不同含水量下原状离石黄土的结构强度

对不同含水量的原状离石黄土进行了单轴和常规三轴压缩试验,研究了原状离石黄土的结构强度随含水量和围压的变化规律。试验表明,单轴压缩条件下离石黄土的结构强度随含水量的增加呈对数函数减少;常规三轴压缩条件下离石黄土的结构强度受含水量和围压的影响显著。运用Mohr-Coulomb理论对原状离石黄土的强度参数(C,)与含水量的变化规律进行了研究,内聚力C随含水量的增加呈指数函数规律下降,摩擦系数tan随含水量的增加呈线性函数规律下降,期望该研究成果能为黄土地区的工程设计提供参考。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度模型

为了后续研究工作能将原状黄土结构强度在实际工程中推广与应用,本文续增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究,力图建立其结构强度的劣化模型。研究工作如下：(1)依据原状黄土压缩曲线定义黄土结构强度、残余结构强度和结构强度损伤变量等概念,并分析损伤变量可表征黄土结构强度劣化过程;(2)基于Weibull分布和损伤力学应变等价性假设,建立了以体积膨胀率作为考察变量的黄土微观取样制样扰动、吸水增湿和增湿-冻融循环耦合统计损伤模型,统计损伤演化函数及黄土结构强度损伤基本方程。(3)在试验数据的基础上,确定了模型参数,并取西安北郊某基坑黄土对模型进行验证,与试验吻合性较好,研究成果能方便指导现场工程设计和施工。     

增湿-冻融劣化原状黄土的结构强度模型

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而会影响路堤、边坡、护栏等黄土建筑物的稳定性。首先,通过利用压缩曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度和损伤变量等概念,并从深层机理上阐述了损伤变量可表征黄土结构强度劣化过程。其次,基于Weibull分布和损伤力学应变等价性假设,建立了以体积膨胀率作为考察变量的黄土增湿统计损伤模型和增湿-冻融循环耦合统计损伤模型,损伤演化函数及黄土结构强度统计损伤基本方程,并在试验数据的基础上,确定了模型参数。最后,取西安北郊某基坑对黄土统计损伤模型进行验证,与试验吻合性较好。研究成果能方便指导工程设计和现场施工。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而又会影响路堤、边坡、护栏等黄土构筑物的稳定性。本文选取陕西临潼Q_3原状黄土为研究对象。首先,通过室内模拟增湿和冻融循环作用,分析不同含水率和冻融循环次数下黄土的体积和孔隙的变化规律。其次,通过侧限压缩试验数据绘制出含水率和冻融循环次的关系曲线,并得出黄土在增湿和冻融情况下的压缩变形特征。最后,依据该关系曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度,和劣化因子等概念,采用数理统计方法拟合出三者之间的数值表达式,并应用本试验数据计算出所有工程作业对黄土的扰动劣化值,从而得出在增湿和冻融作用下的原状黄土结构强度的劣化规律。     

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.     

真三轴条件下原状黄土的强度与含水率的关系

在实际工程中,吸力的量测比较困难,而含水率容易确定,研究原状黄土的强度与含水率的关系,具有非常重要的理论价值。模拟土体的复杂受力状态,利用真三轴仪对不同含水率的非饱和原状黄土进行了常含水率的等向固结和不同中主应力参数b值的剪切试验,研究了非饱和原状黄土抗剪强度随含水率的变化规律。研究结果表明:土体的抗剪强度随着含水率的增大而减小,随着净围压和b值的增大而增大;土体的黏聚力随着含水率的增大而线性降低,而内摩擦角受含水率的影响不大;内摩擦角随着b值的增大而减小,而黏聚力随着b值的增大而增大;并建立了不同b值条件下黏聚力与含水率的函数表达式。     

原状黄土抗拉强度试验方法研究

利用由长安大学自主研制的土工拉压强度试验一体机,分别采用直接拉伸、径向压裂和轴向压裂三种试验对含水率为3%、5%、7%、10%、15%、18%的原状黄土进行抗拉强度测试。结果表明:三种试验测得原状黄土的抗拉强度整体较小,一般只有几千帕到几十千帕,其中直接拉伸试验测得的抗拉强度最大,其他两种方法测得的抗拉强度稍小;抗拉强度随着含水率的增大非线性减小,基本上为成负指数关系;直接拉伸试验值与间接拉伸试验值之间满足线性关系,可根据间接试验值推算出直接拉伸试验值。     

非饱和黄土强度理论的实用化方法研究

以甘肃黑方台地区非饱和黄土的多种强度测试数据为主,辅以其他地点的黄土强度测试结果,反算了吸应力和广义有效应力,实现了非饱和黄土强度包络线的归一化;进一步验证了基于吸应力特征曲线和土水特征曲线对广义有效应力原理的合理性和实用性.结果表明:当有效饱和度(S_e)80%时,基于吸应力的强度理论公式对同一批次的散点数据拟合度很高;当S_e80%时,其拟合的精确度较差,统一饱和标准和饱和方法可提高拟合度;表明常规强度试验反算的吸应力和广义有效应力,或者直接用吸应力理论公式计算的广义有效应力,从而获取抗剪强度,实现非饱和土强度理论的实用化思路是可行的;吸应力计算结果更接近实际、更实用,而基质吸力测试偏离实际且复杂.     

