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.     

千枚岩土掺入红黏土微观结构与压缩特性试验研究

千枚岩土和红黏土均为高液限土,不宜直接作为路基填料。为充分利用两种特殊土,通过在千枚岩土中掺入0、20%、40%、60%、80%、100%红黏土配制混合土,研究混合土的液塑限、微观结构与固结试验。试验结果表明:混合土的液限随掺合比的变化规律可以用三次函数表达,当掺合比为13%～52%时混合土的液限低于40%,填料为C组填料,符合该工程基床底层及以下层的应用标准。电镜试验结果表明,千枚岩土颗粒较均匀,红黏土颗粒较小且可以有效地嵌入千枚岩土空隙而改变原有的土的级配,因此混合土干密度较千枚岩土大。固结试验表明,混合土压缩系数随压实度的增加而减小,随红黏土掺合比呈二次函数减小,加入红黏土可以有效降低千枚岩土的压缩性。因此建议碾压方案为红黏土掺入50%,含水率为16%。     

两种固结方式下软黏土三轴不排水剪切的模量

原位软土处于K₀固结状态因此变形具有显著的非线性和各向异性,然而室内三轴剪切试验通常采用等向固结方式,目前对K0固结和等向固结两种方式下不排水剪切的模量Eu的差别还未系统的对比总结过。采用上海软黏土的原状土样和重塑土样,进行了三轴等向固结压缩(ICUC)、K₀固结压缩(ACUC)和K₀固结拉伸(ACUE)三种不排水剪切试验,对比分析了应力-应变曲线、不排水模量Eu的非线性特性以及双曲线模型的参数值。研究结果表明,同等应变下ICUC试验的Eu与ACUE试验相近,但要大于ACUC试验值;ACUC试验与ACUE试验具有相近的初始模量和破坏比。结合试验结果和双曲线模型,推导给出了适用于这三种试验的归一化模量的统一表达式,并给出了上海软黏土的参数值。     

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。     

不排水条件下黏土本构关系的数值建模

采用数值建模方法建立了不排水条件下黏土的弹塑性本构模型,为不排水条件下土体工程的计算机仿真提供了符合实际的本构方程.通过可视化给出整个应力场中排水与不排水条件下剪应变的三维变形曲面,对比两者发现,无论应力范围还是曲面坡度都存在显著差异;排水与不排水条件下的剪切屈服轨迹基本变化趋势相差不大,但不排水条件下剪应变上升较快;排水条件下的体积屈服轨迹开始稍微向右偏转,然后缓慢地向左偏转,而不排水条件下体积屈服轨迹开始也稍微向右偏转,然后较快地向左偏转.     

超固结黏土不排水剪切的屈服与临界状态

以研究超固结黏土的屈服与临界状态为目的,通过GDS三轴试验仪开展了一系列不同超固结状态的黏土不排水剪切试验。为了分析黏土的应力路径,选取了能描述超固结状态不同时土的屈服特性的ALPHA(α)模型。分析了黏土的偏应力/孔压-应变曲线变化趋势,并确定了孔压达到峰值时土体为破坏状态。根据应力破坏点拟合出临界状态线,提出了针对不同超固结比的不排水抗剪强度的计算公式。试验结果表明:不排水剪切试验中,前期固结压力相同时,超固结比越小,抗剪强度越高,但是屈服强度并非随超固结比的降低而单调递增变化;超固结比相同时,前期固结压力越大,抗剪强度越高,屈服强度也越高;正常固结和轻超固结土的破坏应变皆在5%左右,而重超固结土则呈现明显的剪胀现象和脆性破坏,破坏应变小于2.5%;正常固结和轻超固结土的应力路径呈“S”型,重超固结土的应力路径呈不断增长的趋势。根据破坏标准,重超固结土和轻超固结土、正常固结土共用一条临界状态线,不排水抗剪强度计算公式参数较少,易获取,易嵌入本构模型中,应用方便。     

锌污染红黏土的力学性质与微观结构试验

通过三轴试验和扫描电镜试验,分析了污染红黏土的力学特性与锌离子掺量的关系,探讨了不同锌离子掺量下污染红黏土的微观结构变化。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系曲线呈硬化型,围压和抗剪强度呈正比,土颗粒主要以叠片状、块状单元等凝聚形式搭建结构骨架。锌离子掺量越高,红黏土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角越小,整体孔隙逐渐增多,孔隙率和分型维数越大,结构越不稳定。     

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。     

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.     

