不同应力状态下孔隙结构特征对土-水特征曲线的影响

针对传统土-水特征曲线测试仪无法实现荷载作用的不足,研制吸力控制式三轴试验装置,开展不同应力状态作用下土-水特征曲线试验,讨论应力状态对孔隙特征的作用,结果表明,固结压力和基质吸力均能使土体产生不可逆的收缩变形.固结压力越大,土颗粒就越紧密,孔隙比越小,孔隙尺寸和数量越小,渗透性越差,表现出较好的持水能力,空气难以进入土体,土体排水困难,导致进气值增大和减湿率减小.土-水特征曲线与孔隙结构特征的关系紧密,与应力状态无直接关系.固结压力对土-水特征曲线的影响是通过改变孔隙结构特征来体现的.孔隙结构特征相近时,应力状态对其土-水特征曲线不会产生影响.     

冻融循环下粉质黏土不排水剪切性状的试验研究

以青藏高原粉质黏土为对象,进行冻融循环试验和三轴固结不排水剪切试验,研究冻融循环对压实粉质黏土应力-应变关系、孔隙水压力-应变关系、有效应力路径、临界状态线及抗剪强度指标等的影响。研究结果表明:试样在冻融循环前后的应力-应变关系分别为应变硬化型和应变软化型,抗剪强度随冻融循环次数增加而逐渐减小;剪切产生的孔隙水压力和破坏时的孔隙水压力系数均随冻融循环次数或围压增加而增大。应力空间p'-q平面上的有效应力路径在冻融循环后逐渐向左下侧移动,低围压下路径形态由单调增大型过渡为"S"型。孔隙水压力和有效应力路径特征均表明试样在冻融循环下由超固结状态向正常固结状态发展。临界状态线位置随冻融循环次数增加而逐渐下降,临界状态应力比也随之减小;与总应力强度指标相比,有效应力强度指标可以更准确地反映冻融循环和围压对土体力学性质的综合影响;黏聚力和内摩擦角的劣化规律可以采用Logistic函数拟合与预测。     

天然沉积结构性土的EOP压缩特性

通过对天然沉积原状土和重塑土进行不同排水距离的固结试验,研究了重塑土和原状土的EOP压缩性状,明确了两者性状不同的原因.对于天然沉积结构性土,当固结压力小于结构屈服压力时,土结构性抵抗了土体的变形趋势,蠕动变形甚微,排水路径对其主固结应变量影响不大;当土体处于临界屈服状态时,土结构性丧失,大孔隙坍塌,蠕动变形速率骤增,外加应力引起固结作用而产生的EOP变形量将由于土体较大的蠕交作用而对排水路径产生较大的依赖性,随着固结压力的增大,依赖性逐渐减弱.对于重塑土,排水路径和应力水平对EOP性状的影响规律与原状土屈服后的性状一致,但是由于其EOP压缩曲线位于原状土的下方,相同有效应力下具有较小的孔隙骨架,排水路径和应力水平对EOP性状的影响程度较原状土小.     

贵阳红黏土固结排水孔隙水压力消散归一化分析

孔隙水压力的发展规律是应用有效应力原理研究土体变形和强度变化的重要因素。通过贵阳红黏土的固结试验和三轴试验,分析了所取土样的固结状态和该状态下固结过程中孔隙水压力的消散规律。试样结果表明:所取贵阳红黏土的超固结度OCR为5.8,属超固结土;三轴固结过程中,不同围压下的孔隙水压力均随时间的增加逐渐消散至零,消散速率逐渐减小。围压越大,消散速率越大,最后趋于平稳。引入消散度的概念对其进行归一化后,不同围压下U-t曲线几乎重合,用最小二乘法拟合后的函数表达式呈指数函数关系。     

不同固结压力下膨胀土微观结构的演化过程研究

文章利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对不同固结应力下膨胀土试样进行微观成像,基于ArcGIS数字图像处理技术分析原状土、重塑土、石灰改良土在不同固结应力下的孔隙比、三维分形维数、圆形度及形状系数的演化规律。图像分析结果表明,在三维空间基于灰度值法可以较好地分析不同固结应力下土体孔隙比的变化规律;在一定固结应力范围内,随着压力的增加,土体微观结构单元体的分形维数与固结应力存在较好的线性关系;随着固结应力的增加,单元体的熵、圆形度、形状系数先增加再减小。该研究结果揭示了土体微观结构与宏观固结应力之间存在的相关关系;同时通过不同的土体试样微观结构参数演化过程,说明了石灰对膨胀土改良的效果。     

