饱和软土三轴剪切特性与微观结构关系试验

天然土体均具有一定的物质组成和内部结构,因而表现出不同的工程特性。为探求软土在剪切变形过程中微观结构的演化规律,研究土体的宏观物理力学性质与微观结构之间的相互关系,对珠江三角洲饱和软土进行真三轴剪切试验和核磁共振试验,获取不同剪切速率条件下不同应变阶段的软土力学响应特征和孔隙微观结构参数。试验结果表明：三轴试验前后软土的孔径均主要集中在1～20 μm区间,经三轴剪切试验后软土的微观结构及其参数均发生了不同程度的变化,如平均孔隙半径减小,孔隙率降低,含水率减少。在剪切过程中,软土的剪切变形存在一个应变阈值（竖向应变4%～5%）,当竖向应变小于应变阈值时,软土的小孔隙的百分数随应变增大而减小,中、大孔隙百分数随应变增加而增加;当竖向应变大于阈值后,孔隙分布随应变的变化趋势则反之。软土的微观结构形态及其微观结构参数变化受剪切速率和土的应变值这2个因素影响较明显;孔隙形状参数（S/V）随土的应力状态（广义剪应力q和应变ε_s）有规律变化。此外,从微观结构层次和分子动力学角度揭示了软土剪切力学行为,软土剪切过程实质是土微（细）观结构不断自我调整的过程,土体的受力变形在微观上主要表现为孔隙大小和形状的变化。     

基于微结构量化的含渐变带黄土各向异性特征研究

黄土层间界面稳定性问题突出,天然黄土层之间的交界面呈现渐变过渡形式。为研究黄土渐变带及相邻两土层的各向异性特征,以含黄土层、古土壤层以及两者之间渐变带的早更新世(Q₁)黄土为例,通过扫描电镜(SEM)获取各土层不同方向上的微观图像。对图像进行二值化处理,计算形状系数F、形态分维数D、概率熵H_m及定向频率P_i(α)等微观结构参数,分析3种典型土层在微观结构上的各向异性。此外,通过三轴压缩试验获得各土层不同方向上的抗剪强度参数,将微观结构参数和抗剪强度参数相结合,探究了两者之间的联系,揭示含渐变带Q₁黄土的各向异性差异表现。结果表明：(1)各土层微观结构均具有显著的各向异性,当平行于沉积方向时,孔隙和颗粒排列的定向性最好,与沉积方向45°斜交及相垂直时次之,但受风化作用影响各向异性表现程度有所差别;(2)当加载方向与沉积方向平行时,各土层的强度表现最高,而垂直时则最低,这种各向异性主要源于黏聚力的差异,并且会随着围压和含水率的增大而减弱;(3)黄土层和古土壤层的力学各向异性与内部微观结构的各向异性关系紧...     

堆石料三维强度特性

考虑颗粒尺寸效应、破碎、分形等细观特征，结合大尺寸三轴试验结果，建立了堆石料的各向异性破坏准则。借助砂土细观组构描述方法，用组构张量描述堆石料颗粒细观特性，提出了新的各向异性状态变量；同时将该变量作为堆石料细微观演化的内变量建立了线性形式的堆石料破坏准则，构建过程既简化了表达式，又保留了现有指数形式破坏准则的优点，能够描述复杂应力条件下堆石料的强度特性。通过状态变量的变化，提出的准则能较好地描述不同各向异性条件下应力状态、路径、罗德角、主应力轴旋转等变化对堆石料强度的影响。引入正交各向异性组构，推导了随罗德角、主应力旋转角变化的各向异性状态变量表达式，给出了不同参数变化下的堆石料三维强度破坏面。用大型三轴排水试验结果确定材料破坏准则的参数，基于分形维数理论研究了不同级配的堆石料在不同围压下的强度和变形特性关系。验证表明：提出的各向异性破坏准则可以较好地描述堆石料分形维数、孔隙比和围压对其三维强度特性的影响；随分形维数及强度参数变化，该准则能较好地反映堆石料强度在细观特性下的变化关系。     

