应力路径对黄土应力应变关系的影响

通过对黄土进行不同应力路径的试验研究,探讨了应力路径对黄土应力应变关系的影响及原因,在分析试验数据的基础上,建立了不同应力路径下黄土的本构关系,指出了不同应力路径下黄土应力应变关系的特征,对黄土的结构性进行了分析。     

酸性环境下Q2黄土一维固结蠕变特性

为探究酸污染对Q_2黄土的固结蠕变力学特性的影响,利用高压固结仪对污染试样进行不同竖向应力水平下的一维固结蠕变试验,分析一维固结状态下0.5mol/L、1.0mol/L、2.0mol/L的盐酸浓度变化对黄土应力-蠕变变形量的影响规律。以受酸污染的黄土试样固结蠕变数据为依据,验证了Burgers蠕变模型在描述酸污染黄土应变时间关系上的适用性。研究结果表明:随着酸液浓度的增加,酸蚀黄土的蠕变变形量也逐渐增大,且在高应力作用下,增加量越大;Burgers模型可以较好地描述酸蚀黄土一维固结状态下的衰减蠕变特性,模型简单,适用性强;经酸液侵蚀的黄土,在同一酸液浓度下,高应力作用对Maxwell体弹性模量E_m、黏滞系数η_m和Kelvin体弹性模量Ek有提高作用,随着酸液浓度的增大此三参数数值呈现减小趋势;酸污染对黄土流变特性产生劣化效应,黄土流变性能增强。研究结果可为酸污染土地区环境岩土工程流变问题提供参考。     

不同试验因素获得强度参数对黄土边坡稳定性的影响

为从室内试验角度研究影响黄土地区土壤强度取值的因素,文中从试验方法、试验操作细节与数据处理方面进行分析,对比研究不同软件、不同强度包络线、不同破坏准则、不同试样个数下的黄土边坡稳定性系数取值。试验表明,影响黄土地区边坡稳定性因素的排序为应力-应变曲线试验方法应变值强度包络线参数处理模型。     

基于离心模型试验的黄土路堑边坡开挖失稳实验监测研究

基于土工离心模型试验的相似理论原理,在相似比为1∶100的条件下,通过采用高度为60cm的均质黄土边坡离心试验模型,模拟原型高度为60m的黄土路堑边坡,以探究在开挖卸荷条件下,黄土路堑边坡应力及应变的变化过程。并通过利用FLAC3D有限差分技术,以MohrCoulomb为本构模型,分析60m均质黄土边坡数值模型的应力应变分布特征。依据数值模拟结果,解决位于边坡不同位置处的土压力计、电子张力计及位移计的埋设问题。     

压实黄土应力-应变-时间特性

为研究压实黄土应力-应变-时间的关系,对比分析了Singh-Mitchell、Mesri、Lin-Wang等经验模型,在甘肃省陇西Q3压实黄土的室内一维固结试验基础上,利用参数变异法推导出适用于压实黄土的Singh-Mitchell修正模型。其中应力-应变关系与应变-时间关系都用幂次关系模拟。模型中3个参数物理意义明确,均可由室内一维固结试验得出,并分析了干密度与含水质量分数对参数的影响规律。研究结果表明,模型计算结果与实测结果一致,为研究压实黄土应力-应变-时间特性提供了一种新方法。     

重塑黄土黏弹特性试验研究与模型参数分析

讨论了20℃时,重塑黄土在3种加载应力下的单轴蠕变试验.采用Burgers模型对其黏弹性进行分析.利用Origin7.5软件对模型参数进行拟合,得到重塑黄土黏弹性本构方程的一般表达式.对比模型预测值与试验结果,并分析模型参数对蠕变过程的影响.结果表明,Burgers模型能较好地反映重塑黄土的黏弹特性,且应力-应变等时曲线表明重塑黄土的流变表现出较明显的非线性特征,而模型的弹性参数E1确定了蠕变过程的初始位置(t=0),弹性参数E2控制了第一阶段曲线范围,黏性系数η1确定了第二阶段蠕变曲线的斜率,黏性系数η2控制了第一阶段蠕变曲线弯曲程度.     

