结构性黄土的修正Duncan-Chang模型

为了实现原状湿陷性黄土结构性与其本构模型研究的统一,解决软化型应力-应变曲线的切线刚度矩阵正定性问题,通过研究原状结构性黄土在不同含水率和固结围压条件下由增湿、固结作用和剪切变形引起的结构性损伤规律,建立可以反映结构性变化的修正非线性Duncan-Chang模型.该模型考虑了增湿和加荷对土体结构的损伤破坏,把含水率作为一个重要的变量,用一族具有相同初始切线模量和不同极限强度的双曲线来求取当前应变状态处的切线模量,能够统一描述结构性黄土的应变软化和硬化型应力-应变关系曲线,形成解决原状湿陷性黄土增湿和应力耦合条件下变形及强度计算问题的新方法.     

侧向卸荷条件下不同含水率原状黄土变形特性分析

为研究原状黄土的侧向卸荷变形特点,选取陕西地区具有代表性的不同含水率Q₃原状黄土,进行不同固结压力下的分级侧向卸荷试验。试验结果表明：原状黄土在侧向卸荷下应力应变曲线为硬化型;初始固结压力较低的试样无明显破坏且轴向应变最终趋于稳定,固结压力较高的试样则发生破坏且轴向应变持续增加,对于低固结压力试样,含水率越高,最终稳定时的轴向应变越大;提出原状黄土的临界轴向应变比值,并通过拟合得出指数函数表达式,以计算各种情况土体卸荷达到塑性破坏时的围压值;根据试验结果拟合得到初始切线模量的经验公式,从而推导出不同含水率原状黄土在卸荷时的变形模量计算公式。     

磐安结构性黄土的构度及动强度衰减特性

 以磐安黄土为样本,基于无侧限单轴抗压试验得到的磐安黄土构度指标,分析了原状黄土与重塑黄土的结构性差异;通过动三轴试验,对原状黄土、重塑黄土在天然含水率、饱和含水率条件下的动强度衰减特性进行了对比研究。结果表明,天然含水率的原状黄土及重塑黄土均具有较强的结构性,原状黄土的结构性更强,其动强度明显高于重塑黄土的动强度;虽然饱和过程使得原状黄土的动强度大大降低,但饱和原状黄土的动强度仍高于饱和重塑黄土的动强度,且饱和原状黄土的动孔压增长趋势明显慢于饱和重塑黄土;具有较强结构性的黄土,其动强度曲线不会出现归一化。     

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。     

重塑黄土变形特性

为了研究黄土路堤的沉降特性,基于室内一维固结试验,从流变角度分析了重塑黄土的变形特性;在此基础上,从简单的Kelvin模型入手,引入非线性应力、应变关系的割线模量,利用变参数法建立了描述重塑黄土变形特性的非线性模型,并进行了计算值与实测值的比较分析.结果表明:随着时间的增加,各应力水平下的应变逐渐趋于稳定,不会出现破坏现象,且基本呈双曲线关系;变形属非线性衰减型,且非线性程度随着应力水平的提高而增强;非线性模型中含有4个土性参数,均可由室内一维固结试验得出;计算值与实测值吻合较好,表明该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路堤沉降特性提供了有力依据.     

含水率和干湿循环对原状黄土变形特性的影响

为研究含水率和干湿循环对原状黄土变形特性的影响,采用室内固结试验结合理论分析的方法进行分析,研究结果表明:在同一垂直压应力下,原状黄土的应变量随含水率的提高而逐渐增加,割线模量随含水率的提高而下降;含水率相同的黄土随垂直压应力的增大,其应变量和割线模量均增加,但变化的速度逐渐减慢;黄土的割线模量随干湿循环次数的增多而减...     

