闽南砂性填料土水特征曲线的滤纸法试验研究

针对闽南地区典型砂性土填料，采用滤纸法试验测定滤纸含水率与平衡土体含水率，根据滤纸率定方程计算出土体基质吸力；进而采用三种数学模型拟合试验数据，选取最适合的V-G模型拟合得到其基质吸力的土水特征曲线。研究表明:同一干密度下，基质吸力随体积含水率下降而增大，初始增速缓慢，但随着含水率减小，基质吸力显著增大。由于闽南地区砂性土填料持水能力较弱，在设计时可考虑基质吸力引起的附加剪切强度以增大地基承载力，维持边坡稳定性。     

花岗岩残积土路堤边坡湿度的实测特征

为探究花岗岩残积土路堤边坡湿度的实测特征,选取江西某高速公路的半填半挖路堤边坡,采用预埋水势传感器和水分传感器的方法,进行了为期10个月的监测,并根据监测结果分析了边坡稳定性。结果表明:1.5 m深度范围内,土体的基质吸力和体积含水率均随降雨发生同步变化,在公路运营期间呈现明显的波动;监测点1的监测结果显示:水平距离距路肩最外侧4.0 m的土体,基质吸力的波动范围在7～21 kPa之间,体积含水率的波动范围在20%～33%之间;监测点2的监测结果显示:水平距离距路肩最外侧13.0 m的土体,基质吸力的波动范围在7～13 kPa之间,体积含水率的波动范围在36%～48%之间;受降雨渗流和地表积水的影响,下边坡的体积含水率明显高于上边坡,基质吸力则要显著小于上边坡;在基质吸力和体积含水率变化幅度较大时,可采用FredlundXing模型拟合土水特征曲线,R~2达到0.755;而在低基质吸力水平条件下,基质吸力的监测误差给曲线拟合带来困难。基于双应力状态变量的非饱和土抗剪强度公式,计算非饱和边坡的稳定安全系数,其结果大于1,表明边坡在监测周期内处于稳定状态;边坡稳定性随着土体深度增大而明显较小,基质吸力对其有一定影响,但影响程度随着土体深度和体积含水率的增大而减小。     

含水率对非饱和压实土抗剪强度影响试验研究

对压实土进行不同含水率直剪试验,得到其抗剪强度;利用接触滤纸法测量土基质吸力,得到其土水特征曲线;基于吸引力强度理论,探讨了在最优含水率附近的重塑土的基质吸力、黏聚力与含水率的关系。研究表明:基质吸力与含水率的关系曲线呈内凹双曲线形态,与含水率关系是单调递减的;黏聚力与含水率的关系曲线呈抛物线型,且在最优含水率处最大;转化率随基质吸力的增加而逐渐降低,高基质吸力下土体含水率偏低,基质吸力难以有效转化为吸应力,故而黏聚力偏小。     

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。     

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。     

短时强降雨作用下土质边坡稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流及非饱和抗剪强度理论,对土质边坡在短时强降雨条件下的渗流场进行数值模拟,在此基础上计算不同降雨时间的边坡安全系数。结果表明,降雨入渗将导致边坡内土体基质吸力降低甚至消失,导致边坡抗剪强度减小;雨水入渗会增大入渗区域暂态水荷载;在基质吸力降低与暂态水荷载增大的双重作用下,边坡安全系数下降。     

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。     

水位升降对沿湖路基边坡渗流特征及稳定性影响的数值模拟

为了研究水位升降对沿湖路基边坡渗流场及稳定性的影响,基于饱和-非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论对算例路基边坡在设计水位升降方案条件下的孔隙水压力、体积含水率、浸润线变化规律进行了分析,并在此基础上研究水位升降对其稳定性的影响。研究表明:对水位升降条件下路基边坡渗流场进行正确分析是进行稳定性研究的先决条件;水位上升将引起路基坡面深度一定范围内的孔隙水压力增大,在入渗影响范围内,基质吸力逐渐降低甚至消失。水位下降后,由于水体的渗出,湖水位面以上的路基土体孔隙水压力降低,路基含水率与孔隙水压力具有相似的变化特征;路基浸润线在水位升降过程中变化明显;水位升降过程引起的路基边坡安全系数的变化表现为迅速增大、缓慢降低、加速减小、缓慢增大4个阶段。     

