粉质黏土在不同应力路径下剪切变形特性研究

针对无锡地区代表性的原状粉质黏土,模拟基坑开挖不同应力路径条件,探索土体在不同应力路径条件下的应力-应变状态规律,为合理选择本构关系和合适参数提供基础。通过对无锡地区代表性的原状粉质黏土进行不同应力路径的模型试验,将得到的应力应变双曲线图归一化,采用HSS模型对试验进行模拟,并与试验结果作对比。得出:无锡粉质黏土具有明显的非线性特性,不同应力路径对土体的变形及强度有着显著的影响。HSS模型计算土体应力应变时,模型会根据加卸载状态选择相应的模量,能够更好地模拟无锡粉质粘土的不同应力路径对初始模量的影响。     

冻融条件TG固化剂石灰土无侧限抗压强度影响因素试验研究

为了研究TG固化剂石灰土在冻融条件下的强度特性,采用不同试验方法,对TG固化剂石灰土进行不同冻融循环次数和压实度条件下的无侧限抗压强度试验,得到不同试验条件和试验方法对TG固化剂石灰土应力应变特性、强度以及破坏形态的影响规律。试件的破坏形态和试验结果与试验方法关系密切,试验过程中加载板尺寸与试件尺寸越接近,试验结果越准确。为提高试验结果的准确性,提出试验结果修正系数α。无侧限抗压强度随着压实度的增加呈线性增长,随冻融循环次数的增多而逐渐减小,且经历1次冻融循环后强度损失最大,应力应变曲线可分为3个阶段,冻融循环次数以及压实度的改变对应力应变曲线有不同程度的影响。     

干湿循环作用下银川地区重塑粉质黏土强度劣化试验研究

地处黄河冲积、湖积平原的银川地区,粉质黏土分布广泛,为探讨干湿交替环境对粉质黏土强度劣化规律,选取银川地区典型粉质黏土,制作不同压实度和饱和度的重塑土样,进行了不同干湿循环次数和不同围压下的不固结不排水三轴试验。分析了应力应变曲线形式、峰值应力、抗剪强度指标的试验数据。结果表明:(1)干湿循环作用改变土体应力应变曲线形式,随干湿循环进程的发展,其形式由应变硬化型过渡为应变软化型,且3次干湿循环后,软化程度逐渐增大;(2)干湿循环前期、末期峰值应力在高饱和度下衰减较快,干湿循环中期峰值应力在低饱和度下衰减较快,并且认为干湿循环作用对不同压实度、不同饱和度及不同围压下土体具有归一特性;(3)干湿循环后,黏聚力与内摩擦角均发生劣化,但黏聚力劣化程度较内摩擦角更大;干湿循环前期黏聚力在高饱和度下劣化较大,干湿中期、末期在低饱和度下劣化较大,且黏聚力随干湿循环次数的劣化规律在低饱和度下符合线性回归,高饱和度下符合二次曲线回归,相关性较好。     

粉质黏土小应变硬化本构参数研究

粉质黏土是中国广泛分布的一种易胀缩、透水性差的软土,其力学参数确定和本构模型修正一直是研究重点。文中以长沙轨道交通6号线典型粉质黏土为研究对象,通过土工试验确定其物理力学参数;借助ABAQUS软件和二次开发手段,对小应变硬化模型、摩尔-库伦模型和修正剑桥模型等进行计算对比,得出小应变硬化模型的三轴应力-应变曲线与土工试验所得三轴应力-应变曲线最接近,明确了该模型对粉质黏土的适用性。     

基于干湿循环与三维条件下污泥固化土邓肯-张模型研究

为研究城市污泥固化土作为路基填料时其在复杂应力状态下的力学特性，通过GCTS真三轴试验仪对城市污泥固化土进行不固结不排水试验，探讨其在不同干湿循环次数和中主应力比条件下的应力-应变特性和抗剪强度指标变化规律，并在三维条件下对邓肯-张模型进行了双重修正。研究结果表明：当干湿循环次数和围压一定时，污泥固化土的结构屈服应力随着中主应力比的增大而增大；当中主应力比和围压一定时，污泥固化土的结构屈服应力随着干湿循环次数的增加而降低，且干湿循环次数为3时降幅最大，干湿循环次数大于5之后土体结构屈服应力降幅较小；此外，对比污泥固化土的真三轴试验曲线与邓肯-张模型预测曲线，发现理论曲线与试验曲线存在一定差异，而通过考虑中主应力比、干湿循环次数和中、小主应力差作用的影响对污泥固化土邓肯-张模型进行2次修正，使得到的邓肯-张模型预测曲线与真三轴试验曲线基本一致，该预测曲线可准确反映污泥固化土的真实受力状态，可为其在路基工程中的应用、施工提供理论指导和预测分析。     

