兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究

对兰州原状黄土不同剪切方位、不同含水量试样进行了一系列常规三轴不固结不排水剪切试验研究.根据三轴剪切试验结果,分析了含水量和剪切方位对兰州黄土剪切强度参数的影响,得出原状黄土的粘聚力和内摩擦角并不是一个常数,而是随着含水量和剪切方位的变化而变化的结论,解释了其影响原因,提出了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式.     

麦秸秆加筋土的强度特性及细观结构分析

为了分析麦秸秆加筋对土体抗剪强度的影响,开展了4种加筋率(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)和3种加筋长度(5,10,15 mm)下的三轴剪切试验.通过CT(计算机断层扫描)扫描图像,对比分析了加筋土和素土在加载过程中的细观结构变化.结果表明:麦秸秆加筋黏性土的抗剪强度和抗变形能力较素土都有显著提高,其中筋材长度为10 mm时加筋效果较好.所研究加筋条件下,土体黏聚力较素土黏聚力增大0.1～2.3倍,内摩擦角变化在±2°范围内.与素土相比,加筋土在剪切过程中无明显的宏观剪切破坏,均为鼓胀破坏.围压较小时,加筋作用明显,对土体的刚度影响较大,随着围压的增大,影响逐渐变小.CT扫描结果显示,麦秸秆加筋能够限制土体变形和裂纹扩展.因此,麦秸秆适宜作为黏性土的加筋材料.     

三轴剪切条件下黄土结构特征变化细观试验

利用与CT（computerized tornography）机配套的专用加栽设备，完成了在三轴压缩荷栽作用下黄土结构破坏全过程的细观损伤扩展规律的实时CT检测试验。通过试验，得到了在荷栽作用下Q3马兰黄土、Q2离石黄土土体中孔隙被压密各个阶段清晰的CT照片及土样剪切过程中各阶段的CT、数据。并且对试验得到的CT数，CT图像等试验结果进行了分析，得到了原状黄土土体孔隙变化特性及原状黄土的土体损伤扩展的初步规律。     

减载伸长路径下棕榈纤维加筋砂力学响应

为探究减载伸长破坏下棕榈纤维对石英砂力学性能的影响,对饱和状态下棕榈纤维加筋石英砂进行排水状态下的三轴伸长试验,分析了不同纤维长度和掺量下的应力-应变曲线,并对其初始弹性模量和割线模量进行比较。应用摩尔库伦准则分析得到剪切强度随纤维配比的变化规律。对剪切过程中的素砂和加筋砂的体积应变及孔隙比进行了比较分析。结果表明：(1)纤维加筋会增强石英砂在伸长破坏中的应力应变强度。对峰值应力和残余应力提升效果最佳的的纤维掺量和纤维长度分别为0.9%和12 mm。(2)试样的初始弹性模量和峰值割线模量均随有效围压的增大而增大,伸长试验中试样的整体刚度与有效围压呈正相关关系。纤维对石英砂剪切强度的增强效果只能在低围压状态时显现。(3)加筋砂的伸长破坏中孔隙比小于素砂,纤维的加入减小了石英砂的临界孔隙比,削弱了石英砂的剪胀性。试验结果为探究纤维加筋砂界面增强机理提供试验依据。      

土的剪切试验方法及其强度指标的分析与选用

1 引言 土的抗剪强度指标是掐土的内摩擦角Φ和粘聚力C。Φ、C值是挡土墙设计土压力计算、地基承载力确定、土坡稳定性分析、地基稳定性计算。地基基础设计的重要参数。准确测定Φ、C值,最直接和有效的方法是做原状土的剪切试验来获得。由于取土技术条件等因素,对于无法取得原状上样的土类,应采用现场大型剪切试验;对于软塑状态的粘性土,可采用现场十字板剪切试验;对于取土质量较高的土样,可以选用原状上室内剪切试验确定[1]。室内剪切试验常用的仪器主要有直接剪切仪和三轴剪切仪两种。根据太沙基有效应力原理,土的抗剪强度是由…     

剪切试验中筋土界面土颗粒运动的细观量测

基于互相关理论,将粒子图像测速(PIV)技术应用到筋土界面直剪试验中,从细观角度来研究试验过程中土颗粒的运动情况.筋土界面的剪切试验分别在法向应力为50和87.5 kPa下进行.通过对一系列试验结果的分析,可以得到:界面附近砂颗粒的水平位移和竖向位移均随着剪切位移的增加而增加,但增加的速率随剪切位移逐渐减小;试验中砂颗粒的水平变位较为明显,但随着距离筋土界面高度的增加,变位的程度有所减弱;试验中界面附近发生变位的砂颗粒范围不超过45 mm,即剪切带的范围大致为45 mm,相当于试验用砂平均粒径的7～9倍.     

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。     

加筋黄土的三轴试验研究

用三轴试验方法研究了加筋黄土的应力-应变及强度特性,得到了加筋土的强度指标与对应素土的强度指标间关系.通过强度的规格化性状的研究,分析了不同围压下加筋的效果;用复合材料观点及应力圆法解释了加筋土强度提高的原因.     

