不同应力路径下非饱和黄土结构特性及其本构模型研究

以不同含水率的原状黄土与相应的重塑黄土为研究对象进行等应力比加载试验,探讨黄土在不同应力比三轴试验条件下的结构变化特性,求取非饱和黄土不同应力条件下的综合结构势参数,选择合适的硬化参数建立非饱和黄土的弹塑性本构模型。研究结果表明:原状黄土与重塑黄土的p-εv曲线有明显不同,应力比k相同的原状样较重塑样的体应变εv偏小;原状黄土的结构破坏强度随含水率的增大而减小且与含水量呈幂函数关系,结构性参数mp随球应力p及应力比k的增大而减小,且不同应力比下的结构性参数mp最后几乎稳定在同一水平;原状黄土的mp*εv-p关系曲线中结构性应变mp*εv与应力p表现为双曲线形式,选择合适的硬化参数可建立弹塑性本构模型较好地模拟不同围压与初始含水量下结构性黄土的应力应变特性。     

膨胀土损伤增量规律试验研究

进行了原状膨胀土浸水及不浸水的三轴剪切试验过程的CT扫描。提出了密度损伤增量、空隙损伤增量和总损伤增量的概念。发现在剪切过程中随着轴向位移的增大,对于干土样,密度损伤增量开始缓慢地增大,当达到峰值强度后,密度损伤增量开始迅速减小;孔隙体积在一直增大,裂隙在不断扩展;膨胀土的总损伤增量随着剪切位移的增大开始有微小的增量,但是峰值强度过后,开始大幅度的减小,说明开始时,密度损伤增量占优势,且试样被压密,后来孔隙的发展占优势,直接导致膨胀土的破坏。对于湿样,密度损伤增量随加水量的增大呈先增加后减少的变化,空隙损伤增量随加水量的增加而增加,总损伤增量随加水量的增加呈先增加后减少变化趋势,说明后期膨胀占优势,最终导致试样的破坏。     

原状湿陷性黄土的结构性本构模型

研究目的:黄土的应力和含水率状态对应着一定的结构状态,微观结构性的改变,引起宏观力学性状的改变。湿陷性黄土在力与水的共同作用下,产生原生结构性的损伤和湿陷变形,对增湿和加荷耦合作用下的结构性变化规律,应力应变关系和增湿变形等力学特性的研究有重要的意义。研究结论:不同含水率和固结围压条件下原状结构性黄土的应力应变变化规律,以及由增湿、固结作用和剪切变形反映了土体结构性损伤规律;统一考虑增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,建立的反映结构性变化的非线性本构模型,能够描述应变软化和硬化型应力应变关系曲线,实现了土的结构性与其本构模型研究的统一。     

黄土弹塑性模型的试验研究

目前在黄土地基计算中,能较好地反映土在达到破坏之前就产生塑性剪切变形和塑性体积变形的本构模型较少,分析表明,帽盖模型能反映这一重要特征。文章根据三轴的均压固结试验和CD试验资料,建立了黄土的弹塑性帽盖模型,模型的帽盖屈服曲线为椭圆,硬化参数为塑性体应变,破坏准则采用广义的密赛斯准则,给出了模型的所有计算参数,并分析了黄土的弹塑性特征,为黄土地基的弹塑性分析提供参考。     

原状、挤密黄土地基的有限元法计算及分析

通过对原状、挤密黄土地基的有限元法计算及分析,探讨了原状黄土地基的变形、强度特征以及挤密对它的影响,得出由于灰土挤密层变形模量增大,使强度增大,变形减小;挤密地基的应力分布范围比原状土地基大,使下卧层的原状土附加应力减小,受力条件得以改善.     

原状黄土的结构强度变形特性分析

研究目的：在试验的基础上，分析原状黄土微结构性状及黄土的强度变形特性与黄土微结构的内在联系。 研究方法：采用扫描电镜图象分析及室内静三轴剪切试验的方法，对Q3、Q2原状黄土的结构性状及强度变形特性。研究结果：黄土的结构特性随着埋藏深度的增加，由支架大孔微胶结结构逐渐变为镶嵌微孔半胶结结构，支架大孔孔隙发育变为粒间孔隙发育，再为微孔孔隙发育。黄土的结构性是控制其强度变形特性最为重要的因素之一，上层Q3黄土的结构可稳性较大，可变性较小，在受荷过程中其应力应变曲线表现为较明显的变形软化性质；随着埋藏深度的及围压的增加，下层Q2黄土的结构可变性逐渐变大，而可稳性变小，在受荷过程中其应力应变曲线表现出较明显的变形硬化特性。 研究结论：黄土的强度变形特性是黄土结构可稳性和可变性的综合反映，和黄土颗粒的连接特性及排列特性相关。     

