应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响

为探讨应力路径对黏土有效抗剪强度参数的影响,即临界状态线的惟一性问题,在确保试样的初始状态、应力历史、排水条件、加荷速率、试验仪器、破坏取值标准均一致的前提下,进行了常规三轴压缩与等p三轴压缩应力路径下同种重塑黏土的固结排水剪切试验.得到了两种应力路径下的有效抗剪强度参数和临界状态线参数,试验结果证实不同应力路径下重塑黏土有效抗剪强度参数有较大差别,临界状态线不惟一.定性分析表明:相对于常规三轴压缩路径,重塑黏土在等p三轴压缩路径下具有较低、有效内摩擦角的原因是剪切过程中围压的降低造成侧向卸荷引起的土体抗剪能力下降;产生凝聚力的原因是在排水剪切过程中存在超固结效应.     

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。     

三轴试验条件下城市生活垃圾土的变形强度特性

在实验室对现场钻取的垃圾土样进行成分分析和试样制备,考虑填埋场内垃圾土的实际状态,采用三轴试验从试样尺寸、固结方式和应力路径等3个方面系统研究了垃圾土的变形和强度特性,试验结果表明：(1)直径分别为40mm和100mm两种尺寸的垃圾土试样的应力-应变关系具有相同的变化规律,偏应力随着轴向应变的增加逐渐增大,应变水平较大时应力-应变曲线呈上翘形状,应变超过30%仍没有出现屈服或达到峰值的迹象;轴向应变相同时,偏应力随着围压的增加而增大;轴向应变和围压都相同时,相比小尺寸试样,较大尺寸试样的抗剪强度较小.(2)得到了垃圾土的抗剪强度参数随轴向应变的线性表达式,小尺寸试样的黏聚力和内摩擦角分别约为较大尺寸试样的1.48倍和1.16倍.(3)等压固结、各向异性固结和K₀固结(3种固结方式的侧向土压力系数k分别为1.0、0.54和0.29)试验所得垃圾土的偏应力增量随着k值的减小而略有减小.(4)轴压不变围压逐渐减小的卸载试验结果表明,垃圾土的偏应力-轴向应变曲线类似双曲线形状,围压越大偏应力越大;围压减小到0后轴压持续增加的加载试验结果表明,垃圾土的偏应力-轴向应变曲线同...     

围压和渗透压对花岗岩残积土抗剪强度影响的三轴试验研究

为研究渗流对花岗岩残积土抗剪强度衰减的影响,使用SLB型号三轴剪切渗透试验仪,分别进行了K0固结排水剪切试验、恒水头渗流剪切试验和恒流量渗流剪切试验,研究了围压和渗透压对试样应力-应变关系、峰值强度和抗剪强度参数的影响.研究结果表明:应力-应变曲线均为应变硬化曲线,随着轴向应变的增加试样的主应力差增加,且增加的趋势逐渐减小.试样在相同的应变情况下,主应力差值和峰值强度均随着土体试样围压的增大而增大;随着渗透压的增加,主应力差值和峰值强度均逐渐减小;随着轴向应变的增大,渗透压对应力-应变曲线的影响越明显.随着渗透压增加,有效黏聚力逐渐下降,但有效内摩擦角几乎不受渗透压的影响.     

玄武岩纤维加筋黄土力学性质及微观机理研究

为探究玄武岩纤维应用于黄土加筋的作用机理,本文采用三轴试验和电镜扫描试验分析了玄武岩纤维尺寸、掺量、含水率等因素对加筋黄土试样的偏应力—应变曲线、抗剪强度指标及微观结构的影响。结果表明：(1)不同纤维尺寸加筋作用下,试样偏应力—应变曲线变化趋势相似,且试样抗剪强度随掺量的增加均呈现先增加后减小的趋势,但各自所对应的最优掺量有所区别。(2)试样抗剪强度的提高主要体现在土体黏聚力的提高,内摩擦角变化不明显。(3)加筋土样中土颗粒与纤维的接触形式及纤维的受力特点与纤维的尺寸及掺量有关。(4)纤维的加筋效果由多种因素相互作用所决定,当纤维尺寸为12 mm,掺量为0.4%时加筋效果最优。玄武岩纤维合理掺加可有效增强黄土抗剪强度,改变土体微观结构。     

等应力比加载路径下堆石料力学特性的细观数值分析

堆石料的力学特性与应力路径相关,而常规三轴试验的应力路径与堆石坝工程填筑期坝体内的应力路径差别较大,因此本文采用考虑颗粒破碎效应的随机颗粒不连续变形分析(SGDD)方法进行等应力比加载路径下堆石料三轴试验的细观数值模拟,研究固结应力和加载应力比对堆石料强度和变形特性的影响.模拟结果表明:固结应力和加载应力比对堆石料的力学特性影响较大,随着固结应力的增加、加载应力比的减小,应力应变曲线由应变软化型向硬化型转化,试样也由低压剪胀向高压剪缩转变;p-q平面内的强度包络线具有明显的非线性;细观组构量的演化规律与堆石料的宏观力学特性密切相关.     

