非饱和土强度特性试验

目前,国内非饱和土土水特性曲线测试仪器主要依赖进口,进口非饱和土土水特性曲线测试仪器价格昂贵,且测试效率较低。本文在总结现有非饱和土土水特性曲线测试仪器优缺点的基础上,研发新型多终端非饱和土土水特性曲线测试仪器,新型仪器提高了试验效率、降低了试验成本。在此仪器上进行重塑非饱和土土样土水特性曲线测试,利用试验数据对不同土水特性曲线理论方程进行参数拟合,结果表明van Genuchten对于测试土样土水特性曲线的拟合效果更好。基于van Genuchten SWCC方程和Vanapalli非饱和土抗剪强度公式,提出了一个通过含水率和土体饱和强度参数,快速计算非饱和土抗剪强度的公式,利用本文的试验数据对该公式进行了验证,得到了较好的效果。     

路基粗粒土抗剪强度影响因素分析

粗粒土由于其优良的工程性质,在中国高速公路与铁路路基填筑中得到了广泛的应用。通过调研国内外大量的研究成果,分析了影响粗粒土抗剪强度的主要因素,探讨了这些因素对抗剪强度的影响机理。分析结果表明:粗细颗粒比例、颗粒本身的性质、应力状态、含水率、剪切速率以及粒径大小等是影响粗粒土抗剪强度的主要因素;粗粒土的抗剪强度主要决定于颗粒间形成的土体结构强度以及颗粒本身的特性,即所有影响土体结构强度以及颗粒本身特性的因素,均可对其抗剪强度产生影响。     

重塑膨胀土细观裂隙参数与抗剪强度的关系分析

对干湿循环作用后的重塑膨胀土进行CT试验和直剪强度试验,运用MATLAB软件处理CT图像并提取出膨胀土细观裂隙参相关数进行定量分析,探讨了膨胀土细观裂隙参数和抗剪强度之间的关系。结果表明:CT图像展示了膨胀土细观裂隙产生和发展,裂隙数目的增加并最终发育成细观裂隙网络的过程;第1~2次干湿循环次数对土样裂隙发育影响显著,决定了细观裂隙发育的最终形态;土体细观裂隙的发育程度对土体的抗剪强度重要的影响,可通过裂隙率、分形维数、CT数与抗剪强度参数之间的强相关性,对土体结构强度进行预测。     

土钉支护加固土体作用机理数值分析

本文基于土钉有较高的抗拉、抗剪强度,在土体内起着骨架和箍紧的作用,弥补土体抗拉抗剪强度低的弱点,有效提高土体整体刚度,使土体自身结构强度得到充分发挥,通过土体与土钉的相互作用得以实现的想法,提出了一种新的处理土钉与周围土体的相互作用的有限元方法,模型中的土体单元和土钉单元由于节点自由度的不同,采用自由度的相互约束形成的约束方程来进行数值模拟,使土体的线自由度和土钉的转动自由度协调起来,定量模拟出土钉在土中发挥转动刚度来加固周围土的作用,从而分析得出不同位置处土体的加固程度,土钉支护主要用来减少土体横向位移,防止边坡向开挖面坍塌的公论是一致的,这种方法对探索土钉支护的复杂受力机理有实际意义。     

非饱和土力学理论在公路边坡工程中的应用

非饱和土是公路边坡工程中经常遇到的土类,传统的计算方法是基于饱和土理论的分析,然而实际的土为非饱和土与饱和土不同,非饱和土中是由固相、液相和气相三项组成,气相的存在使土的性质大为复杂化,因此,应用非饱和土理论分析边坡的稳定性更为切合实际,本文介绍了非饱和土抗剪强度理论在公路边坡工程中的应用,并通过有限元软件对工程非饱和土边坡进行受力分析,最终给出了利用非饱和土抗剪强度的实用化公式和分析流程,为非饱和土条件下的公路边坡工程问题的分析提供了理论基础。     