废旧橡胶轮胎颗粒-水泥改性强膨胀土的长期路用性能研究

为研究废旧橡胶轮胎(WRT)颗粒联合水泥改性强膨胀土作为路基填料的长期力学性能，采用不同掺量(3%、6%)的WRT颗粒联合水泥(3%),对广西宁明强膨胀土进行改性处理。对改性前后的试样开展扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等微观试验，对经历干湿循环作用后的改性膨胀土试样开展动、静三轴等宏观试验，测定其动回弹模量M_R及固结不排水抗剪强度，着重研究了干湿循环次数和WRT颗粒掺量对改性后强膨胀土路用力学特性的影响。结果表明：(1)改性膨胀土由于水泥的水化反应产生颗粒团聚作用，加之WRT颗粒的掺入，使其大孔隙增加，结构密实度降低；(2)WRT颗粒掺量一定时，随着干湿循环次数的增加，改性膨胀土的动回弹模量M_R表现出先增大后大幅减小的特点，其剪切破坏形态由塑性破坏向脆性破坏转变，应力～应变曲线由应变硬化型逐渐转化为应变软化型，抗剪强度有所增大；(3)M_R随着WRT颗粒掺量的增加而降低，但随围压σ_c的增加而增大，抗剪强度随WRT颗粒掺量的增加而下降。     

氯化钠溶液浓度变化对上海软土压缩性的影响

近年来，随着沿海地区开发战略的实施，作为第四纪典型区域性特殊土的工程特性日益受到关注。以上海软土为研究对象，通过一维压缩试验，探究了不同浓度的NaCl溶液在不同初始含水率下压实、饱和后的变形特性。结果表明:不同浓度试样的压缩性随浓度增加而增大，随荷载增加变化趋势更加明显；压力和溶液一定时，土体压缩性随初始含水率减小而增大。从粒间物理化学作用力的变化和孔隙结构的演化角度，解释了孔隙盐溶液浓度变化对上海软土压缩性的影响。     

氯化钠溶液浓度变化对上海软土压缩性的影响研究

以上海软土为研究对象,通过一维压缩试验,探究了不同浓度的NaCl溶液在不同初始含水率下压实、饱和后的变形特性。结果表明:不同浓度试样的压缩性随浓度增加而增大,随荷载增加变化趋势更加明显;压力和溶液一定时,土体压缩性随初始含水率减小而增大。从粒间物理化学作用力的变化和孔隙结构的演化角度,解释了孔隙盐溶液浓度变化对上海软土压缩性的影响。     

用CPT确定软土地基力学参数的试验研究

通过静力触探与静载试验、十字板剪切试验、室内试验的对比研究，建立了用静力触探P，值确定软土地基基本承载力、十字板剪切强度、变形模量、准弹性模量、不排水模量的经验关系。根据静载试验曲线，提出了一种确定变形模量的统一方法。     

透水型级配碎石基层填料强度演化特征的离散元模拟

骨架空隙型级配碎石填料因其较好的渗透性能而广泛应用于透水型基床结构层，但其在不同级配下的抗剪强度特征及演化规律仍不明确。首先针对6种不同级配类型的碎石填料试样开展了不同围压下的室内单调加载三轴压缩试验，进而采用考虑颗粒真实不规则形状的三维离散单元方法对室内试验结果进行了数值模拟研究，从颗粒间接触、微观组构和颗粒运动等角度揭示了透水型级配碎石基层(UPAB)填料抗剪强度机理及其随级配变化的演化特征，验证了室内试验得出的级配影响规律及级配优化设计方法。研究结果表明：细颗粒通过改变颗粒体系的内部排列结构(即各向异性程度)而直接影响级配碎石填料宏观抗剪强度，细颗粒含量对试样的剪切破坏形态有直接影响，随着细颗粒含量的减少，试样整体发生较大变形时表现为内部颗粒发生转动的比例下降但发生颗粒间滑动的比例增加；试样失稳的主要原因是由于颗粒拓扑结构的改变，最终发展成不可逆的塑性变形；级配控制参数G/S=1.8时试样表现出最低的各向异性特征，相同应变条件下的颗粒旋转角均值最小，表明此时试样内部的颗粒堆积排列最优且抗剪强度最高，G/S=1.8可取作“填充密实”型与“残余空隙”型结构的分界；不同级配的试样内部颗...     

