基于吸应力的非饱和黄土抗剪强度研究

文章通过滤纸法与直剪试验相结合的方法,得到了非饱和原状黄土土水特征曲线和抗剪强度,分析了基于吸应力下的非饱和原状黄土的抗剪强度。试验结果表明:非饱和原状黄土的抗剪强度随基质吸力的增大表现为非线性增大,并逐渐趋于稳定,与土水特征曲线的变化规律基本一致;表观黏聚力随基质吸力的增大表现为非线性增大,尤其在毛细发挥段和水膜吸附段该趋势变得非常明显;表观内摩擦角随基质吸力的增大呈稍微增大的趋势;与表观内摩擦角相比,表观黏聚力的增加幅度较大,因此基质吸力对抗剪强度的贡献更多地体现在表观黏聚力上。通过吸应力概念得到了非饱和原状黄土的表观黏聚力;当土体含水率大于塑限时,基于吸应力公式计算的表观黏聚力与试验结果基本一致;当土体含水率小于塑限时,运用吸应力公式计算的表观黏聚力远远大于试验结果。因此,在含水率较高时,可用吸应力下的抗剪强度公式预测非饱和原状土抗剪强度;在含水率较低时,基于吸应力下的抗剪强度公式是不适用的。     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

基于吸应力的非饱和土抗剪强度试验研究

非饱和土在工程环境中普遍存在,研究非饱和土的含水率对抗剪强度的影响对工程实践具有重要意义。以欠固结黏土为研究对象,通过施加孔隙气压使土样脱水及控制黏粒含量的方法制作不同含水率及不同级配的试样,进行土水特征曲线试验及非饱和土直剪试验,分析含水率、颗粒级配及基质吸力对抗剪强度的影响。研究结果表明:非饱和土抗剪强度很大程度上取决于土体内基质吸力转化为有效黏聚力c'的转化情况,即基质吸力和吸应力之间的转化关系。     

非饱和上海软土的土-水和变形特性

使用压力板法和滤纸法测量非饱和上海软土的吸力,得到第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的土-水特征曲线,以及土体脱水干燥过程中吸力和孔隙比之间的关系.土-水特性试验结果表明:第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的进气值分别为150～180,220～250,650～800,260～310,550～600 kPa.干燥收缩试验结果表明:上海黏土的收缩过程可分为3个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和缩限阶段.当基质吸力较小时,收缩变形较小,土体处于弹性阶段;当基质吸力增大到一定值时,收缩变形明显,土体处于弹塑性阶段;当土体变形基本不随基质吸力变化时,土体处于缩限阶段。     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

含水率及吸力对非饱和下蜀土强度特性影响试验研究

为研究含水率及吸力对非饱和下蜀土强度特性的影响,以镇江某边坡的下蜀土为研究对象,通过非饱和直接剪切试验,对不同含水率及吸力下的下蜀土强度特性进行了研究.研究结果表明:非饱和下蜀土的强度特性受含水率及吸力影响较大,同时存在一界限含水率,在界限含水率上、下土体的强度特性不同;在低吸力水平下,土体黏聚力与土体内摩擦角随含水率的增大表现出相反的变化规律;在高吸力水平下土体黏聚力随含水率增大迅速下降,但内摩擦角的降低幅度较小;吸力对土体黏聚力及内摩擦角的影响在界限含水率上、下表现为不同趋势.研究结果可为下蜀土边坡的养护治理提供理论支撑,具有实际工程意义.     

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。     

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.     

基于电阻率的非饱和盐渍土抗剪强度预测研究

非饱和土体强度研究一直是一个重难点,为了探寻电阻率与非饱和土抗剪强度之间的联系,通过滤纸法测定盐渍土的吸力结合室内电阻率测试、直剪试验,得到了非饱和盐渍土电阻率随含水率成指数减小关系,电阻率随吸力成指数增加关系;结合土水特征曲线,获得非饱和盐渍土基质吸力与电阻率之间的关系,并基于Fredlund模型提出了以电阻率为自变量的非饱和盐渍土抗剪强度数学模型,为研究非饱和土强度预测提供了理论依据.     

重塑玄武岩残积土抗剪强度的试验研究

文章以重塑玄武岩残积土为研究对象,采用直剪试验测定了不同干密度、含水率下土体的抗剪强度及其强度指标,得到了黏聚力和内摩擦角随含水率的变化规律;通过滤纸法测定了不同干密度条件下残积土的土水特征曲线,结合直剪试验结果,分析了基质吸力对抗剪强度的影响规律。结果表明:随含水率增大,黏聚力呈先增大后急剧减小趋势,内摩擦角呈逐步减小趋势;在试验所得基质吸力范围内,随基质吸力增大,抗剪强度先增大后不变,非饱和抗剪强度参数φ~b逐步减小且最终趋于0°,即基质吸力对抗剪强度的贡献是有限的;竖向荷载对φ~b有较大的影响,竖向荷载越大,φ~b越大。     

植被根系含量对膨胀土持水和渗透特性的影响

为探究植被根系含量对膨胀土持水和渗透特性的影响规律,选取南宁市膨胀土地区的膨胀土,掺入狗牙根根系制备不同含根率的试样,进行室内压力板仪试验和变水头渗透试验,采用Van Genuchten-Mualem模型预测不同含根率的膨胀土非饱和渗透系数。结果表明:掺入根系后膨胀土持水能力减弱,根系掺入增加膨胀土内部大孔隙的比例,含根率越高,大孔隙体积占总孔隙体积比例越大,持水能力相较于纯土下降的幅度越大;饱和状态下,膨胀土渗透系数随含根率增大而增大;非饱和状态下,低吸力阶段（0～25 kPa）的膨胀土渗透性随含根率的增大而增大,随着基质吸力增加到高吸力阶段（200～1 000 kPa）,根系优势流效果减弱,含根膨胀土渗透性逐渐趋近低于纯土;细观结果表明根系的掺入使膨胀土内部产生贯通裂缝,是影响膨胀土持水和渗透能力的关键因素。本研究进一步揭示植被根系对膨胀土增渗作用的机理和规律,为综合评价植被防护膨胀土边坡效果提供参考。     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