延安Q3黄土应力应变特性及其归一化性状研究

为研究延安原状Q3黄土应力应变关系特性,并总结其在不同含水率不同围压下的归一化性状,进行了一系列固结不排水三轴剪切试验。试验结果表明:延安原状Q3黄土的应力应变关系整体上随围压增大由弱硬化型向强硬化型转变,但在含水率极低且低围压条件下会呈现出一定的软化特性;基于Kondner双曲线模型,对原状Q3黄土进行应力应变归一化分析,含水率为5%和10.2%的Q3黄土在400 kPa以下的围压下不存在归一化性状,含水率为17%的Q3黄土在300 kPa以上的围压下存在归一化性状,含水率为22%、27%和32%的Q3黄土在200 kPa以上的围压下归一化性状较显著;通过比较,选用初始切线模量或极限偏应力作为延安原状Q3黄土的归一化因子,归一化效果较好;建立了不同含水率下延安原状Q3黄土应力应变关系的归一化方程,其预测值与试验值较接近。该方程对延安Q3黄土相关工程设计及工程经验的验证有一定参考价值。     

基质吸力对原状非饱和黄土强度与变形特性的影响

为研究基质吸力和净围压对原状非饱和黄土的变形、强度特性的影响,采用非饱和土三轴仪对延安新区的原状Q_3黄土及原状Q_2黄土做了2组共18个三轴固结排水剪切试验.研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力-应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性演变为硬化型,且试样在试验过程中一直处于剪缩状态;原状Q_2黄土的偏应力-应变曲线表现为软化型,吸力、净围压较小的试样,体变由剪缩逐渐变为剪胀;原状Q_2黄土的结构性比原状Q_3黄土更为显著;基质吸力对非饱和黄土的强度特性、起始杨氏模量有显著的影响;表观黏聚力c及参数k均随着吸力的增加而增大,而吸力对有效内摩擦角φ′及参数n的影响并不显著;提出考虑吸力和净围压影响的原状非饱和Q_3、Q_2黄土的切线杨氏模量的修正计算公式.     

重塑黄土高压固结变形特性试验研究

针对延安地区黄土高填方填筑体在高应力下的变形特性,进行了控制含水率和压实度的高压固结试验,研究了含水率、压实度、固结压力对重塑黄土的变形特性的影响,以及各压缩指标与含水率、压实度之间的关系。试验结果表明:(1)从减小压缩变形的角度考虑,该高填方工程填筑体的含水率应控制在大于最优含水率的2%以内;(2)在该高填方工程填筑时应注意控制压实度在93%以上,从而能在一定程度上减少填筑体的沉降量;(3)孔隙比随着固结压力的增加而呈非线性减小;(4)判别出该类黄土为中等压缩性土,减小含水率和增大压实度,均能在一定程度上提高土的抗压缩性。     

饱和黄土渗透过程变形与渗透系数关系初探

为研究在不同渗透压强下原状黄土和重塑黄土在渗透过程中的渗透系数、孔隙比及土体变形的变化关系,对黄土进行室内渗透试验,进而分析土体的结构变化。选取相同孔隙比下的原状黄土和重塑黄土土样,在相同条件下进行渗透试验,渗透过程中分别设置一系列不同的渗透压强差,按照先增压再卸压的方式进行渗透试验,得出渗透对土体及渗透系数的影响。结果表明:随渗透压强增加,重塑土与原状土的渗透系数以及土体变形变化规律走势相同,但原状土较重塑土结构稳定,渗透系数和变形的变化较重塑土小。     

低荷载作用下洛川黄土的湿陷性试验研究

黄土的湿陷性问题是黄土地区工程建设中的热点问题,一直困扰着研究及设计人员。不同区域、不同工况下黄土的结构差异较大,湿陷程度区别大,且受水的影响最敏感。为了进一步研究黄土湿陷的结构水敏性,设计并进行了一系列室内试验,实验结果表明:①黄土的结构强度随其含水率增加而有规律的降低,初始结构强度呈线性变化,后期加固结构强度呈非线性变化,含水率在6%～12%区间内对黄土的后期加固结构强度的影响较为强烈;②在低载荷条件下,原状黄土存在"含水率在天然含水率附近时,土样的湿陷性最大"这一现象,重塑黄土和高荷载下的原状黄土的湿陷性皆随着含水率的增加而降低;③原状与重塑黄土的湿陷系数差值的变化趋势与土样后期加固结构强度对含水率变化的敏感程度呈正相关关系。研究结果对于黄土湿陷的结构水敏性的试验研究和工程建设具有一定的指导意义。     