超静定土工格栅凸节点极限被动摩阻力计算方法

筋土界面强度是决定加筋土结构承载力和稳定性的重要因素之一。诸多研究表明,在传统土工合成材料的基础上设计附加结构形成的超静定土工合成材料可以有效提升筋土界面强度。然而,不同形式的附加结构对筋土界面强度的增强机理仍有待开展进一步研究。为此,以一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(HRHG)为研究对象,在考虑HRHG节点两侧土体抗剪强度的基础上,基于极限平衡状态下的对数螺旋曲线滑裂面假设,建立了HRHG节点在极限状态下与土相互作用的力学解析模型。针对HRHG节点在筋土相互作用中的极限被动摩阻力进行了理论分析,给出了极限状态下HRHG节点被动摩阻力的计算方法;同时利用自主研发的大型直剪仪,在不同法向压力(30、50、80 kPa)下开展了以HRHG和普通双向格栅为研究对象,以低液限粉土为回填土的筋土直剪试验。试验结果对比表明：HRHG节点将筋土界面表观黏聚力和界面摩擦角分别提高了35.6%和14.3%,说明HRHG节点可以有效地提高筋土界面剪切强度。通过对比试验结果与理论推导结果,验证了所提出的极限状态下HRHG节点被动摩阻力计算方法的有效性,并进一步对计算方法进行了修正,以期为HRHG...     

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。     

反复吸湿循环对原状残积土剪切特性的影响

为了研究反复吸湿循环下天然土体因吸力路径变化引起道路、桥梁等工程土体剪切特性变化的规律,开展了不同围压、吸力和反复吸湿条件下的非饱和土三轴试验研究,从有效应力原理、矿物成分和土水特征曲线(SWCC)滞回特性出发,对不同吸水条件引起的非饱和土剪切特性差异进行多角度分析和解释;同时,研究不同吸水次数后非饱和土体积变化趋势和SWCC滞回特性引起饱和度变化对土体强度的影响,深入分析土体抗剪强度吸水软化的原因。结果表明:脱湿路径下原状残积土表现出的延性和剪缩特性与正常固结土的剪切性状相似,而吸湿路径下土样具有的脆性和剪胀特性与超固结土相符;同一吸力条件下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值并不随有效应力的增加而增加;而相同围压下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值表现出随吸力增加而减小的趋势;多次吸水后,残积土总体积增加具有不可逆和滞后的特点,土体膨胀性和剪破特性与有效应力和吸力水平有关,应力水平越大,土体应变软化效应越明显;土体软化与水力滞回特性引起土体饱和度的变化和产生的不可逆变形(或累积不可逆变形)有关,多次脱吸湿循环产生的累积不可逆变形是导致土体强度下降的主要原因。研究结果对残积土边坡稳定性分析评价及其治理设计具有重要意义。     

多元边坡抗剪强度参数协同反分析研究

针对由多种土层构成的复杂边坡抗剪强度参数的反分析取值问题,基于协同优化的层次性和并行性思想,建立了具有多元结构的复杂边坡抗剪强度参数的协同反分析模型,提出了边坡抗剪强度参数的协同反分析方法和具体步骤。以某实际工程边坡为例,采用边坡安全系数的敏感性分析手段,结合边坡反分析状态指标,获取各计算剖面土体抗剪强度参数备选值。将不同剖面反分析得到的抗剪强度参数进行交叉组合,利用协同优化方法,获得了合理可行的实例边坡土体抗剪强度参数。     

级配碎石直剪试验的细观分析

基于颗粒流理论及其PFC2D程序,在细观层次上从数值分析角度研究了碎石的直剪试验,从而揭示了其抗剪强度和变形机理。研究中针对碎石提出了一种随机计算模型,并给出了随机模型的实现方法,同时对该随机模型的算法可靠性进行了验证。文中探讨了在直接剪切试验中碎石的抗剪强度随位移的变化以及最大粒径、竖向压力对其影响,并从细观力学的角度上描述了直剪试验过程中颗粒的运动机理。直剪试验过程中的碎石细观结构变化的颗粒流仿真,是关于碎石细观力学特征与宏观力学响应相关联的初步研究。     

