三轴数字图像测量技术在黄土力学特性研究中应用

常规三轴试验仪难以准确测定出土体径向变形和体积变形,因此将其应用于黄土等典型非饱和土研究时必须改进其量测系统.将数字图像测量方法应用于黄土变形研究中,通过非接触式测量不但可以避开端部约束对试样的影响,同时可以测量土样各个断面的径向变形;通过测定不同固结压力下试样的体积应变,在vε-lgp曲线上与曲率半径最小的点相对应的围压值确定为土体的结构强度;通过计算试样剪切过程中实时的截面面积进而准确地反映出土体的应力-应变关系;通过对图像分析可以捕捉到土样在低含水量、低围压下出现的剪切带.将数字图像测量方法应用于黄土湿陷系数的测量,可以将不同应力条件下的湿陷轴向应变作为相对湿陷系数,将湿陷体积应变作为广义湿陷系数,结合结构强度与湿陷体积应变对黄土湿陷变形特性进行了很好的诠释.     

天然沉积连云港软黏土的屈服特性

为了研究天然沉积结构性软黏土的屈服特性,采用大直径PVC管取样器获取连云港地区地表下2.5 m处的不扰动样,进行一维固结和应力路径三轴试验.一维固结试验结果表明, 天然沉积连云港软黏土具有较强的结构性. GDS三轴的不同应力路径试验结果表明,无论以体积变形还是剪切变形为主的应力路径下,连云港软黏土的应力应变曲线都有明显的屈服特征.根据试验各应力路径得到的屈服点,可以得到连云港软黏土的初始屈服轨迹大致呈倾斜的椭圆形状,与Nakano等人模型的屈服面比较吻合.沿各应力路径屈服后塑性应变方向与该模型屈服面法线方向的夹角在-22°～33°范围之内变化,表明屈服后塑性流动方向可简单采用相关联流动法则来描述.     

灌溉条件下黑方台黄土湿陷特征及其内在机理

基于室内试验,系统分析了不同初始含水量、增湿-减湿循环交替、渗透溶滤等多个条件下黑方台黄土的湿陷特性.基于微观结构定性和定量分析,探讨了黑方台黄土湿陷的内在机理.研究发现,黑方台黄土湿陷终止于饱和度52%~65%的非饱和状态;增湿-减湿循环交替4次后,黄土湿陷变形微弱;易溶盐淋滤时黄土湿陷变形持续.湿陷变形后的微观结构变化揭示出黑方台黄土湿陷的本质是黄土内架空大孔隙和支架小孔隙塌落.毛细管作用、孔隙压密作用、盐分溶解作用均对黑方台黄土湿陷有所贡献.但是盐分溶解作用的贡献远小于前二者,并且盐分溶解作用以易溶盐溶解为主.毛细管作用和孔隙压密作用的贡献大小取决于黄土中孔隙的分布和湿陷变形的发展阶段.     

重塑非饱和黄土等p剪切试验

探讨了重塑非饱和黄土等p剪切试验过程的破坏特性、屈服特性和水量变化特性.做了2种不同干密度的净平均应力和吸力等于常数、偏应力增大的三轴排水剪切试验.结果表明:破坏应力随吸力增大而增大;得到了一种确定等净平均应力剪切条件下屈服应力的新方法,q-s平面上的加载湿陷屈服线形状与p-s平面相似;土-水特征曲线依赖于偏应力,建立了含水量-吸力-净平均应力-偏应力形式的土-水特征曲线.     

压缩荷载作用下脆性岩石弹塑性损伤耦合本构模型研究

在压应力作用下,岩石的塑性变形和损伤演化是相互耦合的。在热动力学基本框架下,建立了一个用于描述在压缩荷载作用下脆性岩石非线性力学行为的弹塑性损伤耦合模型。模型采用基于Drucker-Prager线性屈服准则,并同时考虑损伤软化效应的函数作为加载函数。此外,为反映岩石在压应力作用下体积变形从压缩到膨胀的转化过程,引入非关联的塑性流动方程。基于已有的损伤理论,建立含有塑性剪切应变的损伤准则。通过联立屈服准则和损伤准则的一致性条件,建立塑性和损伤发展的耦合关系。运用建立的模型对不同围压下大岗山辉绿岩的常规三轴压缩试验进行模拟。模拟结果和试验数据具有较好的一致性,表明了模型的合理性和有效性。     