冻融循环条件下黄土状盐渍土在不同应力路径下的力学特性研究

为了研究冻融循环次数、应力路径对黄土状盐渍土的力学特性与微观结构的影响,本文利用SLB-1型应力-应变控制式三轴仪对青海海东季节性冻土地区黄土状盐渍土进行固结不排水条件下的常规三轴、等压三轴、减压三轴应力路径试验,并对试验前后的土样进行电镜扫描。结果表明：应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土的力学特性产生了明显影响,3种应力路径的抗剪强度峰值均随着冻融循环次数的增加而降低,应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土抗剪强度指标中的黏聚力(c)的影响较大,对内摩擦角(φ)的影响不太明显。从微观层面分析,卸荷应力路径下,颗粒破碎程度较高,土体结构疏松,粒间孔隙较大,胶结能力较弱。综上,冻融循环作用与卸荷应力路径对土体内部结构产生了不可恢复的破坏。     

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%.     

不同应力路径下黏土的各向异性研究

分析了黏土的应力诱导各向异性发展(消失)的方式及变形特性,对具有不同应力历史的黏土进行了压密试验,在异向压密的时候,都有一些应变是以等方向形式发生的.相同应力状态的黏土,等方向压密以后,具有剪切历史的黏土比具有异向压密历史的黏土的各向异性发展相对小一些.     

南方湿热地区路基红黏土Shakedown临界应力水平试验研究

根据南方湿热地区气候特点和10条典型高速公路路基受力计算,制定路基红黏土的重复荷载动三轴试验方案;研究不同压实度、含水率、轴向应力水平、循环加载次数等条件下路基红黏土的塑性力学行为,并结合Shakedown概念,界定循环动荷载作用下红黏土的Shakedown临界应力水平。研究结果表明:压实度对红黏土临界应力水平影响较小,含水率对其影响显著,最佳含水率Com及110%Com,120%Com和130%Com对应的临界应力水平分别为70%,70%,60%和40%,据此可绘制南方湿热地区路基红黏土Shakedown临界应力包络线;设计时,应以施工含水率对应的临界应力水平作为路基受力的控制上限,从而保证路基的变形稳定和耐久性。     

不同固结压力作用下黄土微观结构试验研究

为研究在不同固结压力作用下,黄土微观结构的变化规律,试验通过制备黄土试样,用电镜扫描(SEM)获取各个固结程度下黄土微观结构图像并利用IPP图像处理软件对微观图像参数计算和参数分类。结果表明:随着固结压力逐渐增大,黄土试样微观结构内部骨架单元体聚合物的连接方式,由架空孔隙向镶嵌孔隙转变,结构逐渐密实,稳定性逐渐增强;在各个固结压力作用下,孔隙数量随着孔径增大而减少,孔隙面积随孔径的增大而增大,大孔隙的变化一定程度上影响了土的工程性质;固结后土体的孔隙面积在各个角度区位分布越均匀时,土体受到的扰动越大;土体受固结扰动后,微孔隙的形状没有发生较大变化,部分小、中孔隙产生变形,大孔隙逐渐被消散,向着椭圆率更小的方向发展。     

不同加载应力路径下饱和砂土力学特性试验研究

通过全球数字系统(global digital system, GDS)动三轴测试系统,对砂土进行了常规三轴压缩试验和偏压固结下的等p(平均应力)、等σ_3(围压)、等σ_1(围压)等不同应力路径的试验。通过对所有的实验结果进行了对比分析,研究了砂土材料在不同应力路径下的应力-应变、变形特性、强度特性。试验研究结果表明,等压应力路径试验中试样都是先体积收缩随后出现体积膨胀现象,这与高围压下砂土的剪胀性变化情况不一样;偏压固结试验中,整个加载阶段前期表现为应变硬化,但是后期的软化现象不是很明显,这与等压固结试验应变硬化-软化现象略有不同。虽然常规三轴和偏压固结下的σ_3等试验采用的是两种不同的固结方式,但是达到的峰值强度基本上是一样的,说明固结方式对于试样的强度没有太大的影响。偏压固结试验中,不同的应力路径达到峰值强度时所对应的轴向应变是不同的,而且峰值强度也不一样,说明不同的应力路径会对砂土的强度造成影响,同时也说明了砂土力学特性对于应力路径的依赖性。     