公路黄土路堑高边坡坡型选择研究

基于大量调查资料,归纳出了黄土路堑高边坡的8类地质结构模型。以"宽台陡坡"的设计思路,通过对不同坡型下黄土路堑高边坡的稳定性及应力应变分析,提出了按工程地质区推荐的公路黄土路堑高边坡坡型设计方案。该方案已在陕西省已建和在建高速公路黄土路堑高边坡设计中得到应用,取得了良好效果。同时,对黄土地区的其他省区公路建设具有参考价值。     

不同含水率重塑黄土变形特性分析

采用侧限压缩固结仪,对相同干密度、不同含水率的重塑黄土(Q3)进行压缩固结试验。借鉴原状黄土湿陷性的研究方法,分析了含水率对于重塑黄土的变形影响。结果表明:在给定应力水平下,土样的最终应变随着含水率的增大而增大。在给定含水率下,土样的最终应变随着应力的增大而增大。重塑黄土仍具有较大的湿陷性,在给定的应力作用下,随着含水率的增加,湿陷系数呈线性减小。     

沥青砂蠕变特性及力学模型研究

进行了沥青砂试样在40℃温度,不同应力水平(0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa和0.3 MPa)下的单轴压缩蠕变试验,分析了其蠕变特性,提出了一个完整描述沥青砂整个蠕变阶段的粘-弹-塑力学模型,该模型由反映弹塑性、粘弹性和粘塑性变形的3个子模型串联构成,通过对粘塑性子模型中粘性系数进行改进,理论推导了模型本构方程.为求得模型参数,编制了非线性拟合程序,得到了参数与加载应力函数关系.进行模型预测与试验结果对比,结果表明,该模型描述了试样在不同应力水平下蠕变变形的3个阶段,能够反映沥青砂粘-弹-塑变形特点.     

土工格室加筋黄土的三轴剪切性能

为了研究土工格室加筋黄土的剪切性能,采用微型土工格室对不同加筋方式的格室加筋黄土及重塑黄土进行三轴剪切试验,得出加筋黄土及重塑黄土的应力-应变曲线及其抗剪强度指标,研究了加筋黄土和重塑黄土的应力-应变特性,分析了不同加筋方式下的加筋效果并讨论了不同土工格室层数加筋的加固机理。试验结果表明:重塑黄土和土工格栅加筋黄土的应力-应变曲线表现为弱硬化型,而土工格室加筋黄土的应力-应变曲线表现出明显的强硬化特性,4层土工格室加筋黄土的加筋效果最佳,2层土工格室加筋黄土在低围压、较大应变情况下,土工格室的加筋效果可以得到更好的发挥;重塑黄土和土工格栅加筋黄土的应力-应变曲线基本呈双曲线,用邓肯-张模型对其拟合效果很好,土工格室加筋黄土的应力-应变曲线用幂函数式对其逼近效果较好;土工格室加筋显著提高土体的摩擦角和黏聚力,2层土工格室加筋黄土的摩擦角和黏聚力相对重塑黄土分别提高38%和50%,4层土工格室加筋黄土的摩擦角和黏聚力相对重塑黄土分别提高63%和120%,均比土工格栅加筋黄土的高;土工格室的加筋效果优于土工格栅等平面筋材,且格室层数的增加能进一步提高黄土的剪切性能,其原因主要是土工格室"强化带"和"间接影响带"的存在,层数越多,"强化带"和"间接影响带"厚度越大,加筋黄土的抗剪强度会得到进一步提高。试验结果可为实际工程中设计参数的选取提供理论依据。     