非饱和玄武岩残积土剪切特性试验研究

非饱和土中的基质吸力对其抗剪强度特性有重要的影响。选取贵州毕威高速公路沿线的玄武岩残积土样,采用非饱和直剪仪进行控制基质吸力的剪切试验。试验结果表明,在不同的基质吸力和净法向应力作用下,重塑试样由于结构性遭到彻底破坏,应力应变关系表现为应变硬化型。在300 kPa的基质吸力范围内,基质吸力对黏聚力影响显著,对有效内摩擦角基本无影响。非饱和玄武岩残积土的抗剪强度与基质吸力基本呈线性关系,非饱和抗剪强度参数φ~b=19.4°,验证了非饱和土双应力状态变量抗剪强度公式的适用性。     

裂隙密度对黄土抗剪强度影响的试验研究

黄土中节理裂隙十分发育,严重影响黄土的力学性质。尤其是对地下采煤引发的黄土滑坡进行评价时,除了需要考虑采矿引起的斜坡变形,还需考虑采煤引起的黄土裂隙化导致的强度劣化问题。本文通过三轴压缩试验研究不同裂隙密度的黄土在不同含水率下的抗剪强度参数变化规律。研究表明:随着裂隙密度的增加,内摩擦角呈明显减小趋势;黏聚力在低含水率下呈减小趋势,在高含水率条件下变化规律不明显。由于裂隙的出现,临近裂隙的土体应力重分布,应力方向发生偏转,垂直于裂隙的应力值趋近于零,主应力差增大,因此临近裂隙的土体发生局部破坏,这种现象的最终宏观表现之一为内摩擦角变小。较低含水率条件下,裂隙的存在,影响了土颗粒之间的连续性,宏观表现为随着裂隙密度的增大,黏聚力值在减小;但随着含水率的增大,水使土体胶结弱化作用加强,裂隙对土颗粒之间连结的影响作用趋弱,宏观上表现为黏聚力随裂隙密度非单调变化。     

基于吸应力的非饱和黄土抗剪强度研究

文章通过滤纸法与直剪试验相结合的方法,得到了非饱和原状黄土土水特征曲线和抗剪强度,分析了基于吸应力下的非饱和原状黄土的抗剪强度。试验结果表明:非饱和原状黄土的抗剪强度随基质吸力的增大表现为非线性增大,并逐渐趋于稳定,与土水特征曲线的变化规律基本一致;表观黏聚力随基质吸力的增大表现为非线性增大,尤其在毛细发挥段和水膜吸附段该趋势变得非常明显;表观内摩擦角随基质吸力的增大呈稍微增大的趋势;与表观内摩擦角相比,表观黏聚力的增加幅度较大,因此基质吸力对抗剪强度的贡献更多地体现在表观黏聚力上。通过吸应力概念得到了非饱和原状黄土的表观黏聚力;当土体含水率大于塑限时,基于吸应力公式计算的表观黏聚力与试验结果基本一致;当土体含水率小于塑限时,运用吸应力公式计算的表观黏聚力远远大于试验结果。因此,在含水率较高时,可用吸应力下的抗剪强度公式预测非饱和原状土抗剪强度;在含水率较低时,基于吸应力下的抗剪强度公式是不适用的。     

矿渣微粉改良黄土力学性能及抗剪强度预测模型

为探究矿渣微粉改良黄土效果,通过配置不同掺量的矿渣微粉黄土,利用无侧限抗压强度、抗剪强度、湿陷性试验研究矿渣微粉改良黄土机理与可行性,并提出抗剪强度预测模型。研究结果表明,随矿渣微粉掺量增加,无侧限抗压强度呈先增大后降低趋势,矿渣微粉掺量为15%时达到最大;不同掺量的矿渣微粉黄土较素黄土湿陷系数分别下降92.1%、96.4%、98.0%、99.0%、97.7%;随养护周期增加,抗剪强度、内摩擦角、黏聚力均有明显提高;不同矿渣微粉掺量下黄土抗剪强度预测模型与实测值相对误差均小于8%,拟合度较高。研究结果可为矿渣微粉改良黄土提供参考依据。     

剪切损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学以含微观缺陷的材料为研究对象,分析微裂纹或微孔洞对材料宏观力学性能的影响以及损伤的演化过程。在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,难以深入到损伤过程的物理学与力学本质。在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均剪应变,进一步分析这种剪应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性剪切本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性剪切损伤的细观描述。这种方法还可适用于弹性拉伸损伤的细观机理的研究,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的。     

渗透剪切作用下黄土的力学特征

黄土高原地区黄土在灌溉作用下,逐渐达到饱和状态,饱和中,陡坡类黄土坡体自重增加引起下滑力增加.该过程持续进行后,坡体内部同时发生渗流和剪切过程,导致坡体的变形不断增大,直至破坏后形成滑坡.本文选取黑方台4.29滑坡为研究对象,在现场调查的基础上,利用滑坡后壁原状黄土试样,基于三轴试验设置10组共60个原状样对饱和黄土的渗透剪切行为进行模拟.试验中设置了0.5、0.1和0.05 mm·min-1三个不同的加载速率对黄土试样进行剪切,为比较分析,对0.1 mm·min-1剪切速率试样设置了0、1、2和5 m几个不同水头进行了试验.试验结果表明:饱和黄土在渗流与剪切耦合作用下,表现出应变硬化特征,渗透作用明显降低了黄土的强度,尤其是黄土黏聚力降低,其降幅达5.24%~63.35%.对已有强度指标拟合后获得黄土在渗透剪切工况下的强度修正公式.     