地铁联络通道人工冻结粉质粘土变形与温度特性试验研究

为研究温度对粉质粘土变形特性的影响,以冻结粉质粘土为研究对象,通过三轴剪切试验,研究了不同温度条件下粉质粘土变形特性.试验结果表明:温度对土体的变形和强度存在显著影响.同一偏应力作用下,温度越低,变形越小.温度与冻结粉质粘土强度大致呈反余切函数关系.冻结粉质粘土应力-应变关系呈硬化型,无峰值强度.未冻粉质粘土应力-应变关系呈软化型,有峰值强度.依据Duncan-Chang模型建模思路建立了以温度为影响因子的冻结粉质粘土本构模型.偏应力和应变呈幂次函数关系.温度则主要通过幂次函数的系数A和B影响冻结粉质粘土的应变.最后,将建立的本构模型导入有限元分析软件MIDAS中,并以沈阳地铁DK11+ 395联络通道处工程为例,对冻结法施工过程中的土体变形进行了数值模拟.数值计算结果与现场监测结果吻合程度较好,验证了所建立本构关系模型的有效性.     

基于Martin-Darvidenkov模型的冻结粉质黏土动力特性研究

冻土作为一种由固体矿物颗粒、冰晶体、未冻水及气体组成的多相结构体系,其动力学性质相较融土更为复杂。为了研究冻土动力特性的演化规律,探究等效线性黏弹性模型对冻土的适用性,以青藏粉质黏土为对象开展了一系列分级循环加载条件下的低温动三轴试验,深入分析冻土动弹性模量和阻尼比随振次、围压及动应变幅值的变化规律。研究结果表明：冻结粉质黏土骨干曲线的初始斜率随围压的增大而减小,体现了围压的强化作用;分别采用H-D模型和M-D模型对冻土的骨干曲线进行描述,结果显示相比H-D模型,采用M-D模型可以较好地模拟冻结粉质黏土骨干曲线在高动应变幅值下的软化现象;冻结粉质黏土的动弹性模量随动应力幅值的增大非线性减小,且基于M-D模型的动弹性模量预测模型可较好地描述冻结粉质黏土动弹性模量随动应变幅值的非线性变化规律;在每级循环荷载作用下,动弹性模量随振次的增大有小幅波动;滞回曲线面积随动应变幅值的增大呈非线性增大的趋势,阻尼比随动应变幅值的增大呈现出先减小后增大的趋势。此外,在每级动荷载作用下,当加载级数较小时,阻尼比随振次的增大逐渐减小,随着加载级数的增大,阻尼比随振次增大而减小的趋势逐渐减弱;当加载级数较大时,阻尼比随振次的增大呈现出逐渐增大的趋势。     

冻融循环作用下粉质黏土抗剪特性及土钉锚固效果研究

以赤峰中心城区综合管廊工程基坑的土钉支护的冻融循环现象为研究背景,进行了粉质黏土的冻融循环和剪切破坏试验,研究了粉质黏土在不同冻融循环条件下的剪切应力和摩擦角与冻融循环次数的关系,并计算了土钉顶端抗拔力,验证了工程设计的稳定性和可行性。研究表明:随着冻融循环次数增加,粉质黏土的粘聚力平均值和摩擦角平均值均呈"先快速衰减,后缓慢发展"的变化趋势,均呈一节指数函数衰减。两者的衰减系数与冻融循环温度差分别为对数函数与二次函数关系,表明冻融循环效应对两者的影响程度不同;相同冻融循环温度范围内,土钉顶端的抗拔力T5 T10≈T15;而相同冻融循环次数作用下,T(-25～25℃) T(-15～15℃) T(-5～5℃);研究验证了土钉实际抗拔力均远大于设计要求,基坑边坡稳定性达到设计要求。研究结果可为寒区管廊工程边坡的安全施工提供理论依据。     