花岗岩残积土抗剪强度与微观结构特征

对不同水的质量分数(含水率)及不同压实度的花岗岩残积土试样开展三轴试验和电镜扫描试验,探究土样的抗剪强度特性与微观孔隙结构之间的关系,从微观角度揭示花岗岩残积土的抗剪强度衰减机理。试验结果表明：花岗岩残积土试样的应力-应变曲线呈现应变硬化特征,抗剪强度随着含水率的升高而降低,随着压实度的增加而增加,且在围压应力较低时,花岗岩残积土试样对含水率及压实度的敏感性更强;从微观角度,花岗岩残积土试样的中孔隙和大孔隙的占比随着含水率的升高而增加,随着压实度的增加而减少。     

干湿循环下花岗岩残积土抗剪强度及边坡稳定性分析

为研究干湿循环对花岗岩残积土抗剪强度特性和抗剪强度参数的影响,分析花岗岩残积土边坡的稳定性,改进了常规的单元试验方法.以整个花岗岩残积土边坡为试验对象进行干湿循环模拟,在每次循环后直接在边坡坡面上切取花岗岩残积土试样进行直剪试验.在此基础上,利用有限元软件ABAQUS对一实际边坡进行了干湿循环的数值模拟,在每次循环模拟前对上一次模拟结果进行分析,将等效塑性应变较大区域的土体强度进行适当折减,分析每次循环后花岗岩残积土边坡的应力应变、稳定性以及塑性变形.试验结果表明:花岗岩残积土的抗剪强度随干湿循环次数、循环幅度的增加而减小,其中黏聚力值衰减明显,内摩擦角的变化相对较小,在3～5次干湿循环后抗剪强度趋于稳定;通过数据分析得到干湿循环的黏聚力公式,进一步得到了干湿循环条件下花岗岩残积土的抗剪强度公式;干湿循环作用导致边坡稳定性降低,安全系数减小,且第一次干湿循环后安全系数的降幅最大.     

宽级配砾质土三轴试验研究

对某宽级配砾质土分别进行了中型和大型三轴固结排水剪试验,研究了不同试样干密度、不同掺砾量下宽级配砾质土的强度、应力应变特性及邓肯-张模型参数,并对中三轴与大三轴2种不同尺寸试验结果进行了分析和对比.结果表明:宽级配砾质土的偏应力峰值强度、抗剪强度及其剪胀性随着掺砾量和试样干密度的变化呈现一定的变化规律;随着掺砾量或试样干密度的增大,中三轴和大三轴试验邓肯-张模型参数的K均随之增大,但n随之减小;在相同掺砾量下,初始弹性模量和体积变形模量均随着试样干密度的增大而增大.     

不同含水率下滑带土抗剪强度特性研究

利用环剪试验仪可以研究土体在较大剪切位移下抗剪强度的变化规律。试验以三峡库区黄土滑坡滑带土为研究对象,研究了在不同法向压力和含水率下该滑带土抗剪强度的特性。试验结果表明:滑带土的抗剪强度与轴向应力的大小呈现出较强的线性关系,并随有效轴向应力的增大而增大;试样在剪切过程中呈现出应变软化的特征,当轴向应力一致时,低含水率的滑带土其抗剪强度峰后软化现象表现的越明显;不同含水率滑带土试样之间的c、值降幅百分比基本一致,c、值减小范围比较同步,塑限含水率可作为影响滑带土抗剪强度增降百分比的重要分界点。     