循环荷载作用下NaCl溶液对黏土动力特性影响及微观机理分析

针对黏土易与水结合,孔隙溶液环境变化对黏土动力特性有较大影响的问题,使用GDS真/动三轴仪对黏土试样进行模拟交通循环荷载下的分级加载试验,研究不同浓度NaCl孔隙溶液、振动频率对土体应力-应变关系和动弹性模量的影响,分析骨干曲线及弹性模量的发展规律,并结合电镜扫描,分析NaCl溶液浓度和振动频率改变前后试样的孔隙分布规律,得到微观孔径与动力特性的关系。结果表明,随着NaCl溶液浓度和振动频率的升高,应力-应变曲线和动弹性模量曲线呈上移趋势;阻尼比-动应变曲线随振动频率的增加而上升,随NaCl溶液浓度的增加而下降;NaCl溶液浓度升高,水化反应产生的胶体增多,微填充作用可有效减少小孔隙,振动频率增加则使得片状颗粒间距被压缩,层状结构减少,土体更加密实,有效减少大孔隙。研究得出的含NaCl溶液黏土受孔隙溶液浓度与振动频率变化的影响规律,可为研究其他环境下黏土的强度变化提供参考。     

不同密实度土的微结构与其土水特性间的关系

针对土体微观结构与其宏观力学特性之间的关系问题,采用常规固结实验、土水特征曲线实验和扫描电镜观察的方法,研究了土体微结构与其土水特性之间的关系.结果表明:在排水过程中,随着平面孔隙比增大,土样含水度呈现出先增大再减小的变化趋势.在吸水过程中,随着平面孔隙比的增大,土样含水度呈现出先增大后减小再增大的变化趋势.土样的排水能力和吸水能力达到最大值时,其对应的平面孔隙比是不同的.     

考虑超固结比影响的硬黏土应力灵敏度变化规律

为了分析土结构性对强超固结性硬黏土力学性状的影响,提出了考虑超固结比影响的固有压缩线的概念,重新定义了考虑超固结比影响的硬黏土应力灵敏度.通过耦合超固结比和土结构性对硬黏土力学性状的影响,并将应力灵敏度的概念从单一应力水平拓展至当前应力水平,探讨了考虑超固结比影响的硬黏土应力灵敏度随应力水平的变化规律.结果表明:在半对数坐标系中,考虑超固结比影响的硬黏土应力灵敏度与重塑孔隙指数呈线性关系.不同硬黏土应力灵敏度随应力水平的变化规律能够通过孔隙指数差进行归一化处理.基于考虑超固结比影响的硬黏土应力灵敏度变化规律,提出了屈服后阶段硬黏土压缩曲线的计算模型.     

重塑黄土的微观结构与土水特性关系研究

为了研究土体微观结构与其土水特性等水力学指标之间的关系,基于常规固结实验、土水特征曲线实验和扫描电镜观察,获得了不同密实度试样的微结构参数、排/吸水差异等宏微观指标.在此基础上,给出了平面孔隙比与土水特性指标之间的关系.研究表明,土样的排水能力和吸水能力获得最大值时,对应的平面孔隙比是不同的.     

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。     

苏州黏土的力学特性

为了研究结构性对土的力学特性的影响,对苏州黏土的原状样和人工制备样进行等向压缩试验、三轴固结排水剪切试验和不排水剪切试验.试验结果表明：在固结压力相同时,原状样比人工制备样具有更大的孔隙比、压缩指数C_c和膨胀指数C_s;剪切时的围压对人工制备样的应力比-应变曲线没有影响,而对原状样的应力-应变曲线有影响,即剪切围压小的试样得到的应力比较高;排水剪切围压相同时,人工制备样的强度高于原状样的强度,这是由于原状样的孔隙比大于人工制备样的孔隙比;孔隙比相同时,原状样的强度比人工制备样的要高.     

上海第⑧层黏土沉积环境及超固结特性

随着地下空间设施的日益拥挤,地下结构的建设深度不断增大,对深层土体的研究显得越发重要.通过研究末次冰期以来中国东海海平面和大气温度的变化,分析上海深层土(⑥～⑨层)的沉积环境,发现⑥～⑨层土沉积环境依次为:湖泊、河流-滨海、湖泊和河流-滨海、河流.通过运用Becker能量法分析高压固结试验结果得出⑧层土超固结比在3.0左右;通过全自动控制静力三轴仪三轴固结不排水试验发现土样破坏时的孔压力系数为负值,且呈现出强超固结土的性状.分别从应力和非应力的角度分析⑧层土产生超固结的原因:应力原因包括地下水位下降、土体孔隙水消散,导致土体中的有效应力有所增加;非应力原因包括长时间的次固结作用和土体的胶结作用.     

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.     