低液限粉质黏土最大主应力差与含水率关系特征研究

粉质黏土天然孔隙比大,压缩性高,盾构施工中,经常会遇到粘附刀盘和地表沉降过大等问题。研究粉质黏土最大主应力差与含水率的关系,对减小刀盘粘附和控制地表沉降具有重要的意义。试验研究了应力水平和应力路径对主应力差关系特征的影响,获得了不同围压条件下土的抗剪强度的变化规律。结果表明:土样破坏特征为明显的鼓型破坏;粉质黏土对于含水率的变化非常敏感,2%含水率的变化都会使粉质黏土的强度发生明显改变;拟合出可用于估算一般低液限粉质黏土最大主应力差的经验公式。     

固化红黏土的强度特性及邓肯—张参数研究

固化红黏土强度特性和崩解性的改善是其在工程中广泛应用的重大前提，为研究不同F1和水泥掺量对固化红黏土强度特性、崩解性和邓肯-张模型参数的影响，开展不同F1和水泥掺量下固化红黏土的无侧限强度试验、崩解试验以及三轴试验。研究发现：F1可显著改善土体的水敏性和密实度，极大地提高固化土的无侧限抗压强度，加入水泥的固化土冻融5 d后强度显著增大，随着冻融循环次数的增加，固化土的强度均表现出衰减的趋势，F1掺量越高，衰减趋势越低；F1和水泥亦能显著改善红黏土的崩解性；固化土邓肯-张模型参数破坏比R_f随F1掺量的增大而增大，随水泥掺量的增大而减小；抗剪强度指标、初始弹性模量E_i和初始切线模量参数K均随着F1和水泥掺量的增大而增大，初始切线模量参数n随F1掺量的增大而减小，随水泥掺量的增大而增大。     

冻融循环作用下黄泛区饱和含盐粉土动力性能及细观损伤演化规律

山东省黄泛区地处季节性冻土区,当地大量采用含盐粉土修筑公路路基,冻融循环作用后路基土动力性能受损,在车辆荷载作用下会发生路基翻浆病害。为研究冻融作用、盐分含量对饱和路基粉土动力性能及细观结构特征的影响,针对不同含盐量粉土开展有侧限封闭冻融试验,采用振动三轴试验测试多次冻融作用后解冻状态土样的骨架曲线、动模量和动阻尼比,同时采用核磁共振技术测试经历多次冻融循环后解冻状态饱和土样的横向驰豫时间T₂谱曲线。研究结果表明：冻融作用后动应力幅值与动应变幅值之间符合修正的Hardin-Drnevich模型,当冻融6次后骨架曲线趋于稳定;初始动模量损伤度随冻融循环次数呈双曲线型增大,氯化盐含量小于12%时,随含盐量增加初始动模量损伤度呈线性增大;阻尼比随动应变幅值增大增加明显,随盐分含量、冻融次数增加而增大;随冻融次数增多,T₂谱曲线主峰信号强度幅值减小,同时会产生横向驰豫时间长的波峰;T₂级配曲线趋于连续光滑,形态趋于相似,不均匀系数和曲率系数趋于稳定;无盐粉土T₂级配曲线的不均匀系数逐渐减小,并约稳定于5.6,曲率系数先减小后增大,并约稳定于0.986;当经历冻融6次后,随含盐量增加,T₂级配曲线不均匀系数先增大后减小,曲率系数先减小后增大。     

