单双面排水下饱和黏性土压缩特性的试验研究

以河南某地饱和重塑黏性土为研究对象,利用改装的固结仪,分别进行了单面排水和双面排水条件下的一维固结试验,对比了两种排水条件下饱和黏性土的压缩特性.试验表明,单面排水条件下,试样底部不排水面处存在明显的孔压滞后现象,且按孔压消散确定的主固结完成时间要大于按Casagrande作图法确定的结果.在固结压力较小时,双面排水条件下的固结系数要比单面排水条件下的固结系数大,而在固结压力较大时,则正好相反.同时,单面排水时的次固结系数总是大于双面排水时的次固结系数.     

反压饱和对砂土力学特性影响的试验研究

在三轴试验中,反压饱和是一种增加试样饱和度的常见方法,但是现行规范中对三轴试样反压取值没有明确的要求。为了探讨反压饱和对砂土力学特性的影响,采用福建标准砂开展了一系列固结不排水和固结排水三轴试验,获得了反压与饱和度的关系,得到了反压作用下砂土的偏应力、孔隙水压力和体积应变的变化规律,探讨了反压对砂土强度影响的原因。结果表明:砂样的饱和度随施加的反压增大呈非线性增大;对于固结不排水剪切试验,施加的反压越大,产生负的超静孔隙水压力越大,造成有效围压越大,导致砂样的峰值强度增大;而在固结排水剪切试验中,反压对砂土的强度和体积应变基本没有影响。     

天然沉积结构性土的EOP压缩特性

通过对天然沉积原状土和重塑土进行不同排水距离的固结试验,研究了重塑土和原状土的EOP压缩性状,明确了两者性状不同的原因.对于天然沉积结构性土,当固结压力小于结构屈服压力时,土结构性抵抗了土体的变形趋势,蠕动变形甚微,排水路径对其主固结应变量影响不大;当土体处于临界屈服状态时,土结构性丧失,大孔隙坍塌,蠕动变形速率骤增,外加应力引起固结作用而产生的EOP变形量将由于土体较大的蠕交作用而对排水路径产生较大的依赖性,随着固结压力的增大,依赖性逐渐减弱.对于重塑土,排水路径和应力水平对EOP性状的影响规律与原状土屈服后的性状一致,但是由于其EOP压缩曲线位于原状土的下方,相同有效应力下具有较小的孔隙骨架,排水路径和应力水平对EOP性状的影响程度较原状土小.     

废旧轮胎颗粒掺量对黏性土压缩特性的影响

通过压缩试验研究了废旧轮胎橡胶颗粒与黏性土混合土的压缩特性,及竖向压力、橡胶颗粒掺量对混合土各参数的影响。研究结果表明:混合土的压缩性介于黏性土与纯橡胶颗粒之间,在低掺量下呈现出中压缩性,而在高掺量下呈现出高压缩性;随竖向压力增大,混合土的孔隙比与压缩系数减小、压缩模量增大;随橡胶颗粒掺量增加,混合土的孔隙比与压缩系数均先减小后增大,且以30%掺量混合土的孔隙比与压缩系数最小,而混合土的压缩模量先增大后减小,当掺量为30%时,其值最大;掺入轮胎橡胶颗粒可使黏性土的固结速率提高400%,当橡胶颗粒掺量为30%~40%时,混合土的压实效果最好。     

循环温度荷载引起的饱和粉质黏土的超固结效应

对正常固结的饱和粉质黏土试样进行升温-降温过程的室内热固结试验,温度变化过程为25℃→75℃→25℃→75℃….温度循环变化过程中不允许试样排水,而当温度稳定后进行排水固结,进而得到整个温度循环过程中的孔隙水压力消散以及固结体应变变化过程.在初始温度下(25℃),对另外一些试样施加较大的固结压力完成初始固结,然后再卸荷至较小的固结压力,形成不同超固结比土样(OCR=1,2,3,4),并进行升温-降温(25℃→75℃→25℃)的热固结试验.基于以上试验,建议了一个循环温度荷载作用下正常固结土和超固结土样的似超固结比的估算方法.研究表明,无论是正常固结土样还是超固结土样,在经过多次温度循环荷载作用后,会呈现为明显的超固结效应.而在相同的循环次数下,温度荷载作用引起的超固结效应随围压的减小而更为明显.     

基于随机场的非饱和土固结分析

基于随机场理论,采用协方差矩阵分解随机场模拟和蒙特卡罗方法相结合的方法,建立非饱和土固结的流固耦合随机有限元模型,研究弹性模量和饱和渗透系数的空间变异特性对非饱和土固结的影响.结果表明,弹性模量变异系数COVE对沉降的均值和标准差的影响都很大.COVE增大,沉降的均值和标准差相应增加,说明弹性模量的空间变异性可显著增大沉降预测的不确定性.弹性模量的竖向相关距离越小,空间平均效应越大,超孔隙水压力和沉降的标准差越小,尤其在土层厚度小于相关距离时影响较为显著.饱和渗透系数的空间变异性对非饱和土固结的影响较弹性模量小得多,且主要影响固结中间过程.     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数是孔隙比和黏滞系数的函数。为了研究黏土中结合水对黏滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与黏滞系数;并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,滲透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力黏滞系数腿固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水減少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,黏滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致黏滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