不同含水量下原状黄土的动力变形特性

通过在不同固结应力条件下对不同湿度西安原状黄土的动三轴实验,研究了不同湿度原状黄土的动应力应变关系、动模量、阻尼比特性。实验结果表明:①在不同固结应力条件下,不同湿度原状黄土的动应力应变关系符合双曲线模型,固结应力条件、含水量变化对动应力应变关系有明显的影响,但对动剪切模量比与动剪应变比关系基本没有影响;②不同含水量下模型中起始动剪切模量、最大动应力两个参数和固结平均主应力与固结应力比两者之积之间均有良好的幂函数关系,且对不同固结应力状态可以归一,而此幂函数关系式的系数与含水量之间也呈幂函数关系;③原状黄土的动阻尼比随动应变的增大而呈逐渐上升的趋势,阻尼比与动应变关系在半对数坐标系中呈线性关系,且对不同固结应力条件和不同含水量可以近似归一。     

昔格达土的压缩特性和微观结构

为研究攀枝花昔格达土的压缩特性和微观结构特征,采用取得的1~#、2~#昔格达土样本分别制备原状样以及含水率为5%、10%、15%、20%的重塑样,共制备48个土样。通过X线衍射测定矿物成分,通过一维压缩试验研究昔格达半成岩在水和固结压力影响下的强度变化规律,通过扫描电子显微镜(SEM)探讨原状和重塑状颗粒的微观结构。结果表明:攀枝花昔格达半成岩存在明显的结构特征,结构破坏强度为500 kPa,含水率对昔格达土的结构表达具有重要影响;当固结压力为100～500 kPa时,结构参数极不稳定,而当固结压力大于800 kPa时,结构参数进入稳定状态;昔格达原状土的微观结构呈开放式絮凝片状,颗粒分布有一定方向性,胶结作用明显;在试样结构破坏后,试样的表面分形维数与荷载呈线性负相关关系。     

含水率对结构性参数影响的单变量模型

基于侧限压缩试验分析不同压力条件下原状样和重塑样的割线模量随含水率变化规律,获取割线模量与含水率关系的表达式。基于应变的结构性参数可化简为以割线模量为参量的结构性参数,并将割线模量与含水率关系式代入即可构建含水率对结构性参数影响的单变量模型。最后检验含水率对结构性参数影响的单变量模型。研究结果表明:不同压力条件下原状样和重塑样的割线模量均随含水率增大而呈递减趋势,但由于原状样存在明显的结构强度,不同压力下原状样割线模量与含水率关系曲线存在交叉;采用含水率作为单变量描述的结构性参数能够直观地反映土体结构性随含水率的变化规律;不同压力条件下结构性参数随含水率的增大呈递减趋势,但随着压力条件的不同,这种递减趋势存在差异。当压力较小时,结构性参数随含水率递减的趋势较平缓;当压力较大时,结构性参数随含水率递减的趋势是快速递减;在这两者之间则呈现出先平缓递减后快速递减的过渡状态。     

真三轴条件下原状黄土的强度与含水率的关系

在实际工程中,吸力的量测比较困难,而含水率容易确定,研究原状黄土的强度与含水率的关系,具有非常重要的理论价值。模拟土体的复杂受力状态,利用真三轴仪对不同含水率的非饱和原状黄土进行了常含水率的等向固结和不同中主应力参数b值的剪切试验,研究了非饱和原状黄土抗剪强度随含水率的变化规律。研究结果表明:土体的抗剪强度随着含水率的增大而减小,随着净围压和b值的增大而增大;土体的黏聚力随着含水率的增大而线性降低,而内摩擦角受含水率的影响不大;内摩擦角随着b值的增大而减小,而黏聚力随着b值的增大而增大;并建立了不同b值条件下黏聚力与含水率的函数表达式。     

