非饱和土力学行为的三维离散元分析

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用Hill接触模型来考虑非饱和土中吸力的作用,建立了非饱和土的颗粒流模型。根据室内试验结果对模型细观参数进行标定,开展了固结排水三轴剪切试验离散元数值模拟,揭示了在不同围压和吸力下,模型试样的应力-应变关系与强度特性等宏观力学性质以及细观信息平均配位数的变化规律。根据不同吸力下的莫尔-库伦破坏包线,建立了吸力与抗剪强度参数之间的关系。此外,通过标定室内试验结果中不同含水率下的应力-应变曲线,建立了Hill模型中吸力与含水率的关系。研究结果表明：Hill接触模型可以较好的模拟非饱和土的力学行为,可为非饱和土的离散元模拟提供参考。     

阿勒锦岛岸坡非饱和土土-水特性曲线实验研究

研究基质吸力与含水率或饱和度的关系,对天然岸坡无堤利用具有重要意义。采用TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪,对阿勒锦岛天然岸坡非饱和原状土土-水特征曲线及变化规律进行实验研究。运用两种实验方法进行对比,采用轴平移技术控制基质吸力,用Van Genuchten模型对土-水特征曲线作拟合分析。结果表明:非饱和土体积含水率随着基质吸力的增加而递减,逐渐趋于稳定值,约为15%,当体积含水率小于15%后,非饱和土的抗剪强度将逐渐提高;整个土-水特征曲线呈现"S"形,符合经典土-水特征曲线大致趋势,且具有明显的阶段性特征。     

控制吸力条件下非饱和击实粉土特性的试验研究

为在控制吸力条件下实现非饱和土特性的三轴试验,描述了一种改进的非饱和土三轴仪,此三轴仪可以进行非饱和土的CD,CU,常含水量试验以及各向等压压缩试验,讨论了在该仪器上室内击实粉土的试验方法,过程和第一次试验,结果在吸力分别为50kPa,100kPa,200kPa的条件下完成了7个样品的排水剪试验,研究了试验土样的应力－应变关系、体变,强度,含水量变化特征,该项试验的项目是研究这种粉土的强度和变形特性,并为建立本构模型和数值计算提供必要的参数。     

不同水泥掺量下非饱和固化淤泥力学特性试验研究

为明晰非饱和固化淤泥的强度特性,通过不同基质吸力、净围压下的三轴固结排水试验、无侧限抗压强度试验,探讨了水泥掺量、基质吸力和净围压对非饱和固化淤泥强度特性的影响.试验结果表明:固化淤泥的土-水特征曲线在基质吸力小于进气值时饱和度变化并不明显,而基质吸力大于进气值时,随着基质吸力的增大,固化淤泥的饱和度降低,低水泥掺量固化淤泥的土-水特征曲线位于高水泥掺量固化淤泥土-水特征曲线的下方;水泥掺量100 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线表现为应变硬化,剪切时表现为体缩,而水泥掺量200、300 kg/m~3固化淤泥的应力-应变曲线均表现为应变软化,水泥掺量越高、净围压越小,应变软化趋势越明显.非饱和固化淤泥的无侧限抗压强度和抗剪强度与水泥掺量和基质吸力有关,水泥掺量越高、基质吸力越大,无侧限抗压强度和抗剪强度越大.不同水泥掺量和基质吸力条件下抗剪强度和无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系.     

陶瓷板和多孔渗透膜对非饱和土三轴试验的影响及其数值模拟

通过陶瓷板和多孔渗透膜两种轴平移技术的非饱和三轴试验，获得了吸力一定时真砂土（完全风化的花岗岩）的应力应变曲线及排水变形特征，并利用有限单元法对三轴试验进行数值模拟。试验结果表明，使用多孔渗透膜时试样的饱和度大于使用陶瓷板时的饱和度，且试样在剪切过程中排水量更小。数值计算得到的试样的应力应变曲线与三轴试验获得的基本一致。剪切过程中，试样内部的吸力和饱和度呈现不均匀分布，与陶瓷板相比，多孔渗透膜可以更好地控制剪切过程中试样的吸力。数值模拟结果表明，非饱和土三轴试验是一个边界值问题而非土体的单元力学行为。     

非饱和土抗剪强度的研究

非饱和土强度一直倍受理论界和工程界的广泛关注.该文比较Bishop和Fredlund等常见的非饱和土强度公式的优缺点.基于Mohr-Coulomb准则,通过一种有效应力和土水特征曲线推导出一种新的非饱和土强度公式.该式既考虑吸力对强度的贡献,也兼顾了饱和度对强度的影响.由GDS三轴仪进行了非饱和膨胀土的剪切试验,并与相关的试验进行比较,结果表明该非饱和土强度公式是合理和有效的.     

