非饱和土抗剪强度理论的关键问题与研究进展

非饱和土抗剪强度与其矿物组成、细观结构和含水率等因素密切相关,许多学者先后提出了多种非饱和土抗剪强度的形成机理、计算方法以及测试手段。为总结现有研究成果,深化对非饱和土抗剪强度理论的认知,综述了非饱和土抗剪强度理论发展中的若干关键问题。首先讨论了不同类型土体的细观结构差异,分析了非饱和土抗剪强度形成的细观机理,对比分析了砂性土与黏性土非饱和抗剪强度变化规律的差异性;其次总结了几种较为典型的非饱和土抗剪强度计算公式,对不同非饱和参数的取值方法进行了分析;最后介绍了多种用于非饱和土抗剪强度测试的新仪器与新方法,如非饱和土直剪、非饱和三轴以及非饱和土环剪装置等,部分国外已有研究成果在中国仍处于空白状态,值得中国同行借鉴。根据上述分析,对非饱和土抗剪强度理论的研究方向进行了展望：①应进一步从细观角度开展不同结构土体土颗粒之间的相互作用以及土、水相互作用对宏观非饱和抗剪强度影响的研究;②应根据土质类型、含水状态和应力状态等因素综合确定非饱和土抗剪强度计算参数,提出相应的抗剪强度计算方法,并逐步尝试将非饱和土强度理论应用至工程实际;③进一步改进现有非饱和抗剪强度测试仪器,使之可以控制多种试验变量,优化测试方法,进一步提高试验效率与精度。     

不同颗粒成分对花岗岩残积土路堤边坡稳定性的影响

不同颗粒成分土体强度的变化在花岗岩残积土边坡稳定性分析中十分重要。文中通过对不同颗粒成分花岗岩残积土进行渗透试验、土水特性试验、直剪试验,得到其抗剪强度随颗粒成分的变化规律;通过Geostudio中的SEEP与SLOP模块进行有限元数值模拟,分析不同颗粒成分花岗岩残积土边坡的稳定性。结果表明,颗粒成分的差异会直接影响土体的抗剪强度,在雨水冲刷条件下,花岗岩残积土中粗颗粒含量越少,保水性能越好,渗透系数越小,抗剪强度越高,花岗岩残积土路堤边坡稳定系数越大,稳定性越好;若发生失稳,也主要表现为浅层坡面失稳。     

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。     

级配对粗粒土直剪过程中抗剪强度与变形的影响研究

为了分析级配对粗粒土直剪过程中抗剪强度和变形的影响,开展不同级配试样的室内直剪试验,并根据试验结果标定细观参数,建立粗粒土数值直剪试验模型。从宏观和细观的角度探讨级配对粗粒土强度和变形的影响。结果表明:有效粒径、中值粒径和限制粒径相差不大时,空隙填充密实,结构性好,能够承受较大外力;粗颗粒含量多,颗粒间的挤压摩擦更剧烈,强力链增多;细颗粒含量越多,颗粒间孔隙填充不均匀,更易产生压缩变形,位移场越密集;空隙率随曲率系数、不均匀系数的增加先增大后减小。     

粒状土与结构接触面强度特性粒径效应影响研究

为研究颗粒粒径对典型粒状土与结构接触面剪切特性的影响,开展了不同粒径范围粗粒土与混凝土接触面大型直剪试验,分析颗粒粒径对接触面剪切强度及接触面强度参数的影响规律,探讨了接触面剪切强度的粒径效应影响机理。结果表明：接触面剪切强度随土体颗粒粒径的增大而明显增大,且当颗粒粒径与结构表面粗糙形貌比值接近1时,其继续增大对接触面剪切强度影响不再明显;不同剪切位移处接触面剪切应力与法向应力均能较好地满足摩尔库伦破坏准则,剪切过程中接触面内摩擦角随剪切位移的增大而增大并逐渐趋于稳定;而不同粒径条件下接触面表观黏聚力随剪切位移的变化规律有着明显的差异;颗粒粒径的增大能显著提高接触面表观黏聚力,对接触面最大内摩擦角无明显影响。     

废旧轮胎颗粒对橡胶土体抗剪强度影响的试验研究

通过直剪试验对不同级配轮胎颗粒的抗剪强度进行了测试,分析了颗粒剪切强度与剪切位移的关系,提出了颗粒抗剪强度特性衡量指标,建立了颗粒抗剪强度库伦预测公式,选出了代表性的颗粒级配。通过向土体中加入不同掺量的轮胎颗粒研究其掺量对黏土抗剪强度的影响,结果表明:在纯轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒粒径的增加其黏聚力和内摩擦角有增大的趋势,黏聚力增加比较明显;在向土中掺入轮胎颗粒的直剪试验中,随着橡胶颗粒掺入量的增加,其黏聚力有先增加后减小的趋势,内摩擦角有增大趋势。当颗粒的掺入比为50%时其抗剪强度最优。     

粗粒土颗粒接触特性对路基动应力衰减影响研究

粗粒土作为一种典型的不均匀散粒体材料,其力学性质较为复杂,常需要从细观角度研究其宏观力学特性,颗粒细观接触特性可直接反映粗粒土强度及其力学性能,目前对接触特性参数影响的研究多集中于表征其强度特性,对其外荷载作用下的动力响应特性研究较少。基于此,采用颗粒离散单元法,建立粗粒土路基冲击应力加载数值分析模型,研究不同颗粒接触特性参数与动应力衰减规律间的关系,分析颗粒摩擦系数,颗粒间接触刚度对粗粒土动应力衰减的影响。结果表明:随着颗粒摩擦系数的增加,应力衰减的速率也随之增大;颗粒接触刚度越高,其对应力敏感性越强,越不易被压实,其内部应力传递越不均匀,且应力衰减越慢,整体趋势呈指数衰减。通过实际动应力加载试验,验证了数值分析结果的准确性,相同条件下,实际试验结果与数值分析结果相近。     