非线性连续卸荷路径下黄土的强度与变形特性研究

竖向卸荷状态下黄土的强度与变形特性对挖方区边坡失稳研究有重要的理论意义,从工程应用角度出发基于伯努利方程改进了室内直剪仪,即利用水箱代替砝码进行加、卸载,研究了非线性连续卸荷路径下黄土的强度与变形特性。研究发现:非线性连续卸荷路径下土体剪应力-位移曲线与未卸荷状态不同,具体表现在非线性连续卸荷过程中剪应力不仅与剪切位移有关也与卸荷比(R)有关;剪应力(τ)-剪切位移(δ)空间中,同一初始固结压力下,试样在卸荷比(R)较小时剪应力-剪切位移曲线与未卸荷时基本重合,当卸荷比(R)增大到一定值后,剪应力-剪切位移曲线出现软化现象,且卸荷速率越大,软化越明显;同时非线性连续卸荷工况下,抗剪强度与初始固结压力有关,随着初始固结压力的增加,卸荷引起的超固结效应明显增强;基于Mohr-Coulumb强度准则,采用指数衰减的数学模型可以较好描述非线性连续卸荷过程中强度参数的演化规律。     

多因素耦合条件下重塑黄土的强度恢复特性研究

为了探索重塑黄土的强度与时间的关系规律,以重塑黄土的含水量、干密度和龄期为因素,设计混合均匀试验方案,进行了多因素耦合条件下重塑黄土的强度恢复试验研究。应用最小二乘拟合建立了重塑黄土无侧限抗压强度与含水量、干密度、龄期的非线性回归数学模型。据此模型对宁夏下马关重塑黄土的强度恢复进行了预测,阐述了作用规律,分析了重塑黄土强度的触变恢复机理,得出了各单因素影响重塑黄土强度的重要性顺序,二因素交互作用影响的主次顺序,以及重塑黄土强度测定的合理时间节点,为宁夏处理后的黄土地基设计、施工提供理论和技术支撑。     

重晶石粉和橡胶粉对重塑黄土抗剪强度的影响

为研究重晶石粉和橡胶粉对重塑黄土抗剪强度的影响,将橡胶粉干质量百分含量分别设定为5％和10％,配制重晶石粉干质量百分含量分别为5％,10％,15％,20％,25％的重塑黄土试样10组,然后将重晶石粉干质量百分含量分别设定为5％,10％,配制橡胶粉干质量百分含量分别为6％,8％,10％,12％,14％,16％的重塑黄土试样12组,分别进行快速直接剪切试验.试验结果表明,重塑混合土粘聚力C随着重晶石粉含量的增加而降低,橡胶粉含量对降低趋势影响不明显,重塑混合土内摩擦角(φ)随着重晶石粉含量的增加而增大,且随着重晶石粉含量的增加,内摩擦角增大速率逐渐增加;重塑混合土粘聚力C随着橡胶粉含量的增加而减小,但减少幅度与橡胶粉掺和比不成比例,重塑混合土内摩擦角(φ)随着橡胶粉含量的增加近乎呈线性增加.     

Cu(Ⅱ)对重塑黄土抗剪强度和电阻率的影响

为研究Cu2+含量不同对重塑土的抗剪强度影响以及剪切过程中电阻率变化,进行了室内直剪试验。制取含量为0mg/kg、5 mg/kg、50 mg/kg、500 mg/kg、5 000 mg/kg的五种Cu2+污染重塑土,对其进行直剪试验和电阻率试验,最后处理并分析数据。结果表明:随Cu2+含量增加,电阻率减小,且电阻率浮动变小,电阻率随剪切位移增大呈减小的趋势,含量500 mg/kg时的电阻率浮动小,规律明显;Cu2+污染土剪应力随剪切位移增大不断增加,没有明显的屈服点;Cu2+含量小于5 mg/kg时,Cu2+污染土抗剪强度随Cu2+含量增加而增加,Cu2+含量大于500 mg/kg时,Cu2+污染土抗剪强度随Cu2+含量增加而减小;同一含量下的污染土在不同垂直压力下的抗剪强度与电阻率呈负相关,Cu2+含量越大抗剪强度变化对电阻率越不敏感;定义了电阻率角、初始电阻率,电阻率角反映电阻率对土体结构变化的敏感程度,初始电阻率为土体在没有垂直压力作用下时的电阻率。