考虑冻融循环的聚酯纤维沥青混合料性能研究

为研究聚酯纤维掺量对沥青混合料路用性能和冻融损伤劣化规律的影响,通过高温车辙试验、低温劈裂试验、水稳定性试验和冻融循环条件下小梁弯曲试验,对比分析聚酯纤维掺量为0.0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%时沥青混合料动稳定度、极限弯拉强度、弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比和冻融弯曲应变的变化。结果表明,随着聚酯纤维掺量的增加,沥青混合料路用性能指标和冻融损伤性能呈现先增大后减小的趋势,聚酯纤维掺量为0.2%左右时,沥青混合料动稳定度出现峰值(3 512次/mm),抗弯拉强度提高12.4%,极限弯曲应变增加7.6%,弯曲劲度模量超过2 670 MPa,马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比分别提高2.2%、3.2%;聚酯纤维掺量为0.2%左右、冻融循环次数为12次时,弯曲破坏应变出现峰值,抗冻融性能最佳;聚酯纤维沥青混合料的弯曲破坏应变与冻融循环周期呈负相关关系,冻融循环次数超过12次时,弯曲应变下降速率减小并逐渐趋于稳定。     

冻融条件下盐渍土抗剪强度特性试验研究

通过对新疆岳普湖~英吉沙公路及和硕~库尔勒高速公路沿线的天然盐渍土室内基本性质试验分析,选取典型天然盐渍土,在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验,从土类角度研究了天然盐渍土在多次冻融循环时的强度变化特征。试验结果表明:经多次冻融循环,低液限粘土试样粘聚力自下而上线性减小,内摩擦角呈S形分布;含砂低液限粘土试样冻融循环过程中,试样粘聚力呈反S形分布,内摩擦角均呈S形分布;低液限粉土试样各层土粘聚力随着冻融循环次数的增加逐渐减小,各土层内摩擦角随着冻融循环次数的增加而减小。     

太原黄土含水率对邓肯-张模型参数影响研究

为研究太原黄土的工程力学特性以及分析含水率对黄土整体稳定性的影响,对土样进行不同初始条件的室内三轴试验,将试验结果用邓肯-张模型进行拟合分析,获得了太原黄土的邓肯-张模型参数及其随含水率变化的规律。结果表明,随着含水率增大,黄土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均有减小趋势,初始含水率较小时,试样有应变软化趋势,表现出剪胀现象。切线弹性模量及体积变形模量都随含水率的减小而增大,随应变的增大而迅速减小。在工程建设中要严格控制黄土的含水率等相关指标。     

考虑流变特性的黄土高路堤沉降过程计算方法

基于一维蠕变试验成果,并借助Kelvin流变模型建立了能同时考虑时间-应力-应变三者互动的Kelvin-双曲线经验模型.通过分析,表明该模型能反映压实黄土随时间增加,应变逐渐增大,应变速率逐渐减小,呈衰减型发展的蠕变特性.同时考虑到实际工程中填土荷载分级施加、前后两级荷载施加的时间间隔及填土层的厚度等问题,在做了必要的...     

基于钢渣+橡胶颗粒的新型填料抗剪强度特性试验

为了研究基于钢渣+橡胶颗粒的新型填料抗剪强度特性,采用全自动三轴仪开展考虑橡胶颗粒掺入比和橡胶颗粒粒径影响的固结排水试验,分析新型填料的应力、应变特性、破坏偏应力特征和抗剪强度指标等随橡胶颗粒掺入比和橡胶粒径影响的变化规律,并将新型填料的抗剪强度指标与传统土类的抗剪强度指标进行对比;最后,采用邓肯-张模型模拟新型填料的本构模型,分析邓肯-张模型参数,评价邓肯-张模型模拟新型填料本构模型的优劣。结果表明:橡胶掺入比为10%的新型填料密度与传统土类相近,抗剪强度指标则相对较高,可应用于软土地基换填处理,也可替换砂土应用于一些回填工程中;当橡胶掺入比为10%,橡胶粒径为2~4mm时,新型填料的抗剪强度最高,且因橡胶颗粒含量较高,孔隙比较大,透水性好,新型填料可用于边坡挡土墙的回填料;新型填料主要用于浅层回填,轴向应力不大,采用邓肯-张模型模拟新型填料的本构模型能够恰到好处地发挥其优势,但邓肯-张模型无法反映橡胶颗粒含量较高的新型填料的剪胀特性,凸显了邓肯-张模型模拟新型填料的劣势。新型填料抗剪强度特性的试验研究成果和本构模型的理论分析结果可为新型填料工程应用提供理论参考和施工指导依据。     

