厦门地区非饱和残积土抗剪强度的试验研究

非饱和残积土是厦门地区诸多填方工程的工程用土,而岩土工程的强度与稳定性问题都涉及到非饱和土的抗剪强度及其指标.采用滤纸法测定非饱和残积土的基质吸力,通过一系列的直接剪切试验,测定不同初始含水量状态下土的抗剪强度及其强度指标.试验结果表明:基质吸力随着含水量、体积含水量或饱和度的增加而减小.当含水量小于16%,体积含水量大于35%或者饱和度大于70%时,基质吸力对含水量的变化非常敏感.在低基质吸力区,抗剪强度随着基质吸力的增加显著增加,表观粘聚力随基质吸力的增大而线性增加;在高基质吸力区,强度随基质吸力的增加变化不大,表观粘聚力的增长速率减小.表观内摩擦角仅在基质吸力较小时增加而后可近似为某一定值.     

基于冻融-干湿作用的非饱和重塑黄土强度试验

冻融循环和干湿交替作为两种典型的风化作用,对土体强度有着显著的影响.为了探讨二者对土体强度影响的差异及吸力机制,对不同含水量的非饱和重塑黄土开展冻融及冻融干湿耦合作用下的直剪试验,同时测试基质吸力.结果表明:冻融条件下,黏聚力随冻融次数呈指数函数减小,内摩擦角随冻融次数呈指数函数增大,抗剪强度随冻融次数增加而增大.冻融干湿耦合下,黏聚力和内摩擦角均随着冻融干湿耦合次数呈指数函数减小,抗剪强度随冻融干湿耦合次数增加而减小;干湿路径对抗剪强度具有一定的影响,先吸湿后脱湿的抗剪强度和强度参数大于先脱湿后吸湿的抗剪强度和强度参数.基于试验数据分别给出黏聚力和内摩擦角随冻融-干湿耦合次数变化的定量表达式.     

非饱和土抗剪强度特性试验研究

非饱和土在工程环境中普遍存在,非饱和土与饱和土的强度特性有很大差异,因此研究土的饱和度对土抗剪强度特性的影响具有重要意义。利用直剪仪和压力板仪,研究了土的饱和度对抗剪强度的影响规律。试验结果表明:粘土的含水量与凝聚力和内摩擦角存在明显关系,当含水量(饱和度)增加,粘聚力和内摩擦角则随含水量的增加逐渐减小;揭示了饱和度与基质吸力之间的关系;对比土水特征曲线与抗剪强度参数的关系,发现了非饱和黏土中基质吸力对抗剪强度的影响规律。     

基质吸力对非饱和粉质砂土抗剪强度的影响

从宏观吸力控制型直剪试验和微观土体颗粒结构分析两方面入手,在压力板仪试验分析非饱和粉质砂土水土特性的基础上,采用不同吸力条件下的直剪试验和2种不同含水量土样结构的微观扫描研究,分析非饱和粉质砂土抗剪强度和基质吸力之间的关系。研究结果表明:与黏性土不同,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加,而是存在一个"峰值效应",这种现象的出现是由于粉质砂土微观结构的组成特点以及随含水率减小所含水分的存在形式不断改变这两方面因素,致使基质吸力作用面积不断变化造成的。另外,土体的应力环境也会影响吸力对土体强度贡献的大小。     

吸力对非饱和高液限黏土-土工织物界面剪切特性的影响

采用ZFY-1A型非饱和土应变控制式直剪仪,对非饱和高液限黏土-土工织物界面进行控制吸力的剪切试验,探讨基质吸力对筋土界面剪切特性的影响.研究结果表明,非饱和高液限黏土-土工织物界面的抗剪强度随着净法向应力、基质吸力的增大而不断提高,剪切位移-剪应力曲线表现出轻微的应变硬化软化特性.剪切过程中有水从试样中排出,净法向应力越大,含水量变化量Δwmax越大,基质吸力越大Δwmax反而越小.界面剪胀角随着基质吸力的增加而增大,随着净法向应力的增加而减小.界面强度随着平均界面剪胀角的增加而增大.最后确定了不同吸力值下的界面强度参数及强度公式.     

