黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

基于图像技术的三轴土样径向变形测量

在常规三轴试验中,由于端部约束的影响难以实现对三轴土样变形的准确测量。将图像测量技术运用于土样的不固结不排水三轴试验中,能够有效地克服常规三轴试验的不足,实现非接触式的三轴土样变形测量。通过已知尺寸的圆柱体在压力室内和压力室外的测量,对有机玻璃压力室和压力室内水介质引起的折射问题引入了折射系数进行修正。结果表明:(1)通过图像测量方法能够有效克服端部约束对土样变形的影响;(2)折射效应对土样的径向变形的影响比较大,对轴向变形的影响非常小,且折射修正系数为1.205,对折射效应引起的测量误差可以有效地消除或减小,其绝对测量误差为±0.17 mm。图像测量得到三轴土样的偏应力要小于常规测量值,常规测量方法得到的土体强度偏大。     

粗粒土应力-应变特征试验

以地震灾区四川省北川县曲山镇粗粒土为研究对象,利用室内GDS静/动三轴剪切仪,以围压、剪切速率、初始围压时间为变量,探讨了不同试验条件下粗粒土的抗剪强度指标变化,分析了粗粒土力学剪切过程和变形破坏形态。试验结果表明:试样的应力-应变曲线均呈现应变硬化现象;围压、剪切速率、初始围压时间对土体的力学特性均有不同程度的影响,其中围压的影响最为明显;土体的黏聚力为20.99 kPa,内摩擦角为22.7°;试样在达到20%的应变时,未出现明显的破裂面,而是呈径向鼓状,外形匀称。研究成果对认识粗粒土变形破坏机理具有一定的意义,同时能够为合理选取室内三轴试验条件参数提供参考。     

重塑黄土的湿陷性与微观试验研究

黄土广泛分布于中国西北地区。随着人类社会的发展,越来越多的工程项目需要在黄土地区展开。黄土的特殊性质导致其具有水敏感性,这种水敏感性的典型表现便是湿陷;而黄土的湿陷与其微结构的变形过程紧密相关。以重塑黄土为研究对象,在反复湿陷试验的基础上,对不同含水量、不同湿陷次数的重塑黄土试样进行CT扫描与电镜扫描等微观试验,结合IPP图像处理软件对微观试验结果进行定性与定量分析,得到重塑黄土湿陷性与其微结构的关系。认为:(1)黄土的自重湿陷系数主要受其含水量的影响,即含水量越小,越容易湿陷;且当含水量为6%时试样具有二次湿陷性;不同含水量的试样随着湿陷次数的增加,湿陷系数逐渐减小,且经过3次湿陷后其自重湿陷系数均趋于一个稳定的值;(2)随着湿陷次数的增加,土体中大的团粒与大孔隙逐渐消失,土体密度逐渐均匀,颗粒丰度逐渐变大,孔隙颗粒面积比逐渐减小,颗粒定向角度逐渐趋于水平;(3)黄土发生湿陷的主要原因是水的浸润或溶滤作用导致其结构强度的弱化,使大的团粒逐渐崩解成小颗粒填充到孔隙中造成土体压密。     

三轴试样变形数字图像测量误差和精度分析

计算机数字图像识别技术为三轴试验土样变形测量提供了一种简单并且有效的测量方法,它不仅可以克服常规测试方法存在的诸多缺陷,而且具有相对较高的测试精度,比较详细地分析了土样变形数字图像测量系统的各种可能误差源,讨论了各种误差的影响并提出相应的消除和减少误差的办法,实际测试检定表明,数字图像测量系统在三轴试样变形测量中的应变测量精度为10^-4,高于常规测量方法的测定精度,能够满足土样变形高精度测量的要求。     

深埋隧洞饱和原状Q2黄土三轴剪切特性试验

为进一步探讨饱和原状Q₂黄土在三轴应力状态下的变形、孔隙水压力变化以及强度特性,利用GDS多功能三轴仪,对甘肃引洮输水工程15^#隧洞原状黄土进行了常规三轴不排水剪切试验.通过对试验数据的整理与分析发现:在常规三轴不排水剪切试验下,原状Q₂黄土的应力-应变曲线呈应变软化型,表现为脆性破坏;随着围压的增大,曲线的软化性状减弱;在土的峰值强度出现前,变形几乎近似"弹性".土在剪切过程中产生正孔隙水压力,曲线在低围压下具有峰值压力,变化似软化型;在高围压下孔隙水压力随着轴向应变的增加而增大.随着围压的增大,原状Q₂黄土的破坏应力随之提高,有效应力路径曲线形态呈相似的直线形.     