不同湿度膨胀土无侧限抗压强度随冻融循环的演化规律

为研究膨胀土无侧限抗压强度随初始湿度状态和冻融循环次数的变化规律及其内在机理,以棕红色弱膨胀性膨胀土为研究对象,压实系数0.9为密实度控制指标,分别配制初始含水率为20%,23%,26%的膨胀土试样,采用-15,20℃为冻结、融化边界温度,将制备好的试样放入冻融循环试验箱进行冻融循环作用。利用全自动三轴仪对经过不同冻融循环次数后的膨胀土试样进行无侧限抗压强度试验。结果表明:压实度为0.9的膨胀土应力应变曲线存在由最优含水率条件下的"软化型"向高含水率状态下的"硬化型"转变趋势;随冻融循环次数的增加,土体应力应变关系曲线呈梯度性向应变横轴靠拢收缩;膨胀土无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加而迅速衰减,且衰减幅度随着初始含水率的增加而增大;经过10次冻融循环后膨胀土的剩余无侧限抗压强度分别仅为其未冻融土体强度的55%(w=20%)～31%(w=26%)。     

多年冻土区冻融循环作用对沥青混合料弯拉性能的影响

为准确评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青混合料弯拉性能和细微观结构的损伤机理,针对北方寒冷地区沥青路面在荷载、低温、水冻融循环作用下剩余弯拉强度和疲劳寿命进行研究,制定了适宜的冻融循环试验方案,建立了不同沥青结合料沥青混合料的空隙率、弯拉强度(弯拉应变)、劈裂强度和疲劳寿命在不同冻融循环作用次数下的衰变规律,基于工业CT无损检测分析技术,获得了不同冻融循环次数下四种沥青混合料细观空隙结构变化特征,研究了冻融循环作用对沥青混合料平均空隙直径、空隙轮廓分维数的影响规律,分析给出了冻融循环作用下沥青混合料弯拉性能的损失率计算模型。结果表明:沥青混合料的弯拉强度、最大弯拉应变、劈裂强度、疲劳寿命随冻融循环次数的增加呈减小趋势,经历25次冻融循环后弯拉性能和疲劳寿命衰减趋于平缓。沥青混合料受冻融循环作用后弯拉强度和抗疲劳性能衰变规律符合logistics曲线模型;随着冻融循环次数增大,沥青混合料内部平均空隙直径增大,空隙轮廓分维数减小,平均空隙直径与沥青混合料弯拉性能之间的线性拟合关系良好;使用改性沥青具有维持冻融循环作用下沥青混合料内部空隙直径、空隙轮廓分维数变化不大的作用,在高原寒冷地区建议优先选用SBS或SBR改性沥青。     

冻融循环作用下压实粉土的剪切强度性能试验研究

为了探究冻融及含水率对压实粉土抗剪性能的影响,以郑州粉土为研究对象,在不同制样含水率下,对不同冻融循环次数作用下的路基压实粉土进行直接剪切试验。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,抗剪强度及黏聚力呈先降低后趋于稳定态势,其中以首次冻融循环的降幅最为明显;土的内摩擦角随着冻融循环次数的增加出现小幅下降。冻融循环过程中,随着含水率的增大,土的抗剪强度及黏聚力劣化幅度增加,内摩擦角的衰减幅度受含水率的影响不明显。工程建设中,应合理设置路基防排水设施,减少冻融循环作用对土体力学性能的影响。     

环境负温与升温梯度作用下冻土强度特性试验研究

随着西部经济快速发展,冻土区工程日趋活跃,冻土灾害问题愈显突出。为了减少灾害,提高工程耐久性,必须进行冻土区地基承载力的力学特性与温度变化的关系研究。文章采用青海省果洛州海拔4 200m处冻土,在室内模拟不同环境负温与升温梯度的冻土常规三轴压缩试验,得到冻土在不同环境负温、不同升温梯度下的应力-应变曲线以及强度-温度关系曲线并进行分析。试验结果表明:低温冻土到高温冻土的破坏特征是由脆性破坏过渡到塑性破坏,其应力应变关系由广义双曲线模型变为邓肯-张模型;环境负温与升温梯度的不同,使得冻土强度折减不同;设计冻土区地基承载力时,需根据当地温度和升温梯度等变化特点修正冻土区地基承载力特征值。