干湿状态对红层软岩脆延特性影响的试验研究

为研究含水状态对脆延转化特性的影响,针对工程性质特殊的胡麻岭隧道红层软岩展开了系列试验,探究了干燥与天然含水状态试样脆延性区的强度变形规律。首先对干湿组红层软岩分别进行不同围压下的常规三轴压缩试验,进一步引入脆性指标对岩样脆性程度进行定量表征,并基于Mohr-Coulomb强度准则以及考虑结构强度的初始屈服面模型对各特征应力进行了分析。在此基础上通过试验,从宏细观尺度上探究了红层软岩脆延转化机理。研究表明:岩样干燥后,峰值强度增加了93.39%～145.35%,残余强度增加了77.83%～133.72%,脆延转化压力增加近40%,峰值应变降低了24.13%～88.92%;延性区的干湿试样的黏聚力近似为脆性区的1.8倍,但内摩擦角均小于脆性区,为脆性区的50.4%～90.5%;同时发现延性区试样在施加围压时已经进入了弹塑性变形阶段,且脆延转化压力等于等向固结压力。该研究内容可进一步丰富红层软岩的工程特性,并为穿越红层软岩地下工程的开挖支护提供理论依据。     

天然结构性软粘土应力历史的确定

土的天然结构性软粘土是一种具有较强结构性的土，通过传统的求取土先期固结压力的方法，是无法获得其真正先期固结压力的．所以为求得土真正先期固结压力，采用了重塑土样，用还原法确定出土在没有结构强度影响下的压缩曲线，并求得相应的先期固结压力．同时定性分析了杭州天然结构性软粘土的应力历史，与定量计算结果进行了比较，两者所得结果是一致的．由此为求取具有较强结构性的土的先期固结压力提供了一种新的思路和方法。     

前期名义固结压力在岩石力学本科实验教学中的应用

自主研制了一种用于测量泥质岩前期名义固结压力试验装置,得到了其前期名义固结压力,填补了岩石力学实验和教学中的空白。通过试验验证了该装置的适用性和可靠性,便于试验操作,在以往装置的基础上填加了一个侧限压缩室,确保泥质岩侧向完全受限,通过分析获取了前期名义固结压力,并探究了其脆转延特性。该装置将前期名义固结压力应用于岩石力学教学中,丰富了实验教学内容,完善了知识框架体系,是对岩石力学课程内容的拓展补充,适合在实验教学环节中培养学生动手实践能力。     

降水对软黏土渗流特性影响的试验研究

在降水后的上海地铁10号线同济大学站基坑工程现场取样,进行不同固结压力下的室内渗透试验,分析了工程降水对上海软黏土渗流特性的影响.忽略土样自重应力,假设土样垂直总应力等于固结压力,孔隙水压力为静止水压力,将垂直渗透系数与固结压力之间的对应关系转化为垂直渗透系数和垂直有效应力间的对应关系,用数学公式描述垂直渗透系数与垂直有效应力之间的数值关系.结果表明,降水作用使上海软黏土渗流特性的各向异性愈加明显,垂直渗透系数的对数与垂直有效应力成线性关系.     

黄土结构性和先期固结压力对沉降计算的影响

在黄土结构性研究的已有成果的基础上,讨论了结构性黄土的压缩特点及先期固结压力和超固结比与沉降计算的关系,并得出先期固结压力和超固结比只对饱和黄土适用。     

软岩应变软化特性的数值解析探讨

基于实验研究,提出了一种新的考虑时间因素的增量形应力－应变－时间关系,用来描述硅藻软岩的应变软化特性．分别对正常固结和超固结领域软岩试样的应力－应变关系,特别是应变软化特性进行了数值模拟计算,得出了与实验相近的结果．通过对计算结果和实验结果的比较分析,探讨了该计算模型的合理性和可行性,验证了软岩的应变软化特性受应力应变时间依存性的影响．     

GGD—3型数字电子秤测定软岩膨胀应力方法的研究

本文系统地介绍了使用数字电子秤测定软岩膨胀应力的原理和方法,并对部分软岩作了膨胀应力的测定,同时与三联固结仪和测环力测定的软岩膨胀应力作了对比试验.     

压缩过程中天然沉积土应力灵敏度的变化规律

为了描述压缩过程中天然沉积土应力灵敏度随固结压力的变化规律,基于耦合应力灵敏度的概念和Liu-Cater模型的建模思路,将Liu-Cater模型引入应力灵敏度评价体系中,建立了应力灵敏度变化模型.将已有文献中天然沉积土原状样与重塑样的一维压缩试验实测结果与应力灵敏度变化模型预测结果相比较,以验证所提模型的适用性.结果表明:应力灵敏度变化模型预测结果与试验实测结果均具有良好的一致性;应力灵敏度在固结屈服压力时处于最大值,之后随固结压力的增大而逐渐减小至1;应力灵敏度衰减指数的大小主要决定于土的种类及土结构性的特征,软黏土的应力灵敏度衰减指数通常大于硬黏土;土结构性破坏越剧烈,应力灵敏度衰减指数越高.     

