原状Q_3黄土剪切破损机理及其本构模型研究

原状Q_3黄土具有显著的结构性与湿陷性,其结构性对力学性状的影响非常复杂。为揭示原状Q_3黄土在三轴剪切试验过程中的细观结构变化,构建描述原状黄土Q_3剪切破坏细观结构破损演化规律的本构方程,揭示其结构性对力学性状的影响,采用了应力控制式CT–三轴仪对非饱和原状Q_3黄土进行围压为50,100,200,400 k Pa的固结排水三轴剪切试验,同时利用CT机将试样的5个断面分别按固结完成时、微裂纹产生时、剪切破损发展演化Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和剪切破坏时6种损伤状态进行实时无损量测。结合三轴剪切试验时应力应变状态、对应的CT扫描CT数及方差的物理意义定义了原状黄土破损结构势参数与破损率,建立了破损率与轴向应变、偏应力的演化方程,充分利用CT图像上的细观物理信息研究了原状Q_3黄土结构破损演化过程及力学行为。试验结果表明:在峰值偏应力前后弱软化型试样随轴向应变的增大CT数先增大后减小、方差先减小后增大,而硬化型试样则CT数单调增大、方差单调减小;剪切破坏时软化型试样破损结构势参数先小幅增长后快速减小,硬化型试样其值变化不大;根据定义的破损率与轴向应变、偏应力函数关系将不同围压下破损前和破损后分段拟合进行归一化处理建立的本构方程可以很好地表述原状黄土剪切破坏细观结构破损演化全过程。     

基于不同含水率下重塑黄土强度特性试验研究

在路基回填施工过程中,土体的含水率与回填速度直接关系到工程的安全性和经济效应。因此对不同含水率、剪切速率下重塑黄土的强度特性及指标进行了三轴试验研究。结果表明:含水率与剪切速率都对重塑黄土的强度有明显影响。剪切速率增加,应力-应变曲线上移;含水率增大,黏聚力和内摩擦角均减小,但减小幅度不同;黏聚力与内摩擦角均可由含水率的一次函数关系式表示。利用莫尔-库仑公式得出了重塑黄土的破坏强度公式。     

重塑非饱和黄土的强度和变形特性研究

以西北黄土为对象,通过常规三轴试验对非饱和黄土的强度、变形特性进行了研究。结果表明：非饱和黄土的粘聚力和内摩擦角均随含水率的增大而逐渐减小：粘聚力随干密度的增大而增大,在含水率较低时,内摩擦角随干密度的增大呈先增大而再稍减小的规律,在含水率较高时,内摩擦角则随干密度增大而增大;在含水率较低或围压较小时,黄土的三轴剪切出现剪胀现象,含水率较高或围压较大时则出现剪缩现象。     

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。     

黄土结构强度常规三轴试验研究

强度指标是地基工程、边坡工程和地下工程设计的重要参数.对于结构性土体,特别是结构性黄土,更是如此.保持生态环境与水土流失,均与黄土密切相关.基于黄土结构强度极为重要,利用三轴试验,研究了黄土结构强度与含水量、围压的关系.研究结果表明:含水量的增加对于结构强度起着软化作用,围压的加载对结构强度起着强化作用.     

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。     

非饱和黄土结构强度特性的试验研究

分析了非饱和黄土强度的组成和结构强度的来源,通过常规三轴试验对非饱和黄土的结构强度和抗剪强度规律进行了研究。结果表明:非饱和黄土的结构强度可用其天然结构破坏时所丧失的强度表示;同一含水率下结构强度随围压的增大而增大,在同一围压下结构强度随含水率的增加而逐渐减小,呈较好的幂函数关系;结构强度与其粘聚力之间有显著的线性相关关系。     

上海黏土力学特性试验及应用研究

修正剑桥模型是描述黏土弹塑性本构的重要临界状态模型。通过三轴应力路径剪切试验,给出了上海第5层黏土临界状态线斜率。通过K0固结压缩试验以及回弹试验,得到土体的压缩回弹对数体积模量。采用本文重塑土体参数以及原状土参数进行基坑开挖导致的土体位移有限元分析。结果表明,重塑土体参数较原有土体刚度有一定的减小,基坑坡顶位移及底部隆起采用重塑土体参数计算时,结果与原状土相比明显增大。     

晋南黄土抗剪强度参数与含水量的试验研究

目前,国内对于黄土抗剪强度参数与含水量的相关研究还不够深入,本文针对晋南黄土进行固结排水三轴剪切试验,主要研究含水量对抗剪强度参数的影响规律。试验结果表明:围压较低时,随含水量的增大,黄土的强度降低更明显;抗剪强度参数c和φ随含水量的增大而减小,但均存在极小值,抗剪强度参数c比抗剪强度参数φ先达到极小值。     

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。     

太原黄土含水率对邓肯-张模型参数影响研究

为研究太原黄土的工程力学特性以及分析含水率对黄土整体稳定性的影响,对土样进行不同初始条件的室内三轴试验,将试验结果用邓肯-张模型进行拟合分析,获得了太原黄土的邓肯-张模型参数及其随含水率变化的规律。结果表明,随着含水率增大,黄土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均有减小趋势,初始含水率较小时,试样有应变软化趋势,表现出剪胀现象。切线弹性模量及体积变形模量都随含水率的减小而增大,随应变的增大而迅速减小。在工程建设中要严格控制黄土的含水率等相关指标。     