基于原位孔内剪切试验的残积土强度指标及风化程度影响评价

为了研究花岗岩残积土原位力学特性及受风化程度的影响,开展孔内剪切试验(BST)以获取土体的原位抗剪强度指标,同时结合大型原位剪切(LDS)试验与室内直剪(DS)试验对不同测试方法的差异进行分析.试验结果表明,由BST得到的花岗岩残积土应力-应变关系曲线呈应变硬化型特征,峰值应力与法向应力呈正相关的线性关系;被测残积土是一种高渗透性饱和土,剪切时孔壁土体的排水速度较快而发生自由体变,由BST获取的强度指标近似为饱和土的有效强度指标;大型原位剪切试验与孔内剪切试验获得的强度指标较为接近,但由室内直剪试验得到的强度指标数明显比原位试验结果小,说明取样扰动对土体力学特性造成了不可逆的损伤;根据土体的砾粒含量表征花岗岩残积土的风化程度,由BST测试结果得到的有效内摩擦角与砾粒含量之间保持正相关的线性关系,有效黏聚力与砾粒含量之间保持负相关的线性关系;从SEM的结果认为砾粒含量的增加一方面使得砾粒颗粒间的咬合摩擦力增长;另一方面降低了黏土颗粒间的胶结作用,在宏观上表现为内摩擦角指标的增大和黏聚力的减小.     

含水率及夹层厚度对软弱夹层强度影响分析

软弱夹层对斜坡及围岩稳定性影响较大,对其剪切力学特性的研究具有实际工程意义。巴东组第三段(T₂b³)特殊岩体特性使风化后的软弱夹层和地下水中含有较多CaCO₃,使软弱夹层力学性质发生改变。基于此,以三峡库区巴东组第三段泥灰岩和层间软弱夹层为研究对象,对土-岩剪切试样进行室内直剪试验及微计算机断层扫描试验、电镜扫描试验,从宏微观角度重点研究含水率、夹层厚度及CaCO₃含量对软弱夹层抗剪强度的影响规律及动态特性。研究表明:CaCO₃通过降低土体孔隙率和改变土颗粒形态提升内摩擦角,通过增强土体胶结能力提升内聚力,从而增大其抗剪强度。低CaCO₃含量下,试样抗剪强度随含水率的增大而减小;高CaCO₃含量下,18%含水率以下时,抗剪强度随含水率的增大而增大,而到22%时抗剪强度突降。低法向应力下,试样抗剪强度受夹层厚度影响较小且随CaCO₃含量的增大而增大;高法向应力下,从高夹层厚度低CaCO₃含量到...     

密实散粒体宏微观特性的直剪试验离散元数值分析

为了分析直剪试验中试样内部的应力、应变状态,采用离散元商业软件PFC2D在不同围压下对密实散粒体进行了大量的数值模拟,分析了试验的边界效应,应力偏转,应力、应变路径以及颗粒群的微观运动状态.模拟结果表明:边界摩擦影响室内直剪试验的测试结果,所得密实散粒体的强度指标偏高,内摩擦角存在1.5°的误差;剪切过程中,主应力大小和方向均发生变化,中心点主应力偏转约44°.由剪切带内外颗粒运动状态和应力、应变路径分析可知,剪切带内部是主要的剪胀区,存在大幅度的加卸载反应,并且应力路径峰值超出了试样峰值强度包线;剪切带外体变较小,主要处于加载状态,应力路径峰值未超出试样残余强度包线.     

不同应力条件下饱和尾粉砂的静力学特性

为了得到饱和尾粉砂在高应力条件下的静力学特性,通过不排水静三轴试验分析了饱和尾粉砂在不同围压下的应力-应变规律、孔压-应变曲线的增长规律以及应力路径。结果表明：在低应力条件下孔压增长相对缓慢且土颗粒间的相对作用力较小,剪胀现象明显;当围压升高后土体被逐渐压密则表现出了应力增量引起的应变增量越来越小的现象;当围压到达一定值后表现出类似于脆性材料的破坏形式;随着围压的升高土样孔隙水压力逐渐增大;破坏时的偏主应力随着围压的增大先增大后减小;高围压和低围压的应力路径破坏线斜率相反。     

含水率对黄岛地区花岗岩残积土抗剪强度的影响

含水率是影响土体抗剪强度的重要因素。以直接取得的黄岛地区某挡土墙后填土为试样,进行了颗粒级配试验。同时,利用TCK-1室内三轴试验控制仪进行三轴剪切试验,研究含水率对黄岛地区花岗岩残积土抗剪强度的影响。试验结果表明:黄岛地区土壤颗粒粒径集中在2～5 mm,占比40%左右。抗剪强度在含水率较低时随含水率增大而增强,达到峰值强度(含水率8%时)后随含水率增大而减小。粘聚力c随含水率的增加呈先增加后降低的趋势,峰值点为12.5%左右;内摩擦角φ随含水率的增加而减小。     

