饱和软粘土不排水循环加载作用下蠕变特性的研究

为了探讨珠江三角洲的饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验。研究表明：根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可考虑动偏应力、初始静偏力和围压的综合影响,累积应变速率与相对偏应力水平的关系可用指数函数来表示。基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率—应力水平—循环次数关系。     

不排水循环加载作用下饱和软粘土的蠕变特性

为了探讨珠江三角洲饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验.研究表明:根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可综合考虑动偏应力、初始静偏力和围压的影响,累积应变速率可用相对偏应力水平的指数函数来表示.文中还基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率―应力水平―循环次数关系.     

上海地区饱和软粘土流变特性

对上海地区几种典型的饱和软粘土做了大量的蠕变和应力松弛试验，分析总结了主要的流变特性。研究结果表明上海地区饱和软粘土流变特性很显著。且是非线性的，不同土类的流变牧场生有相同之处和不同之处，最后建立了反映蠕变和应力松弛统一的非线性流变经验本构关系。讨论了长期强度问题。     

地铁振动荷载作用下饱和软粘土性状微观研究

位于或穿越饱和软粘土层中的地铁隧道在运营之后，沿轴线产生较大的沉降量，很大程度上与饱和软粘土在地铁振动荷载作用下土体微观结构的变形和破坏、发生残余变形有关．通过扫描电镜试验对饱和软粘土颗粒的微观性状进行了研究，从土的微结构基本单元的形状和大小、基本单元体的接触状态、基本单元体问的联结形式、孔隙的形状和大小以及土体变形3个阶段的力学特性等方面进行较深入的研究．另外，将原状土和循环三轴试验破坏后两种状态的土样作了对比，从微观的角度解释了土体的变形机理．研究成果对有效控制、避免或减轻隧道经过地区地面沉降灾害的发生，指导地铁工程的设计、施工以及地铁运行后沉降的预测评价和防治等提供了有价值的参考．     

饱和软粘土压缩变形中渗透参数的分析

为探讨饱和软粘土压缩变形中渗透参数的变化,首先对软粘土中有效应力原理进行了分析。由于粘土颗粒处于非充分接触或非接触状态,经典Terzaghi有效应力原理需要作适当的修正;接着分析了粘土介质中结合水和自由水的转化规律,指出了结合水对软粘土固结过程的影响;在此基础上,分析了孔隙度和孔隙渗透率应力敏感性,并讨论给出了相关的表达式。分析结果表明:软粘土的性质与其微结构有着密切的关系,饱和状态下,随着粘土中孔隙水的不断排出,有效应力增加,孔隙结构也随着其所受的应力的改变而发生变化,造成粘土孔隙度和渗透率的变化,进而对软粘土的压缩特性和渗流形态产生影响。     

离心力场下饱和软粘土自重固结理论的适用性条件研究

为提高土工离心模型试验结果的可靠性,在对离心模型试验装置改造的基础上,以不同离心加速度场中的饱和软粘土为研究对象,对其在不同排水条件、不同厚度下的试验结果进行分析,并与解析法和数值法的计算结果进行对比,以分析离心力场对试验结果的影响程度.研究表明,离心机模拟软粘土的固结沉降主要分为土层快速固结和土层缓慢固结,其中快速固结对总沉降量的影响主要受离心加速度大小的影响;离心加速度越大,试验结果偏离理论计算结果越大;加速度在48—71g范围内,软粘土模型厚度过大,试验结果偏离理论计算值亦有一定程度增加;离心模型试验可以对饱和软粘土的双面排水固结进行定性分析.     

冲击荷载作用下软粘土变形和孔压的若干问题

研究饱和软粘土的预剪及后固结性能,对饱和软粘土在冲击荷载作用下变形和孔压的一些规律作进一步探讨,另外,在大量试验基础上,建立了一个冲击荷载作用下孔隙水压力的计算模式,并对影响孔压发展的诸如土性、固结应力状态、荷载强度等因素进行了简要分析,试图从另一一个角度定量分析影响孔压发展的各种因素。     

饱和粘土本构关系的神经网络模型

基于不同应力中径下饱和粘土的三轴试验和反问题理论，提出了用改进BP神经网络和径向基函数（RBF）神经网络这两种方法来建立粘土的本构模型。实例分析表明，两种模型对具体本构关系都能够很好逼近和预测，比较起来，径向基函数神经网络模型的稳定性好，且逼近速度快，而改进BP神经网络稳定性好，但逼近速度过慢。     

