冻融循环对结构性黄土构度指标影响研究

为研究冻融循环对结构性黄土构度指标的影响,以山西阳曲一号隧道黄土为研究对象,基于综合结构势和构度概念为理论基础,对不同含水率黄土进行了不同冻融循环次数的无侧限抗压试验。试验表明:原状土样和重塑土样在含水率变大的过程中,单轴抗压强度均减小,且呈现出相同的变化趋势,而原状土样的无侧限单轴抗压强度均高于同含水率重塑土的无侧限单轴抗压强度,有着明显的结构强度。黄土的无侧限抗压强度和构度随着含水率和冻融循环次数的增加而减小的主要原因是由于黄土的结构性被土中水和冻融循环综合作用破坏的结果,该研究可为季节性黄土地区隧道建设提供科学依据。     

磐安结构性黄土的构度及动强度衰减特性

 以磐安黄土为样本,基于无侧限单轴抗压试验得到的磐安黄土构度指标,分析了原状黄土与重塑黄土的结构性差异;通过动三轴试验,对原状黄土、重塑黄土在天然含水率、饱和含水率条件下的动强度衰减特性进行了对比研究。结果表明,天然含水率的原状黄土及重塑黄土均具有较强的结构性,原状黄土的结构性更强,其动强度明显高于重塑黄土的动强度;虽然饱和过程使得原状黄土的动强度大大降低,但饱和原状黄土的动强度仍高于饱和重塑黄土的动强度,且饱和原状黄土的动孔压增长趋势明显慢于饱和重塑黄土;具有较强结构性的黄土,其动强度曲线不会出现归一化。     

干湿循环作用下黄土力学特性研究

为了研究西安特殊黄土的强度特性,在不同含水率和不同增湿减湿作用下进行无侧限抗压强度试验和单轴压缩试验,借此观察西安特殊黄土的力学特性及强度变化规律。结果显示：西安地区特殊黄土,无论是其单轴压缩强度还是无侧限抗压强度均随着含水率的降低而逐渐增大,并且呈现出黄土的含水率越低其强度值就越大且强度值增加越来越快的现象,当黄土为干燥状态时其强度是达到最大;无论试样经历增湿减湿循环多少次,黄土的弹性模量随着含水率的降低在持续增大,并且呈现出随着含水率的降低其下降相同比例时弹性模量增大越明显的现象;无论经历增湿减湿循环多少次,泊松比随着含水率的降低逐渐减小,但与其他参数相比泊松比并没有明显的变化。     

非饱和黄土的结构性与强度特性的关系

根据原状黄土、重塑黄土和饱和重塑黄土的应力-应变曲线对比,定义黄土结构强度势参数η。通过三轴试验探讨不同围压和含水率对土体结构强度势参数的影响,研究土体结构强度势参数与其抗剪强度指标之间的关系。研究结果表明:围压和含水率是影响土体结构性的2个主要因素,结构强度势参数随不同围压的变化曲线均处在一较狭窄的条带范围内,具有很好的归一性,结构强度势参数随含水率的增大而减小;土体结构强度势参数随着轴向应变的增长先线性增长在达到峰值后又呈指数形式迅速衰减;结构强度势参数与黏聚力具有指数关系,结构强度势参数与内摩擦角具有线性关系;考虑结构强度势参数的抗剪强度准则可以全面地反映具有结构性土体的强度特性,比莫尔-库仑强度准则更符合实际工程。     

结构性黄土扭剪特性及联合强度破坏应力修正算法

 中国西北地区存在大量的陡峭黄土边坡,降雨或扰动均会导致黄土的结构性大大降低,可能导致滑坡的产生。通过新型扭剪强度测试仪分析了结构性黄土在扭剪试验过程中的破坏特征,基于扭剪试验结果对可以综合考虑结构性黄土抗拉及抗剪特性的联合强度公式进行了验证,并基于联合强度研究了土体破坏应力的修正算法。结果表明,原状黄土、重塑黄土的破坏扭矩随含水率增大而逐渐减小,且原状黄土的破坏扭矩大于重塑黄土;扭剪强度试验中破坏应力圆与联合强度破坏线相切,验证了联合强度公式具有合理的试验基础;基于联合强度提出的土体破坏应力修正算法,可为黄土边坡灾害评价提供更加切合实际的强度理论。     