重塑玄武岩残积土抗剪强度的试验研究

文章以重塑玄武岩残积土为研究对象,采用直剪试验测定了不同干密度、含水率下土体的抗剪强度及其强度指标,得到了黏聚力和内摩擦角随含水率的变化规律;通过滤纸法测定了不同干密度条件下残积土的土水特征曲线,结合直剪试验结果,分析了基质吸力对抗剪强度的影响规律。结果表明:随含水率增大,黏聚力呈先增大后急剧减小趋势,内摩擦角呈逐步减小趋势;在试验所得基质吸力范围内,随基质吸力增大,抗剪强度先增大后不变,非饱和抗剪强度参数φ~b逐步减小且最终趋于0°,即基质吸力对抗剪强度的贡献是有限的;竖向荷载对φ~b有较大的影响,竖向荷载越大,φ~b越大。     

非饱和土基坑刚性挡墙抗倾覆设计与参数分析

针对非饱和土基坑刚性挡墙提出其抗倾覆计算的基本假定,推导基质吸力均匀分布和线性减小2种情况下满足不同抗倾覆稳定系数的埋置深度方程,并对新定义的抗倾覆埋置系数进行参数影响特性分析。研究结果表明:基质吸力及其分布、吸力角和有效抗剪强度参数对抗倾覆埋置系数的影响显著,抗倾覆埋置系数随基质吸力、吸力角和有效抗剪强度参数的增加不断减小甚至为零;忽略基质吸力的饱和土基坑挡墙抗倾覆设计过于保守,线性分布时基质吸力的影响不如均匀分布时显著,应合理假定基质吸力分布并采取工程措施确保其稳定存在。     

基于电阻率的非饱和盐渍土抗剪强度预测研究

非饱和土体强度研究一直是一个重难点,为了探寻电阻率与非饱和土抗剪强度之间的联系,通过滤纸法测定盐渍土的吸力结合室内电阻率测试、直剪试验,得到了非饱和盐渍土电阻率随含水率成指数减小关系,电阻率随吸力成指数增加关系;结合土水特征曲线,获得非饱和盐渍土基质吸力与电阻率之间的关系,并基于Fredlund模型提出了以电阻率为自变量的非饱和盐渍土抗剪强度数学模型,为研究非饱和土强度预测提供了理论依据.     

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力

基于三剪强度准则,结合非饱和土抗剪强度理论,推导得到考虑多种因素影响的挡土墙库仑主动土压力表达式。该式考虑土体非饱和因素,更合理地反映中间主应力在土体强度中的作用,可用于复杂情况下的土压力计算,经算例验证了其推导合理性。相关影响因素分析表明,土压力计算值随三剪强度参数b的增大而减小;随基质吸力的增大非线性减小,而随基质吸力角的增大呈线性减小趋势,其中基质吸力变化对土压力影响较为显著。应用该式,合理确定相关土体参数,可优化设计,提高经济效益,为非饱和土地区工程实践提供了参考。     

基质吸力与黏粒含量对砂土抗剪强度影响的研究

当前对于非饱和土的研究,主要集中在纯砂土和纯黏土的土水特征和抗剪强度,而实际工程中,基质吸力对含黏粒砂土的抗剪强度具有显著的影响。根据实际工程中含黏粒砂土的级配,论文采用高岭土和细砂配制不同黏粒含量的砂土,利用5Bar压力板仪得出含黏粒砂土的土-水特征曲线,利用非饱和土四联直接仪得出不同基质吸力条件下含黏粒砂土的抗剪强度指标。研究结果表明：随着黏粒含量的增加,含黏粒砂土的残余含水率增加。随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度大部分呈现增大的趋势。但当黏粒含量为15%时,随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度先增大后减小,出现了“黏粒效应”。最后,从含黏粒砂土的微观颗粒结构出发,揭示了含黏粒砂土的抗剪强度主要受土体含水量的大小、颗粒之间弯月形水面的数量的多少和面积大小三方面的影响。     

基质吸力与黏粒含量对砂土抗剪强度的影响

当前对于非饱和土的研究,主要集中在纯砂土和纯黏土的土水特征和抗剪强度,而实际工程中,基质吸力对含黏粒砂土的抗剪强度具有显著的影响。根据实际工程中含黏粒砂土的级配,采用高岭土和细砂配制不同黏粒含量的砂土,利用5 bar压力板仪得出含黏粒砂土的土-水特征曲线,利用非饱和土四联直接仪得出不同基质吸力条件下含黏粒砂土的抗剪强度指标。研究结果表明:随着黏粒含量的增加,含黏粒砂土的残余含水率增加;随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度大部分呈现增大的趋势;但当黏粒含量为15%时,随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度先增大后减小,出现了"黏粒效应"。最后,从含黏粒砂土的微观颗粒结构出发,揭示了含黏粒砂土的抗剪强度主要受土体含水量的大小、颗粒之间弯月形水面的数量的多少和面积大小三方面的影响。     