考虑固结路径影响的天然沉积土不排水剪切试验研究

针对传统等向固结剪切试验不能反映实际工程中的非等向变形和强度特性的局限,采用GDS应力路径三轴试验仪,对天然沉积结构性软黏土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同应力路径对天然沉积土不排水剪切特性的影响.结果表明:相同的平均有效固结应力下土体偏压固结后剪切阶段应力-应变关系曲线的峰值强度大于等向固结的峰值强度;固结过程偏应力的存在提高了土体的总应力强度指标,当控制固结压力终值的剪应力相同时,偏压固结的强度包线相对于等向固结将平行上移;等向固结下当固结压力大于结构屈服压力时,有效应力路径与屈服面具有相似性,剪切屈服破坏后有效应力路径沿着临界状态线下滑;偏应力固结后剪切过程中有效应力路径的走向相对于等向固结发生了向右偏转.     

太湖第四纪沉积区土体荷载响应的效应综合特征

土的微结构对土的力学行为机制起着至关重要的作用,对太湖第四纪沉积区典型软土进行单向压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)所得的照片研究软土在不同固结压力条件下的微结构大小、形状、定向性等微结构参数,分析其变化规律.研究表明,随着固结压力的增加,结构单元体不断变大,集合体的形状在垂直于压力的方向变长,结构单元体的定向性有所提高但不显著;孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定.采用电镜扫描仪(SEM)对在复杂应力路径作用下剪切前后的黏土样进行微观观察,并从剪切前后孔隙排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征3个方面分析宏观试验原状软黏土归一化抗剪强度各向异性的微观本质.阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响.从泥炭的微观结构分析入手研究了泥炭的性质及特点(包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质).讨论了海积软土在固结、剪切作用下微观结构的变化,阐述了海积软土力学行为的本质.通过室内一维固结蠕变试验系统研究分析了次固结系数与固结压力、时间及压缩指数的关,揭示了太湖第四纪沉积区软土的次固结特性.利用扫描电镜试验( SEM)和X射线能谱仪对软黏土中常见的微量元素进行测定,计算其相对百分比并分析了该土的矿物成分和微观结构组成.实验结果表明,该黏土主要以高岭石、埃洛石(伊利石)、水云母(蒙脱石)为主(其中硅为其主要成分,局部的矿物组成有稍许不同).     

深圳湾海相淤泥的压缩特性研究

海相淤泥压缩特性的研究对于其地基处理沉降准确预估具有重要的实践意义。通过对深圳湾吹填淤泥与海相原状淤泥压缩曲线特征分析,对其压缩特性进行了对比研究,结果表明:1)吹填淤泥的e-P曲线不同于海相原状淤泥,压缩过程分为扰动压缩、弹性压缩、塑性压缩三个阶段,第一阶段压缩系数比海相原状淤泥大一倍以上;2)吹填淤泥的e-lgP曲线转折点对应的固结压力为结构强度,将曲线分为两近似直线;3)由吹填淤泥压缩曲线特征得到的地基沉降简化计算方法,无需事先确定先期固结压力,使用方便且简洁。     

软土闸基设计和实例简介

本文从分析软土闸基工程的特点入手,阐明建闸于地面以下较深处,若地基为超固结土层,当基底应力σmax小于临界P1/3,同时小于先期固结压力Pc时,该地基是稳定的,可利用天然地基建闸,而不必进行地基处理.施工时必须保护软基持力层土的结构不被扰动破坏.文中举有实例.     

应力历史对软黏土蠕变特性的影响

在采用一维蠕变试验探讨应力历史对软黏土蠕变特性影响的基础上,利用有限元法对一维蠕变试验进行数值模拟,并分析不同计算参数对计算结果的影响.试验结果表明:软黏土的应力历史影响其蠕变特性,随着超固结比的增加,软黏土的固结系数增大,而次固结系数减小;应变速率随着超固结比的增加而减小,在双对数坐标系下次固结阶段的应变速率与时间近似呈线性分布,其斜率随超固结比增加而减小,正常固结土的斜率大约为1.0.数值模拟结果与试验结果的对比表明,软土蠕变SSC模型可以较好地模拟软黏土的一维蠕变特性.     

