含应力旋转路径条件下黏土非共轴变形特性

利用空心圆柱扭剪仪对不同含应力旋转路径条件下黏土的非共轴变形特性开展了研究。试验应力路径包括:主应力方向单纯旋转、主应力方向往复循环旋转以及旋转的同时增加剪应力,分析了主应力系数、剪应力水平、应力旋转方向及其与剪应力耦合作用对黏土非共轴特性的影响。试验结果表明:各类含应力旋转路径都会引起原状黏土相应的变形累积,中主应力系数及剪应力值对应变的开展都有一定的影响。不同主应力方向旋转路径引起的主应变增量方向都与主应力方向存在显著的非共轴现象。排水条件、中主应力系数、循环次数对黏土非共轴特性的影响较小,剪应力值较小时非共轴现象更为显著,主应力旋转方向反向时,非共轴角会随之发生突变,应力旋转路径是决定黏土非共轴变形规律的主要因素。     

主应力轴旋转条件下黄土变形特性试验

为研究黄土在主应力轴循环旋转条件下的变形特性,采用空心圆柱扭剪仪（HCA）开展了2种不同应力路径下的扭剪试验。第1种应力路径为保持主应力轴方向不变,改变偏应力大小,研究黄土在不同主应力轴方向角α和不同中主应力系数b下的变形特性;第2种应力路径为保持偏应力大小不变,改变主应力轴方向,研究主应力轴循环旋转周期对黄土性状的影响。试验结果表明：土样剪切强度与中主应力系数b、主应力轴方向角α相关,当b相同,α=30°时土样剪切强度最大,α=60°时土样剪切强度略大于α=45°时;α相同时,剪切强度>b=1时的剪切强度>b=0.5时的剪切强度;纯主应力轴旋转会使土体产生塑形应变,并且随着旋转周期的增加,土体产生的塑形应变将不断累积。     

长期循环压缩荷载下饱和软黏土的应变速率特性

为了研究长期循环压缩荷载作用下饱和软黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型饱和软黏土进行了室内循环三轴压缩试验,着重研究了饱和软黏土的累积应变速率特性.试验结果表明:初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对软黏土累积应变速率有较大的影响;在长期循环压缩荷载作用下,软黏土的累积应变速率随循环次数的增大而减小,应变速率对数与循环次数对数间的关系可用直线描述.     

冻融循环对粉质黏土力学性质的影响及邓肯-张模型

为了描述冻融循环下压实黏性土不排水剪切性状的变化规律,建议了一种能够反映冻融循环影响的修正邓肯-张模型。首先,以青藏高原粉质黏土为对象,进行一系列冻融循环试验和常规不固结不排水三轴压缩试验。然后,基于邓肯-张双曲线模型,通过三轴压缩试验得到应力-应变关系,确定邓肯-张双曲线模型参数随冻融循环次数的变化规律及相应的回归关系。最后,根据模型参数的函数表达式,建立以冻融循环次数为影响因子的修正邓肯-张模型,并编制该修正模型的计算程序。结果表明:粉质黏土试样的应力-应变曲线形式基本呈应变硬化型,破坏强度随冻融循环次数的增加而逐渐减小,冻融循环劣化作用随围压的增加而逐渐减弱;模型参数中,抗剪强度指标、初始切线模量、极限偏应力和常数K均随着冻融循环次数的增加呈逐渐减小的变化规律,可以采用Logistic函数进行拟合;破坏比随着冻融循环次数的增加呈逐渐增大的变化规律,可以采用ExpAssoc函数进行拟合;常数n随着冻融循环次数的增加呈先减小、后增大的变化规律,可以采用三次多项式函数进行拟合;模型计算结果与试验结果对比表明,两者得到的应力-应变曲线基本吻合,说明该模型可以用来描述粉质黏土变形和强度特性在冻融循环下的劣化特征。     

