一种非饱和结构性黄土抗拉强度测试仪

针对目前结构性黄土抗拉强度方面的研究成果较少,必须采用合理的试验方法对其进行测定与分析的问题,.通过对比目前应用于粘性土抗拉强度测试装置的优缺点,研制了一种可适用于饱和—非饱和结构性黄土抗拉强度测试的试验装置,并进行了调试运行,在此基础上对不同初始含水量的原状及重塑土进行抗拉强度的测试.研究结果表明:无论是结构性原状土还是重塑土,其抗拉强度随着含水量的增大而呈减小趋势;在相同含水量的情况下,在饱和状态二者的差异却并不大,同时,在相同含水量的情况下,原状土的抗拉强度要大于重塑土的抗拉强度.此外,对于结构性土而言,当含水量较低时,抗拉强度的值要达到300 k Pa,这是一个不可以忽略的量值..     

人工制备结构性黄土抗拉强度研究

近年来,随着西部经济的快速发展,基础设施的大量建设,黄土由于拉伸破坏而造成的灾害越来越多,使得人们认识到研究黄土抗拉强度的重要性。通过对人工制备结构性黄土的抗拉强度试验,研究了含水率、干密度对黄土抗拉强度的影响规律及机理。试验结果表明,结构性黄土抗拉强度最大值出现在最优含水率附近处,抗拉强度随含水率的增大先增加后减小;随着干密度的增大,抗拉强度表现出一直增大的趋势;结构性黄土受拉时主要表现为脆性破坏;含水率及干密度主要通过改变颗粒间滑动摩擦力、黏聚力等作用,进而影响土体抗拉强度。     

重塑黄土剪切屈服及破坏特性的真三轴试验

岩土体的剪切屈服和破坏面是岩土工程研究的基础.利用重塑黄土的真三轴试验,测试分析不同含水量重塑黄土在不同固结应力、不同中主应力比条件下的剪切应力-应变曲线.依据测试结果,以应变为条件进一步分析剪切屈服面和破坏面的变化规律.分析表明:一定含水量条件下,不同初始固结应力重塑黄土在同一π平面上的破坏面趋于一致;在一定的初始应力条件下,不同含水量重塑黄土在同一π平面上的破坏面形状基本相似,随着含水量的增大,破坏面逐渐向内收缩,但曲面的形状基本相似;子午平面内不同含水量重塑黄土的强度线均呈直线,且交汇于p轴的同一点,即不同含水量重塑黄土的强度破坏面为具有同一顶点的曲面锥;通过不同应变条件下π平面上屈服面的比较可以看出,各屈服面与破坏面具有相似性.     

非饱和黄土浸水后变形特性研究

非饱和黄土湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性,对工程产生的危害严重。因此成了地质学者十分关注的问题。本文从黄土浸水后的破坏机理出发,研究非饱和黄土浸水过程和浸水后的变形特性,将对黄土湿陷系数和浸水时间、含水量、饱和度之间的关系进行分析,为工程建设提供可靠的设计依据。     

陕北黄土边坡稳定性分析

随着国民经济的发展及西部大开发的推进,越来越多的工程项目在黄土地区进行,黄土边坡经常会遇到崩塌、滑坡等失稳破坏问题,影响工程施工的顺利进行或道路的正常使用。本文以陕北地区非饱和黄土为研究对象,对陕北黄土含水量与湿陷性和抗剪强度关系进行试验研究,并理论分析了含水量对边坡稳定性的影响理论分析,得出水是引起陕北地区黄土边坡失稳破坏的主要原因。这对陕北黄土边坡稳定性的研究具有一定的指导意义。     

含水量对非饱和黄土抗剪强度参数的影响

非饱和土抗剪强度作为土力学研究中的热点也是难点问题之一,越来越多的学者着手研究影响非饱和黄土抗剪强度因素,也取得了阶段性的成果,然而,含水量作为诸多复杂因素中最重要的因素之一,开展含水量对抗剪强度影响的研究层出不穷。此次以兰州非饱和黄土为研究对象,开展固结不排水三轴试验,探讨兰州非饱和黄土的最佳含水量和最大干密度,不同围压下非饱和黄土的应力-应变关系,以及含水量对非饱和黄土抗剪强度影响因素黏聚力和内摩擦角的影响程度。为今后更广泛地开展非饱和黄土有关研究和指导实践工程,具有一定的指导和实践意义。     