含水量对压实粘土的变形及强度性能的影响

通过室内压缩试验和直剪试验,研究了含水量对压实粘土的压缩变形与抗剪强度的影响,并从土体结构与土中基质吸力变化两个方面分析了作用机理。试验表明:随压实含水量增大,粘土的压缩变形增加、抗剪强度降低;粘聚力随压实含水量增加并非单调变化,其曲线形式类似于“”形;内摩擦角随压实含水量增加,大体上是减小的。压实粘土浸水饱和后,压缩变形显著增加,抗剪强度和粘聚力则显著降低。且压实含水量越小的土体在其他条件相同时,因饱和引起的压缩变形、抗剪强度和粘聚力损失较大,内摩擦角受浸水饱和的影响较小。     

非饱和豫东粉土水力~力学特性试验研究

为了研究非饱和豫东粉土的水力~力学特性,进行了土水特征试验及直剪试验,探究了含水率、法向应力、压实度及干密度等因素的影响。土水特征试验结果表明:豫东粉土的土~水特征曲线具有显著的滞后现象,且压实度较小时,该现象更为显著。直剪试验结果表明:随着含水率和法向应力的增大,土体剪切变形逐渐由软化表现为硬化,且干密度越大这一现象就越显著;黏聚力随含水率的增大呈减小趋势,且其关系曲线呈折线形,其转折点出现在最优含水率附近;而含水率对内摩擦角的影响较小,且相同含水率时,内摩擦角随干密度的增大而增大。     

坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响

为研究坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响,结合饱和-非饱和渗流理论与非饱和抗剪强度理论对分层填筑路堤在不同水位升降速度下的渗流特征与边坡稳定性进行数值分析,并探讨了分层交错填筑厚度对路堤稳定性的影响。分析表明:1坡前水位上升引起路堤土体积含水率与孔隙水压力升高,坡前水位下降后,路堤顶部土体体积含水率与孔隙水压力继续升高,其余位置则逐渐降低,且坡面附近的降低幅度要大于路堤内部;2特征截面沿高程方向上的含水率分布具有明显的分层差异性;3坡前水位升降过程中,路堤边坡安全系数呈现先增大、后减小、再增大的变化规律;4炭质泥岩-粉土分层填筑路堤的最佳分层交错填筑厚度为炭质泥岩与粉质粘土填筑层厚度均为1.5m。     

降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律模型试验

基于室内模型试验及相似理论,利用含水率测试仪、张力计、土压力盒分别监测长时间大雨、短时间暴雨2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡体积含水率、基质吸力、坡前推力变化规律,研究这2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律,揭示暂态饱和区变化影响下粗粒土高路堤边坡失稳机理。结果表明：2种降雨工况下降雨初期,暂态饱和区主要分布在边坡表层,体积含水率逐层上升、基质吸力逐层消散;随降雨不断持续,长时间大雨工况下暂态饱和区主要呈S形分布,暂态饱和区扩展过程中路堤边坡各级坡脚处的体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力主要分布在路堤边坡坡脚深处,边坡土体抗剪强度削弱区域首先分布在各级路堤坡脚处并逐渐向边坡内部扩展;短时间暴雨工况下暂态饱和区呈J形分布,暂态饱和区在下路堤坡脚处分布的面积较大,暂态饱和区扩展过程中下路堤边坡下部坡脚附近体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力由表层向路堤深处逐渐增大,土体抗剪强度削弱区域主要分布在下路堤边坡坡脚处。     

