基质吸力对非饱和粉质砂土抗剪强度的影响

从宏观吸力控制型直剪试验和微观土体颗粒结构分析两方面入手,在压力板仪试验分析非饱和粉质砂土水土特性的基础上,采用不同吸力条件下的直剪试验和2种不同含水量土样结构的微观扫描研究,分析非饱和粉质砂土抗剪强度和基质吸力之间的关系。研究结果表明:与黏性土不同,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加,而是存在一个"峰值效应",这种现象的出现是由于粉质砂土微观结构的组成特点以及随含水率减小所含水分的存在形式不断改变这两方面因素,致使基质吸力作用面积不断变化造成的。另外,土体的应力环境也会影响吸力对土体强度贡献的大小。     

橡胶粉改良非饱和黏土体直剪试验研究

橡胶粉用于非饱和黏土体的改性,有望提高土体的强度。然而目前国内外对该课题的研究甚少,且其相关成果不足以支撑工程实践。为研究橡胶粉掺量对非饱和黏土体强度的影响,通过理论分析与试验研究相结合的方法,对0%、2%、4%、6%、8%、10%、15%、20%八组不同橡胶粉掺比下的固结黏土进行了一系列控制基质吸力的直剪试验。分析了有效黏聚力、有效内摩擦角、吸应力等抗剪强度参数的变化规律,并探究了最佳橡胶粉配比。试验结果表明:向非饱和黏土体中掺加2%或4%的橡胶粉可以有效改善土体抗剪强度;基质吸力恒定时,抗剪强度越大,吸应力对其影响越小。试验可为岩土工程加固、无支护挖方安全设计等领域的工程实践提供理论基础。     

非饱和黏土土体吸力及其对抗剪强度影响试验

非饱和土基质吸力及土-水特征曲线研究对于预测土体的渗流、强度、体变等工程特性具有重要意义。针对合肥典型非饱和黏土,采用滤纸法和温湿度计法开展不同含水率下黏土的吸力试验,同时采用4种预测模型对土-水特征曲线进行对比分析。结果表明,非饱和黏土基质吸力与总吸力均随含水率的升高而降低;当土体处于高含水率时,其吸力随含水率变化速率较低;当土体处于低含水率时,土体吸力随含水率降低迅速升高,呈指数型增长。土体渗透吸力随含水率的增加逐渐增大,达到饱和时渗透吸力基本稳定在750～850 kPa;修正模型兼有较高拟合精度和数值稳定性等特点,适用于计算非饱和黏土基质吸力。最后,结合直剪试验结果可以得出,黏土的黏聚力绝大部分由土颗粒间吸引力所产生,高含水率、低吸力状态下基质吸力对黏聚力的影响占比可达91.13%,而后基质吸力贡献值则逐渐减小直至趋向于0。     

盾构施工扰动土体强度及变形特性试验研究

依托无锡地铁1号线盾构区间开挖工程,利用先进的GDS应力路径三轴仪,根据盾构施工周边不同区域内土体的扰动特点,开展了一系列不同应力路径下原状软黏土固结不排水三轴试验,并对其土体强度和变形特性进行了详细分析.研究表明:不同应力路径下土体强度不同,加载应力路径下的强度大于卸载应力路径下的强度;压缩应力路径土体屈服时其应变比拉伸应力路径大,强度也较高.因此,在盾构施工中更需要关注卸载区域土体的安全.     

宁明非饱和膨胀土的抗剪强度

用GDS非饱和三轴试验系统对宁明膨胀土进行了饱和状态下的固结排水试验以及控制基质吸力的非饱和三轴排水试验,分析得到了不同基质吸力下非饱和土的总粘聚力及吸附强度与吸力之间的关系.并对试验结果进行了数值拟和,由此获得了宁明膨胀土非饱和抗剪强度表达式.将参考文献中同类试验结果代入,同样满足此关系.     