含水率对侧向卸荷条件下原状黄土黏聚力与摩擦角力学性质的影响

选取陕西省泾河南塬Q_2原状黄土,按主应力固结比σ_3/σ_1=0.33进行固结,以模拟土样原位地层的初始应力状况;固结完成后,在侧向卸荷条件下进行不排水剪试验,研究黄土滑坡过程中含水率对黄土的黏聚力、摩擦角等力学特性的影响。试验结果表明:含水率从10%→30%,黏聚力的变化范围从33.51→8.18 k Pa,随着含水率的增大,黏聚力明显降低,用线性关系式可以较好地拟合黏聚力和含水率之间的关系,且拟合相关系数R为0.970 8;含水率变化范围为10%~30%时,内摩擦角的变化范围为26.40°~29.60°,随着含水率的增大,内摩擦角的变化范围在3.2°以内,波动范围较小,其平均值为27.99°,因此卸荷条件下含水率变化主要影响原状黄土的黏聚力,对内摩擦角影响较小。     

纤维加筋黄土的三轴蠕变试验研究

进行了纤维加筋黄土的三轴固结排水蠕变试验,通过对初始含水率、加筋率和围压的不同控制,分析了加筋黄土的蠕变特性,得到了以下几点结论:在黄土中掺入玄武岩纤维可以有效改善黄土试样的蠕变情况,蠕变变形的抑制效果与加筋率没有明显单调关系,存在最优加筋率;随着含水率的升高,加筋土的蠕变变形增大,加筋效果降低,偏应力越大该现象越明显;随着围压的增大,加筋黄土的蠕变变形降低,加筋效果增大,偏应力越大,该现象越明显;以Mesri蠕变模型为基准,对试验曲线进行模拟,计算出模型各参数,经验证,纤维加筋黄土的三轴蠕变特性可以用Mesri模型拟合。     

高应力下重塑黄土蠕变特性试验

以延安地区黄土高填方填筑体为研究对象,进行了控制含水率和压实度的高压固结蠕变试验。分析了初始含水率、压实度、固结压力等因素对重塑黄土蠕变特性的影响。使用对数函数对试验结果进行拟合,得到了适合描述延安地区黄土高填方填筑体工后沉降的蠕变模型。试验结果表明:减小初始含水率或增大压实度,能在一定程度上降低土体的蠕变量,从而更好地控制高填方工程的工后沉降。固结压力越大,试样达到稳定所需的时间越长,最大固结压力(2 400 kPa)时,蠕变稳定时间是低固结压力(100 kPa)时蠕变稳定时间的4倍左右。该本构模型能够较好地反映出延安地区黄土高填方填筑体的蠕变特性。     

非饱和黄土的结构性与强度特性的关系

根据原状黄土、重塑黄土和饱和重塑黄土的应力-应变曲线对比,定义黄土结构强度势参数η。通过三轴试验探讨不同围压和含水率对土体结构强度势参数的影响,研究土体结构强度势参数与其抗剪强度指标之间的关系。研究结果表明:围压和含水率是影响土体结构性的2个主要因素,结构强度势参数随不同围压的变化曲线均处在一较狭窄的条带范围内,具有很好的归一性,结构强度势参数随含水率的增大而减小;土体结构强度势参数随着轴向应变的增长先线性增长在达到峰值后又呈指数形式迅速衰减;结构强度势参数与黏聚力具有指数关系,结构强度势参数与内摩擦角具有线性关系;考虑结构强度势参数的抗剪强度准则可以全面地反映具有结构性土体的强度特性,比莫尔-库仑强度准则更符合实际工程。     

甘肃黑方台黄土压缩试验研究

以黑方台地区原状黄土为对象,开展不同含水率试样的侧限压缩试验,对比分析了不同荷载下各含水率试样的e-lgp曲线,采用双对数坐标法确定了试样的结构屈服应力,对黑方台原状黄土压缩试验结果进行拟合分析。结果表明:随着试样含水率的增高,其对应的e-lgp曲线呈依次降低的趋势,但15%含水率试样与20%含水率试样对应的e-lgp曲线间具有较大空隙,说明含水率为15%20%是试样结构发生较大变形的临界值;各含水率试样在试验过程中都存在结构屈服应力,天然状态下黑方台原状黄土的结构屈服应力为99 k Pa,但随着含水率增高,其结构屈服应力值持续降低;基于岩土破损力学理论基础建立的数学表达式确定出了黑方台原状黄土材料参数B值为0.011 3,并将模拟结果与试验数据进行对比,得到了较好的拟合结果。