湿—载—冻—融作用对洛川黄土三轴剪切强度影响

为了研究湿、载、冻、融作用对洛川黄土三轴剪切强度的影响,运用GCTS电液伺服低温高压动态三轴测试系统,进行了不同含水率、冻结条件、融化条件下的三轴剪切实验,研究含水率、载荷、冻结、融化联合作用对黄土强度的影响及其作用机理。实验结果表明,土中水通过对土颗粒联结作用的影响改变黄土的强度特性,冻结作用通过温度对土中自由水的相变结冰,改变土体承受外力的结构,从而对土体的强度产生影响,融化作用主要是由于冻结过程中土中水的体积膨胀对土颗粒联结的损伤和破坏,从而使黄土的强度会产生较大的下降。     

单向正融粉制黏土路基的静力学特性及显著性分析

由于正融土体相较全融或全冻土体具有不稳定性,对路基土体会产生更大破坏,为了探究单向正融粉制黏土路基的静力学特性,通过改装动静三轴试验机,对不同围压、冻前含水率、顶端冻结负温、顶端融化温度进行了静三轴剪切试验,研究应力-应变曲线和静强度的变化规律,并且基于显著性分析对静强度进行探究。试验结果表明:随着围压和含水率的增加,应力-应变曲线逐渐由弹性-应变软化型变为弹性-应变硬化型;正融土静强度随顶端冻结负温的降低和融化温度的降低而升高,冻结负温比融化温度对正融土强度贡献更大;认为存在临界含水率,小于该含水率,静强度随含水率的增长而增大,大于该含水率则随含水率的增长而减小。通过显著性分析发现,围压对静强度影响最为显著,冻前含水率次之;同时,冻结和融化温度的交互作用也有较为显著的影响。     

冻融循环条件下重塑黄土水分迁移及其对力学性质影响

以西安地区黄土为研究对象,通过常规三轴剪切试验,研究了冻融循环对重塑黄土物理力学性质的影响。结果表明:试样冻融过程中水分不断向冰晶冰冻锋面迁移;即试样冻结过程中水分向试样表面迁移,融化之后水分向试样内部迁移;在此过程中试样结构性破坏,内部空隙增大,其剪切强度逐渐减小;故而试样含水率越大,冻融过程中水分迁移量越大,试样破坏越明显,其剪切强度降低越明显。     

冻融循环作用下吕梁地区马兰黄土性质研究

以山西省吕梁地区原状马兰黄土为研究对象,通过对该地区Q_3黄土开展不同初始含水量,不同冻融循环次数下的静三轴剪切试验和微观结构试验,探讨了冻融作用对黄土力学性质的影响。结果表明:随着冻融次数的增加,含水率会有不同程度的降低。冻融循环作用会使土体在剪切时更容易屈服,在围压和含水率一定时,土体的破坏应力随冻融循环的叠加呈整体下降趋势。含水率对偏应力增长的影响要大于冻融循环作用。黄土的强度参数随冻融循环作用表现为黏聚力随冻融循环次数呈指数函数型降低,内摩擦角几乎没变化。同时,随着冻融循环次数的增加,大颗粒破碎为小颗粒和碎屑集合体,孔隙比增大。这一研究成果可为吕梁地区由于冻融作用引起的滑坡发生机理研究提供参考。     

裂隙密度对黄土抗剪强度影响的试验研究

黄土中节理裂隙十分发育,严重影响黄土的力学性质。尤其是对地下采煤引发的黄土滑坡进行评价时,除了需要考虑采矿引起的斜坡变形,还需考虑采煤引起的黄土裂隙化导致的强度劣化问题。本文通过三轴压缩试验研究不同裂隙密度的黄土在不同含水率下的抗剪强度参数变化规律。研究表明:随着裂隙密度的增加,内摩擦角呈明显减小趋势;黏聚力在低含水率下呈减小趋势,在高含水率条件下变化规律不明显。由于裂隙的出现,临近裂隙的土体应力重分布,应力方向发生偏转,垂直于裂隙的应力值趋近于零,主应力差增大,因此临近裂隙的土体发生局部破坏,这种现象的最终宏观表现之一为内摩擦角变小。较低含水率条件下,裂隙的存在,影响了土颗粒之间的连续性,宏观表现为随着裂隙密度的增大,黏聚力值在减小;但随着含水率的增大,水使土体胶结弱化作用加强,裂隙对土颗粒之间连结的影响作用趋弱,宏观上表现为黏聚力随裂隙密度非单调变化。     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

