标准应力路径三轴测试系统及其在K0固结试验中 的应用

介绍河海大学引进的英国GDS公司生产的标准应力径三轴测试系统（三轴仪）的构成和功能及其在K0固结试验中的应用。     

扁铲侧胀试验应力路径的三轴模拟分析

以分析靖江地区部分扁铲侧胀试验（DMT）的加载应力路径为基础,应用英国GDS公司生产的标准应力路径三轴试验系统对土体应力路径进行室内模拟试验研究,通过试验得到土体静止压力系数K0、水平基床系数Kh以及侧限垂直排水模量M,并与DMT试验结果进行对比分析。结果表明,这种由应力路径模拟获取的土体参数与扁铲试验由一般经验公式估算得到的结果具有一定的差异性,其中DMT与GDS室内试验模拟得到的静止侧压力系数以及侧限垂直排水模量差异性较大,水平基床系数的差异性相对较小。     

粘性土应力路径试验

利用GDS多功能三轴仪,对南京河西地区原状粘性土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的固结不排水三轴试验,探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性.实验表明：不同应力路径下土的应力应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型,而土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显;相同应力路径试验得到的有效应力路径形态一致,常规三轴压缩试验中有效应力路径呈S形.     

岩石三轴实验中的应力路径与应力应变分析

通过对砂岩、大理岩、角砾大理岩三轴实验中应力路径与应力-应变分析,揭示了在各种试验应力环境中大多数岩样的最大主应力方向的应变为最大;保持围压快速卸荷轴压时出现了-ε1,及与围压无关的岩石弹性泊松比等现象.建议采用以LVDT控制模式保持轴向位移方式下卸围压来模拟人工开挖工程引起的隧道围岩应力重新分布现象.     

模拟K0固结后不同初始围压下冻土应力-应变特性研究

通过对经历K0固结后再冻结的冻结兰州黄土进行三轴压缩试验,分析了K0固结后冻土在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为,并利用Duncan-Chang双曲线模型研究了K0固结后冻土的初始切线模量和偏主应力最大值与围压、温度的关系.结果发现:围压和温度的变化是影响深部冻土抵抗变形能力的主要因素;初始切线模量随围压的升高而线性增大,但受温度影响不太明显;当温度恒定时,偏主应力最大值随围压的升高而线性增大;当围压恒定时,偏主应力最大值又随温度的降低而增高.最后,对模型预测曲线与实测曲线进行了对比,验证了应用Duncan-Chang双曲线模型对K0固结后冻结土体在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为进行预测的可靠性.     

土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪研发及应用

为模拟波浪荷载条件下土的动力变形与强度特性，研制开发了能够实施复杂应力路径试验的土工设备土工静力—动力液压三轴—扭转多功能剪切仪。该设备能够实现多种固结条件、多种静力与循环剪切的复杂应力路径试验，具有广泛的适用性。对设备研制与开发及技术参数确定中的若干具体问题进行了探讨，有关经验对于类似土工设备研制具有一定的参考价值。初步的试验结果表明：竖向—扭转双向耦合循环剪切试验能够较好地模拟主应力轴连续旋转的复杂应力路径条件；采用内置式的荷载传感器和微小位移传感器，能够较大地提高试验测量精度。     

GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法

与传统三轴仪相比,GDS三轴仪有着显著的优势.对GDS三轴仪进行了详细介绍,从其组成部分、工作原理到试验过程中的具体操作,并应用GDS三轴仪研究了某高心墙堆石坝非饱和土填料的强度特征,得到了该土样的抗剪强度参数.     

复杂应力状态下土料三轴渗透试验

为研究高土石坝坝体内土体单元在复杂应力状态下的渗透性能,在中型三轴仪上对同一土料场3种不同级配土料进行三轴渗透试验。试验围压分为5级(100 k Pa、400 k Pa、800 k Pa、1 200k Pa和2 000 k Pa),每级围压下分4种应力水平(0、0.2、0.4和0.8),当试样在初始应力状态下变形基本稳定后,采用常水头法测试试样的渗透系数。试验结果表明:级配是影响渗透系数的重要因素,相同应力条件下土料粉粒和黏粒含量越高,渗透系数越小;随围压和应力水平的提高,土料的渗透系数逐渐降低;粉粒和黏粒含量越低、大颗粒含量越高,围压对土料渗透系数的影响越显著;对于不同级配相同密实度试样,应力水平对渗透系数的影响程度基本一致。在分析渗透系数随围压和应力水平变化规律的基础上,建立了能描述复杂应力状态条件下土体渗透系数的经验公式。     

基于应变路径和分布效应的应力三轴度确定方法

对于延性损伤破坏材料,为了确定缺口试件在拉伸试验中的应力三轴度,建立应力三轴度相关的材料失效破坏函数关系,基于缺口试件在整个拉伸过程中的应变路径和应力三轴度在最小横截面上的分布效应,结合数值模拟,对现有的缺口试件应力三轴度确定方法进行了比较研究,给出了缺口试件更为合理的应力三轴度确定方法。     

基于新型真三轴仪的非饱和土试验研究

基于西安理工大学研制和开发的真三轴仪,针对现有压力室密封性差以及试样的孔隙水压力、孔隙气压力、试验过程中液压囊加载侧向变形的准确控制和量测等缺陷,研发了一种轴向刚性加载、侧向柔性加载的真三轴仪压力室试样密封和侧向变形量测装置,实现了试样有效密封,试样孔隙水、气压力和侧向变形的独立控制和量测。开展了非饱和重塑黄土在不同固结应力、不同中主应力比控制基质吸力条件下的真三轴试验,其结果验证了该技术具有良好的应用价值。     