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。     

基于体积压力板仪及压力膜仪法的土水特征曲线研究

土水特征曲线是解释非饱和土工程现象的一项基本本构关系,它的研究有助于解决工程实践中非饱和土的试验研究既费时又费力的问题。土水特征曲线特性（SWCC）表示了土中含水量与吸力之间的关系。本文针对非饱和土干–湿循环过程中的吸力变化特征,采用体积压力板仪与Tempe仪开展试验研究,测得某土样的进气值与残余含水量。     

南阳膨胀土土水特征曲线试验研究

为研究南阳膨胀土土水特征曲线,采用美国Soil moisture公司生产的陶土板进气值为15 bar的压力板仪对原状样和重塑样进行了研究;其中原状样进行了不同高度或面积系列下的研究,重塑样进行了不同干密度或含水率系列下的研究;并采用控制变量法来得出结论。研究结果表明:1面积增加对原状试样的持水特性没有影响,但是高度对土水特征曲线的影响很大,高度增加使得在相同吸力下土样含水率增加,脱水难度增大;2对于重塑样,在相同干密度条件下,低吸力条件土样含水率随初始含水率的增加而增加,随着吸力的增加,从某一吸力值开始,含水率随吸力的增加而降低,初始含水率越高,这个值越低;3在相同的初始含水率条件下,低吸力条件干密度越低含水率越高,随着吸力增加,干密度越低,土样的含水率下降的越快,各试样的含水率开始接近,最后低干密度试样的含水率趋于一致;4考虑体积变化的影响对土水特征曲线进行修正并进行模型拟合,最后表明VG模型能够较好地模拟原状膨胀土的土水特征曲线。     

珞珈山粘土强度规律的试验研究

对武汉大学珞珈山粘土完成了21组不同含水量和压实度的室内直剪试验，讨论压实度、压实含水量度压实土体的饱和状态三因素对粘土抗剪强度厦强度参数的影响，并从土体结构与土中水分变化两个方面分析了影响机理．试验表明。压实度、压实含水量及土体饱和状态对粘聚力和内摩擦角有影响。从而使抗剪强度也受到三因素的影响．粘聚力随压实含水量的增加不是单调变化的，其曲线型式类似于“倒S”型，在低压实含水量下随压实度的增加而增加、高压实含水量下受压实度影响不大，浸水饱和后粘聚力套大大降低，且压实度大、压实含水量低的土体饱和后粘聚力损失更大；内摩擦角随压实含水量的增加大体上是减小的，受压实度影响的规律性较差．受浸水饱和影响较小．图5．表2．参10．     

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.     

库水位变动条件下土-水特征曲线对滑坡稳定性计算结果的影响研究

库区滑坡的稳定性受库水涨落影响较大,为了分析库水位变动对滑坡稳定的影响,基于非饱和理论的有限元软件进行数值模拟,并需要用到非饱和土的相关参数,特别是土水特征曲线对滑坡稳定性的计算结果影响较大.文中一个实际算例采用不同土-水特征曲线时,计算所得结果相差较大,为了探究土-水特征曲线对滑坡影响的大小及原因,计算了当滑坡土体饱和含水量、饱和渗透系数相同时,3种典型土的土-水特征曲线所对应的稳定性系数,并得到以下结论:库水的升降作用对非饱和土质滑坡的稳定性有较大影响;由黏性土质滑坡的土体特性及计算说明表明:黏性土质滑坡在库水位变动作用下较粉土及砂土滑坡稳定,土-水特征曲线对考虑非饱和特性的滑坡安全系数影响较大,即同一含水率条件下基质吸力越大的土体滑坡的稳定性越好.     

非饱和土蠕变力学特性试验及分段模拟

水电工程中库岸边坡流变效应显著,以库岸边坡非饱和粉质黏土为例,描述其蠕变力学行为,开展基质吸力控制条件下的三轴压缩固结排水蠕变试验。试验表明:①非饱和粉质黏土在不同应力水平下蠕变曲线形态较为相似,在同一应力水平下,土样的瞬时应变都大于蠕变应变;②随着应力水平的提升,土样的瞬时应变和蠕变应变都呈递增趋势,且瞬时应变的增长幅度大于蠕变应变;③在不同基质吸力条件下,非饱和等时偏应力-应变关系均表现出较为明显的非线性特征。基于试验成果,分析粉质黏土蠕变变形特点,提出分段模拟的思路来描述瞬时应变和蠕变应变,分别构建考虑基质吸力的弹性体和分数阶黏滞体,由此建立可考虑基质吸力的非饱和粉质黏土蠕变本构模型。通过所建模型对本文和相关文献中非饱和粉质黏土蠕变数据进行辨识,对比分析试验曲线和预测曲线,证明所建模型的合理性和适用性。研究成果为库岸边坡长期稳定性研究提供一定参考。     

铀尾矿砂基质吸力对铀尾矿坝力学性能影响试验探究

通过对某铀尾矿库坝体材料现场取样和室内土工试验,进行应变直剪试验,得到铀尾矿砂不同含水率下最大剪应力的实验数据。结果表明:随着含水率的增大,非饱和铀尾矿砂的基质吸力在逐渐减小,黏聚力与内摩擦角随含水率的增大呈先增大后变小的变化规律。根据基质吸力对铀尾矿库坝体剪应力的变化规律,随着基质吸力的逐渐减小,剪应力先增大后减小。