基于SFG模型的非饱和沉积土本构模型

为使修正后的模型能够更好地反映非饱和沉积土的持水和力学性质,对SFG (ShengFredlund-Gens)模型进行修正.用平均骨架应力代替净应力作应力状态变量,考虑饱和度对非饱和土变形的影响.通过分析泥浆固结土(沉积土)在等吸力条件下等向压缩和三轴压缩试验数据,得出饱和度和孔隙比的关系,并把变形考虑到持水曲线模型中.由修正后的体变方程以及持水曲线方程推导出加载湿陷屈服面方程,在修正剑桥模型基础上推导出三轴应力状态下的本构方程,并采用能统一描述剪缩剪胀性的硬化参数.基于同一模型参数,模型可以统一预测吸力控制下各向等压和三轴剪切路径下非饱和沉积土的持水和力学特性.     

由试验数据拟合天然砂土的屈服面

根据广义塑性力学原理，介绍了屈服面的物理意义，直接从三轴试验的试验数据拟合天然砂土的屈服面，给出了天然砂土的2个屈服面(剪切屈服面和体积屈服面)，并结合数值算例，初步验证了双屈服面表达式的合理性．     

湿陷性黄土的流变特性研究

为了探讨黄土的流变特性,以关中地区黄土为研究对象进行了室内流变试验.根据试验绘出了不同压缩荷载和不同含水率下黄土湿陷流变曲线,得出了黄土湿陷流变分两阶段变形的结论,即第一段为减速变形阶段,流变曲线呈对数变化,第二段为稳定流变阶段,流变曲线呈线性变化;加载应力与含水率对流变的影响基本上呈正相关,曲线变形趋势相似,即可以由一族流变曲线乘以某一常数得出其他曲线;提出了考虑含水率和应力影响的分时叠加流变曲线数学模型,模型有效性还有待验证.     

单向固结时黄土的应力与湿陷变形的关系

本文在对黄土的力学强度特性和温陷变形机制分析研究的基础上,对国内外黄土工程地质学界研究的重要课题——单向固结时黄土的应力与湿陷应变的关系获得了解决.该成果为黄土地基湿陷变形的计算和评价提供了理论依据和办法.     

广义塑性力学及其运用

分析了经典塑性力学用于岩土类材料的问题，它采用了3个不符合岩土材料变形机制的假设。从固体力学原理直接导出广义塑性位势理论，将经典塑性力学改造为更一般的塑性力学——广义塑性力学。广义塑性力学采用了塑性力学中的分量理论，能反映应力路径转折的影响，并避免了采用正交流动法则所引起的过大剪胀等不合理现象，也不会产生当前非关联流动法则中任意假定塑性势面引起的误差。给出了广义塑性力学的屈服面理论、硬化定律和应力-应变关系，并建立了考虑应力主轴旋转的广义塑性位势理论。屈服条件是状态参数，也是试验参数，只能由试验给出。应用     

湿陷性黄土地基不均匀沉降: 砌体结构基础变形规律

由于湿陷性黄土地基抗剪抗弯能力弱、浸水易发生湿陷变形。地基不均匀湿陷沉降变形极易引发地基、基础局部产生脱空现象,本文针对湿陷性黄土地区砌体结构建筑物地基基础局部产生脱空变形进行了研究,假定湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线符合Peck公式,利用静力平衡、Fourier级数对弹性地基梁挠度进行了数学表达式推导,通过自编程序计算,结果发现变量k取10和100时的值基本相同,湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线基本符合Peck公式,计算结果与实际情况基本相符,为湿陷性黄土地区砌体结构建筑检测、加固、维修提供理论依据。     

大厚度湿陷性黄土场地地基处理合理深度

以全部剩余湿陷量作为处理深度经济上是不合理的.基于人工地基具有一定的抵御湿陷变形能力的观点,通过建立人工地基应力应变关系的数学模型,计算分析了湿陷性黄土场地人工地基在发生剪切破坏时的湿陷面积和处理深度的关系及规律.结果表明:人工地基抵御湿陷变形的能力随处理深度的增大而增强,当处理深度达12 m以上时,抵御能力的增加已很小.在剩余湿陷量仍大于规范要求时,选择12 m作为地基处理的合理深度,在安全和经济上是可行的.     