非饱和黄土土水特性与湿陷性关系分析

黄土的湿陷并不是饱和状态,即吸力为零时黄土所表现出的特性,而是受其含水状态,即吸力的显著影响。室内外的试验研究表明,在竖向应力不变的情况下,含水量的增加或吸力的减少会引起非饱和黄土的湿陷。利用压力板仪测试了非饱和原状黄土的土水特征曲线,采用非饱和土三轴仪得到相应土的湿陷变形,分析了土水特性曲线对原状黄土湿陷变形的影响。结果表明,非饱和黄土的渐变湿陷特性和土水特性曲线的形式和参数之间存在密切关系。本文的分析为采用类似土水特性曲线的预测模型来预测非饱和黄土随吸力变化的湿陷系数奠定了基础。     

千将坪滑坡非饱和土的土-水特征曲线试验研究

利用能控制吸力的四联非饱和土直剪仪,进行三峡库区千将坪滑坡非饱和土的试验,得到在不同正应力和不同基质吸力条件下土的质量含水量,并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线,对相应的土-水特征曲线模型进行了拟合,得出其拟合函数.分析得到了应力状态影响了土的进气值,土-水特征曲线随应力的增大而变得平缓.     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

两类剪切屈服面的非饱和土BBM模型对比研究

针对使用椭圆形剪切屈服面的非饱和土BBM弹塑性模型计算抗剪强度偏低的问题,提出了非饱和土水滴形剪切屈服面函数,对原模型进行了改进,将水滴形屈服面扩展到非饱和土中,提出了非饱和土水滴形剪切屈服面函数,采用相关联的流动法则改进了BBM模型。通过对同一组试验的数值模拟,对比研究了改进模型的合理性以及与原模型的差别,结果表明,在控制吸力条件的三轴压缩状态下采用水滴形屈服面的改进BBM模型对非饱和土强度及变形的计算更为合理。     

基于坡体含水率分布的非饱和土边坡上限分析方法

非饱和土边坡的基质吸力量测较为困难,影响了边坡稳定分析的准确性,通过含水率分布曲线与土水特征模型,可以获得更加精确的吸力曲线.文章基于极限分析上限定理,构建了非饱和土边坡塑性失稳的离散上限机构,推导了由含水率分布参数与Van Genuchten模型参数表征的基质吸力功率方程,将非饱和土边坡安全系数的计算过程转化为约束条件下的多变量的数学规划问题,并采用遗传算法进行优化求解;通过与相关文献对比,验证了本文方法的正确性.探讨了地下水位、边坡坡度、吸力摩擦角等因素对非饱和土边坡稳定性的影响,并分析了三种不同土质边坡在稳定性方面的差异.     

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.     

土水特征曲线预测非饱和黏土的抗剪强度

分别采用压力板法和滤纸法对一种孔隙比大致相同的黏土进行了测量土水特征曲线的试验, 并通过直剪仪试验测得不同含水率下该黏土的抗剪强度(简称强度). 试验结果表明: 压力板法和滤纸法测得的土水特征曲线大致相同; 同样竖向压力下, 抗剪强度随饱和度降低而增大, 但饱和度很低时强度反而减小. 饱和度主要影响黏聚力, 对内摩擦角的影响不大. 另外, 应用土水特征曲线对非饱和黏土的强度进行了预测. 通过引入有效饱和度的概念, 对非饱和土强度公式进行修正, 采用该公式预测非饱和土强度的精度比传统的平均骨架应力预测方法要高.     