基于库伦强度准则的Q_2原状黄土的三轴压缩试验研究

通过对陕西延安性宝塔山隧道Q_2原状黄土的室内三轴压缩试验研究,表明Q_2原状黄土具有较大的粘聚力,在低围压条件下土样的应力-应变曲线呈应变软化型,属于脆性破坏,能够很好地符合库伦强度准则,其承载能力与围压呈线性关系;而在较高围压时,土体的应力-应变曲线呈应变硬化型,属于塑性破坏,与库伦的直线强度准则有一定的出入。破裂面倾角与45°+Φ/2相差不大,但无侧限抗压的破裂面倾角与45°+Φ/2相差较大。     

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.     

材料强度理论的讨论

强度准则是一个力学基础理论.通过对比实验现象与强度理论,指出材料的破坏形式取决于应力条件与材料的性质,并讨论了强度准则需遵循的力学依据及其检验标准.分析了金属和岩土材料的强度准则,分别从能量和应力的角度推导了金属Mises准则,详细介绍了作者最近导出的岩土材料三剪能量屈服准则及其相应的Drucker-Prager准则,表明无论强度条件以何种形式表示,它们的实质与结果都是一致的,并对当前常用的各种准则进行了系统的对比研究.     

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。     

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。     

重塑黄土的强度特性研究

在前人工作的基础上通过室内三轴试验讨论原状黄土和重塑黄土在不同含水量,不同干密度,不同孔隙比的情况下重塑黄土的力学性能,进而推导其规律,通过扰动函数的建立,探讨重塑黄土抗剪强度与其扰动度之间的对应线性关系。     

基于伊留辛公设的Q_2原状黄土弹塑性本构模型

为了较好地模拟非饱和Q2原状黄土的剪胀性和软化性,进行了一系列非饱和Q2原状黄土室内试验,获得非饱和Q2原状黄土的物理及力学参数。结合应变空间的塑性力学理论,推导出Q2原状黄土的屈服函数和以塑性功为硬化参数的硬化规律。根据伊留辛公设和相关联流动法则,建立了应变空间的Q2原状黄土弹塑性本构模型。通过计算与试验实测值的比较,表明该本构模型能反映Q2原状黄土的剪胀性和软化性。     

棕榈加筋黄土剪切强度特性及细观结构

为探究棕榈纤维对黄土剪切强度的影响,以陕西泾阳黄土为试验材料,通过改变棕榈纤维掺量与长度的组合,将长度分别为1.0、1.5、2.0 cm,质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%不同组合的棕榈纤维与黄土拌合,然后对加筋黄土进行直剪试验,测试其工程抗剪特性,并运用偏光显微镜,观察纤维加筋黄土的细观结构。试验结果显示:纤维加筋对土体剪切强度有明显增强作用;加筋黄土的黏聚力较非加筋土有明显的提升,随着纤维长度与掺量的增加而增加,内摩擦角普遍高于非加筋土;偏光显微镜观察结果显示,棕榈纤维表面粗糙,存在沟槽与独立孔室,土颗粒镶嵌其中,改善复合材料界面性能,并且纤维相互交织,形成"雀巢"式网状结构。研究成果可为纤维加筋土的应用提供相关技术参考。     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

人工制备结构性黄土抗拉强度研究

近年来,随着西部经济的快速发展,基础设施的大量建设,黄土由于拉伸破坏而造成的灾害越来越多,使得人们认识到研究黄土抗拉强度的重要性。通过对人工制备结构性黄土的抗拉强度试验,研究了含水率、干密度对黄土抗拉强度的影响规律及机理。试验结果表明,结构性黄土抗拉强度最大值出现在最优含水率附近处,抗拉强度随含水率的增大先增加后减小;随着干密度的增大,抗拉强度表现出一直增大的趋势;结构性黄土受拉时主要表现为脆性破坏;含水率及干密度主要通过改变颗粒间滑动摩擦力、黏聚力等作用,进而影响土体抗拉强度。