基于Matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理

为探讨黏土孔隙参数对其导热系数的影响,以武汉地区黏土为研究对象进行了导热系数试验,通过CT扫描获得了不同干密度、固结压力下黏土的高精度图像,利用Matlab2016B和Image J图像处理软件识别出土样孔隙参数。试验结果表明:控制黏土土样含水率25%不变,干密度一定时,其导热系数随固结压力的增大而增大,增幅保持在0.34%～3.58%;固结压力一定时,其导热系数随干密度增大而增大,增幅保持在2.34%～12.20%。比较发现,干密度的变化对黏土导热系数影响程度明显高于固结压力的变化,同时黏土导热系数受土样细观结构中的孔隙数目、面积及孔隙率综合影响。     

基于matlab和IamgeJ的黏土导热性能细观机理研究

为探讨黏土孔隙参数对其导热系数的影响,以武汉地区黏土为研究对象进行了导热系数试验,通过CT扫描获得了不同干密度、固结压力下黏土的高精度图像,利用Matlab2016B和ImageJ图像处理软件识别出土样孔隙参数。试验结果表明：控制黏土土样含水率25%不变,干密度一定时,其导热系数随固结压力的增大而增大,增幅保持在0.34%~3.58%之间;固结压力一定时,其导热系数随干密度的增大而增大,增幅保持在2.34%~12.2%之间。比较发现,干密度的变化对黏土导热系数影响程度明显高于固结压力的变化,同时黏土导热系数受土样细观结构中的孔隙数目、面积及孔隙率综合影响     

冻融作用对松浦大桥段岸坡土体压缩性的影响

为了研究冻融作用对松浦大桥段岸坡土压缩性的影响,对该段岸坡土进行了基本物理参数测试、冻融实验和标准固结实验。结果表明,试样在冻融后孔隙比均有大幅度增加。相同固结压力作用下,孔隙比随冻结温度的下降而增大;相同冻结温度条件下,固结压力较小时,试样孔隙比随着冻融循环次数的增加同比增大,随着压力的增加,冻融循环次数对孔隙比的影响不尽明显;试样的压缩性随冻结温度的降低和冻融循环次数的增加而增大;试样的压缩模量随冻结温度的下降和冻融循环次数的增加而逐渐减小,试样压缩变形逐渐增大。     

连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解

基于XIE等提出的饱和软土一维大变形固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究瞬时荷载下饱和软土的一维大变形固结问题。利用变量代换、分离变量法和Laplace变换得到连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解,通过退化解析解和有限差分数值解对比分析,对该解析解的正确性进行验证。基于所得解析解,分析土体的界面参数及荷载参数对土体一维大变形固结性状的影响。研究结果表明:界面参数α和β越大,土体的透水性越好,超孔隙水压力消散越快,地基的固结速度越快;当界面参数增大到一定程度后,连续排水边界可退化为完全排水边界;连续排水边界下以孔压定义的固结度Up随荷载参数λ_q的增大而减小,以沉降定义的固结度Us则随荷载参数λ_q的增大而增大;对比土体的界面参数和荷载参数对土体大变形固结的影响可知,界面参数对土体固结的影响更大。     

污泥、淤泥和黏性土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、淤泥和一般黏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,不同于淤泥和一般黏性土的直线;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。     

尾矿粉土液化后的大变形特性试验研究

利用GDS动三轴试验系统研究尾矿粉土液化后的变形特性.首先对饱和尾矿粉土进行振动使其液化,再施加静力荷载;分析了固结围压、相对密度、加载速率等因素对变形与孔隙水压力的影响,研究了饱和尾矿粉土液化后的流动变形与孔隙水消散的变化规律.结果表明:不排水试验条件下,固结围压、相对密度对尾矿粉土液化后的流动变形特性影响明显,而加载速率的影响较小;加载试验的最终孔压比一般介于0.7~0.9之间,相对密度对孔压消散过程的影响大于围压的影响.根据试验结果提出了描述尾矿粉土液化后变形特性的三参数模型,并进行了模型参数的拟合计算及模型验证和对比,结果表明该模型具有良好的适用性.     

