天然沉积连云港软黏土的屈服特性

为了研究天然沉积结构性软黏土的屈服特性,采用大直径PVC管取样器获取连云港地区地表下2.5 m处的不扰动样,进行一维固结和应力路径三轴试验.一维固结试验结果表明, 天然沉积连云港软黏土具有较强的结构性. GDS三轴的不同应力路径试验结果表明,无论以体积变形还是剪切变形为主的应力路径下,连云港软黏土的应力应变曲线都有明显的屈服特征.根据试验各应力路径得到的屈服点,可以得到连云港软黏土的初始屈服轨迹大致呈倾斜的椭圆形状,与Nakano等人模型的屈服面比较吻合.沿各应力路径屈服后塑性应变方向与该模型屈服面法线方向的夹角在-22°～33°范围之内变化,表明屈服后塑性流动方向可简单采用相关联流动法则来描述.     

上海软黏土结构屈服特性的试验研究

结构性与各向异性是天然沉积软黏土的两个重要特性。为研究其结构屈服特征,对上海软黏土进行了一系列相关试验,包括灵敏度试验、一维固结试验、K0固结试验、三轴排水应力路径试验。灵敏度试验研究表明,天然沉积上海软黏土在结构破坏前后的不排水抗剪强度存在明显差异,灵敏度为4.86,属高灵敏性土。一维压缩试验结果表明,原状上海软黏土在结构屈服前后压缩特性存在明显的差别,具有结构性土所特有的分段特征。不同应力路径下三轴排水剪切试验表明,上海软黏土具有显著的塑性各向异性,其初始屈服面在p'-q平面上呈倾斜的椭圆形状,但其对称轴略低于K0线。     

上海软黏土强度固有各向异性

采用室内异形十字板试验对上海淤泥质黏土原生结构导致的不排水抗剪强度的固有各向异性特征进行研究.从基坑中取得筒状土样,然后采用两个具有不同长宽比的矩形板头和三个不同角度(30°,45°和60°)的菱形板头进行室内异形十字板剪切试验,得到了原状土在不同方向破坏面上的不排水抗剪强度.结果表明:由于上海软黏土原生结构的影响,在总应力为零的情况下,其不排水抗剪强度随着破坏面与水平面夹角的增大而增大,即破坏面为水平向时强度最小,竖直向时强度最大.十字板试验结果与直剪试验、无侧限抗压强度试验的结果有很好的一致性.推荐采用Casagrande和Carrillo提出的公式来计算上海软黏土各向异性不排水强度.     

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.     

结构面发育硬质黏土原位剪切试验研究

为了解决黏土层间黏结强度弱,受扰动后易开裂,导致现场取样和室内试验难度较大,并且结构面发育的硬质黏土原位剪切试验数据相对匮乏的问题,针对缓倾角顺层结构面发育的第四系中更新统硬质黏土进行原位剪切试验,通过设计不同竖向压力级别,对比室内剪切试验及室内三轴试验结果,探讨结构面发育的硬质黏土剪切强度及剪切破坏模式,合理确定硬质黏土的剪切强度。结果表明：在原位剪切过程中,硬质黏土的剪切强度受结构面控制;综合分析土体结构与试验结果,硬质黏土的剪切强度可取内摩擦角为14.1°,黏聚力为27 kPa;除室内三轴试验中的黏聚力外,原位剪切试验硬质黏土的剪切强度普遍小于室内试验硬质黏土的剪切强度。     

基于离散元的南海软黏土剪切变形模拟

软黏土剪切变形是决定海洋构筑物、管线安全存在的重要因素,离散元能有效模拟黏土剪切变形。通过对南海神狐海域原状软黏土开展固结不排水三轴试验,得到离散元模拟所需宏观剪切强度参数指标;采用试错法调整细观参数使得双轴压缩模拟结果与室内试验相吻合,标定出一组适用于南海软黏土的细观参数组合。离散元模拟结果得到,在应变达到5.3%时,土体发生破坏,形成一条与X轴反方向为49°的剪切带;应变增加到10%时,倾角增大到57°。测量圆对剪切带内外的应变进行监测得到,剪切带内土体初始应变较大,在达到4%应变后不再继续发生变形;剪切带边缘区域,土体应变持续增大;剪切带外应变较小。一般的室内三轴试验无法得到剪切带内外土体应变变化定量数据,离散元模拟是对室内三轴试验的重要补充。     

多层复合衬垫界面非线性强度特性的斜面单剪试验

为研究位于垃圾填埋场斜坡上衬垫结构在垂直应力作用下沿斜坡滑移的剪切特性,研制了大型叠环斜面单剪系统。通过砂-无纺土工布-土工网-HDPE膜-黏土结构的大型斜面单剪试验,得到剪切过程中发生破坏面转移位移对应的垂直应力和水平应力,计算得到位移面的转移法向应力。试验结果表明:当界面的法向应力小于转移法向应力时,破坏面为土工网与土工膜界面;当界面的法向应力大于转移法向应力时,破坏面为土工膜与黏土界面。建议破坏面转移前后的界面强度包线用双直线表示,土工膜与相邻材料的剪切强度特性用双曲线表示,破坏面的转移法向应力等参数由试验确定;大型叠环斜面单剪系统为分析多层复合衬垫剪切特性提供新的试验研究方法。      

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.     