考虑非共轴性的隧道开挖引起的地表沉降数值分析

为研究与主应力旋转密切相关的土体变形非共轴性对隧道工程数值变形分析结果的影响，采用考虑土体变形非共轴性的本构模型对隧道开挖引起地表沉降的问题开展有限元分析。首先，在考虑双曲硬化法则的Drucker Prager模型中引入角点型非共轴流动法则构建非共轴模型；然后，推导该模型的半隐式应力更新算法的理论迭代格式，并编写相应的用户材料子程序UMAT，从而将该模型在ABAQUS/Standard分析模块中进行数值实现；最后，建立平面应变条件的隧道开挖有限元模型，分析考虑非共轴性的主应力旋转对隧道开挖的影响规律。分析结果表明： 1）隧道开挖会在隧道腰部发展出2条交叉的塑性带，分析模型中非共轴塑性模量越小，塑性带延伸越远； 2）随非共轴模量的减小，开挖面周围土体主应力旋转的区域和程度变大； 3）本构模型的非共轴效应越强，隧道开挖引起的最大地表沉降值越大，地表沉降曲线的沉降槽越深； 4）隧道收敛变形中，顶部和侧面向隧道内收敛变形的程度会随模型非共轴塑性模量的减小而增大。     

水入渗前后重塑红黏土抗剪强度特性研究

基于不固结不排水三轴压缩试验，探究蒸馏水入渗前后不同干密度重塑红黏土的应力-应变关系以及抗剪强度变化，并结合电镜扫描试验和X射线荧光分析试验从微观结构及矿物成分变化角度来分析水入渗对不同干密度重塑红黏土抗剪强度的影响机理。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系随干密度的增大由应变硬化型逐渐变为应变软化型，水入渗后重塑红黏土达到破坏点时的轴向应变较大；黏聚力随干密度的增大呈指数变化，内摩擦角随干密度增加呈线性变化；水入渗前后土样抗剪强度变化说明水入渗对高干密度重塑红黏土的影响较为明显，微观结构和矿物元素成分变化则说明高干密度可有效保持土样内部结构和减少矿物元素成分的流失。     

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。     

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。     

循环三轴颗粒流模拟中细观阻尼系数影响分析

利用颗粒流软件PFC2D对粉土开展了基本力学特性模拟,并通过应变控制模式对粉土循环加载下动力性质进行了颗粒流模拟。随着颗粒流细观阻尼系数上升,滞回圈形态逐渐由狭长状趋于饱满,偏应力峰值也逐渐增大。当阻尼系数在0.5~0.8范围内,相同偏应变幅值条件下试样偏应力峰值近似成线性增长。但较高偏应变幅值水平下,细观阻尼系数对动力特性发展形式的影响较小。另外,采用能量分析对循环荷载在颗粒系统中能量耗散的限制性进行了说明,并推导了颗粒流中细观阻尼系数一定程度上决定了颗粒系统对外荷载作用所传递能量的耗散程度,从而直接影响到试样应力应变的发展规律。     

周期性饱水砂泥岩混合料剪切特性三轴试验研究

砂泥岩混合料在三峡库区常作为工程填料,对其材料性能的研究在涉水工程中具有广阔的利用前景,因此本文通过三轴试验研究了不同围压下周期性饱水作用对饱和砂泥岩混合料抗剪特性的影响,研究结果表明:随着围压的增大砂泥岩混合料的偏应力峰值、周期性饱水阶段试样的轴向应变以及三轴剪切试验后颗粒破碎率都相应增大。同种围压状态下,砂岩料比掺入20%泥岩颗粒的砂泥岩混合料的强度高,变形小。这为砂泥岩混合填料在涉水工程中的利用提供一定的参考价值。     

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.     