冻融循环下粉质黏土不排水剪切性状的试验研究

以青藏高原粉质黏土为对象,进行冻融循环试验和三轴固结不排水剪切试验,研究冻融循环对压实粉质黏土应力-应变关系、孔隙水压力-应变关系、有效应力路径、临界状态线及抗剪强度指标等的影响。研究结果表明:试样在冻融循环前后的应力-应变关系分别为应变硬化型和应变软化型,抗剪强度随冻融循环次数增加而逐渐减小;剪切产生的孔隙水压力和破坏时的孔隙水压力系数均随冻融循环次数或围压增加而增大。应力空间p'-q平面上的有效应力路径在冻融循环后逐渐向左下侧移动,低围压下路径形态由单调增大型过渡为"S"型。孔隙水压力和有效应力路径特征均表明试样在冻融循环下由超固结状态向正常固结状态发展。临界状态线位置随冻融循环次数增加而逐渐下降,临界状态应力比也随之减小;与总应力强度指标相比,有效应力强度指标可以更准确地反映冻融循环和围压对土体力学性质的综合影响;黏聚力和内摩擦角的劣化规律可以采用Logistic函数拟合与预测。     

不同应力状态下孔隙结构特征对土-水特征曲线的影响

针对传统土-水特征曲线测试仪无法实现荷载作用的不足,研制吸力控制式三轴试验装置,开展不同应力状态作用下土-水特征曲线试验,讨论应力状态对孔隙特征的作用,结果表明,固结压力和基质吸力均能使土体产生不可逆的收缩变形.固结压力越大,土颗粒就越紧密,孔隙比越小,孔隙尺寸和数量越小,渗透性越差,表现出较好的持水能力,空气难以进入土体,土体排水困难,导致进气值增大和减湿率减小.土-水特征曲线与孔隙结构特征的关系紧密,与应力状态无直接关系.固结压力对土-水特征曲线的影响是通过改变孔隙结构特征来体现的.孔隙结构特征相近时,应力状态对其土-水特征曲线不会产生影响.     

饱和砂砾土的动强度与动孔压模型试验

由于砂砾土具有抗剪强度高、压实性能好、地震荷载作用下不易液化等优良工程特性,在工程界得到广泛应用.通过一系列的室内动三轴试验对饱和砂砾土进行了动力特性研究,主要分析了不同振动频率、固结压力和固结应力比对动强度和动孔压的影响规律.试验结果表明:当循环振动周期为某一定值时,随着固结压力、固结应力比的增大,土体发生破坏所需的动剪应力也随之增大,振动频率的增加对动剪应力的影响较小可以忽略不计;在同一振动周期下,当动孔压比为某一定值时,随着固结比Kc的增大,所需动剪应力比也随之增大;当动剪应力比为某一定值时,动孔压值随固结应力比Kc的增大反而减少,这说明固结应力比对饱和砂砾土的液化有很大影响.     

初始含水率对重塑黏土孔压特性影响试验研究

针对具有不同初始含水率的2种重塑黏土进行三轴固结不排水剪切试验(CU试验),得到了不同初始含水率重塑土三轴不排水剪切试验过程中孔隙水压力与轴向应变的关系曲线.通过对孔隙水压力分别随平均正应力和偏应力的变化规律进行深入研究,发现不同初始含水率重塑土归一化孔压u/p’0与有效应力比η之间均呈很好的线性关系.同时采用Balasubramaniam提出的归一化方法能够很好地将给定初始含水率不同固结压力下的孔压曲线进行归一化;而初始含水率与u/p0-η曲线的斜率C之间则呈近似线性减小的关系.最终基于Wood提出的孔压公式,提出了考虑初始含水率影响的孔压系数a的确定方法.     

孔隙填充型深海能源土的离散元成样

针对孔隙填充型水合物的赋存形态,提出了一种新的制备孔隙填充型能源土试样的数值成样方法.孔隙填充型水合物的砂性能源土试样是由砂粒和水合物颗粒混合而成的特殊的散粒体材料,具有明显的非连续特征.在土骨架的孔隙中,将水合物块体视为由颗粒通过强胶结作用凝聚而成的团簇整体,随机填充生成不同水合物饱和度的沉积物试样,开展能源土宏观力学特性的离散元固结排水三轴压缩试验模拟,并从应力应变、体变、接触组构等方面进行分析.结果表明,水合物饱和度的增大对低饱和度的孔隙填充型能源土试样的初始弹性模量和强度影响较小.有效围压相同时,孔隙填充型能源土试样的体积剪缩量随着水合物饱和度的增大而减小;而水合物饱和度相同时,能源土试样强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大.能源土试样的剪胀角随有效围压的增大而近似线性减少,随水合物饱和度的增大而趋于线性增大.颗粒间接触方向随着轴向应变的增大而朝竖直方向偏转.     

固结方式对黏性土不排水强度性状的影响

针对天然沉积黏性土原状土样开展三轴等向固结和K_0(静止土压力系数)固结不排水剪切对比试验,探讨固结方式对不排水强度性状的影响规律。结果表明:原状样在不同固结方式下,偏应力-应变曲线在低固结压力下均呈应变硬化性状,高固结压力下呈应变软化现象;K_0固结与等向固结不排水强度均随固结压力增大而增大,且K_0固结不排水强度大于等向固结不排水强度;2种固结方式的不排水强度包线均显示为以固结屈服压力为分界的双直线,屈服前不排水强度增长较慢,屈服后为一条通过原点的直线;相同固结压力下,等向固结不排水剪切应力路径位于K_0固结的路径下方;无论何种固结方式,屈服前的偏应力峰值均高于临界状态线,屈服后偏应力峰值均落在临界状态线上;固结方式对有效应力强度指标参数的影响较小,对总应力强度指标的影响主要反映为内摩擦角的不同。