木质纤维加筋土抗剪强度影响因素试验研究

为研究不同因素对木质纤维加筋土抗剪强度的影响,以黑龙江某工程的粉质黏土为试验对象,通过正交试验,得到了压实度、含水率以及纤维掺量3个因素对木质纤维加筋土抗剪强度的影响。研究结果表明:各个影响因素对土体抗剪强度指标的影响程度的次序为:含水率压实度纤维掺量;通过方差分析,含水率对于木质纤维土的抗剪强度参数的影响最为显著,为主要影响因素,压实度以及纤维掺量对于木质纤维加筋土黏聚力的影响较显著,属于次要影响因素。     

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。     

水泥改良土的剪切试验研究

在分析水泥改良土的机理以及主要影响因素的基础上，基于传统的直接剪切试验，研究了水泥改良土的抗剪强度特性及其主要影响因素。结果表明:水泥改良可以较大程度上提高土样的抗剪强度；随着初始含水率与水泥掺入比的增加，抗剪强度均不断增加；养护时间对于抗剪强度的促进作用明显体现在养护初期阶段；土样密实度的增加，会引起土体抗剪强度的增加，但对于内摩擦角而言，增加的幅度则较小。     

路基结构性能衰变影响因素与机理分析

准确掌握路基结构性能与湿度的相关性,并且能够进行科学的表征,是完善“力学-经验”设计法的基础。鉴于此,综述了路基结构性能的主要影响因素,并探讨了路基结构性能的衰变机理。结果表明:应力状态与路基湿度对路基结构性能影响最为显著,而路基性能衰变可从非饱和土基质吸力、抗剪强度及细颗粒土流失等方面进行解释。     

盐渍土道路翻浆机理与防治措施

水、温度、盐分等因素导致盐渍土液相含量的增加,抗剪强度的降低,从而使路基软化,是盐渍土翻浆的重要内因。基于相平衡理论,分析这些因素对盐渍土含液量及抗剪强度的影响规律,最终得到盐渍土的翻浆机理。根据上述有关研究结果,在总结现有的盐渍土道路翻浆防治经验基础上,通过试验路段,探讨了盐渍土道路翻浆防治的有效途径和措施。     

原状粉质黏土抗剪强度的恢复试验研究

利用静力三轴仪对长春地区原状土进行固结不排水抗剪强度试验，根据摩尔强度理论得出原状土的抗剪强度指标c和φ值。然后加入不同含量的氯化钙、明胶及氯化钙、明胶组合剂，对扰动土进行重塑，分别得出与原状土强黏聚力明胶含量，与原状土内摩擦角氯化钙含量，以及原状土黏聚力和内摩擦角两者添加剂组合含量，并分析黏聚力和内摩擦角影响因素和加入添加剂重塑土抗剪强度变化的原因。研究结果表明:含1%明胶、7%氯化钙重塑土黏聚力和内摩擦角与原状土基本拟合。     

贵阳红粘土抗剪强度与含水量关系的探讨

红粘土是一种性质特殊的土。为探讨影响红粘土强度的各种因素,通过不同含水量的贵阳红粘土试样进行了一系列室内直剪试验,探讨含水量对红粘土抗剪强度参数的影响,并从红粘土结构性上作出了解释。基于Matlab软件采用最小二乘法原理,建立了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式,为工程建设实践提供参考。     

基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)改善淤泥质土强度

采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)对淤泥质土进行处理,用于提高淤泥质土的强度。以武汉东湖淤泥为研究对象,对MICP改性淤泥质土进行快剪试验与固结快剪试验。试验结果表明:MICP改性淤泥质土能增大淤泥质土的内摩擦角,对其黏聚力改变较小;MICP改性淤泥质土,胶结液浓度在1mol/L时对土体内摩擦角提高效果最好,快剪试验中MICP改性淤泥质土的内摩擦角从素土的8.54°提升至23.18°,提升了171.4%;固结快剪试验中MICP改性淤泥质土的摩擦角从15.96°提升至25.36°,提升了58.9%;MICP改性淤泥质土,生成碳酸盐沉积把土体小颗粒胶结成大颗粒,提高了土体大颗粒的质量分数。     

有限元强度折减法对两类土坡的稳定性分析

基于强度折减理论对两类土坡进行稳定性分析,根据土体破坏机理,对土体的抗剪强度参数c,φ以不同的折减系数进行折减。针对工程实际中以单一的安全系数表示边坡的安全储备情况,采用两种方法对折减后的安全系数进行对比分析:最短路径法物理意义较为清晰,最小平均值法计算较为便捷,两者在数值上差距并不大。并对两类土坡的剪胀性作为影响因素与c,φ同时进行折减分析,作出各自安全系数受剪胀角的影响曲线,得出黏性土坡可以不考虑剪胀性,砂性土坡不仅在评定安全系数中考虑剪胀角的影响,在评估失稳破坏程度上也要考虑剪胀角的影响。     

天津滨海新区吹填软土结构强度形成影响因素分析

吹填软土结构强度形成的影响因素很多。通过试验,从围压、偏压、排水条件以及时间效应等方面,研究了吹填软土结构强度的形成。研究结果表明:吹填软土在排水条件下,其结构强度较不排水时有明显提高;当外荷载不超过土体结构屈服应力时,施加围压的同时施加偏压,比仅施加围压时结构强度增长效果要好,且偏压越大结构强度的增长越快;在有利于结构强度形成的条件下,沉积时间的长短对吹填软土结构强度影响较大,沉积时间越长,其结构强度越大。