污泥的压缩特性对比试验研究

目前脱水污泥的含水率在80%左右,仍不能满足污泥后续填埋、焚烧、堆肥等处置要求,因此了解污泥的固结排水规律对于建立污泥脱水的基本理论、进一步提高脱水效果有重要意义。针对这个问题,对比分析了污泥、淤泥和一般粘性土的压缩特性和压缩系数,并通过离心试验研究污泥固结过程中的水分转化过程,提出污泥的三阶段排水规律猜想。结果表明：污泥的压缩特性有其自身的特殊性,其孔隙比大,压缩性大,且压缩曲线是曲线形式,不同于淤泥和一般粘性土的直线;污泥和淤泥的压缩系数非常大,且随着固结压力的增大压缩系数减小速率也非常大。污泥固结过程中不仅自由水的量发生明显减少,结合水的量也显著减少,其固结不仅存在类似淤泥固结过程中的孔隙排水,同时还存在其他形式的水分排出过程。污泥的固结排水可以分出明显的三个阶段,I阶段主要是孔隙排水阶段,II阶段是细胞水、孔隙水的混合排水阶段,III阶段主要是细胞水排水阶段。     

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。     

两种K0固结土样的强度比及其各向异性

K_0固结(侧向约束的固结)可导致土的各向异性.通过对比上海软黏土的原状土样和重塑土样的三轴ACUC(K_0固结压缩剪切)、ACUE(K_0固结拉伸剪切)试验以及直剪试验得到的强度比,研究这两种土样所具有的不同结构对K_0正常固结软黏土强度比及其各向异性的影响.三轴ACUC、ACUE试验中,在3.7倍于结构屈服应力的正常固结范围内,原状土样在不同固结压力下表现出与重塑土样不同的有效应力路径、极限状态线、有效内摩擦角和强度比.当固结压力较小时,原状土样表现出比重塑土样明显偏大的ACUE强度,因而呈现出较小的强度各向异性;随着固结压力的增大及结构进一步破损,原状土样的强度各向异性逐渐增大而接近重塑土.因此,在对K_0正常固结软黏土的三轴强度比及其各向异性的研究中,这种与固结压力相关的结构效应值得关注.直剪快剪试验结果表明,正常固结范围内两种K_0固结土样的强度比几乎相同,因而可以忽略结构效应对直剪快剪强度的影响.     

上海软黏土结构屈服特性的试验研究

结构性与各向异性是天然沉积软黏土的两个重要特性。为研究其结构屈服特征,对上海软黏土进行了一系列相关试验,包括灵敏度试验、一维固结试验、K0固结试验、三轴排水应力路径试验。灵敏度试验研究表明,天然沉积上海软黏土在结构破坏前后的不排水抗剪强度存在明显差异,灵敏度为4.86,属高灵敏性土。一维压缩试验结果表明,原状上海软黏土在结构屈服前后压缩特性存在明显的差别,具有结构性土所特有的分段特征。不同应力路径下三轴排水剪切试验表明,上海软黏土具有显著的塑性各向异性,其初始屈服面在p'-q平面上呈倾斜的椭圆形状,但其对称轴略低于K0线。     

基坑开挖应力路径对土体变形影响试验研究

针对基坑开挖过程中复杂应力路径对土体变形特性影响情况开展研究.通过室内试验对基坑开挖全过程进行了模拟,探讨了复杂应力路径下原状土应力-应变关系及孔隙水压变化特征;并对比分析了常规三轴压缩试验与应力路径试验下土体变形性状的差异.试验结果表明:土体的应力-应变关系和孔隙压力受应力路径和初始固结应力的影响明显;常规三轴压缩试验与应力路径试验下的土体应力-应变关系存在较大差异.     

考虑土应力历史的土压力计测量修正

土压力计测得的土压力往往偏离实际土压力,针对此问题进行了欠固结土和超固结土的理论分析和土压力计测量实验,结果表明:测欠固结土时匹配系数稍大于1,随压力的增加,土的压缩模量增大,匹配系数减小;测超固结土时,由于卸载,土压力计感应板与土之间形成缝隙,再加载时匹配系数小于1,随着荷载的增大,缝隙逐渐减小,直至消失,匹配系数逐渐增大,直至大于1,当土压力超过先期固结压力时匹配系数又开始减小.针对欠固结土、超固结土分别提出了土压力修正方法,将该方法用于挡土墙竖向土压力测量修正,修正结果与理论计算一致.     

低路堤下长江漫滩相沉积土的工程特性评价

针对长江漫滩典型沉积土的薄壁样,通过一系列室内物理力学试验,利用固有压缩曲线(ICL)作为描述原状土压缩特性的基准框架,探讨了该区域土层的基本特性.结果表明,长江漫滩相天然沉积软土具有强结构性.根据结构性土的孔隙比e由固有孔隙比er与附加孔隙比es所组成,且在屈服后阶段,es与固结压力óv'成反比关系,及屈服前零压缩的理想状态,确定了原位屈服应力与原位压缩曲线.结合CPTU原位测试结果,从天然压缩特性和固结性状方面,分析得出了在低路堤结构下,附加应力未达到原位结构屈服应力,地基处于屈服前状态,长江漫滩相沉积土平均固结指标较大,地基沉降稳定快.为充分利用天然沉积土的结构强度,地基处理适宜浅层处置方案.