原状黄土的联合强度理论探讨

目前尚未存在统一的既能判断拉伸破坏,又能判断剪切破坏的土的联合强度理论。文章以洛川黄土为研究对象,采用单轴直接拉伸试验、无侧限抗压试验与三轴不固结不排水剪切试验(UU试验)测得不同应力状态下原状黄土的极限强度,拟合并推导出原状黄土适用的联合强度理论。结果表明:在天然含水率下,原状黄土的抗拉强度较小,仅为8.74kPa,剪切强度最大,抗压强度次之;原状黄土的极限拉应变很小,极限压应变稍大,土体表现为脆性破坏,但随着围压σ3的增大,破坏时的应变也相应增大,土体由脆性破坏向延性破坏过渡;二次抛物线型强度理论能合理地判断原状黄土的拉伸与剪切破坏;可利用易于测量的单轴抗压试验和三轴剪切试验结果求出二次抛物线型强度方程,并合理地反演出抗拉强度。     

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.     

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.     

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.     

盾构下穿已建隧道施工参数分析及监测

探讨了盾构下穿已建隧道全过程下土仓压力、同步注浆压力及注浆量、顶力及推进速度等盾构参数变化,并详细分析了已建隧道变形.结论为：前3个参数是已建隧道变形的主要影响因素,为控制性指标;通过监测反馈,土仓压力建议为静止土压力的1.5～1.8倍,且小于主动土压力;同步注浆压力应控制在地层土压力范围内,注浆量应为盾尾间隙的1.4～1.8倍;推进速度要保持在均匀低速状态,以减小对周围土体的扰动和控制长期变形.     

基于压汞试验及氮气吸附试验下柳州红黏土微观结构分析

土体微观结构是影响其变形破坏、强度等特性的内因,为探究土中孔隙分布特点,针对柳州红黏土的原状样和重塑样进行压汞试验、氮吸附试验,通过探究发现：红黏土中发育有大小不一的团粒,由于游离氧化铁的胶结作用,团粒内部具有高的稳定性,在一般的荷载作用或扰动下不会发生破坏,且团粒内部存在大量尺寸较小的孔隙,与团粒间孔隙一起构成红粘土的孔隙空间;红黏土中孔径分布的双峰结构非常明显,团粒内的孔隙由于强胶结作用而保持稳定。不同制样方法形成的土体的团粒内孔隙是稳定的,重塑土样相对原状土样,孔隙体积更大,结构松散;压汞试验孔隙测量比较全面,含盖广,包括了大孔隙和微孔隙,整体孔隙分布和孔隙累积体积展示清晰,而氮气吸附试验更侧重于微孔隙体积的测量,且测量精确度高,故两者结合能更为详细、精确。     

考虑混凝土性质变化灌注桩深部土压力分析

以上海地区埋深较大的暗绿色黏性土为例,选用Burgers模型对该层土体的流变性质进行描述.考虑混凝土性质随时间改变,采用弹性徐变理论分析混凝土变形特征.建立桩周土压力引起的灌注桩径向变形的遗传积分方程,分析桩土接触面位移协调条件,求得桩周径向土压力随时间变化的解析表达式.研究结果表明:埋深较大土体中桩周径向土压力最初大小为混凝土浇筑引起的侧向压力,随着时间推移慢慢增大,最终趋于静止土压力.灌注桩竖向承载力与桩周径向土压力大小有直接关系,合理分析灌注桩桩周径向土压力时效特征对于探讨灌注桩竖向承载力变化机理有重要意义.     

考虑浆液自重的均匀注浆压力引起地表变形研究

目前关于同步注浆压力对地层变形的研究大都将其视为均布径向压力,为了能够更加准确的预测注浆压力对土体变形,在考虑浆液重力的条件下,以浆液流体为研究对象,分析均匀注浆压力对地表的变形。考虑重力的注浆压力分布形式为半无限体柱形孔扩张,基于弹性叠加原理,利用镜像法和mindlin解,通过坐标变换,推导出考虑重力的均匀注浆压力引起地表最大隆起位移的解析式,通过数值模拟对工程实例进行分析并与已有的解析式对比,验证解析式的合理性。     

基于注浆压力控制的混凝土顶管施工微扰动机理

为了研究顶管施工过程中注浆压力对控制土体变形的作用,建立有限元模型对注浆压力作用进行理论分析.通过对比实测数据与有限元结果,讨论了不同工况对孔隙水压力与土体变形的影响.分析了在不同注浆压力作用下,顶管周围土体的扰动情况,在此基础上提出了衡量土体受扰动程度的孔隙水压力变化率概念.结合土体变形状况与扰动分析结果,建议在实际工程中将注浆压力控制在管顶上覆土压力值的1.1倍,按此原则设定的注浆压力对周围环境影响较小,该研究结果可供今后类似顶管施工参考. 关键词：
     

