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.     

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。     

宁明非饱和膨胀土的抗剪强度

用GDS非饱和三轴试验系统对宁明膨胀土进行了饱和状态下的固结排水试验以及控制基质吸力的非饱和三轴排水试验,分析得到了不同基质吸力下非饱和土的总粘聚力及吸附强度与吸力之间的关系.并对试验结果进行了数值拟和,由此获得了宁明膨胀土非饱和抗剪强度表达式.将参考文献中同类试验结果代入,同样满足此关系.     

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。     

非饱和土特性对朗肯土压力的影响

为研究非饱和土物理力学性质,进行了粉质黏土的物性指标试验、饱和三轴试验和土-水特征曲线试验。基于Fredlund非饱和土抗剪强度准则和饱和土朗肯土压力理论,得到非饱和土土压力计算方法和公式。运用所得公式和试验成果分别研究基质吸力、地下水位和渗流状态对非饱和土土压力的影响,分析土压力变化规律。研究结果表明:基质吸力对总主动土压力、总被动土压力的作用相反,在基质吸力影响下,被动土压力变化幅度可达300 k N/m;考虑基质吸力作用时,地下水位变化对土压力影响明显增大;从蒸发到入渗状态,被动土压力下降幅度大于主动土压力增长幅度。     

非饱和土临界荷载和太沙基极限承载力解析解

基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和超固结比等影响,推导了非饱和土条形地基临界荷载和太沙基极限承载力解析解,并得出统一强度理论参数、基质吸力和超固结比对解析解的影响规律.研究结果表明:该解析解具有很好的可比性,临界荷载公式适用于任意侧压力系数;临界荷载和太沙基极限承载力均随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而显著增加;临界荷载与超固结比近似成线形递增关系,不同基质吸力所对应的临界荷载间相互平行.     

基质吸力作用下非饱和粉土强度特性研究

为研究豫东高速公路路基填筑粉土的非饱和力学特性,采用四联非饱和土直剪仪进行控制吸力条件下的强度特性试验,着重分析吸力对非饱和粉土强度的贡献,并对其干密度效应进行了探讨.结果表明,豫东黄河冲积粉土颗粒级配较为集中在0.005~0.075 mm的粉粒组.击实曲线出现了不对称的"双驼峰"现象,但两个干密度峰值相差较大,工程应用中需注意最大干密度的准确获得.非饱和粉土的抗剪强度与固结应力呈线性相关关系.干密度和吸力对粉土的黏聚力c均有影响,但影响规律不同.黏聚力c随吸力的减小呈抛物线变化,在最佳含水率附近黏聚力达到峰值.粉土干密度越大,其黏聚力越大.粉土内摩擦角随吸力增加呈增大趋势,吸力大于100 k Pa后基本趋于稳定,影响幅度在5°以内.基质吸力对抗剪强度的影响呈非线性关系.粉土的内摩擦角φ'与吸力相关,φ~b则受吸力与固结应力共同影响,φ'与φ~b均非常数,在τ_f—(u_a-u_w)—(σ_n-u_a)空间中,摩尔库伦破坏面呈双向弯曲形态.     

清江水布垭古树包滑坡带土的非饱和试验研究

利用四联非饱和直剪仪开展对非饱和土剪切强度的试验，通过对试验数据的分析并绘制成图，验证了Fredlund提出的抗剪强度公式和剪切强度-基质吸力之间的非线性关系。     

非饱和土力学行为的三维离散元分析

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用Hill接触模型来考虑非饱和土中吸力的作用,建立了非饱和土的颗粒流模型。根据室内试验结果对模型细观参数进行标定,开展了固结排水三轴剪切试验离散元数值模拟,揭示了在不同围压和吸力下,模型试样的应力-应变关系与强度特性等宏观力学性质以及细观信息平均配位数的变化规律。根据不同吸力下的莫尔-库伦破坏包线,建立了吸力与抗剪强度参数之间的关系。此外,通过标定室内试验结果中不同含水率下的应力-应变曲线,建立了Hill模型中吸力与含水率的关系。研究结果表明：Hill接触模型可以较好的模拟非饱和土的力学行为,可为非饱和土的离散元模拟提供参考。     

上海软土非饱和压缩特征

通过室内吸力控制的非饱和1维压缩试验,获得了上海软土在不同吸力下的压缩—回弹—再压缩曲线,进而获取了非饱和土2个重要压缩性指标——回弹指数和压缩指数;分析探讨了基质吸力对非饱和土强度的影响,并采用Alonso弹塑性模型对试验实测数据进行了拟合分析,获取了前期固结压力随基质吸力的变化关系曲线.试验结果表明,随着基质吸力的增加,土的压缩性不断降低;当前吸力条件下,孔隙比随竖向压力变化曲线阶段特征明显,包括弹性阶段、弹塑性阶段以及回弹与再压缩阶段;非饱和压缩过程中,前期固结压力随基质吸力减小而减小,土的孔隙比与基质吸力和竖向应力之间呈曲面关系.     

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.     

非饱和土抗剪强度的研究

非饱和土强度一直倍受理论界和工程界的广泛关注.该文比较Bishop和Fredlund等常见的非饱和土强度公式的优缺点.基于Mohr-Coulomb准则,通过一种有效应力和土水特征曲线推导出一种新的非饱和土强度公式.该式既考虑吸力对强度的贡献,也兼顾了饱和度对强度的影响.由GDS三轴仪进行了非饱和膨胀土的剪切试验,并与相关的试验进行比较,结果表明该非饱和土强度公式是合理和有效的.     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

膨胀土的强度特性探讨

分析膨胀土抗剪强度影响的主要因素、强度理论和强度指标的取值方法,并提出在目前基质吸力测定具有较高难度的情况下,间接测定基质吸力的方法将具有较高的使用和推广价值。     

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.     

确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

塑性上限分析法是计算静荷载作用下吸力锚极限承载力的一种方法,依据塑性上限分析原理,为了计算静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的承载力,建议了一种基于塑性上限分析理论计算静荷载和循环荷载共同作用下软黏土中张紧式吸力锚循环承载力的方法.该方法首先假定在静荷载作用下吸力锚的破坏模式,并依据静力平衡原理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力,然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度,将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化,再假定吸力锚在循环荷载下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致,并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承载力.为了验证该方法的合理性,进行了1g条件下的吸力锚模型试验,并应用该方法对模型试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合较好.     

非饱和土的塑性体应变与剪应变的相互作用原理

将岩土塑性体应变与剪应变的相互作用原理拓展到了非饱和土领域。除了塑性体应变与剪应变的相互作用外,在非饱和土中出现了两类新的相互作用,吸力-塑性体应变和孔隙气压力-塑性体应变。吸力具有二重性质,其对塑性体应变作用包括两个相反的方面。基于吸力性质,阐明了非饱和土的一些独特的性质,诸如有效应力参数的物理涵义,吸力对体积变化和前期固结压力的影响和湿陷机理等。另外,应用拓展的塑性体应变与剪应变相互作用原理,从理论上证明了非饱和土的临界状态线是存在的和唯一的,以及它与应力历史无关。     

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。