关中地区重塑黄土强度特性三轴试验研究

利用应变控制式真三轴仪对陕西关中地区非饱和重塑黄土进行了固结排水常规三轴剪切试验,研究压实系数和含水率对重塑黄土强度变形特性的影响。研究结果表明:重塑黄土的抗剪强度随着压实系数和围压的增大而增强,应力应变曲线从弱硬化型向强硬化型转变并向应变软化型发展;抗剪强度随含水率的升高而降低,应力应变曲线以应变硬化型为主;压剪破坏形态呈剪胀性,压实系数和含水率越高,剪胀性越明显;压实系数对黏聚力和内摩擦角影响较大,对黏聚力影响尤为明显;含水率对黏聚力影响明显,对内摩擦角影响不大。     

原状黄土各向异性及卸载变形特征试验研究

为揭示原状黄土的各向异性和卸载变形特征,从水平和竖向2个方向取样,通过湿陷性试验、压缩试验、直接剪切试验、三轴剪切试验和卸荷三轴试验,对郑西客运专线贺家庄隧道出口洞顶Q3黄土进行黄土各向异性及卸载变形特征试验研究。结果表明:黄土的竖向和水平方向力学指标有明显差异,竖向和水平方向的压缩模量E1~2平均值分别为5.82和6.83MPa;黄土竖向湿陷性系数平均值为0.026,明显大于水平湿陷性系数平均值0.019;抗剪强度参数中水平向黏聚力大于竖向黏聚力,内摩擦角变化不大;黄土的卸荷变形与主应力差呈线性变化规律,当主应力差减小至0~90kPa时,迅速发生破坏,破坏时应变为0.5%~3.5%;原状黄土的破坏具有突变性,主要表现在卸荷破坏变形很小,破坏变形时间短,速度快。     

黄土湿化特性的三轴试验研究

研究目的：本文旨在通过三轴试验，研究黄土湿化应力应变关系、强度特征及影响因素。 研究方法：通过等围压固结湿化试验和三轴剪切湿化试验进行研究。 研究结果：获得不同围压条件下固结湿化变形随时间变化规律，初始含水量、压实度的影响规律；获得不同应力水平下湿化应力应变关系、剪切湿化变形规律以及湿化对强度的影响等成果。 研究结论：（1）湿化变形受初始含水量及压实度的影响很大；（2）湿化条件与不浸水条件下，应力一应变关系均表现为应变硬化特性；（3）剪切湿化体积变形随应力水平的增加而减小，轴向变形随应力水平的增大而增大；在同一应力水平下，体积变形与轴向变形均随平均主应力的增大而减小；（4）湿化不仅降低了黄土的强度，也降低了黄土达到破坏时的应变。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。     

兰州新区大厚度湿陷性黄土宏细观参数试验研究

为了探明兰州新区大厚度黄土宏、细观参数随土层埋深的变化情况,在现场采取原状土样,开展室内物理力学参数试验和电镜扫描测试,研究其宏观物理参数和微观结构参数随土层埋深的变化规律,并将室内试验和现场测试得到的自重湿陷系数进行对比分析。研究结果表明：原状黄土的基本物理参数均随深度呈规律性变化,随着埋深增加,上覆土压力增大,黄土的含水率和干密度呈线性增加,渗透系数、孔隙比和自重湿陷系数明显减小。深度由2 m增加至30 m时,含水率、干密度分别增加18.46%,29.23%,孔隙比从1.08减小至0.71,自重湿陷系数由0.142降至0.006。不同深度处黄土中各矿物成分的含量基本一致,石英含量均为最高(53.90%～59.52%),伊利石含量次之,白云石、绿泥石含量较少。通过扫描电镜试验可知,兰州新区黄土的物理参数和微观结构具有较好的对应关系。浅层黄土大孔隙发育,易遇水而破坏,产生湿陷变形。随着深度增加,黄土中挤密镶嵌结构越来越发育,大孔隙结构减少,表现为干密度增加,孔隙比减小,湿陷性减弱。室内试验和现场测试得到该场地的自重湿陷下限深度大致相当,在地面以下22 m左右。现场试验和室内试验测得的自...     

高阻尼橡胶支座剪切性能压力相关性试验研究

研究目的:在实际地震中由于水平倾覆力矩和竖向地震作用的影响,基础隔震结构中橡胶支座承受的竖向压力将会产生较大变化,而橡胶支座竖向压力的变化将会对支座的剪切性能产生一定影响,因而有必要对支座剪切性能的压力相关性进行研究。本文采用低周反复循环加载试验方法对高阻尼橡胶支座进行压剪试验,研究压应力和剪应变对支座剪切性能的影响,从而建立高阻尼橡胶支座剪切性能的压力相关性经验公式。研究结论:(1)随着压应力和剪应变的增大,支座的滞回曲线越来越饱满,支座的耗能能力增大,并出现了明显的刚度硬化现象;(2)支座的屈服力和等效阻尼比随着压应力的增大而增大,随着剪应变的增大,压应力对屈服力的影响逐渐增大,压应力对等效阻尼比的影响有所减小;(3)支座的屈服后刚度随着压应力的增大而减小,随着剪应变的增大,压应力对屈服后刚度的影响逐渐减小;(4)当剪应变较大时,水平等效刚度随着压应力的增大而增大;(5)根据试验结果给出了支座剪切性能的压力相关性经验公式,可供高阻尼橡胶支座基础隔震结构设计人员参考和使用。     