黄土掺入聚丙烯纤维后的无侧限抗压强度和变形试验研究

为提高西咸新区空港新城地区黄土强度指标,设计正交试验方案L_9(3~4),研究含水率、聚丙烯纤维长度、聚丙烯纤维掺量3种因素对黄土的抗压强度和变形的影响,通过对加筋黄土的无侧限抗压强度、变形模量进行极差和方差分析,获得3种因素的影响程度和显著水平。同时设置各含水率水平下不掺加纤维的空白对照。结果表明:在设置的不同含水率水平中,聚丙烯纤维加筋黄土无侧限抗压强度改良效果不同,其中在19.5%含水率即最优含水率时改良效果最优,强度提升了2.1倍;聚丙烯纤维加筋黄土无侧限抗压强度的最优掺和长度为12 mm,最优掺量为0.5%;聚丙烯纤维的加入对变形模量的影响并不显著,变形模量变化受含水率影响较大;聚丙烯纤维长度取12 mm、掺量取0.3%时变形模量相对最优。     

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。     

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。     

干湿循环作用下西安特殊黄土的力学特性

为了研究西安特殊黄土的强度特性,在不同含水率和不同增湿减湿作用下进行无侧限抗压强度试验和单轴压缩试验,借此观察西安特殊黄土的力学特性及强度变化规律。结果显示:西安地区特殊黄土,无论是其单轴压缩强度还是无侧限抗压强度均随着含水率的降低而逐渐增大,并且呈现出黄土的含水率越低其强度值就越大,且强度值增加越来越快的现象,当黄土为干燥状态时其强度是达到最大;无论试样经历增湿减湿循环多少次,黄土的弹性模量随着含水率的降低在持续增大,并且呈现出随着含水率的降低其下降相同比例时弹性模量增大越明显的现象;无论经历增湿减湿循环多少次,泊松比随着含水率的降低逐渐减小,但与其他参数相比,泊松比并没有明显的变化。     

结构性黄土抗拉抗剪的双曲线强度公式推导

为能全面考虑结构性黄土的抗拉抗剪特性.通过抗拉强度、单轴抗压强度和常规三轴剪切强度等三种试验,针对结构性黄土的应力路径和强度破坏线进行分析.基于全面而合理地描述结构性黄土强度的抗拉强度特性和抗剪强度特性的观点,建立一种能综合考虑抗拉特性和抗剪特性的结构性黄土双曲线强度理论公式,并通过一系列数学推导证明了双曲线强度公式的理论正确性.研究表明:新建立的结构性黄土双曲线强度理论公式能较为有效、合理地反应结构性黄土的抗拉、抗剪特性.     

结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

真三轴条件下原状黄土的强度与含水率的关系

在实际工程中,吸力的量测比较困难,而含水率容易确定,研究原状黄土的强度与含水率的关系,具有非常重要的理论价值。模拟土体的复杂受力状态,利用真三轴仪对不同含水率的非饱和原状黄土进行了常含水率的等向固结和不同中主应力参数b值的剪切试验,研究了非饱和原状黄土抗剪强度随含水率的变化规律。研究结果表明:土体的抗剪强度随着含水率的增大而减小,随着净围压和b值的增大而增大;土体的黏聚力随着含水率的增大而线性降低,而内摩擦角受含水率的影响不大;内摩擦角随着b值的增大而减小,而黏聚力随着b值的增大而增大;并建立了不同b值条件下黏聚力与含水率的函数表达式。     

含水率对冻结膨胀土单轴抗压强度影响的试验与分析

为了研究在低温环境下含水率对膨胀土单轴抗压强度的影响,选取合肥地铁施工线路上的膨胀土,开展-5℃下不同含水率的冻结膨胀土的单轴抗压强度试验。结果表明:含水率对冻结膨胀土应力-应变曲线有显著影响,含水率为10%,呈脆性破坏特征;含水率在15%~24%,土体具有明显的应变软化塑性破坏特性;含水率在27%~42.8%,应力-应变曲线过应力峰值点后有塑性硬化的趋势。随着含水率的增大,冻结膨胀土单轴抗压强度逐渐增大,达到峰值后,随着含水率的增加,强度逐渐减小,在试验中,使单轴抗压强度达到最大的含水率为20%左右,为膨胀土地区冻结法施工提供了重要的试验依据。     

黄土结构性与强度指标的相关性

为解决当前黄土结构性和强度指标之间的规律缺乏系统研究的问题;针对晋南地区某基坑黄土进行压缩试验及三轴试验,研究强度指标随结构性参数的变化规律.结果表明:当含水量较低时,结构性参数随含水量的增大迅速减小;而在较高含水量时,减小趋势变缓;强度指标随结构性参数的增大而增大,增大范围较大;而强度指标增大范围较小,且随结构性参数的增大,增大趋势变大.     