高应力泥质粉砂岩非线性蠕变损伤模型研究

为了研究高应力作用下泥质粉砂岩蠕变损伤特性,针对深埋硐室围岩和高陡边坡长期受高应力作用产生的蠕变影响,采用三轴流变试验仪对泥质粉砂岩进行分级增量加载研究其蠕变损伤特性。通过蠕变试验结果分析高应力泥质粉砂岩在硬化和软化2个阶段的不同损伤演化规律,硬化阶段考虑弹性模量、应力水平和应力作用时间综合影响的蠕变损伤效应;软化阶段基于损伤力学原理分析泥质粉砂岩在高应力作用下的蠕变损伤演化特性。通过建立考虑不同因素影响下的高应力泥质粉砂岩损伤演化方程,最终构建符合其蠕变特性的非线性蠕变损伤本构模型,并对改进后的蠕变模型参数进行识别反演。研究结果表明：高应力泥质粉砂岩的蠕变呈现明显的非线性特征,且蠕变硬化和软化特征明显,硬化阶段蠕变损伤变量随着应力水平的增大而增大,且随着时间增加而趋于稳定值;软化阶段蠕变损伤因子随应力水平和时间的增加呈明显的增长趋势,由此可见,高应力泥质粉砂岩蠕变在不同阶段其损伤受应力水平和应力作用时间的影响呈现明显的正相关趋势,说明该模型能够较好地反映泥质粉砂岩在高应力作用下应力水平与时间效应对蠕变损伤特性的影响,试验曲线与理论模型较为符合,研究成果可对高应力泥质粉砂岩深埋硐室及巷道围岩支护提供理论指导意义。     

冻融循环下重塑黄土动回弹模量演化规律

为明确季冻区黄土动回弹模量的演化规律,采用动三轴试验,研究了不同冻融循环次数下考虑不同应力条件、不同压实条件及不同湿度条件下重塑黄土动回弹模量的演化规律。结果表明:重塑黄土的动回弹模量随围压的升高而增大,随偏应力的增大而减小,并且围压对动回弹模量的影响大于偏应力。在不同的应力条件下,重塑黄土动回弹模量随冻融循环次数的增加先增大后减小,且减小趋势渐缓。在冻融循环第4～第6次的过程中非最佳含水量的重塑黄土动回弹模量变化较小。另外,综合研究含水量和冻融循环对重塑黄土的动回弹模量的影响,发现在冻融循环N≤6次时,含水量对冻融循环作用下重塑黄土的动回弹模量的演化规律影响较大。     

黄土压缩特性及高填方填土合理含水率控制

为从沉降的角度研究黄土高填土工程填土的合理含水率范围,对西安地区重塑黄土进行了不同压实度、不同含水率下的单向压缩蠕变试验。结果表明:蠕变曲线与麦钦特模型较为吻合,通过试验数据拟合,得到变形后的麦钦特蠕变模型的参数;通过分析,得到最终应变量、初始应变量以及应变速率随含水率的变化规律;从减小黄土高填土工程的工后沉降考虑,应控制压实黄土的含水率在最优含水率附近并偏湿的范围。     

黄土振动压实的压应力信号分析

为了揭示黄土振动压实机理,优化黄土压实作业参数,对黄土在振动压实过程中的压应力及压实能量进行研究。根据压应力时域信号,分析黄土各层的压应力分布情况;对压应力频谱信号进行分析,研究压实能量在黄土各层的分布与吸收状况及其在土层内的传递规律。分析结果表明:黄土内各层的压应力随碾压遍数的增加逐渐增大,随土体深度增加而减弱;上层土体压应力增加最快,在碾压到第9遍时达到最大,而中、下层土体在第11遍时压应力达到最大;试验用黄土的固有频率为30 Hz左右,在此频率下振动压实效果最好;土体各层吸收的振动能量随土体密实度增加而减小,上层比中下层可获得更高的能量,并先达到其密实状态。分析结果与试验压实度结果一致。     