结构面剪切特性的试验与数值模拟分析

结构面的性质对岩体工程稳定性具有重要意义,通过室内试验和数值模拟,分析了结构面在直剪条件下的应力和变形特征,得到:①直剪试验过程中.剪力一剪切位移之间的关系逐渐从线性关系转化为非线性关系;当剪应力将要达到峰值剪切强度时,切向位移突然增大,岩体已开始沿结构面剪坏;②试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系;数值计算得到的应力应变关系与室内试验得到的结果相同,说明了数值试验的可靠性;③结构面剪应力的分布从结构面施加切向位移速率的一端向另一端逐渐增大:④随着法向应力的增大,最大剪应力分布区域基本上没有变化,说明法向力的大小对结构面剪应力的分布影响较小:并且根据Mohr-Coulomb理论.正应力在结构面上的分布情况类似于剪切力的分布情况.     

初始各向异性砂土不排水剪切特性试验研究

合理运用砂土的毛细特性制备具有水平和竖直沉积方向的松、密砂样,进行一系列三轴固结不排水剪切试验,分析沉积方向对砂土偏应力、应力比和孔压的影响,探讨砂土密实程度与该影响的关系.研究表明:沉积方向水平时松砂的偏应力极值比沉积方向竖直时的小.沉积方向水平时密砂偏应力发展呈应变软化特征,沉积方向竖直时密砂偏应力发展呈应变硬化特征.沉积方向水平时松砂应力比数值比沉积方向竖直时的数值小,沉积方向水平时密砂应力比数值比沉积方向竖直时的数值大.沉积方向水平时孔压发展速度比沉积方向竖直时的更快.沉积方向竖直时松砂试样更容易破坏,沉积方向水平时密砂试样更容易破坏.     

天津地区软土的蠕变特性和速率敏感性

为了研究软土次固结和速率敏感性的内在联系,基于过应力式弹黏塑性本构模型,推导出一个理论关系式,定量地建立了次固结系数和率敏感参数的关系．对天津某地典型软黏土进行了一系列次固结试验和变速固结不排水三轴压缩试验,分析了次固结系数和率敏感参数,验证了所推导的理论关系式的适用性．     

页岩纹层与破裂方式实验研究

页岩纹层发育,微观非均质性强,页岩破裂方式受多种因素控制。以川南地区X101井龙马溪组深层页岩为研究对象,利用岩芯、薄片、测井资料、X-射线衍射与CT扫描等手段,结合单轴压缩与常规三轴压缩实验,系统研究了页岩破裂方式与纹层产状、矿物组成的关系。结果表明,主压应力垂直纹层方向的单轴压缩岩样形成张拉劈裂破坏,产生80°左右的垂直缝;三轴压缩实验中,主压应力垂直于纹层的岩样形成剪切破坏,裂缝与纹层以45°～65°高角度斜交,主压应力与纹层45°斜交的岩样以沿纹层面的剪切滑移破坏为主,主压应力平行纹层的岩样产生共轭剪切破坏,两者形成的裂缝与纹层呈10°～45°低角度斜交。对于不同纹层倾角的岩样,杨氏模量均与石英含量呈显著正相关,与黏土矿物呈显著负相关的关系,抗压强度与石英、黏土矿物含量的相关性受不同纹层倾角的影响。硅质纹层发育单层厚度大将增强页岩力学性质。     

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.     

上海莲花路浅部土层超固结特性试验研究

对上海2~6层原状土样进行了一系列室内试验,得到了整个浅层土基本物理参数,并由标准固结和三轴试验综合分析了上海浅部土层超固结度(OCR)的分布规律.研究认为上海浅层黏土天然含水率、初始孔隙比、液塑限、液性指数与塑性指数沿深度具有与OCR相反的变化规律.上海浅部土层的弱结构性导致一维压缩曲线无明显拐点,引用Becker能量法得到:2层土的OCR最大,达到8.0左右,之后急剧减小;3、4和5层土的OCR=1.15~1.40;6层土的OCR2.0.三轴排水试验结果体现了浅部各土层超固结性的差异,与标准固结试验的结果基本一致.这种固结试验与三轴试验相结合的研究方法为进一步准确得到原位土体尤其是弱结构性土的应力历史提供了新的途径.     

重塑上海软土的压缩特性试验

对上海第4层淤泥质软土重塑试样,进行等向压缩试验、K0试验及单向压缩试验.分析不同试验条件下压缩指数和膨胀指数的关系,给出不同试验条件下压缩指数Cc的大小.对8次等向压缩 回弹试验结果进行了分析,比较了膨胀指数Cs的大小.通过对2次K0试验结果的分析,给出重塑上海软土在加载-卸载-再加载过程中,K0随σv的变化规律及K0与OCR(超固结比)的关系.讨论在3种不同试验条件下,卸载过程中膨胀指数Cs与OCR的关系.通过室内试验对压缩性参数的确定,为进一步建立重塑上海软土的本构模型提供了基础.     

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%.     

上海粉细砂修正塑性功双硬化弹塑性本构模型

基于多组排水条件下不同应力路径的平面应变压缩试验结果,结合等向加载—卸载的三轴试验数据,提出了上海粉细砂应力路径不相关的修正塑性功剪切—体积双硬化函数,并在此基础上构筑了上海粉细砂的双硬化弹塑性本构模型.数值计算与试验结果的比较表明,所提出的双硬化本构模型能比较合理地反映上海粉细砂的变形和强度特性.