堆积体边坡碎石土抗剪强度试验研究

基于大型室内直剪试验结果,对含石量及含水量分别与堆积体边坡碎石土黏聚力及内摩擦角的关系进行了深入研究。结果表明：碎石土黏聚力的大小随着含石量的增加,表现出先逐渐增大后减小的趋势,内摩擦角随着含石量的增大表现出逐渐增大的趋势;黏聚力随含水量的增大有一定程度的增大,超过碎石土中细粒土塑限含水量后逐渐减小。基于试验结果,将碎石土的黏聚力表示为含水量与含石量的二元函数,并提出了考虑饱和度与基质吸力影响的碎石土的抗剪强度公式,将有助于准确评估降雨作用下碎石土边坡的稳定性。     

融化期川西地区季节冻土边坡稳定性分析

为解决融化期季冻区边坡失稳问题，针对川西高原地区混合土边坡，综合考虑粗颗粒含量及含水率影响，采用大型直剪与常规直剪相结合的试验方案，获取混合土抗剪强度参数，基于冻土水热耦合理论，通过COMSOL有限元软件对边坡融雪入渗过程进行数值模拟，分析边坡水热场时空变化规律，同时考虑冻融过程中土体强度参数动态改变建立季冻区混合土边坡稳定性计算分析模型，分析融化期混合土边坡稳定系数、滑动面发展规律，定量分析总结融化期季冻区边坡失稳机理。结果表明：相同干密度条件下，混合土饱和渗透系数与粗颗粒含量成正比，抗剪强度与粗颗粒含量成正比而与含水率成反比；融化期边坡融雪入渗作用加强，浅层土体处于富水状态，形成最大厚度0.80 m的暂态饱和区；川西季冻区混合土边坡潜在滑动面与冻融交界面位置基本一致，滑动面形式主要是折线型，为浅层滑动；融雪入渗与冻土消融作用是季冻区边坡融化期失稳破坏的主要诱因，融化期间边坡稳定性系数减小速率随融雪入渗过程逐渐加快，融化深度最大时，边坡稳定性系数最小；川西地区季节冻土边坡稳定性主要影响因素为粗颗粒含量与初始含水率，粗颗粒含量越高，初始含水率越低，融化期边坡稳定性越好。     

基于吸力控制三轴试验的路基粉土抗剪强度及毛细黏聚力研究

针对湖南省某高速公路的路基粉土填料,开展了控制基质吸力的三轴试验,获取了基质吸力在0.05～300 MPa范围内粉土的抗剪强度,探讨了基质吸力与抗剪强度参数、应变软化幅度、脆性指数以及破坏模式的关系,并采用了两种预测模型对毛细黏聚力测试值进行拟合分析。结果表明,随着基质吸力上升,内摩擦角?′保持恒定,基本不受基质吸力和围压的影响,(σ-u_a)-τ平面上的破坏包络线逐渐向上偏移,导致了毛细黏聚力增大;当粉土含水率由最优含水率(13.1%)向饱和含水率(16.3%)变化时,基质吸力将快速减小,从而引起粉土抗剪强度的大幅衰减。同时,基质吸力越大,应变软化幅度和脆性指数越高,随着脆性指数由0向1变化,试样的破坏模式由鼓胀、多组剪切面向单一贯穿破坏面发展;对于本研究中的粉土,采用Vilar改进模型可以对毛细黏聚力进行较好的预测(R~2=0.94)。     

基于离心机法研究变重度压实黄土土—水特征曲线

为研究压实黄土土-水特征曲线,采用离心机对不同压实度黄土进行脱水试验.通过调节离心机转速得到不同吸力条件下压实黄土含水量以及重度的变化,将定重度的压实黄土土-水特征曲线和变重度的土-水特征曲线进行分析比较,得出不同压实度黄土土-水特征曲线的变化规律.结果表明:离心试验过程中土样重度随吸力增大而增加,其变化过程分为快速增大、慢速增大和基本稳定3个阶段,土样的重力含水量随基质吸力的逐渐增大而减小,在相同的含水量下,基质吸力随着压实度的增加而增大;考虑重度变化且吸力高于6 bar各组不同压实度试样土-水特征曲线基本重合,而并非未考虑重度土-水特征曲线的平行关系,因此测定压实黄土土-水特征曲线必须考虑重度的变化.     