急速增湿条件下湿陷性黄土中桩基的承载性状

入渗增湿条件下,湿陷性黄土地区中桩基的承载性状会因桩周土基质吸力减小和湿陷变形而显著劣化,进而诱发一系列的工程问题。为了研究浸水前后湿陷性黄土中桩基承载性状的变化规律,进行模型桩的入渗试验,同时对桩周土体的变化（包括沉降、体积含水率、基质吸力）以及桩基承载性状的变化（包括桩顶沉降、桩侧摩阻力和桩端承载力）进行监测。将入渗过程中桩周黄土基质吸力变化与桩基承载性状的变化相关联,从非饱和土力学的角度阐明入渗前后桩基承载性状的变化规律和变化机理。研究结果表明,入渗过程中的桩顶沉降和桩端承载力不断增加,桩身轴力大致呈“ D ”型分布,最大轴力出现在入渗过程中。入渗过程中桩周黄土的基质吸力减小,产生湿陷变形,使桩侧摩阻力大小和方向发生改变,进而导致桩基承载性状的变化。基于非饱和土力学原理对传统的剪切位移法进行简化和修正,提出考虑桩周黄土湿陷变形影响的单桩沉降预测模型,并结合试验结果对理论模型进行验证。本文的研究成果有助于进一步完善复杂环境荷载作用下湿陷性黄土地区的桩基设计理论和工程性状评估。     

浸水条件对浅埋湿陷黄土隧道受力性状影响的大型模型试验研究

黄土隧道基底岩含水率发生变化会导致拱脚和墙脚失稳甚至坍塌,因此,黄土隧道尤其是整体处于湿陷性黄土地层中的隧道受力性状特性研究已经引起工程技术人员高度重视。为了研究湿陷性黄土地层隧道基底承载力及其湿陷变形问题,通过室内大型模型试验方法,研究了天然基底浸水和不浸水工况下基底受力变形性状。研究结果表明：隧道基底压力径向表现为非均匀分布,在仰拱中间位置处最小,墙脚位置处最大;隧道周边切向应力变化规律与径向应力变化规律基本类似,但变化幅度较小;隧道切向压力与径向压力基本一致,浸水完成后各测点应力值都有所增大。     

湿陷性黄土固有属胜的研究探讨

本文着重介绍了在湿陷性黄土工程中,湿陷变形与增湿变形,湿陷性黄土工程属性及固有属性,以及湿陷性黄土桩基承载力评价等问题。     

无砂砼小桩处理黄土路基的增湿变形计算

阐述了用无砂砼小桩处理湿陷性黄土路基时,由高填方路基预加荷载提供黄土湿陷起始应力,注浆过程中使桩孔周围的部分黄土提前发生湿陷变形,从而改善黄土结构的湿陷性,保证土体结构的水稳性．并推导出无砂砼小桩处理黄土路基的增湿变形计算公式,为黄土地区采用无砂砼小桩后处理高填方路基提供变形计算依据．     

考虑时间效应的湿陷性黄土地区桩基负摩阻力计算理论分析

对湿陷性黄土地区桩基负摩阻力的产生机理及变化规律进行了分析。利用桩土相互作用模型,推导出了适用于湿陷性黄土地区考虑时间效应的负摩阻力计算公式。利用此公式,只需要知道土体的剪切模量G、桩端荷载Nb和时间因子Tv,就可以方便地对任意时刻湿陷性黄土引起的单桩摩阻力的分布做出预测。     

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.     

预浸水法在湿陷性黄土地基中的应用

调查分析了新疆伊犁地区湿陷性黄土的工程力学性质,介绍了预浸水法在处理自重湿陷性黄土地基中的应用情况,说明这种方法可以消除黄土地基的自重湿陷性,提高地基的承载力。     

低应力地基弱刚度砖混结构迫降纠倾理论与实践

以兰州某低层住宅楼地基不均匀沉降引起的结构双向倾斜变形为工程背景,分析倾斜因为.针对建筑物地基应力低、结构刚度弱的特点,研究黄土湿陷性的固有特点,用塑性理论确定开孔间距、开孔高度等参数,设计迫降纠倾的技术方案.采用动态设计的思想,经过4个循环耗时90 d,成功实现住宅楼的双向纠倾.工程结论表明,针对湿陷性黄土地基在迫降...