掺入轮胎条的黄土混合物剪切形变特性研究

为提高黄土填料的剪切强度和降低其重度,研究轮胎条掺量、尺寸对混合土剪切形变影响。通过对轮胎条加筋土进行大型剪切试验,研究竖向荷载、轮胎条含量（0%~100%）和轮胎条长宽比（1∶1~1∶8）对混合土体积应变特性的影响。结果表明:提高轮胎条含量,极大地改变了黄土颗粒的空间分布状况,轮胎条在混合土中占据主导地位;试样竖向位移与轮胎条掺量、长宽比、竖向荷载成正相关;将抗剪强度峰值点控制在较低的轴向应变范围内,可以调整黄土轮胎条混合土的变形特征。     

宝兰铁路重塑黄土的轴向拉伸试验研究

为了揭示“宝兰重塑黄土”的抗拉特性,设计了一台测量精确、应用方便的土体抗拉试验装置,利用此装置对重塑黄土试件进行轴向拉伸试验,得到重塑黄土的应力-位移关系曲线、干密度和含水率对抗拉特性的影响规律。研究结果表明:重塑黄土抗拉强度随含水率的变化存在峰值,表现出两种不同的破坏形态,在塑限前主要受弹性变形控制,超过塑限后主要受塑性变形控制;重塑黄土的抗拉强度与干密度之间呈指数关系;重塑黄土的极限位移与干密度之间成线性关系。     

压实黄土路基导水参数的试验研究

基于黄土路基压实后土体的基本性质,根据路基土中水分运动的基本方程,通过室内一维土柱入渗试验,得到不同压实度的黄土湿润锋湿度与平均湿度、水分入渗速率的关系曲线。由黄土中水分再分布过程确定压实黄土路基的导水参数和水分扩散参数,并分析压实黄土路基内水分迁移,得出相应的黄土路基中水分入渗规律,为黄土路基严格控制压实度提供重要的理论依据。     

考虑非饱和土基质吸力影响的路基回弹模量研究

通过室内承载板试验测试某地重塑黄土土样在不同压实度与含水量状态下的回弹模量,探讨回弹模量与两者之间的关系。同时,利用压力板仪测定土样的土-水特征曲线,进一步分析基质吸力对回弹模量的影响。     

冲击碾压在城市道路湿陷性黄土路基处理中的应用研究

为了研究冲击碾压对城市道路湿陷性黄土路基的处理效果，针对甘肃国际陆港中心区道路建设场地湿陷性黄土特点，设计了湿陷性黄土路基冲击碾压处理方案，采用土体沉降量、压实度、湿陷系数、压缩模量等参数表征处理效果，研究不同冲击碾压遍数下路基不同深度范围的土体处理效果。结果表明:冲击碾压能够有效改善湿陷性黄土路基压实度、压缩模量、湿陷性，冲击碾压25遍后深度为80 cm的黄土湿陷性完全消除；冲击碾压对150 cm范围内的湿陷性黄土压实度提高效果显著，冲击碾压对湿陷性黄土的有效处理深度为1.5 m。     

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...     

湿陷性黄土掺配煤矸石路基土石混合料路用性能试验研究

通过对宁夏地区产量丰富的煤矸石与黄土以不同的比例配制土石混合料,研究其作为高速公路路床土的基本性能,利用煤矸石的膨胀性和黄土的湿陷性的耦合作用,解决道路工程中存在的黄土湿陷性问题。试验结果表明:当煤矸石与黄土掺量相同时,土石混合料的最大干密度和最优含水率分别达到最大值1.78 g/cm3和最小值14.2 %;随着煤矸石掺量的增加,土石混合料的承载能力呈上升趋势,当煤矸石掺量为50 %时,CBR值达到9.6 %;随着黄土掺量的不断减少,土石混合料的膨胀量呈减小趋势;综合考虑,建议采用30 %以上煤矸石掺量的土石混合料作为路基的填筑材料。     

冻融循环对阳曲隧道黄土强度影响对比试验研究

为了研究冻融环境对黄土强度的影响,以山西阳曲1号公路隧道不同含水量的黄土为研究对象,设计冻融循环次数和含水量变化的对比试验,通过进行冻融前后的直接剪切试验,获得含水量不同的黄土经过不同次数冻融循环后的强度变动规律。结果表明： 原状土样和重塑土样在含水量变大的过程中,抗剪强度与黏聚力均在减小,内摩擦角基本保持稳定,但原状土样的抗剪强度与黏聚力始终高于同含水量的重塑土样。在含水量较高的情况下进行冻融试验,发现黄土干密度变化非常明显,此现象表明影响黄土冻胀劣化的主要因素是含水率的大小,黄土中水分含量越大劣化征象越显著。     

离石黄土加荷-湿陷全过程的结构特性及本构模型研究

基于试验研究与数据分析,认为离石黄土的土体由孔隙和团聚体组成,相应地将离石黄土的结构效应划分为土体空间效应和联结效应。进一步将离石黄土的联结效应细分为荷载联结效应和浸水联结效应,荷载联结效应为线性变形,浸水联结效应为非线性变形。提出“湿陷应变”的概念,对其进行等效化的数值计算,得到应力-湿陷应变曲线,并通过引入和新建理想物体模型,建立离石黄土的压缩-湿陷力学模型,推导该模型的本构方程。