冻融作用下粉砂土微观结构变化对宏观力学参数的影响研究

土的宏观力学行为究其原因是微观结构的外在反映。为了研究粉砂土微观结构在冻融循环作用下的变化对宏观力学特性的影响规律,通过对不同含水量下粉砂土的平均粒径、粒度分维、颗粒定向概率熵、颗粒起伏分维、平均孔径、平均丰度、孔径分维、平均圆形度等8个微观参数的观测,基于灰色关联理论,分析了微观结构特性与粉砂土的内摩擦角、黏聚力以及粉砂土路基抗剪强度等宏观力学行为的关联性。研究结果表明:平均丰度、平均孔径与内摩擦角的关联性较大,关联度大于0.64;平均粒径、粒度分维、颗粒定向概率熵与黏聚力的关联性较大,其关联度大于0.64;平均粒径、定向概率熵、粒度分维、颗粒起伏分维与粉砂土路基抗剪强度关联性较大,关联度大于0.64,其中平均粒径、定向概率熵与粉砂土路基抗剪强度的关联度大于0.8,说明二者与粉砂土路基抗剪强度密切相关。     

应用扫描电镜对软土强度的微观结构研究

为了研究软土及添加固化材料后的软土强度,应用扫描电镜进行微观结构分析。结果表明纯软土经过25天后,其孔隙含量还是比较高的。而固化软土25天后具有更高的强度,是由于固化剂的加入,使孔隙含量降低。通过二值化面积与强度的比较,表明面积可以作为一个衡量强度的参数。     

CT技术在沥青胶结颗粒材料内部结构分析中的应用

沥青胶结颗粒材料是由沥青、集料和孔隙组成的特殊复合颗粒材料,被广泛地应用于交通基础设施建设中。其性能既受沥青、集料和孔隙的体积含量影响,也受这些因素的空间分布影响,具有结构性、各向异性及不连续性等特点。本文提出了利用CT技术定量评价沥青胶结颗粒材料内部结构性的方法,通过不同扫描参数下的CT扫描,从CT数和CT图像两方面分析了试件内部的初始结构,着重对比了试件内部不同层面孔隙的分布,为评价沥青胶结颗粒材料初始损伤奠定了基础。     

不同干湿循环路径下Q2原状黄土强度与微观结构演化试验

为探明不同干湿循环路径对Q₂原状黄土宏观强度和微观结构的影响,考虑地下黄土赋存环境,开展了3种干湿循环路径下的三轴剪切试验、核磁共振测试和扫描电镜试验,分析了Q₂原状黄土强度、微观孔隙分布和土颗粒结构的演化规律与特征,并结合矿物成分变化探讨了相互之间的影响关系。研究结果表明：不同干湿循环路径下,宏观参数-黏聚力与微观参数-孔隙分布、孔隙和土颗粒平均直径均表现出不同程度的劣化效应,参数衰减趋势完全一致,即干湿循环幅度越大,上限含水率越高,衰减越严重,劣化效应越明显。宏观参数-内摩擦角与微观参数-孔隙和土颗粒结构演化特征相似,即内摩擦角小幅波动,孔隙与土颗粒的形态、结构复杂度和排列有序性基本稳定。考虑干湿循环幅度、上限含水率和循环次数3种参数,构建了微观孔隙劣化特征函数,解释了不同干湿循环路径下的孔隙劣化特征,揭示了Q₂原状黄土微观孔隙损伤劣化两阶段发展规律,即波动式损伤积累上升阶段和损伤劣化稳定阶段。相关研究成果可为不同循环路径下的原状黄土宏微观劣化认知提供有益参考。     