气候边缘地带膨胀土强度特性随冻融循环劣化规律

为了探究冻融循环对膨胀土静力特性的影响,以河南平顶山膨胀土为研究对象,开展不同初始含水率下膨胀土冻融循环试验,并对冻融循环后的膨胀土试样进行不固结不排水(UU)三轴剪切试验.研究结果表明:土体初始含水率变化对冻融循环后的膨胀土应力?应变关系、抗剪强度指标有显著影响;应力?应变关系随冻融次数的增加呈现出由强应变硬化型向弱...     

冻融循环条件下黄土状盐渍土在不同应力路径下的力学特性研究

为了研究冻融循环次数、应力路径对黄土状盐渍土的力学特性与微观结构的影响，本文利用SLB-1型应力-应变控制式三轴仪对青海海东季节性冻土地区黄土状盐渍土进行固结不排水条件下的常规三轴、等压三轴、减压三轴应力路径试验，并对试验前后的土样进行电镜扫描。结果表明：应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土的力学特性产生了明显影响，3种应力路径的抗剪强度峰值均随着冻融循环次数的增加而降低，应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土抗剪强度指标中的黏聚力(c)的影响较大，对内摩擦角(φ)的影响不太明显。从微观层面分析，卸荷应力路径下，颗粒破碎程度较高，土体结构疏松，粒间孔隙较大，胶结能力较弱。综上，冻融循环作用与卸荷应力路径对土体内部结构产生了不可恢复的破坏。     

两种应力路径下非饱和污染土强度与微观结构研究

以非饱和CH_3COOH污染黏土为研究对象,完成不同基质吸力下加压和减压两种应力路径的三轴试验,得到了强度参数和强度公式,并利用扫描电镜(SEM)观测污染黏土微观结构,分析污染黏土微观结构的变化特征.发现非饱和土的基质吸力可增大土体内聚力和内摩擦角;常规三轴试验与减压三轴试验的应力-应变曲线呈现出不同的强度变化规律;基质吸力由小变大,黏土颗粒分布的均匀性变差,孔隙尺寸从大孔向中孔再向小孔逐渐过渡,说明基质吸力可促进土体固结;基质吸力的增加对减压路径下土体抗剪强度的提高效果优于对加压路径下的影响.     

黄河冲积粉土的吸力和强度特性关系

采用GDS非饱和三轴仪对黄河冲积粉土击实土样进行同时控制净室压力和吸力的三轴剪切试验,研究了吸力和土样强度之间的关系.试验结果表明,非饱和与饱和土样均呈现出应变硬化的双曲线形应力-应变关系;非饱和状态下土样的内摩擦角近似等于饱水状态下的有效内摩擦角,同时总黏聚力随吸力增加而线性增大;随着吸力的增大,土样的强度提高,说明吸力对土体具有强化作用;土样临界状态线的斜率是一个与吸力无关的常数,临界状态线在q轴上的截距μ反映了吸力对强度的贡献,对该击实粉土,μ和s呈线性关系.     

超固结黏土不排水剪切的屈服与临界状态

以研究超固结黏土的屈服与临界状态为目的,通过GDS三轴试验仪开展了一系列不同超固结状态的黏土不排水剪切试验。为了分析黏土的应力路径,选取了能描述超固结状态不同时土的屈服特性的ALPHA(α)模型。分析了黏土的偏应力/孔压-应变曲线变化趋势,并确定了孔压达到峰值时土体为破坏状态。根据应力破坏点拟合出临界状态线,提出了针对不同超固结比的不排水抗剪强度的计算公式。试验结果表明:不排水剪切试验中,前期固结压力相同时,超固结比越小,抗剪强度越高,但是屈服强度并非随超固结比的降低而单调递增变化;超固结比相同时,前期固结压力越大,抗剪强度越高,屈服强度也越高;正常固结和轻超固结土的破坏应变皆在5%左右,而重超固结土则呈现明显的剪胀现象和脆性破坏,破坏应变小于2.5%;正常固结和轻超固结土的应力路径呈“S”型,重超固结土的应力路径呈不断增长的趋势。根据破坏标准,重超固结土和轻超固结土、正常固结土共用一条临界状态线,不排水抗剪强度计算公式参数较少,易获取,易嵌入本构模型中,应用方便。