黄土地层突涌破坏机理物理模拟

首次通过物理模拟手段对黄土地层中的突涌破坏现象进行了研究,深刻揭示了突涌变形破坏特征及其影响因素,指出突涌变形破坏特征主要取决于黄土试样的均质性、初始密度、初始含水量、水压及边界条件及其变化变化。试验结果同时表明,黄土试样的均质性、初始密度、初始含水量、水压及边界条件对初始流网形态起着控制性作用,这不仅是突涌变形破坏特征有所差异的根本原因之一,同时也是决定突涌变形破坏后续侵蚀特征的主要因素。本文研究从多个角度全面揭示了突涌的发生机理,其结论为黄土潜蚀机理的相关研究提供了有力借鉴。     

基于胶结破损机理的非饱和结构性黄土本构模型

非饱和结构性黄土本构模型需同时考虑非饱和性和结构性,为简化建模过程,基于实用化宏微观土力学研究思路,以岩土破损力学及临界状态土力学为框架,建立了非饱和结构性黄土的本构模型.通过三维离散元法开展不同含水量结构性黄土数值试验,基于离散元和前人试验结果建议采用幂函数描述吸应力和初始饱和度的关系,从而建立非饱和黄土有效应力公式,进而将临界状态线、扩展椭圆屈服面和临界Lade-Duncan强度准则推广到非饱和土体,以考虑黄土的非饱和性.通过定义与重塑黄土屈服面形状相似的结构性黄土屈服面反映结构性的影响,鉴于室内试验无法直接获取土体胶结破损演化规律,基于离散元分析结果和胶结颗粒材料力学理论,得到具有微观机制的胶结破损规律,该演化规律建立在等效塑性应变上,可以很好地反映结构损伤过程;通过将其引入到硬化规律考虑黄土的结构性演化,从而建立了非饱和结构性黄土本构模型.将该模型应用于Q3天然非饱和结构性黄土三轴试验及人工制备结构性黄土侧限压缩试验和三轴试验模拟,初步验证了该模型的合理性及适用性.     

黄土的含水量对结构性的影响试验研究

以西安地区黄土为试验材料,通过室内三轴试验,分析黄土在不同含水量下的应力应变关系,得出了土在不同含水量下的应力应变关系.并通过对应力应变关系分析,得到黄土结构性和强度主要受初始含水量、围压和密度等的影响,这些因素决定黄土的应力应变关系和黄土破坏的形式.     

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。     

原状黄土抗拉强度试验方法研究

利用由长安大学自主研制的土工拉压强度试验一体机,分别采用直接拉伸、径向压裂和轴向压裂三种试验对含水率为3%、5%、7%、10%、15%、18%的原状黄土进行抗拉强度测试。结果表明:三种试验测得原状黄土的抗拉强度整体较小,一般只有几千帕到几十千帕,其中直接拉伸试验测得的抗拉强度最大,其他两种方法测得的抗拉强度稍小;抗拉强度随着含水率的增大非线性减小,基本上为成负指数关系;直接拉伸试验值与间接拉伸试验值之间满足线性关系,可根据间接试验值推算出直接拉伸试验值。     

非饱和黄土场地水分入渗规律及影响因素的现场试验与数值模拟

为了探究非饱和黄土场地水分入渗规律及其影响因素,为黄土地区因水分入渗作用导致的各类滑坡和工程地质灾害研究提供参考。在非饱和黄土场地现场开展水分入渗试验,获得不同深度水分计监测信息,探讨非饱和黄土场地水分运移规律；结合数值模拟扩展研究不同浸水类型及不同浸水量对水分入渗规律的影响。结果表明：不同深度土体的体积含水率随时间关系曲线呈现出四个阶段变化特征,区别在于各阶段时间的长短和体积含水量峰值的大小；非饱和入渗时,渗透扩散速率随着深度的增加逐渐衰减,且衰减速率较大；不同浸水类型的入渗深度及宽度在短时间内会存在差异,对最终入渗深度及宽度并没有影响；随着浸水量的增加,入渗深度和宽度不断增加,但增加幅度不断减小,非饱和黄土场地水分入渗深度及宽度是有限的。     