软岩蠕变扰动现场观测与试验研究

对极软地层深井软岩巷道围岩变形进行现场监测,主要分析外界动压扰动对软岩巷道围岩变形的影响,并设计出软岩蠕变扰动室内试验,选取红砂岩试件分别研究在较低应力和较高应力水平下蠕变受外界扰动的响应,试验表明红砂岩在较低应力状态时蠕变变形受扰动影响不明显,扰动变形呈现衰减形式,在较高应力状态时蠕变受扰动非常敏感,蠕变变形速率快速增加,扰动变形量也急剧增大。     

蜂窝状软粘土蠕变微观分析

为预测软粘土的蠕变变形特征,建立蜂窝状软粘土微结构蠕变失稳力学模型.借助材料力学中对蜂窝结构的研究成果,从微观结构稳定性的角度研究影响软土变形和蠕变的主要几何-力学因素,分析软粘土微结构的变形失稳.研究表明:微结构的变形失稳与其受力状态、几何形状与尺寸等因素密切相关;当竖向应力一定时,随着围压的增大,蠕变屈曲破坏时间变长;当微结构受到扰动时,其蠕变失稳状态也会发生变化,围压的增加会使得微结构的蠕变失稳受到抑制.     

温度对季冻区粉质黏土强度及变形特性的影响

为研究温度变化对天然状态及饱和状态下粉质黏土强度以及变形的影响,以典型季冻区广泛分布的粉质黏土为研究对象,通过GDS非饱和土三轴测试系统对天然状态下非饱和土以及GDS温控式静/动三轴测试系统对饱和粉质黏土,在不同温度条件下进行三轴试验。对试验结果进行研究分析可得：非饱和以及饱和粉质黏土的应力-应变曲线均呈现出应变硬化的特性。非饱和粉质黏土的黏聚力随温度降低表现出不断增加的趋势,而内摩擦角随温度降低逐渐减小,但整体变化趋势较小。饱和土的黏聚力与非饱和土变化趋势相同,随温度的降低其黏聚力逐渐增加,但相同温度时其黏聚力小于非饱和土,其内摩擦角则呈先减小后增加的转变趋势。无竖向压力作用时,相同围压条件下,非饱和与饱和粉质黏土轴向变形量随温度降低而增加,相同温度条件下,两者的轴向变形量随围压的增加会有所减小。试验成果可为季冻区粉质黏土地层工程的设计施工提供理论依据。     

不排水条件下全风化花岗岩残积土工程特性与本构模型

通过土工试验对不排水剪切条件下的饱和松散砂质土的工程特性进行了探讨 ,发现其在剪切时的应力 -应变关系呈现出加工软化特性 ,土体超过峰值强度后最终达到了变形的稳定状态 .基于稳定状态概念 ,将临界土力学理论与非线性应力 -应变关系相结合 ,建立了非线性应力 -应变 -临界状态本构模型 .采用香港钻石山地区全风化花岗岩残积土的不排水三轴试验结果 ,确定了有关模型参数 ,验证了所建议本构模型的合理性     

水泥土强度特性和损伤本构模型研究

为探究围压对水泥土强度特性的影响以及建立不同围压影响下的损伤本构模型,开展室温和冻结状态不同围压下三轴剪切试验.考察了围压对水泥土力学参数的影响规律,建立能够反映出低围压对冻结水泥土强度的强化作用和高围压的弱化作用的修正Hoek-Brown强度准则.假设水泥土微元强度的分布规律服从双参数的Weibull函数,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式分别确定室温和冻结状态下水泥土微元强度,建立了考虑围压的统计损伤本构模型.结果表明,基于Hoek-Brown强度准则和其修正形式建立的损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下水泥土应力-应变曲线,且能够反映出冻结状态水泥土低围压下的应变软化现象与高围压下的应变硬化现象.室温状态时不同围压下损伤变量随轴向应变变化曲线形状相似,均随轴向应变增加呈"S"型单调递增.冻结状态下低围压抑制水泥土损伤劣化程度;高围压使其损伤劣化程度增加,在轴向应变很小时,损伤变量就达到较大值.     