交通荷载作用下淤泥质黏土不排水剪切强度特性研究

动荷载加载时软土会产生超静孔隙水压力，使有效应力逐渐降低，引起软土不排水强度衰减。为了研究软土在动荷载作用下随振动次数变化的强度软化规律，建立一个考虑振动频率因素的动孔压-振动次数关系计算公式，进行试验验证分析，并将该公式引入基于临界土力学理论的动荷载作用下不排水抗剪强度计算公式中，从机理上分析不排水抗剪强度随振动次数变化关系曲线的发展规律，与试验结果进行对比验证。结果表明:改进的孔压-振动次数关系计算公式能考虑振动频率的影响，在10 000振动次数下u/σ’3为0.45~0.65。建立的半经验不排水抗剪强度-振动次数关系计算公式能预测不同振动频率下，任意振动次数的不排水强度值，振动次数为10 000时不排水抗剪强度衰减到25%~80%。     

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。     

含水量对粉土强度影响的试验研究

粉土具有较高的"水敏性",在非饱和状态下,粉土具有非饱和土的特性。随着含水量的不同,粉土的强度呈现不同的变化。文中通过常规直剪试验,初步探讨了含水量与强度的关系,并对试验数据进行了曲线拟合,得出了相应的拟合函数,同时,试验发现,粉土的粘聚力受含水量影响较为明显。随着含水量的增加,粉土的强度衰减非常快。     

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。     

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。     

考虑流固耦合的公路高边坡稳定性分析与加固措施研究

高边坡失稳是渗流场与应力场共同作用下的结果，降雨入渗下边坡含水量增大而土体抗剪强度减小， 对于非饱和状态下土体的抗剪强度利用Fredlund公式进行分析，建立流固耦合的分析模型，并通过Soilworks软件对工程边坡进行分析，评估加固效果，指导设计制定合理的加固方案，以保障运营安全、减少人员伤亡和经济损失。     

基于强降雨的膨胀土边坡稳定性分析

采用Midas-GTS软件,基于非饱和土强度理论Fredlund强度公式和饱和土有效应力原理,分析安康地区某膨胀土边坡在强降雨工况下坡体内各土层的孔隙水压力变化,并利用渗流-应力耦合研究边坡的稳定性。研究结果表明：随着降雨持时增加,膨胀土边坡体内孔隙水压力逐渐增大,表层膨胀土逐渐饱和,膨胀土的抗剪强度逐渐降低;同时降雨引起边坡体内地下水水位变化产生变化的空隙水压力。通过渗流-应力耦合分析,得出暴雨工况下不同降雨持时的边坡安全系数,其随降雨持时增加而逐渐减小,在降雨持时24h时安全系数降至0．89。     

软土土工试验中有关问题体会浅析

室内土工试验,是一项重复性较高而又复杂、细致的试验活动,所得出试验数据的准确性,既是研究工作的基础之一,又直接关系到设计计算的可靠性和施工的工程质量。特别是低强度、易扰动的软土,试验数据的准确性尤显重要。结合京津塘、淮盐、连徐等多条高速公路的软土路基,就软土试验中的准确性进行分析,对软土剪切试验、固结试验和泥炭土试验中的一些规律和试验重点做一些介绍。望能对专业人士有所借鉴。     

植物根系固坡作用的试验与计算

为了从力学机制上探讨植物根系的锚固作用,采用室内大型直剪试验和数值分析方法,对植物根系锚固的有关规律进行分析。研究结果表明:根系的加入不仅改变了土的抗剪强度曲线形态,而且形成了根系复合土,提高了土体抗剪强度;不同的根系分布形态、分布位置对根系土强度和边坡稳定性的影响不同,根系位于边坡中上部可以获得更好的固坡效果;总的来说,植物根系具有比较明显的固坡作用。     

考虑降雨对土体强度影响的公路高边坡稳定分析

边坡工程中,土体一般处于非饱和状态,将非饱和土力学理论应用于边坡稳定分析,已成为当今岩土工程研究中的一个热点。总结了非饱和土力学理论,特别是土水特征曲线的研究现状,利用土水特征曲线,建立了一个非饱和土含水量与强度的关系式,并用来对粤赣高速公路残积土高边坡进行了稳定分析。揭示了土体含水量在高边坡稳定分析中的重要作用,提出把含水量作为边坡稳定分析的一个重要参数,该计算分析思想在高速公路高边坡设计和施工中具有广泛的参考价值。