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。     

基坑支护结构上的水土压力试验及计算

为研究应力路径对土体强度参数的影响,进行了模拟基坑开挖的室内模型试验。通过常规三轴压缩试验和减压三轴压缩试验分别获取土样在两种不同应力路径时的强度指标,分别用于计算模型试验支护结构上的水土压力,并与模型试验结果进行分析比较。结果表明:减压三轴试验的应力路径与模型试验的应力路径基本一致;采用减压三轴强度指标计算得到的水土压力比用常规三轴强度指标得到的要小,也更接近试验结果。     

吸力控制下非饱和土的动力特性

以非饱和粉砂为研究材料,利用非饱和土动三轴仪,在3种不同净应力和5种不同基质吸力的工况下,对试样进行循环荷载下的动三轴试验,得出了非饱和粉砂的动弹性模量与阻尼比,并讨论了它们随着动应变、净应力、基质吸力的变化规律:1)在净应力和基质吸力一定的情况下,动弹性模量随着动应变的增大而减小,阻尼比随着动应变的增大而增大;2)在净应力和动应变一定的情况下,动弹性模量随着基质吸力的增大而增大,阻尼比随着基质吸力的增大而减小;3)在基质吸力和动应变一定的情况下,动弹性模量随着净应力的增大而增大,阻尼比随着净应力的增大而减小.     

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。     

基于数字图像测量技术的基坑开挖卸荷试验研究

以原状粉质黏土为试验土体,采用三轴数字图像测量技术为基础的测试仪器,对基坑开挖卸荷过程的土体应力路径进行模拟,研究不同应力路径条件下的土体应力-应变关系,分析侧向卸荷对基坑土体抗剪强度指标的影响.试验结果表明,经历侧向卸荷应力路径的土体抗剪强度指标与常规三轴加载试验明显不同.数值计算验证了不同应力路径的试验结果对基坑稳定与变形的影响.为了准确地分析基坑的稳定与变形情况,有必要在试验时尽可能模拟基坑的侧向卸荷应力路径.     

基质吸力对非饱和土抗剪强度影响的试验研究

在非饱和土条件下产生的负孔隙水压力(基质吸力)对于预测如边坡、挡土墙、挖方工程、基础工程之类的土石结构的稳定性十分重要.为了探讨基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响,采用非饱和土固结排水三轴剪切试验对此进行了研究.试验采用恒定的净周围压力和变化的基质吸力,以反映基质吸力的变化对抗剪强度的影响.通过对试验结果的分析可以得到如下的结论:表示基质吸力对抗剪强度的平均增加率的参数Φb为20.7°,在较小的基质吸力范围内基质吸力与抗剪强度之间存在着线性关系.     

黄河冲积粉土的吸力和强度特性关系

采用GDS非饱和三轴仪对黄河冲积粉土击实土样进行同时控制净室压力和吸力的三轴剪切试验,研究了吸力和土样强度之间的关系.试验结果表明,非饱和与饱和土样均呈现出应变硬化的双曲线形应力-应变关系;非饱和状态下土样的内摩擦角近似等于饱水状态下的有效内摩擦角,同时总黏聚力随吸力增加而线性增大;随着吸力的增大,土样的强度提高,说明吸力对土体具有强化作用;土样临界状态线的斜率是一个与吸力无关的常数,临界状态线在q轴上的截距μ反映了吸力对强度的贡献,对该击实粉土,μ和s呈线性关系.     

应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响

为探讨应力路径对黏土有效抗剪强度参数的影响,即临界状态线的惟一性问题,在确保试样的初始状态、应力历史、排水条件、加荷速率、试验仪器、破坏取值标准均一致的前提下,进行了常规三轴压缩与等p三轴压缩应力路径下同种重塑黏土的固结排水剪切试验.得到了两种应力路径下的有效抗剪强度参数和临界状态线参数,试验结果证实不同应力路径下重塑黏土有效抗剪强度参数有较大差别,临界状态线不惟一.定性分析表明:相对于常规三轴压缩路径,重塑黏土在等p三轴压缩路径下具有较低、有效内摩擦角的原因是剪切过程中围压的降低造成侧向卸荷引起的土体抗剪能力下降;产生凝聚力的原因是在排水剪切过程中存在超固结效应.     

