颗粒-水泥改性强膨胀土的长期路用性能研究

为研究废旧橡胶轮胎(WRT)颗粒联合水泥改性强膨胀土作为路基填料的长期力学性能，采用不同掺量(3%、6%)的WRT颗粒联合水泥(3%),对广西宁明强膨胀土进行改性处理。对改性前后的试样开展扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等微观试验，对经历干湿循环作用后的改性膨胀土试样开展动、静三轴等宏观试验，测定其动回弹模量M_R及固结不排水抗剪强度，着重研究了干湿循环次数和WRT颗粒掺量对改性后强膨胀土路用力学特性的影响。结果表明：(1)改性膨胀土由于水泥的水化反应产生颗粒团聚作用，加之WRT颗粒的掺入，使其大孔隙增加，结构密实度降低；(2)WRT颗粒掺量一定时，随着干湿循环次数的增加，改性膨胀土的动回弹模量M_R表现出先增大后大幅减小的特点，其剪切破坏形态由塑性破坏向脆性破坏转变，应力～应变曲线由应变硬化型逐渐转化为应变软化型，抗剪强度有所增大；(3)M_R随着WRT颗粒掺量的增加而降低，但随围压σ_c的增加而增大，抗剪强度随WRT颗粒掺量的增加而下降。