一种自动跟踪土微观变形的试验方法

土微观结构的变形性能对工程力学性质起着非常重要的作用.计算机视觉数字化技术的发展,为岩土领域土微观结构变形分析提供了一种新的研究方法.为了研究土颗粒在动载条件下的运动特性,利用计算机自动跟踪技术对土的微观变形进行了动态测量.将圆柱形土样对称地分成两部分,取其中一部分放于有一面是透明玻璃的半圆柱形加压舱内,通过玻璃窗口,自动控制台上的长距离,远心显微镜头不仅可以拍摄到土颗粒变形的全过程,同时利用变模板方法通过实时序列图像分析就可以跟踪到移动的土颗粒.试验证明该技术能够成功跟踪土颗粒并能十分方便地得到土微观结构的变形参数.     

透明土土体变形测量系统中激光散斑图像的获取

透明土试验技术实现了土体内部可视化,其变形测量的获取目前多通过与透明土相适应的透明土土体变形测量系统进行。该系统利用片状激光实现了对透明土的内部切片观察,通过获取激光散斑图像结合图像处理方法分析得到土体变形的情况。但是该系统在获取散斑图像时并没有考虑到激光在透明土试样内的散射特点及其对散斑图像的影响,存在一定的局限性。对此,通过对透明土中激光散射现象进行观测,归纳了透明土中激光散射的特点,并就激光散斑图像获取进行分析改进,同时应用图像处理技术解决了图像获取过程中可能产生的变形问题。     

温度变化对高速公路盐渍土地基变形的影响分析

为了解决西北盐渍土地区高速公路出现的季节性冻胀和沉陷等变形问题,通过对G215线柳园至敦煌高速公路地基进行温度、湿度的现场监测,分析地基土中的温湿度随时间的变化规律。在此基础上,开展室内不补水冻融循环试验,对氯盐渍土的变形特性进行分析研究。结果表明：全年监测期间,地基土的温度敏感深度为85 cm,25~85 cm深度内地基中的含水率较高。在室内冻融循环试验中,含盐量为0.71%的土样冻胀变形大于融沉变形,体积累加变形量最大;压实度为95%的土样体积增加率达到1.14%,较85%压实度土样大0.7%,压实度越大的土样其冻胀变形大于融沉变形,土样体积累加变形量与压实度大小具有相关性;含水率为19.32%的土样体积增加率为7.70%,较27.32%含水率土样大7.44%,含水率小的土样融沉变形小于冻胀变形,土样体积累加变形量与含水率大小呈负相关。该研究结果能为盐渍土地区高速公路的病害分析提供参考。     

基于双CCD相机的三轴试验三维成像测量技术

提出了一种基于双CCD相机的三轴试验三维成像测量技术,在三轴试验仪前后面分别放置一台CCD相机,利用具有黑白方格的橡皮膜代替传统的橡皮膜.在试验过程中对试样进行图像采集,能够捕捉试样全表面的变形.提取和跟踪图像中黑白方格的角点并对试样的边界进行识别,基于三轴试样的水平截面在变形前后均保持水平圆形平面的假设,对前后表面分别采集到的图像进行拼接处理,初步实现了三轴试验过程中试样变形的三维测量,与有限元软件ANSYS相结合,能够绘制试样表面的三维变形云图,并将这种技术应用到了硅藻土的三轴试验研究中,取得了较好的测量效果.     

Constitutive modeling for unsaturated soils considering gas hardening effect

The influence of gases on unsaturated soils is discussed in the paper.First,the selection of stress state variables is discussed.It is shown that gas pressure as well as generalized effective stress and modified suction are required to construct a constitutive model of an unsaturated soil.The deformation mechanisms of solid,liquid and gas phases in soils are then investigated.It is realized that the deformation of gas phase interacts with the deformations of the other two phases in soils.Gas laws are used to describe the gas behavior.Similar to the other two phases in soil,the change of gas volume can be divided into an elastic part and a plastic part, and the latter part is then introduced to the soil hardening equation to reflect the impact of the gas on the soil.Then,a simple elasto-plastic model considering the gas effect for isotropic states is developed.Finally,the model predictions are given and compared with existing experimental data.A good agreement between them is found.Comparisons of the predictions between our model and Wheeler’s model are also performed.