黄土的动强度特性试验分析

在试验的基础上,对山西省万荣地区Q2原状黄土的动强度特性进行分析。结果表明：不同固结应力条件下,Q2原状黄土的动应力应变关系呈双曲线形式,固结应力条件对动应力应变关系有明显的影响;Q2原状黄土的Ed和Gd随动剪应变的增大而减小;不同固结应力条件下,动剪切模量比与动剪应变比的关系具有良好的归一化特性;阻尼比随动剪应变增大其分布没有明显的规律性,但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。     

深埋老黄土隧道围岩劣化对支护受力影响分析

为解决围岩劣化所导致的深埋老黄土隧道初期支护破裂问题,以蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土围岩劣化初期支护破裂段为工程依托,通过补勘、数值分析、应力监测等手段对深埋老黄土及围岩劣化工况的支护受力特征作对比分析,得到如下结论： 1）在原围岩参数工况下,喷射混凝土全环受压,上台阶喷射混凝土受力较大,最大压应力位于拱顶,同时上台阶拱脚有较大剪切应力; 2）在围岩劣化但未形成连续滑移面的工况下,上台阶的弯曲压应力显著增大,最大压应力仍位于拱顶,且上台阶拱脚处易发生压剪破坏; 3）在围岩劣化且形成连续滑移面的工况下,最大剪切应力与最大压应力位于同一位置--滑移体与衬砌接触的上部边界,此处易发生压剪破坏且位置随着破裂滑移面的变化而变化,分布范围在上台阶拱腰至拱脚处。     

对黄土地区深路堑边坡合理断面形式的研究

原状黄土的抗剪强度与黄土的干容重、含水量、粘粒含量等物理力学性质有关.通过对具体参数指标的分析,确定了不同区域内黄土的土性参数,进而提出了深路堑边坡的合理断面形式.     

沥青混合料疲劳响应模型试验研究

首先总结分析了沥青混合料不同疲劳试验方法的特点、两种疲劳试验控制模式的适用范围,建议采用应力控制模式的间接拉伸疲劳试验方法。然后分析了不同试验因素的影响,选定了加载波型,确定了疲劳试验的应力比水平、频率及温度等试验参数的范围。采用旋转压实成型方法,对3种沥青混合料进行试件成型。分别考虑3种空隙率水平,应用均匀试验设计方法,进行了不同温度、频率、应力比水平下的间接拉伸疲劳试验,对试验结果进行了显著性分析,并应用多元线性回归方法,得到了适用于不同荷载条件下基于温度、频率、沥青饱和度、初始应变及初始劲度模量的沥青混合料疲劳模型。与国外疲劳模型进行了对比分析,表明得到的疲劳模型具有较好的比对性,可用于沥青混合料疲劳寿命的预估。     

沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

黄土隧道新型组合结构支护效果分析及参数优化研究

黄土隧道在开挖过程中经常发生支护结构破坏或过度变形。依托某黄土隧道，提出一种新型组合结构支护体系(π形拱架),采用理论计算对比了π形拱架与传统工字钢提供的支护反力，结合现场监测和数值模拟分析了不同支护体系下围岩控制效果，优化新型组合结构的构造参数，同时基于正交试验探究了构造参数对围岩支承效果影响显著性大小。结果表明：π形拱架提供的支护反力是型钢钢架的3.14倍，具有强度大、承载力高的优势；建立对比分析模型，较传统支护体系相比，新型支护体系下的拱顶沉降降幅达到53.8%,等效塑性应变减少约64.4%,初期支护最大压应力和拉应力分别减少约35.3%、35.9%;进而建立参数优化模型，通过对围岩竖向位移和塑性区的综合评估，建议拱架壁厚取6 mm,灌浆强度选择C30,翼板长度以200 mm为宜；结合正交试验结果，各因素影响程度由小到大依次为因素B(灌浆强度)<因素A(钢管壁厚)<因素C(翼板长度)。本研究可进一步促进新型拱架在黄土隧道施工支护中的应用。