油菜籽壳加筋黄土劈裂抗拉特性

针对黄土改良方面,目前已形成天然纤维加筋土的体系,但对于纤维土的抗拉强度鲜有研究。随着国家城市道路建设的快速发展,对于路基边坡的抗拉、抗裂性能有了更高的要求。为研究油菜籽壳加筋黄土的抗拉性能,设计单掺试验探究了油菜籽壳掺量、油菜籽壳长度、压实度对加筋黄土抗拉性能的影响规律并分析了加筋机理。采用响应面法建立了油菜籽壳加筋黄土抗拉强度的数学回归模型。结果表明：在黄土中掺入油菜籽壳可以有效提高黄土的抗拉强度,各因素对抗拉强度的影响主次程度依次为油菜籽壳掺量、压实度、油菜籽壳长度。油菜籽壳掺量与长度之间存在协同作用。所建立的数学回归模型具有可靠性,满足工程需求。研究结果可为路基边坡治理及路基强度提供基础数据。     

宁夏同心黄土湿陷特性实验研究

以宁夏同心黄土为研究对象,初始含水量、干密度、自重压力、超固结比为因素,设计正交实验方案进行了黄土的湿陷性研究．结果表明：黄土的湿陷系数随初始含水量、干密度、自重压力、超固结比的增大而减小;各因素影响的主次顺序为初始含水量、超固结比、干密度和自重压力,初始含水量和超固结比是影响黄土湿陷性的重要因素．在正交实验结果分析的基础上,以初始含水量为因素进行了单因素实验,发现湿陷系数与初始含水量有很好的线性相关性,并得到拟合关系式,对当地湿陷性黄土地基处理有很好的指导意义．     

原状黄土的剪应变速率效应及数值模拟

为探究不同剪应变速率下非饱和原状黄土的变形性状与强度特性,利用南京土壤仪器SLB-1型三轴剪切渗透试验仪器,通过不同围压、不同剪应变速率条件下的室内三轴UU试验,对非饱和原状黄土在不同初始应力状态的剪应变速率效应进行分析,并结合PLAXIS 3D数值模拟研究,以期为数值模拟室内试验提供参考从而节约时间和成本。研究结果表明:非饱和原状黄土偏应力随应变的增加前期迅速增加,随后增加缓慢,呈现出应变硬化型,硬化程度随着围压的增大而增大,模拟结果的硬化程度小于试验结果的硬化程度。在试验范围内,原状黄土偏应力-应变曲线随着剪应变速率的增加不断上移,破坏强度随剪应变速率的增加而增大,模拟结果中剪应变速率对破坏强度的影响范围小于试验结果。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而又会影响路堤、边坡、护栏等黄土构筑物的稳定性。本文选取陕西临潼Q_3原状黄土为研究对象。首先,通过室内模拟增湿和冻融循环作用,分析不同含水率和冻融循环次数下黄土的体积和孔隙的变化规律。其次,通过侧限压缩试验数据绘制出含水率和冻融循环次的关系曲线,并得出黄土在增湿和冻融情况下的压缩变形特征。最后,依据该关系曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度,和劣化因子等概念,采用数理统计方法拟合出三者之间的数值表达式,并应用本试验数据计算出所有工程作业对黄土的扰动劣化值,从而得出在增湿和冻融作用下的原状黄土结构强度的劣化规律。     

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。     

干湿循环作用下陕北Q2黄土强度及水土特性试验研究

为研究不同干湿循环次数下陕北Q2黄土水土特性及其强度的变化规律,利用真空饱和仪制备不同干湿循环次数的土样,采用直剪试验、滤纸法测定其非饱和抗剪强度参数及土水特征参数。研究表明：随着干湿循环次数的增加,陕北Q2黄土的脱湿速率与进气值不断减小,持水能力逐渐增强,且脱湿速率与进气值降低速率逐渐减小,第二次脱湿时最大脱湿速率降幅约30%,进气值约降低1/3;剪应力-剪切位移曲线峰值越发明显,应变软化特性逐渐增强;得到土水特征参数、非饱和抗剪强度参数随干湿循环次数变化的预测拟合公式,且较为精确的预测了第4次干湿循环次数下土样的土水特征参数。