低有效应力状态下疏浚泥不排水强度试验研究

运用平板贯入剪切法对自重固结后的高含水率疏浚泥进行不排水强度试验,探讨低有效应力状态时试验结果表明,疏浚泥自重固结后的不排水强度随含水率的增加而非线性降低。在相同含水率时,自重固结后的不排水强度显著大于重塑状态时的不排水强度。同时高含水率疏浚泥自重固结后的不排水强度随有效应力的变化关系与天然沉积土的强度包线相似,当有效应力小于0.2 kPa时,不排水强度随有效应力的变化较小,当有效应力大于0.2 kPa时,不排水强度随有效应力的增大而增大。     

极端气候条件下南京附近黏土冻融强度试验

针对极端气候下南方地区黏土的冻融强度与含水率、最低气温和冻融循环次数密切相关的特点,对不同初始含水率的黏土在不同冻结箱温度下经历不同冻融循环次数后的试样进行不固结不排水三轴压缩试验。试验结果表明:同一冻结箱内温度下,冻融试样在开始1～4次冻融循环期间黏聚力和内摩擦角变化显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力减小,内摩擦角增加;同一冻融循环次数下,随着冻结箱内温度降低,冻融试样黏聚力增加,内摩擦角减小。总结了冻融循环冻土损伤的特征。     

不同应力路径及颗粒级配下青岛海砂试验研究

进行青岛海砂在不同应力路径下的三轴试验.利用GDS三轴试验系统,得到青岛海砂的应力-应变曲线,分析青岛海砂在不同应力路径下力学响应的细观机理.分别探讨了标准三轴路径、等p路径、被动压缩路径、等主应力比路径下青岛海砂的力学性质.将不同应力路径下青岛海砂的应力-应变曲线进行对比,分析不同应力路径和颗粒级配对青岛海砂力学性质的影响.标准三轴路径下青岛海砂的峰值强度最高,等p路径下次之,被动压缩路径下最低;被动压缩路径下体应变值最大,等p路径次之,标准三轴试验最小.这说明随着围压的增大,砂土强度值逐渐增大,体应变值会逐渐减小.颗粒级配对峰值强度有一定影响,但对剪胀量的影响不明显.     

桂林地区酸 、碱污染红黏土力学效应弱化试验研究

为了研究酸、碱污染对红黏土力学性质的影响,分别使用酸(HCl)溶液和碱(NaOH)溶液对桂林雁山红黏土进行浸泡,考虑酸浓度(0、1%、4%、8%)和养护时间(7,14d),碱浓度(0、4%、8%、12%)和养护时间(7,14d)双因子因素,通过室内试验,包括固结试验、三轴试验(UU)和直剪试验(快剪),分析酸碱污染对桂林雁山红黏土压缩性指标和抗剪强度指标的变化。试验结果表明:1)红黏土在HCl和NaOH中浸泡后,其压缩模量、黏聚力与内摩擦角逐渐减小,且随着酸、碱浓度及养护时间增加,减小的幅度增大;2)对比经HCl和NaOH浸泡红黏土,在相同养护时间下,经HCl浸泡红黏土的压缩模量、黏聚力的变化程度大于经NaOH浸泡红黏土的变化,内摩擦角反之;3)随着养护时间增加,经HCl浸泡的红黏土黏聚力与内摩擦角的变化程度小于经NaOH浸泡红黏土的变化,压缩模量反之。对试验结果分析后认为:在酸碱溶液作用下,红黏土的化学成分、颗粒大小及形状都将发生变化,使其原本稳定的结构状态发生改变,导致桂林地区酸碱污染红黏土力学效应弱化。