川西松潘地区裂隙性黄土强度特性试验

节理裂隙破坏了黄土的结构完整性,影响其力学特性,一定程度上控制着黄土地区滑坡和崩塌等地质灾害的演化进程和破坏规模。为研究裂隙对黄土强度特性的影响,选取川西松潘地区黄土为研究对象,开展了不同切面倾角、含水率和含砂量等条件下的三轴试验,研究结果表明：（1）切面倾角对黄土抗剪强度影响明显,在倾角为0°时最大,在接近理论破裂角时最小;（2）只有切面倾角与理论破裂角相近时,剪切破裂面才会迁就已有切面发展,其他切面倾角时试样并不会沿着预设切面破坏,切面的存在改变了土体内局部应力从而影响其剪切强度;（3）含切面试样的粘聚力对含水率和含砂量的变化较敏感,当含水率和含砂量变化时,剪切强度的倾角效应依然存在,但不同切面倾角试样的剪切特性会有所变化。基于裂隙性黄土力学特性的研究,认为开展滑坡不同部位的滑带土切面三轴试验可以为深入分析古滑坡复活机制提供借鉴。     

季冻区矩型渠冻胀数值模拟及试验研究

传统的U型渠混凝土强度较低,抗冻胀性较差,在寒区使用各方面指标难以达到正常运行要求,因此提出新型矩型渠。采用聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒轻质土垫层作为矩型渠的保温材料,对比不同掺量EPS颗粒轻质土对矩型渠的保温效果,结合数值模拟和物理试验模型,分析土体的冻结融化规律及冻融循环后的残余变形量。研究结果表明:土体冻结是单向冻结、双向融化的过程,且土体的最大冻深发生在温度上升段0℃附近;EPS颗粒轻质土垫层对矩型渠土体起到很好的保温作用,EPS颗粒轻质土掺量越高,土体冻胀量和冻深的削减量也越大。     

原状黄土的联合强度理论探讨

目前尚未存在统一的既能判断拉伸破坏,又能判断剪切破坏的土的联合强度理论。文章以洛川黄土为研究对象,采用单轴直接拉伸试验、无侧限抗压试验与三轴不固结不排水剪切试验(UU试验)测得不同应力状态下原状黄土的极限强度,拟合并推导出原状黄土适用的联合强度理论。结果表明:在天然含水率下,原状黄土的抗拉强度较小,仅为8.74kPa,剪切强度最大,抗压强度次之;原状黄土的极限拉应变很小,极限压应变稍大,土体表现为脆性破坏,但随着围压σ3的增大,破坏时的应变也相应增大,土体由脆性破坏向延性破坏过渡;二次抛物线型强度理论能合理地判断原状黄土的拉伸与剪切破坏;可利用易于测量的单轴抗压试验和三轴剪切试验结果求出二次抛物线型强度方程,并合理地反演出抗拉强度。     

三轴数字图像测量技术在黄土力学特性研究中应用

常规三轴试验仪难以准确测定出土体径向变形和体积变形,因此将其应用于黄土等典型非饱和土研究时必须改进其量测系统.将数字图像测量方法应用于黄土变形研究中,通过非接触式测量不但可以避开端部约束对试样的影响,同时可以测量土样各个断面的径向变形;通过测定不同固结压力下试样的体积应变,在vε-lgp曲线上与曲率半径最小的点相对应的围压值确定为土体的结构强度;通过计算试样剪切过程中实时的截面面积进而准确地反映出土体的应力-应变关系;通过对图像分析可以捕捉到土样在低含水量、低围压下出现的剪切带.将数字图像测量方法应用于黄土湿陷系数的测量,可以将不同应力条件下的湿陷轴向应变作为相对湿陷系数,将湿陷体积应变作为广义湿陷系数,结合结构强度与湿陷体积应变对黄土湿陷变形特性进行了很好的诠释.     