初始基质吸力对原状黄土水敏特性影响研究

选取延安市典型Q_2原状黄土为研究对象,利用自制装置开展其非饱和状态下的水敏特性研究,定量评价初始基质吸力对黄土水敏特性影响规律.结果表明,非饱和状态下Q_2黄土水敏特性变化差异显著,Q_2黄土基质吸力随含水率增大而减小,吸湿、脱湿路径下的土水特征曲线滞回效应明显;随初始基质吸力增大,Q_2黄土吸水速率及崩解速率均增大,表明其吸水能力及崩解性也逐渐增强.随着初始基质吸力不断降低,Q_2黄土抗剪强度逐渐降低,强度呈现由硬脆性向软塑性转变规律,且抗剪强度曲线滞回效应显著,脱湿强度大于吸湿强度,脱湿样的抗剪强度参数大于吸湿样.     

非饱和土强度非线性及对被动土压力的影响

为研究非饱和土强度的非线性及其对被动土压力的影响,文中在介绍非饱和土强度非线性研究进展的基础上,结合分段抗剪强度公式拟合了一个高吸力抗剪强度参数,并将这一参数应用于非饱和土被动土压力的计算。研究结果表明:高基质吸力具有双重影响,按减小影响和增大效应间的相对关系可分为3种情况,所对应的被动土压力随着基质吸力的增大,或逐渐减小并最终趋于稳定,或略有增加,或大幅度增加,这实际反映的是高基质吸力下非饱和土强度的非线性规律。     

夯实高饱和度地基土的强度特性

运用改进的非饱和土三轴仪,对某地税大楼强夯后高饱和度地基土进行了控制吸力条件下的固结排水剪切实验.实验结果表明,基质吸力对非饱和土的强度特性有重要影响,抗剪强度参数有效内聚力和有效内摩擦角都与吸力呈良好的线性关系.随吸力增加,有效内聚力呈线性增加,而有效内摩擦角则相应地减小.在实验吸力的范围内,有效内聚力受吸力的影响比有效内摩擦角更明显.而实验土的破坏包线并不是平面,它随净平均应力和吸力的增高而呈收敛状,说明对这种高饱和度击实粉土,当围压加至300kPa以上时,吸力对强度的增长不再明显,此时围压将起主导作用.     

浅层膨胀土抗压和抗剪强度的特性试验及其关系

为了研究浅层膨胀土的抗压强度及抗剪强度与抗压强度之间的关系,开展低密度低应力下直剪试验和低密度下无侧限压缩试验,研究干密度和含水率对浅层膨胀土抗压强度和抗剪强度的影响;同时,以无侧限压缩试验和剪切试验结果为依据,研究膨胀土抗压强度与抗剪强度之间的关系,建立含水率w、抗压强度qu、基质吸力Ψ和内摩擦角φ之间关系的数学模型。研究结果表明,在含水率相同的条件下,浅层膨胀土的抗剪强度和抗压强度都随干密度的增大而增大;在干密度相同的条件下,浅层膨胀土的抗剪强度和抗压强度都随含水率的增大先增大后减小,呈现明显的非线性关系。所建立的含水率w、抗压强度qu、基质吸力Ψ和内摩擦角φ之间的数学关系可为预测浅层膨胀土抗压强度提供一种可靠的计算方法。     

非饱和玄武岩残积土剪切特性试验研究

非饱和土中的基质吸力对其抗剪强度特性有重要的影响。选取贵州毕威高速公路沿线的玄武岩残积土样,采用非饱和直剪仪进行控制基质吸力的剪切试验。试验结果表明,在不同的基质吸力和净法向应力作用下,重塑试样由于结构性遭到彻底破坏,应力应变关系表现为应变硬化型。在300 kPa的基质吸力范围内,基质吸力对黏聚力影响显著,对有效内摩擦角基本无影响。非饱和玄武岩残积土的抗剪强度与基质吸力基本呈线性关系,非饱和抗剪强度参数φ~b=19.4°,验证了非饱和土双应力状态变量抗剪强度公式的适用性。     