干密度对生物质垃圾炉渣力学特性的影响

生物质垃圾炉渣是一种典型的颗粒状材料,可以代替骨料作为路基垫层材料。为了研究干密度对炉渣力学特性的影响规律,对干密度为0.9,1.0,1.1 g/cm3的炉渣试样进行三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:炉渣力学特性与应力状态和干密度密切相关;松散炉渣的应力-应变曲线呈现硬化特性,紧密炉渣的应力-应变曲线软化特征明显;炉渣的初始弹性模量、黏聚力、内摩擦角均随着干密度的提高而增大。     

活性粉末混凝土的常规三轴压缩性能试验研究

通过活性粉末混凝土在不同围压下的常规三轴压缩试验,研究活性粉末混凝土的破坏形态、强度特征和变形规律。结果表明:围压≤60 MPa时,活性粉末混凝土的常规三轴压缩破坏形态主要表现为劈裂破坏,围压为65MPa时,破坏表现出挤压流动特征;在不同的围压条件下,活性粉末混凝土试件的应力—应变曲线的形状基本相似,均经历压密、弹性、应力软化和荷载稳定下降4个阶段;活性粉末混凝土的三轴抗压强度、弹性模量和轴向峰值应变均随围压的增大而近似线性增长,但活性粉末混凝土的三轴抗压强度随围压增长的速度较普通混凝土缓慢;在到达峰值应变之前,活性粉末混凝土的割线泊松比表现出随围压的增大而减小的规律,此阶段的体积应变表现为压缩。     

橡胶垫对隧道衬砌管片接触特性的影响试验研究

利用粘贴有橡胶垫的混凝土试件来模拟管片和橡胶垫,通过直剪试验分析了橡胶垫对隧道衬砌管片接触特性的影响。试验结果表明:混凝土与混凝土直接接触时剪切应力随剪切位移变化过程可分为弹性、塑性硬化和理想塑性变形3个阶段;混凝土试件粘贴橡胶垫后,接触面出现明显的软化变形阶段,橡胶垫在混凝土之间起到良好的缓冲作用,可以释放应力,延缓管片的失稳破坏过程。采用Archard非线性摩擦幂次准则描述了两种接触条件下接触面剪切峰值应力与轴向应力的关系,为类似接触问题剪切峰值应力的预估提供依据。     

砂岩层理构造对力学特性影响分析

层理构造是影响岩石力学特性的重要因素,通过开展不同层理构造砂岩的三轴蠕变试验,分析层理构造对砂岩力学特性的影响。试验结果表明:砂岩具有蠕变特性,并且层理构造不同,蠕变特性具有明显的各向异性特性。分析表明,在三轴应力状态下砂岩表现出瞬时变形、衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变特征;在低应力水平条件下,砂岩变形以瞬时变形为主,随着应力水平增加,蠕变变形不断增大,最终导致试样破坏;随着层理角度增大,砂岩试件的长期强度、峰值强度、弹性模量先减小后增大,稳定蠕变速率呈"M"形变化;应力与层理夹角不同导致砂岩的破裂模式不同,层理角度30°时,主要发生沿着层理面的剪切破坏,其他层理角度时,主要发生斜交层理面的剪切破坏。     

压实黏性土剪切破坏参数探讨

压实黏性土是静水压力和应变率相关性材料,其强度与土体的实际应力状态有关.通过静水压力试验和常规三轴压缩试验,通过不同压实度和含水率下压实黏性土的应力一应变曲线,得到了剪切破坏面函数、剪切运动硬化和基于能量损伤软化函数.通过对试验数据的拟合分析,对黏性土剪切运动硬化参数和剪切破坏面参数进行了探讨,验证了在地基处理中,黏性土在低围压条件下表现出软化,而在高围压条件下表现出硬化的现象,可以采取强夯法与振冲法相结合对黏性土地基进行处理.     

单层土压密注浆压力及上抬力确定方法研究

考虑注浆过程中土体发生三维锥形剪切破坏,对单层土压密注浆压力及上抬力确定方法的进一步研究对工程实践具有特别明显的指导作用。采用球孔扩张模型和三维锥形剪切破坏模型来研究土体压密注浆加固的力学机理。将压密注浆过程视为理想土体中的球孔扩张问题,基于Mohr-Coulomb破坏准则,通过绕轴旋转将其破坏曲线改进为三维破坏模型,提出单层土压密注浆压力及上抬力的计算模型。并与其他计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性。     

基于离散单元法的道砟循环加载双轴试验研究

为从微观上分析列车循环荷载作用下道砟强度和刚度变化以及塑性变形的发展,用离散单元法模拟其在一次及二次加载条件下的双轴试验,分析2种情况在不同围压下道砟的力学特性并进行比较。结果表明:(1)第一次加载完成后,偏应力-轴向应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要取决于围压高低;体应变-轴向应变曲线包括剪缩和剪胀2个阶段,剪缩阶段比较短。(2)第二次加载完成后,不同围压的偏应力-轴向应变曲线均为硬化型,道砟整体强度和刚度减小,塑性变形发展迅速;试验过程中,道砟颗粒一直处于剪胀状态。     

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。