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。     

重塑饱和黄土K0固结三轴试验研究

采用GDS静三轴仪，进行了饱和重塑黄土的K0固结试验研究，探讨了不同加载速率下试件的变形特性，并对试验结果进行对比和分析。结果表明:不同加载速率下，试件轴向应力与轴向应变的关系曲线变化趋势一致；不同加载速率条件下，当轴向应力达到同一值时，加载速率大的试件，其轴向应变越大；不同加载速率下，土样侧压力系数K0与轴向应变的关系曲线趋势基本一致；加载速率不同，试件侧压力系数K0的稳定值也不同，但仅在一定范围内变化。     

外开式直喷氢气喷嘴射流特性研究

基于纹影法在定容喷射装置上进行了不同喷射压力、环境压力下的氢气射流特性试验,研究外开式喷嘴的氢气射流特性及喷射参数的变化规律。结果表明:氢气射流近场呈现锥形结构,且形成了喷射轨迹线,而射流远场逐渐发展成大尺度球形涡流结构。喷射压力增大,轴向和径向贯穿距离增大而卷吸率减小;背景压力增大,轴向和径向贯穿距离减小而卷吸率增大;射流锥角的变化与喷射压力或背景压力关系不大,但随喷射时间逐渐从80°变小并趋于22°。另外通过归一化分析发现,贯穿距离在不同边界条件下均具有较好的自相似性,自相似系数(x/y)逐渐趋于0.59左右,径向扩散性优于单孔喷嘴氢气射流。合理利用氢气射流特性可以优化直喷氢内燃机的混合气形成,为外开式喷嘴的喷射策略优化提供依据。     

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。     

软土地区土体流变特性的试验研究

文章针对软土的流变特性,利用先进的CDS应力路径三轴仪进行了多级不排水减压三轴压缩蠕变和常规三轴压缩蠕变试验,试验结果表明:在每级偏应力下的初始短时间内,应变快速发展,在经过大约24h后,应变值基本稳定;随着偏应力的增大,应变随之增大,而变形稳定所需的时间也增长;在相同偏应力条件下,不排水常规三轴压缩蠕变的应变值要小于减压三轴压缩蠕变的应变值。侧向减压蠕变试验的应变率经历了逐渐上升到峰值然后下降,并最终趋于稳定的过程;偏应力越大或时间越长,土体的非线性蠕变越明显。     

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。     

钙质砂三轴固结不排水剪切特性研究

采用三轴固结不排水剪切试验,对南海海区岛礁饱和钙质砂进行剪切特性分析。结果表明:围压并不是影响偏应力的主要因素;达到偏应力峰值所对应的轴应变均在3%以内;初始弹性模量随初始孔隙比增大而减小,初始围压越大,初始弹性模量也越大;在给定的初始孔隙比下,剪切模量随着围压增大而增大。     

寒区湿地软土抗剪强度特征试验研究

针对寒区湿地公路软土地基在路堤填筑分级加载作用下的稳定性问题,为采用理论计算方法研究寒区湿地软土地基稳定性提供必要的计算参数,采集原状土,对寒区湿地两层软土进行三轴试验和直剪试验。研究寒区湿地软土在5个不同固结压力和3个不同固结度下主应力差与轴向应变关系的变化,以及5个不同固结压力和6个固结度下抗剪强度指标和抗剪强度的变化。试验结果表明:采用不排水剪,第1层软土的应力-应变关系呈现典型的加工硬化特征,第2层软土的则接近于理想塑性。在相同的应变下,随着固结压力和固结度的增加偏应力逐渐增大;抗剪强度随固结压力和固结度的增加而增大。粘聚力c在固结度U<20%时,随固结度的增加而减小;固结度U>20%,总体上随固结度的增加而增大。内摩擦角φ随着固结度的增大有所增加,但规律性不很明显。     

粉煤灰复掺碳纳米管改性黏土力学性能研究

利用TSZ全自动三轴仪分别对碳纳米管掺量为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的粉煤灰复掺碳纳米管改性饱和黏土进行了围压为100 kPa、200 kPa、300 kPa和400 kPa的不排水不固结三轴剪切试验,研究改性饱和黏土的力学性能。试验结果表明：随着碳纳米管的掺入,改性饱和黏土的抗剪强度先增大后缓慢减小,峰值达到561.3 kPa,总体上试验土体的抗剪强度得到提升;内摩擦角先由11.41°减小至9.05°后迅速增大;黏聚力先增大后略微减小,峰值超过170 kPa,总体上试验土体的黏聚力得到了提升。综上可知粉煤灰复掺碳纳米管后能很好地提升饱和黏土的力学性能。