岩石的弹塑性扰动状态本构模型

假定岩石的相对完整状态符合分级单屈服面(HISS)模型并考虑其各向同性硬化,岩石的完全调整状态对应于理想刚塑性,通过定义扰动函数,则岩石应力峰值后的软化行为可用HISS模型叠加扰动进行描述,从而建立基于扰动状态概念理论的岩石弹塑性本构模型.利用RMT-150B对焦作砂岩进行单轴、三轴压缩破坏试验,以确定本构模型中的材料参数.应用建立的弹塑性本构模型,对岩石在单轴应力状态下的力学响应进行了描述.研究结果表明,建立的弹塑性本构模型能描述单轴下岩石的应力-应变全过程.     

基于多孔介质理论的径向非均质饱和土中管桩的扭转振动

运用多孔介质理论和多圈层法研究了径向非均质饱和土中单个管桩的扭转振动.考虑管桩桩周饱和土的非均质特性,将管桩桩周饱和土划分为扰动区域和未扰动区域,建立了径向非均质饱和土中单个管桩的扭转振动模型.基于Novak薄层法和多圈层法,利用数学物理方法求解了桩芯饱和土和桩周饱和土扰动区域、未扰动区域的扭转振动,并考虑土体边界条件和各圈层间的连续性条件建立了径向各圈层扭转剪切刚度的递推公式.考虑桩周饱和土和桩芯饱和土对管桩的动力作用,建立了管桩的扭转振动方程,得到了管桩桩顶的扭转复刚度.运用数值算例进行了对比分析和讨论.结果表明:研究饱和土中管桩扭转振动时需要考虑桩周饱和土的径向非均质性,高频时不应忽略液相的影响,在进行桩基设计时应重点关注管桩的几何尺寸.     

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。     

含损伤的冻土动态本构模型研究

为研究冻土动态本构关系,基于损伤理论研究冻土的变形过程,用唯象模型将冻土看成黏性体和损伤体的并联组合体,并且利用强度理论以及复合材料等效夹杂原理获得冻土在冲击载荷作用下的动态本构模型及其参数的确定方法. 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对冻土进行冲击加载实验,获得冻土在不同应变率冲击载荷作用下的应力-应变曲线,实验结果表明冻土具有明显的应变率相关性. 对比实验曲线和理论曲线可以看出模型计算与实验结果吻合良好,说明了建立模型的方法是可行的,且该模型能够很好地反映冻土动态加载过程的主要特征.     

冻土-构筑物界面粘聚-损伤-摩擦本构模型

冻土与构筑物界面本构模型对寒区工程的设计、分析和数值模拟至关重要.耦合粘聚损伤模型和摩擦模型建立了冻土与构筑物界面的一维本构模型.模型从界面的细观力学特征出发,考虑胶结冰在界面剪切过程中的力学响应及界面出现相对滑动后的摩擦力学特征,将界面微元区域分为损伤部分和非损伤部分进行分析.在界面发生相对位移的过程中,微元由非损伤向完全损伤过渡,其中非损伤部分假设为弹性变形,随着损伤的发展摩擦力逐渐发挥作用.基于界面的基本运动学假设得到了微元体损伤演化过程和摩擦演化过程,进而依据均匀化方法建立了界面的本构关系,模型中的参数物理意义明确且容易从试验数据中获取.数值结果表明模型对界面的应变软化型曲线和应变硬化型曲线都有较好的拟合效果,试验曲线中的关键参数在模型中都能够体现.     

土的应变软化模型及其在边值问题中的应用

为深入认识土体的变形与破坏规律和合理设计土体的承载能力 ,根据密砂的三轴试验数据 ,建立了反映土的应变软化的弹塑性模型。用有限元法对密砂的厚壁筒内压扩张问题进行了计算 ,结果表明密砂的厚壁筒的内压扩张问题具有整体软化和突然崩塌式的破坏特性 ,说明所建立的应变软化模型有较好的适用性     

不同赋存环境下灰岩三轴压缩试验及本构模型研究

以峨眉山二叠系茅口组灰岩为研究对象,对灰岩进行天然状态与饱和状态的三轴压缩试验,探究灰岩在不同赋存环境下的力学特性。根据试验结果建立灰岩天然状态与饱和状态的本构模型。通过分析天然状态与饱和状态灰岩试验结果的相互关系,得出灰岩在不同赋存环境下本构方程之间的关系,从而可以根据灰岩天然状态本构方程推导出饱和状态下的本构方程。根据试验建立了灰岩本构模型,并确定了相关的物理力学参数,可为类似的边坡稳定性研究提供重要的参考。