三轴试验条件下的结构性参数

对三轴试验条件下结构性参数进行简化,得到了采用割线模量表示的结构性参数,避免了由于起始状态土体的主应力差、主应变均为0,造成基于主应力差描述的三轴试验条件下结构性参数在此状态下均无法求解的现象.通过对土体结构性参数的计算条件进行分析,构建了以主应变为单变量描述的结构性参数模型.采用单变量描述的结构性参数直观地反映了主动作用对土体结构性的影响,并且简化了结构性参数的计算过程.对甘肃省刘家峡某地黄土进行了三轴试验,探讨三轴试验条件下结构性参数的变化规律.试验结果表明:土体的力学性质由土体自身的结构特性所决定,而作用在土体上的围压、含水率等外部条件的变化会改变土体的结构特性.     

改性黄土垂直方向毛细水上升作用研究

黄土中极易发生毛细水上升的现象,毛细水的上升作用会影响黄土的含水率、强度和土体的结构,造成土体稳定性下降,弱化黄土地基。石灰和水泥作为常用的改性材料被广泛应用于黄土改良。试验研究了黄土以及石灰、水泥不同配比下的改性黄土在毛细水上升作用50 d过程中的含水率变化,推算出毛细水在黄土和改性黄土中上升高度和速率,以及50 d后密度、干密度及无侧限抗压强度等参数的变化规律。评估了3%石灰改性土、5%石灰改性土和3%水泥改性土改善黄土中毛细水上升作用的可行性;并对三者的改性作用进行比较。试验结果表明:三种改性土都可以有效地减缓毛细水上升高度和速度(从黄土的160 cm最低降低到60 cm左右),提高强度(水泥土50 d后土水接触面处试件无侧限抗压强度为0.86 MPa,为同高度处黄土强度值的3倍)和密度。试验最后得出,石灰能够有效降低土体内的含水率,且随着含量的增加,吸水作用越明显,而水泥对于土体内部结构的改性作用更大,提升土体强度和遇水稳定性,阻碍毛细水上升作用显著。     

岩石低温单轴压缩力学特性

以非线性热弹性理论为基础,建立了考虑岩石冰胀效应的变物性本构方程,给出了干燥低温和饱和冻结状态下单轴压缩强度和力学特性参数随温度的变化关系.借助花岗岩在两种状态下的压缩试验结果,探讨了低温花岗岩的单轴压缩力学特性.饱和冻结状态下的抗压强度大于干燥低温状态的抗压强度,其相差量随着温度降低有增加趋势;在同种状态下抗压强度随温度降低呈增长趋势,增长率逐渐减小.低温附加强度主要由岩石基质热力效应所贡献,而由岩石孔隙冰胀效应引起的附加强度相对较小.花岗岩在干燥低温和饱和冻结状态下,变形模量均随温度的降低呈增大趋势,而泊松比变化相对较小.     

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。     

岩石强度特性的单轴压缩试验研究

以宜兴抽水蓄能电站所提供的岩芯为例，对该电站岩芯的强度特性进行研究，依据单轴压缩试验结果分别提出了风干状态下岩石的单轴抗压强度与高径比，自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与横断面积之间的非线性关系，该式可以很方便地在有关工程中为相似岩石估算其强度值提供参考。     

含水岩石动态抗压强度与微观机制

通过选取云南迪庆某地区红砂岩进行不同含水状态和不同脉冲强度下的SHPB试验和SEM试验,分别从宏观和微观角度研究含水岩石的动态强度特性及其破坏机制。结果表明:静态或动态单轴压缩时,随着含水率的升高,岩石的强度均降低;根据SHPB试验中的应力-应变全过程曲线,含水试样体积压缩变形明显,具有较高的峰值应变,峰后有应变软化特征,而干燥试样具有较高的峰值强度,峰后应力迅速跌落;根据各试样的动态抗压强度变化曲线,相同脉冲强度下试样的抗压强度随含水率的增加而降低,而相同含水状态时的抗压强度随脉冲强度的增加而增大;根据SEM图像,饱水试样颗粒结构疏松而干燥试样颗粒结构致密,冲击破坏机制饱水试样以初始微裂纹破裂和矿物边界或物相边界破裂为主,破坏时的动态抗压强度较低,而干燥试样还包括矿物颗粒直接剪断破裂,因此破坏强度较高。