K_0固结饱和软黏土的三轴应力路径试验研究

利用GDS三轴仪对原状温州饱和软黏土进行5种应力路径下的K0固结三轴不排水试验,分析不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔压发展及有效应力路径。利用Skempton公式对常围压下应变与孔压的双曲线关系进行修正,建立不同应力路径下孔压与应变之间统一的表达式。研究结果表明:在不同应力路径下,K0固结软黏土的应力-应变关系和孔压发展均表现出明显的区别。由于不同总应力路径下饱和软黏土孔压的产生抵消了围压的变化值,使有效应力路径基本一致。在本文采用的应力路径下,正常固结黏土p-q-e具有唯一性关系。     

考虑固结路径影响的天然沉积土不排水剪切试验研究

针对传统等向固结剪切试验不能反映实际工程中的非等向变形和强度特性的局限,采用GDS应力路径三轴试验仪,对天然沉积结构性软黏土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同应力路径对天然沉积土不排水剪切特性的影响.结果表明:相同的平均有效固结应力下土体偏压固结后剪切阶段应力-应变关系曲线的峰值强度大于等向固结的峰值强度;固结过程偏应力的存在提高了土体的总应力强度指标,当控制固结压力终值的剪应力相同时,偏压固结的强度包线相对于等向固结将平行上移;等向固结下当固结压力大于结构屈服压力时,有效应力路径与屈服面具有相似性,剪切屈服破坏后有效应力路径沿着临界状态线下滑;偏应力固结后剪切过程中有效应力路径的走向相对于等向固结发生了向右偏转.     

应力路径对粉土力学特性的影响试验

应力路径是影响土体强度和变形特性的重要因素,本文利用GDSTAS全自动三轴仪对苏北地区的粉土开展常规三轴压缩、减压三轴压缩、等压压缩3种应力路径的力学特性试验。结果表明:应力路径对粉土应力-应变特性影响显著,常规三轴压缩应力路径下应力-应变特性因围压大小而不同,等压压缩应力路径和减压压缩应力路径下粉土应力-应变特性都为应变软化型,但软化程度不同;不同应力路径下粉土的应力-应变特性可采用应变软化模型和双曲线模型进行拟合,拟合结果较好;相同围压下,常规三轴压缩应力路径下粉土强度最大,轴向应变的变化速率最快,等压压缩应力路径粉土强度次之,减压压缩应力路径强度最低,轴向应变的变化速率最慢。研究结果能为工程中不同应力路径下粉土地基设计计算提供较为可靠的力学指标。     

非饱和红粘土三轴试验研究

利用非饱和三轴系统进行不同围压和不同基质吸力的三轴剪切试验,求出了该典型红粘土的强度指标,并分析强度指标随基质吸力变化的规律;结果表明,强度指标在进气值前后差异很大,且基质吸力大于进气值后出现了非线性变化的趋势,其中表观凝聚力最为突出;最后,验证了用幂函数拟合表观凝聚力与基质吸力的关系是行之有效的.     

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。     

不同应力历史条件下软黏土强度时效特性

采用恒定剪切速率的室内试验,对经历不同应力历史的天然软黏土的不排水强度时效特性进行了研究,探讨了软黏土不排水强度的时效特性、有效应力路径、不同应力历史的影响和软黏土应变速率变化对不排水强度的影响规律和影响程度.为了消除土体各向异性对试验结果的影响,对同一土样采用了变剪切速率的试验方法.土样在剪切前,采用了不同应力路径进行固结.试验结果表明,在三轴压缩条件下,剪切速率每提高10倍,不排水抗剪强度平均提高9.7%;三轴拉伸条件下,剪切速率每提高10倍,不排水抗剪强度平均提高7.2%.     

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/m³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/m³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.