基于吸应力的非饱和黄土抗剪强度研究

文章通过滤纸法与直剪试验相结合的方法,得到了非饱和原状黄土土水特征曲线和抗剪强度,分析了基于吸应力下的非饱和原状黄土的抗剪强度。试验结果表明:非饱和原状黄土的抗剪强度随基质吸力的增大表现为非线性增大,并逐渐趋于稳定,与土水特征曲线的变化规律基本一致;表观黏聚力随基质吸力的增大表现为非线性增大,尤其在毛细发挥段和水膜吸附段该趋势变得非常明显;表观内摩擦角随基质吸力的增大呈稍微增大的趋势;与表观内摩擦角相比,表观黏聚力的增加幅度较大,因此基质吸力对抗剪强度的贡献更多地体现在表观黏聚力上。通过吸应力概念得到了非饱和原状黄土的表观黏聚力;当土体含水率大于塑限时,基于吸应力公式计算的表观黏聚力与试验结果基本一致;当土体含水率小于塑限时,运用吸应力公式计算的表观黏聚力远远大于试验结果。因此,在含水率较高时,可用吸应力下的抗剪强度公式预测非饱和原状土抗剪强度;在含水率较低时,基于吸应力下的抗剪强度公式是不适用的。     

考虑干燥裂缝时非饱和土垂直切坡临界自稳高度

利用双应力状态变量表示方法,建立了考虑干燥裂缝时吸力沿深度均匀分布和随深度线性减小两种情况下垂直切坡极限自稳高度表达式．研究表明,自稳高度不仅依赖于土的强度．而且与基质吸力有关．一方面基质吸力提高了土的抗剪强度,从而有助于提高垂直边坡的稳定性;另一方面地表干燥裂缝深度随吸力的增大而增大,从而吸力的增大又将削弱边坡的稳定性．与不考虑干燥裂缝情况相比,考虑干燥裂缝时垂直切坡的极限自稳高度将有所降低,这些结果对基坑无支护开挖具有理论指导意义和工程应用价值。     

基质吸力对非饱和土抗剪强度影响的试验研究

在非饱和土条件下产生的负孔隙水压力(基质吸力)对于预测如边坡、挡土墙、挖方工程、基础工程之类的土石结构的稳定性十分重要.为了探讨基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响,采用非饱和土固结排水三轴剪切试验对此进行了研究.试验采用恒定的净周围压力和变化的基质吸力,以反映基质吸力的变化对抗剪强度的影响.通过对试验结果的分析可以得到如下的结论:表示基质吸力对抗剪强度的平均增加率的参数Φb为20.7°,在较小的基质吸力范围内基质吸力与抗剪强度之间存在着线性关系.     

含水量与抗剪强度关系影响下高盐量盐渍土路基边坡稳定性

针对盐渍土中不同盐分类型的溶解度和亲水性差异较大问题,分析高盐量盐渍土含水量与抗剪强度关系变化对盐渍土路基边坡稳定性的影响。结合降雨量调查和现场含水量沿深度分布情况,开展适应环境条件的室内试验。针对不同含水量条件下高氯盐渍土(CL-1)和高硫低氯盐渍土(CL-2)路基填料进行直剪试验,得出含水量与抗剪强度参数关系函数。基于Geostudio建立盐渍土路基含水量-强度参数等值分层计算模型,通过体积压力板仪试验测量土样基质吸力随体积含水量的变化规律。通过采用饱和/非饱和渗流的有限元分析与路基边坡稳定性的极限平衡分析相结合的方法,利用GeoStudio中SLOPE/W模块,分别计算和分析降雨强度、降雨持续时间等对盐渍土路基边坡稳定性的影响。考虑含水量和抗剪强度变化关系函数,通过建立的盐渍土路基含水量-强度参数等值分层计算模型对CL-1和CL-2盐渍土边坡稳定性进行了分析。结果表明:含水量在最优含水量的基础上增加3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别下降94.3%和54.0%,内摩擦角的变化不大;在最优含水量的基础上减少3%时,CL-1和CL-2的黏聚力较最优含水量时分别提高了277.1%和89.7%,对CL-2的内摩擦角影响不大,CL-1的内摩擦角出现明显减小;当降雨强度相同时,CL-1填筑的路基的安全系数较CL-2填筑的路基变化更为明显,主要原因在于高氯盐的亲水性较硫酸盐强,抗剪强度参数受到水分变化的影响更大。