初始含水率对重塑黏土孔压特性影响试验研究

针对具有不同初始含水率的2种重塑黏土进行三轴固结不排水剪切试验(CU试验),得到了不同初始含水率重塑土三轴不排水剪切试验过程中孔隙水压力与轴向应变的关系曲线.通过对孔隙水压力分别随平均正应力和偏应力的变化规律进行深入研究,发现不同初始含水率重塑土归一化孔压u/p’0与有效应力比η之间均呈很好的线性关系.同时采用Balasubramaniam提出的归一化方法能够很好地将给定初始含水率不同固结压力下的孔压曲线进行归一化;而初始含水率与u/p0-η曲线的斜率C之间则呈近似线性减小的关系.最终基于Wood提出的孔压公式,提出了考虑初始含水率影响的孔压系数a的确定方法.     

两种应力路径下非饱和污染土强度与微观结构研究

以非饱和CH_3COOH污染黏土为研究对象,完成不同基质吸力下加压和减压两种应力路径的三轴试验,得到了强度参数和强度公式,并利用扫描电镜(SEM)观测污染黏土微观结构,分析污染黏土微观结构的变化特征.发现非饱和土的基质吸力可增大土体内聚力和内摩擦角;常规三轴试验与减压三轴试验的应力-应变曲线呈现出不同的强度变化规律;基质吸力由小变大,黏土颗粒分布的均匀性变差,孔隙尺寸从大孔向中孔再向小孔逐渐过渡,说明基质吸力可促进土体固结;基质吸力的增加对减压路径下土体抗剪强度的提高效果优于对加压路径下的影响.     

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.     

千将坪滑坡非饱和土的土-水特征曲线试验研究

利用能控制吸力的四联非饱和土直剪仪,进行三峡库区千将坪滑坡非饱和土的试验,得到在不同正应力和不同基质吸力条件下土的质量含水量,并根据试验结果,绘制非饱和土的土-水特征曲线,对相应的土-水特征曲线模型进行了拟合,得出其拟合函数.分析得到了应力状态影响了土的进气值,土-水特征曲线随应力的增大而变得平缓.     

PS对非饱和重塑黏土的土-水特征曲线的影响

采用扫描电镜测试PS加固前后黏土微观结构的变化,研究黏土矿物、孔隙结构和土体收缩特性3种因素对加固以后非饱和重塑黏土的土-水特征曲线的影响.研究结果表明:PS与土颗粒的反应是非常复杂的物理化学反应,在反应中大量的黏土矿物被消耗,形成一种较致密的结构,力学强度提高,同时,孔隙壁变得光滑、平直,土颗粒磨圆度增大,膨胀性降低,这些因素导致非饱和黏土的土-水特征曲线发生明显变化;PS加固后饱和含水率和残余含水率都有一定程度下降,进气值较高,斜率变陡,下降速度快.Van Genuchten模型(即VG模型)对PS作用前、后的土-水特征曲线的拟合效果较好.研究结果证明PS材料加固土遗址的良好性能.     

考虑密度与干湿循环影响的黄土土水特征曲线

采用Ku-pF非饱和导水仪和压力膜仪实测不同干密度和不同干湿循环状态下重塑黄土的土水特征曲线,给出黄土土水特征曲线的进气值与残余含水率等特征值,同时利用环境扫描电镜观测黄土试样的微结构特征,统计黄土孔隙结构的变化情况,从宏观和微观2方面分析干密度和干湿循环作用对黄土土水特征曲线的影响,并利用已有模型对实测曲线进行拟合。研究结果表明:干密度对黄土的土水特征曲线有显著影响;干密度大的土样具有较低的初始饱和含水率、较高的进气值和良好的持水性能,土水曲线形态平缓,土体进气值的对数随干密度增大呈线性增长规律;干湿循环作用促使土中胶结物被溶蚀,孔隙贯通或扩张,大孔隙增多,土体的持水性能降低;Van Genuchten模型可以很好地描述和预测非饱和黄土的土水特征曲线。     

基于干湿变形效应的压实红黏土土水特征

将初始含水量为4%粉末状红黏土分别压制成干密度为1.3 g/cm~3和1.5 g/cm~3的压实土样;在侧限条件下吸水饱和,测定土样轴向膨胀变形量;然后通过气相法控制逐级增加吸力,测定不同吸力阶段试样的饱和度与孔隙比,获得土水特征曲线和干缩变形规律。研究结果表明:压实红黏土在饱和湿化过程中,膨胀应变随着饱和度的增加而增加,且初始干密度越大,其膨胀应变越大。在控制吸力干燥过程中,压实红黏土的孔隙比随着吸力增大而减小;同一吸力阶段,密度大的试样具有较小的孔隙比和较大的饱和度。基于不同干密度压实红黏土土水特征曲线,建立了考虑变形效应的土水特征曲线改进模型,计算结果与试验值吻合较好。