压实度对磷尾矿改良黏土力学性质的影响研究

为了提高磷尾矿利用率，采用磷尾矿改良黏土制备路基填料。以CBR强度为衡量指标优选配比，测试优选配比在不同压实度下的CBR值、回弹模量及水稳定性，并从材料的颗粒级配、磷尾矿微观结构分析改良黏土的强度机理。随着磷尾矿掺量增加、黏土掺量减少，改良土CBR强度先增加后降低，峰值对应的磷尾矿掺量为50%,选择其为优选配比。随着压实度的降低，优选配比的CBR强度、回弹模量及水稳定性系数均随之降低，但CBR强度和回弹模量均远高于规范要求。磷尾矿与黏土颗粒大小互补，可形成稳定的骨架密实结构。以50%掺量磷尾矿改良黏土，磷尾矿利用率高、改良土强度高，适宜作为路基填料。     

细集料形貌的分维数评价及沥青混合料性能试验

采用体视显微镜与面光源结合的细集料形貌测量方法获取五种细集料在0.003 mm/pixel分辨率下的颗粒图像,运用颗粒分维模型,以分维数表征细集料形貌特性,开展了细集料形貌及其对沥青混合料性能影响的研究.分析结果表明:细集料分维数服从三参数威布尔分布且不同细集料的分维数具有显著差异;细集料分维数与沥青混合料的体积参数具有显著的线性相关性;随着分维数的增大,混合料的极限弯拉应变和冻融劈裂强度比均是先增加后减小,在一定范围内存在最大值;但细集料分维数对混合料高温稳定性的影响并不明显.     

大振次交通荷载对压实黄土微观结构变化的影响

长期交通荷载作用下路基土体累积应变的持续发展在引发路面沉降的同时也会影响土体的动力特性。当前研究大多停留在宏观角度,并未从微观上合理揭示其应变发展、动力参数变异的机理。在我国西北地区的公路交通建设过程中,黄土是应用最为广泛的路基填料。为了揭示长期交通荷载作用下压实黄土的宏观力学响应与其微观结构变化的内在联系,采用动三轴试验得到了长期交通荷载作用下压实黄土的累积应变和动模量随振次的发展规律,进而结合扫描电镜对振动前后压实黄土试样的微观结构进行了对比分析。研究结果表明,长期交通荷载作用下压实黄土的累积应变及动模量随振次的发展表现为明显的两阶段变化特征。按照塑性应变速率发展规律可以对其两阶段变化进行定义,分别为"对数下降段"和"稳定震荡段"。长期交通荷载作用前后压实黄土的微观结构变化主要表现为"凹坑"和贯通孔隙的闭合、颗粒之间胶结的断裂以及颗粒的破碎和重分布。推测"对数下降段"累积应变的快速发展和动模量的逐渐增加是"凹坑"和贯通架空孔隙闭合的宏观表现,"稳定震荡段"累积应变的持续发展和动模量的逐渐衰减则是颗粒之间胶结的断裂以及颗粒的破碎和重分布的宏观表现。建议在工程中通过预振等措施消除对数下降段的累积塑性应变,以期有效控制运营期沉降。     

新吹填超软土工程特性研究进展综述

填海造陆的新吹填淤泥多呈流动的泥浆状态,含水率极高、孔隙比极大、强度极低,一般要搁置数年再进行加固。近年来,由于建设进度的加快,常需要边吹填边加固,在加固中遇到了诸多问题。对此,从沉积规律、固结试验、沉积固结理论等方面,综述了国内外新吹填超软土的研究进展,并提出研究中的不足,以便对新吹填超软土工程特性进行更深入的研究。     