水泥加固粉煤灰围岩三轴蠕变试验研究

隧道围岩的蠕变变形关系着其长期安全运营.为保证隧道围岩开挖后的蠕变稳定性,开挖前需使用水泥搅拌桩对粉煤灰软弱地层进行超前加固处理.但目前有关粉煤灰水泥土蠕变特性的研究较为缺乏.采用FLAC3D模拟隧道开挖得到围岩应力状态,基于此对加固后的粉煤灰水泥土围岩,进行室内三轴蠕变试验以研究围岩的蠕变特性.试验结果表明：偏应力载荷作用下,水泥加固后试样与重塑试样蠕变过程具有明显的差异性,加固后试样稳定蠕变阶段速率小于重塑试样,且加固后试样蠕变应变较小,最大可降低96.6%;此外,当偏应力超过试样的长期强度时,重塑试样提前进入蠕变加速阶段,而隧道围岩在经过水泥加固后,隧道各位置围岩的蠕变量同比减小70.2%以上.隧道围岩所受荷载与其长期强度之间的大小关系,决定了围岩的蠕变状态.     

玻璃纤维土的三轴试验研究

利用室内三轴试验方法对玻璃纤维土的应力与应变特性及加筋效果进行了研究.结果表明：在轴向应变较小(ε1<1%)时,玻璃纤维的加筋作用不明显,随着轴向应变增加,加筋作用逐渐增强;在相同围压下,玻璃纤维长度越长,掺入量越多,则最大主应力差越大,玻璃纤维的加筋效果越好;在相同加筋情况下,试样密实度越高,则玻璃纤维的加筋作用发挥得越早,最大主应力差越大,加筋效果越好;试样含水率越大,则最大主应力差越小,玻璃纤维的加筋效果越差;围压越高,则玻璃纤维的加筋作用发挥得越早,最大主应力差越大,加筋效果越差.     

岩石三轴应力试验及其压实效应规律研究

对深部地层5种有代表性的岩石(砂岩、灰岩、白云岩、石膏、花岗片麻岩)应力进行了三轴试验,测得了不同条件下岩石的声波速度、抗压强度和杨氏模量。利用回归分析法,建立了5种岩石的力学性质和声学性质随围压变化的数学模型。研究结果表明,对于同一种岩石,埋藏深度(围压)不同,其力学和声学特性也有很大差别。钻头对岩石的破碎效应除了受岩性的制约外,因埋深而产生的压实效应也对其有重要的影响。     

椰壳纤维土的三轴试验研究

采用室内三轴试验的方法,研究了椰壳纤维土的应力-应变关系及强度特性。探讨了不同加筋情况下椰壳纤维土的加筋效果及变化规律。试验结果表明:在红黏土中掺入椰壳纤维,能够提高土体抵抗变形的能力;椰壳纤维的加筋作用只有当试样的应变足够大时才能发挥出来;且随着轴向应变的增加,椰壳纤维土的加筋作用越来越明显;椰壳纤维土的应力-应变曲线近似呈双曲线,其试样的主要破坏形式表现为鼓胀破坏;在红黏土中加入椰壳纤维后,纤维土的黏聚力c值和内摩擦角φ值均有一定的提高;其中黏聚力c值提高明显,而内摩擦角φ值变化不明显;相同条件下,随着椰壳纤维掺量的增加,椰壳纤维土的加筋效果逐渐提高;相同条件下,围压越低,纤维土的加筋效果越好。     

玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土三轴试验

采用玄武岩纤维双向土工格栅加筋膨胀土,分层压实成直径101 mm、高200 mm的试样,进行加筋与不加筋、饱和与非饱和的膨胀土试样在不同围压下的固结不排水三轴试验,研究其强度特性的变化。结果表明:饱和试样破坏模式表现为塑性破坏,非饱和试样破坏模式表现为偏脆性破坏;非饱和试样达到峰值强度时的轴向应变(5%以内)明显小于饱和试样(11%左右),同时峰值强度显著增加;同种加筋类型下,非饱和试样黏聚力远远大于饱和试样,而内摩擦角提高相对较小;无论饱和试样还是非饱和试样,与未加筋土相比,加筋膨胀土初始屈服应力增大,峰值强度提高,且随加筋层数增多,其提高值增大;无论饱和试样还是非饱和试样,加筋使膨胀土的内摩擦角略有提高,而黏聚力提高值相对明显。     

折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标，以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象，采用K₀固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验，并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比，模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径，然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K₀固结侧向卸荷不排水剪切试验，并对比3种试验结果。结果表明：先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线，粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关，卸荷量越大，则破坏强度越小；减围压阶段产生负孔压，轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势，在同一初始固结围压下，粉质黏土的卸荷比越小，则剪切时产生的最大孔压越大；先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大，则有效黏聚力越大，有效内摩擦角越小，与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比，有效内摩擦角偏小，有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。     

土体真三轴仪的边界效应试验

为了研究刚性、半刚性、柔性3种边界对试验结果的影响,使用河海大学TSW-40型真三轴仪对粗粒土试样进行保持水平向应力不变、竖直向应力增加的单向加荷试验。结果表明:对高宽比为1∶1的立方体试样,刚性边界对试样的约束作用很明显;在试样顶部使用竖向刚性、水平向柔性的半刚性边界可显著减小边界对试样的约束作用;增大试样高度与底边的比值可有效减小刚性边界对试样端部的约束;半刚性复合加压块及柔性水囊对试验结果的影响很小。     

粗粒料大型三轴试验研究中一些问题的探讨

对近年来粗粒大型三轴试验研究中的一些问题进行了概括和总结,如一个试样多级加荷三轴试验,应力路径试验,颗粒破碎和含泥量对粗粒料的影响等,最后,对其中的一些问题进行了讨论。