基于核磁共振的冻融循环作用下重塑黄土强度变化规律

为了研究冻融循环对重塑黄土抗剪强度的影响,分宏观及微观两个方面来进行试验研究。在宏观层面上,通过对不同冻融循环次数下、不同含水率的土样的进行三轴压缩试验,得到相应的应力-应变曲线;从微观层面上,利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)成像分析仪,测得土样在不同冻融循环次数下的T_2时间分布曲线。结果表明:未冻融状态下,含水率为13%的土样其应力应变曲线为应变软化型;随含水率逐渐增加其应力-应变曲线由应变软化型变为应变硬化型。随冻融循环次数的增加,含水率为13%的土样其应力-应变曲线依旧为应变软化型;但抗剪强度逐渐降低,而随含水率逐渐增加,土样应力-应变曲线由应变硬化型有逐渐向应变软化型过渡的趋势;且含水率越高曲线软化趋势越明显。     

冻融循环对黄土电阻率及水分迁移影响的试验研究

电阻率为土体的固有特性,与土中水含量、颗粒排列和链接方式有着密切的关系。为了研究冻融循环次数对黄土的电阻率的影响,对经历不同冻融循环次数的不同含水状态黄土的电阻率进行了试验研究,分析了黄土电阻率与含水量、冻融循环次数的关系,建立了考虑含水量、冻融循环次数的非饱和土电阻率模型。试验结果表明:干密度一定时,电阻率随着含水量的增高而快速降低,当含水量达到26%后,电阻率变化规律逐渐趋于稳定;当冻融循环次数少于5次时,电阻率随着冻融循环次数的增加缓慢增长;冻融循环次数超过5次后,电阻率值逐渐趋于稳定。通过对冻融前后土样不同区域的含水量值的比较可知,冻融循环作用后,土中水总体呈现出从中心向四周的扩散的迁移规律。     

冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化试验研究

黄土地区冻融现象时常发生,这一气候现象对土体强度劣化显著,影响工程安全建设和正常使用。针对黄陵地区Q2黄土开展不同条件下的三轴剪切试验,探讨含水率、初始围压等因素对黄土抗剪强度的影响规律。结果表明:黄土土样处于相同的含水率和围压的条件下,冻融循环次数对土体内部应力值有较大的影响;土体的黏聚力随着冻融循环次数的增加不断减小,且变化幅度逐渐变小,而土体内摩擦角变化不大。获得冻融次数、含水量和黏聚力三者之间的曲线关系,得到三者之间的拟合公式。试样破坏特征显示:试验后土样的破坏形式主要为剪胀、劈裂和剪切三种类型,随冻融循环次数的增加,破坏形式从剪胀破坏过渡到劈裂破坏。     

冻融循环对永和原状黄土影响的试验研究

山西省内黄土分布广阔,对山西黄土地质灾害进行研究可以减少人民和国家的经济财产损失,对灾害的预防有重要意义。以山西省临汾市永和县阁窑沟渠原状黄土为试验对象,通过对比在封闭情况下冻融循环前后原状黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的物理力学性质,研究原状黄土冻融后的变化规律。实验结果表明:冻融后土体含水率降低,黏聚力减小;土体在经历反复冻融后土体结构性减弱,抗剪强度降低;内摩擦角在围压较小时原始土大于冻融后土体,随着围压的增大冻融后土体的内摩擦角变大并大于原始土。最后通过室内试验的研究,分析了阁窑沟渠发生的滑坡与土体的冻融循环之间的联系,也为减少类似地质灾害的发生提出几点建议。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