含硫酸钠风积沙路基土土-水特征曲线试验研究与模型修正

针对中国西北部沙漠地区风积沙路基土出现的硫酸钠盐渍化现象,为探究水盐耦合效应对含硫酸钠风积沙路基土水力、力学性质的影响,实验室配置不同Na₂SO₄盐分含量的风积沙路基土试样,基于ASTM D5298-16规范中滤纸法测试其基质吸力、总吸力并绘制土-水特征曲线,分析含盐量对基质吸力、总吸力土-水特征曲线的影响规律,在v-G模型的基础上进行含盐量修正,建立可以考虑水盐耦合效应的风积沙路基土土-水特征曲线模型并通过试验数据对模型拟合验证。结果表明：Na₂SO₄盐分含量对风积沙基质吸力、渗透吸力和总吸力均有影响,当体积含水率较高时,含盐量主要通过影响渗透吸力而对总吸力影响较大,而当体积含水率较低时,含盐量会对基质吸力产生一定影响;含盐量改变主要对v-G模型中参数a产生影响,含盐量修正后的v-G模型在拟合阿拉善地区含硫酸钠风积沙路基土基质吸力和总吸力土-水特征曲线时适用性较好。研究结果可为该类土体相关工程实践提供理论指导。     

网纹红土抗剪强度的试验分析

以南昌地区第四系中更新统网纹红土为研究对象,通过控制相同干密度,用两种平行试验方法分别改变原状土和重塑土的含水率进行室内直剪试验,重塑土试验结果与原状土抗剪强度随含水率变化的规律基本一致。试验结果表明:随着含水率的增大,土的抗剪强度先增大后呈现近似线性降低,其中黏聚力逐渐减小,内摩擦角先增加后减小;重塑土的抗剪强度低于原状土的抗剪强度,含水率较高时重塑土的黏聚力损失越小而内摩擦角的损失越大,以上结果对于实际工程应用中合理地选择抗剪强度参数有着重要的参考价值。     

考虑基质吸力的降雨型滑坡物理力学机制分析

我国是地质灾害多发国家,据统计90%以上为滑坡灾害。降雨是诱发滑坡的重要因素,但以往研究降雨型滑坡是基于饱和土的物理力学性质,未考虑过非饱和土体中的基质吸力,但自然界中边坡多为非饱和土边坡,因此研究考虑基质吸力的降雨型滑坡的作用机理具有重要的现实意义。现通过非饱和土抗剪强度理论,分析总结得到以下结论:(1)宏观分析考虑基质吸力的降雨滑坡力学作用机制;(2)微观分析单位体积含水率对岩土体基质吸力的影响;(3)降雨对滑坡的物理作用机制。其内容可供同行参考。     

大兴安岭人工冻土抗压抗剪强度试验研究

冻土的抗压强度与抗剪强度是计算多年冻土区冻土地基的极限强度以及计算受外界荷载作用时冻土体稳定性的依据。为研究中国大兴安岭多年冻土区典型土样在负温条件下的力学性质,通过对大兴安岭多年冻土区典型土样在不同负温、不同含水率条件下进行抗压强度和抗剪强度试验,基于试验结果进行分析得到:冻结土体抗压强度随含水率的增加呈现出先增大后降低的变化规律,随着温度的下降而增大;冻结土体的粘聚力c和内摩擦角φ随着含水率的增加而减小,随着冻结温度的降低而增大;在相同负温条件下,大兴安岭多年冻土区低液限粉土的抗压强度与抗剪强度大于低液限粘土,低液限粉土单轴抗压强度在含水率为19%左右时达到最大,低液限粘土单轴抗压强度在含水率为22%左右时达到最大,且其二者的内摩擦角均小于25°。