基质吸力对原状非饱和黄土强度与变形特性的影响

为研究基质吸力和净围压对原状非饱和黄土的变形、强度特性的影响,采用非饱和土三轴仪对延安新区的原状Q_3黄土及原状Q_2黄土做了2组共18个三轴固结排水剪切试验.研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力-应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性演变为硬化型,且试样在试验过程中一直处于剪缩状态;原状Q_2黄土的偏应力-应变曲线表现为软化型,吸力、净围压较小的试样,体变由剪缩逐渐变为剪胀;原状Q_2黄土的结构性比原状Q_3黄土更为显著;基质吸力对非饱和黄土的强度特性、起始杨氏模量有显著的影响;表观黏聚力c及参数k均随着吸力的增加而增大,而吸力对有效内摩擦角φ′及参数n的影响并不显著;提出考虑吸力和净围压影响的原状非饱和Q_3、Q_2黄土的切线杨氏模量的修正计算公式.     

饱和度影响下胶结充填体三轴力学特性试验研究

井下环境温度和湿度与室内标准养护条件下的不同,导致充填体原位强度和室内试验强度差异显著。为揭示养护龄期和含水饱和度对胶结充填体-水特征曲线及其力学性能的影响,分别借助三轴固结不排水压缩试验和充填体-水特征曲线测试方法,分析不同养护龄期与饱和度下充填体的三轴压缩变形特征参数和基质吸力变化规律。研究结果表明：养护龄期越长,充填体内部孔隙结构越致密,脱水越困难,相同饱和度下充填体内部的基质吸力越高;相同养护龄期下,充填体的饱和度越低,基质吸力越高;饱和充填体的变形特征与其内部结构强度相关,而非饱和充填体的变形特征主要受基质吸力影响,基质吸力与弹性模量呈正相关,与泊松比呈负相关;随着饱和度降低,充填体强度先小幅下降后上升。     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

考虑吸力影响的非饱和黄土均质边坡稳定性分析

通过等吸力三轴试验研究非饱和黄土在控制吸力条件下的应力应变特性,推导了新的吸附强度公式,该公式可预测吸力对非饱和黄土抗剪强度的贡献,并设定工程案例对吸力影响下的非饱和黄土边坡进行了稳定性分析.结果表明:强度参数c随吸力增大而增大,而强度参数φ随吸力的增大基本上不变;在围压一定时,原状黄土的抗剪强度随吸力的增大而增大且应力应变曲线多为硬化型曲线,吸附强度随吸力的增大而增大且呈二次函数关系,边坡安全系数随吸力的增大而增大且呈对数函数关系.     

夯实高饱和度地基土的强度特性

运用改进的非饱和土三轴仪,对某地税大楼强夯后高饱和度地基土进行了控制吸力条件下的固结排水剪切实验.实验结果表明,基质吸力对非饱和土的强度特性有重要影响,抗剪强度参数有效内聚力和有效内摩擦角都与吸力呈良好的线性关系.随吸力增加,有效内聚力呈线性增加,而有效内摩擦角则相应地减小.在实验吸力的范围内,有效内聚力受吸力的影响比有效内摩擦角更明显.而实验土的破坏包线并不是平面,它随净平均应力和吸力的增高而呈收敛状,说明对这种高饱和度击实粉土,当围压加至300kPa以上时,吸力对强度的增长不再明显,此时围压将起主导作用.     

非饱和土抗剪强度特性试验研究

非饱和土在工程环境中普遍存在,非饱和土与饱和土的强度特性有很大差异,因此研究土的饱和度对土抗剪强度特性的影响具有重要意义。利用直剪仪和压力板仪,研究了土的饱和度对抗剪强度的影响规律。试验结果表明:粘土的含水量与凝聚力和内摩擦角存在明显关系,当含水量(饱和度)增加,粘聚力和内摩擦角则随含水量的增加逐渐减小;揭示了饱和度与基质吸力之间的关系;对比土水特征曲线与抗剪强度参数的关系,发现了非饱和黏土中基质吸力对抗剪强度的影响规律。     

非饱和花岗岩残积土的弹塑性本构模型与验证

基于修正的剑桥模型,通过调整屈服面建立弹塑性模型描述非饱和花岗岩残积土的物理力学行为,推导修正剑桥模型的基本增量格式,编制ABAQUS接口程序实现非饱和花岗岩残积土的应力与变形分析.将基于GDS(global digital system)三轴仪测得的实验数据与模型的模拟结果进行比较.结果表明,模拟结果与实验结果一致.