粒径对微生物固化砂土抗风蚀扬尘能力的影响

为探究颗粒粒径对微生物固化砂土抗风蚀能力的影响，选用4种不同粒径范围的土样，通过风洞试验以及表面强度、碳酸钙含量测定等试验，从宏观角度分析粒径对微生物固化砂土抗风蚀能力的影响；采用SEM扫描电镜观测，从微观角度对微生物固化砂土的作用机理进行研究。结果表明：颗粒粒径较小的土样，孔隙面积和孔喉直径较小，更易发挥碳酸钙晶体的填充和胶结作用，土体表面形成的固结层更加密实，抗风蚀能力更强且时效性更好。     

粒状土与结构接触面强度特性粒径效应影响研究

为研究颗粒粒径对典型粒状土与结构接触面剪切特性的影响,开展了不同粒径范围粗粒土与混凝土接触面大型直剪试验,分析颗粒粒径对接触面剪切强度及接触面强度参数的影响规律,探讨了接触面剪切强度的粒径效应影响机理。结果表明：接触面剪切强度随土体颗粒粒径的增大而明显增大,且当颗粒粒径与结构表面粗糙形貌比值接近1时,其继续增大对接触面剪切强度影响不再明显;不同剪切位移处接触面剪切应力与法向应力均能较好地满足摩尔库伦破坏准则,剪切过程中接触面内摩擦角随剪切位移的增大而增大并逐渐趋于稳定;而不同粒径条件下接触面表观黏聚力随剪切位移的变化规律有着明显的差异;颗粒粒径的增大能显著提高接触面表观黏聚力,对接触面最大内摩擦角无明显影响。     

炭质泥岩路堤填料崩解性试验研究

为了研究炭质泥岩路堤填料的崩解特性,通过拟定不同的试验方案,对炭质泥岩在室内外不同环境,以及不同初始条件进行崩解试验,引入分形理论分析炭质泥岩崩解过程中颗粒的粒度变化。研究结果表明:炭质泥岩崩解是与干湿循环相关的渐进过程,在该过程中颗粒级配组成随试验的进行不断变化;炭质泥岩的崩解形式及崩解产物颗粒分布与初始状态密切相关;试验过程中,分维数随崩解颗粒级配的变化而变化,其变化速率与崩解速率一致;当分维数位于2.26~2.54时,崩解趋于完成;工程实践表明:可将分维数作为炭质泥岩崩解后是否可用于高速公路路堤填料的控制指标。     

粗颗粒含量对川西地区混合土压缩特性的影响

为解决川西地区混合土路基压缩变形问题,为该地区高速公路、铁路建设提供理论分析基础,针对该地区路基常用混合土,考虑粗颗粒含量影响,进行天然混合土大型压缩试验研究。选取川西地区3组典型天然混合土土样,对其分别采用筛分法剔除20,10,5 mm粒径颗粒,制备粗颗粒含量不同的天然混合土土样,进行粗粒土压缩试验研究。通过对比不同粗颗粒含量的土样在相同试验条件下的孔隙比及压缩模量的不同变化情况,分析川西地区混合土压缩特性受粗颗粒含量的影响规律及其影响机理,确定粗颗粒含量对川西地区混合土压缩特性的影响过渡区间。结果表明：大于5 mm粗颗粒含量对川西地区混合土压缩特性有显著影响,同种混合土中大于5 mm的粗颗粒含量越高,在相同竖向荷载下的单位沉降量越小,孔隙比变化越小,压缩模量越大;大于5 mm粗颗粒含量对川西地区混合土压缩特性的影响过渡区间为30%~45%,土体压缩时,混合土中大于5 mm粗颗粒含量小于30%时,细颗粒起主要承担作用,土体可压缩性高,此时粗颗粒含量的增加,对于混合土的压缩特性影响不大;当粗颗粒含量超过30%时,粗、细颗粒共同作用,粗颗粒骨架逐渐形成,粗颗粒对混合土压缩特性的影响开始逐渐起作用;当大于5 mm粗颗粒含量大于45%时,粗颗粒的骨架作用起主要作用,土体可压缩性显著降低;土体中的矿物成分对压缩特性也产生影响,高岭石含量高的土样,强度较高,但压缩性较低。