热-湿-应力耦合作用下框架锚杆支撑的边坡冻融特性分析

为探究季冻区框锚支护边坡的冻融规律,根据传热传质理论,给出了土体在冻融过程中温度场、水分场和应力场的数学模型方程,使用有限差分法对温度场和水分场进行分析,在每个时间步长内使用有限单元法对应力场进行分析。同时,针对土体与结构的协同作用,提出了零宽度四节点单元作为二者的联结单元,来体现二者的联结关系。基于MATLAB软件平台编制了计算程序,并结合室外试验验证了程序的可靠性。结果表明：边坡顶部受温度影响较大,地表温度在冻结和融化时对土体最大影响深度分别是2.0m和1.5m;冻结时的剪应力大约是融化时的2.5倍,在坡面上分布较均匀,边坡处于稳定状态;融化时的剪应力在坡脚处出现应力集中,在融化区和未融化区交界面发生剪应力突变,边坡处于不稳定状态;3种工况下冻结时锚杆轴力最大,大约是初始工况的2.4~2.5倍,融化时锚杆留有残余轴力,大约是初始工况的1.1~1.3倍,表明冻融过程中的冻胀变形对锚杆内力影响较大,一旦超过其抗拉极限,就会发生锚杆被拔出的现象致使防护失效,边坡失稳。因此由冻结引起的变形会对锚杆内力产生不可忽略的影响,此类边坡工程中需要加以重视。     

冻融作用对土壤水分迁移和地下水位波动影响的实验研究

相比于非冻土分布区,季节性冻土区冬春季节的冻融作用显著影响着土壤水分运动和地下水位动态,进而改变地下水土环境中的水力条件和污染物分布特征。针对冻融作用下地下水位的波动过程尚缺乏定量化的具体研究,本文首次建立包气带、含水层水分迁移过程的冻融循环模拟实验装置,定量模拟分析了不同介质粒径和不同温度条件下冻融过程造成的水位波动差异,揭示冻融作用下土壤水分迁移和地下水位的波动规律。结果表明:冻融过程地下水位变化阶段与土壤冻融阶段相对应,且存在滞后现象;土壤的介质条件和温度条件均对冻融过程中地下水的波动具有重要影响,粒径越细,温度梯度越大,水分迁移量越大,水位波动越显著。      

冬灌区黄土湿陷性的反复冻融效应

为了探索冻融循环对冬灌区黄土湿陷性的作用规律,结合宁夏气候和黄土区域性特点,应用封闭单向冻融法,试验研究了冬灌区黄土湿陷性的反复冻融效应。试验结果表明:冻融使黄土的湿陷性增大,冻融引起的湿陷系数增量随冻融循环次数的增加而增大,在冻融循环12次后基本达到稳定,二者间存在相关性很好的双曲线关系。在含水率为定值14.0%时,黄土湿陷系数的冻融效应随干密度的增大逐渐增大;在干密度为定值1.45 g/cm~3时,黄土湿陷系数的冻融效应随含水率的增大呈先增大后减小的趋势,最不利含水率约为22.0%。湿陷系数的冻融效应存在最不利含水率,黄土工程应尽量避免在最不利含水率下受冻,尤其是密实度大的压实黄土。     

重塑黄土的强度影响因素研究及基于核磁共振的微观解释

黄土的抗剪强度特性影响着黄土地区边坡和路基等的稳定性,抗剪强度特性与土体的含水率和干密度密切相关。通过制备不同含水率和干密度的重塑黄土试样,通过室内直剪试验和核磁共振测试对重塑黄土的抗剪强度特性进行研究。研究结果表明,在低含水率的情况下,重塑黄土应力应变曲线有峰值点存在,呈现应变软化特性;在高含水率的情况下,应力应变曲线没有明显峰值,呈现应变硬化特性。随着土样含水率变大,黏聚力显著下降,内摩擦角变化规律不明显;随着土样干密度变大,其黏聚力增大。随后采用核磁共振测试技术对上述不同含水率和干密度状态的环刀样开展了含水量分布的测试,测试结果进一步从微观层面上解释了重塑黄土抗剪强度参数变化的规律。