细颗粒含量对海洋性土的力学性能影响规律研究

通过制备重塑土样,进行一系列的三轴固结不排水剪试验、一维固结压缩试验和渗透试验,揭示了小于0.075 mm粒径的砂含量以及伊利石土含量对于海洋土的力学性能的影响规律。实验结果表明:砂土样的应力应变曲线都呈应变软化型,土样不排水剪切强度、残余强度与细颗粒含量有较强的相关性;对于加伊利土土样,伊利土含量为10%是土样的强度性质临界值,当其小于10%时,土样性质主要由砂土决定,呈现应变软化特性;当伊利土含量大于临界值(10%)时,土样性质由伊利土含量主导,呈现应变塑性硬化特性;土样压缩性质和渗透性质与细颗粒含量均有较强的相关性:随着细颗粒含量的增加,土样压缩模量E_s和渗透系数K均减小。研究结论为海洋桩基等工程的设计提供了参考。     

细粒含量对饱和砂土静态液化失稳特性影响的三轴试验研究

通过开展三轴固结不排水剪切试验,研究了初始相对密实度、黏土掺量及固结方式对含细粒砂土静态液化特性的影响。纯丰浦砂试验结果表明,中密和密实试样的应力应变关系呈持续应变硬化特性,孔压先增加后减小到负值,只有在极松散(密实度D_r=5%)情况才出现持续的应变软化。掺入一定量上海黏土的丰浦砂试样试验结果表明,在细粒含量不高条件下,细粒含量增加导致砂土更易发生应变软化。基于试验结果以及计算得到的二阶功变化情况,获得了砂土静态液化失稳触发点对应的应力比。该应力比随试样初始密实度增大而增大,随细粒含量增加而减小,说明砂土越松散、细颗粒含量越高越易触发静态液化失稳。     

合肥红土的强度与弹性模量

本文以合肥市红色页岩及砂岩的风化产物:红粘土及含泥砂土,进行单轴压缩试验,得出抗压强度及抗剪强度指标。同时得出这类土的应力应变曲线为软化型及塑流软化型,试样破坏的形态为剪切型及断裂型。观察到混有粘土的含泥砂土样的破坏及强度取决于含泥砂土的性质。采用又曲线模式描述红土软化型及塑流软化型的应力应变曲线,并据此推导出红土非线性弹性模量的表达式。     

海南有机质浸染砂变形特性研究

选取海南文昌某工程中遇到的有机质砂土为研究对象,通过电镜扫描探究土样中有机质的存在形式。对土样进行一系列三轴固结排水剪切试验。基于试验数据总结该有机质砂土的变形特性;并探讨邓肯-张模型的适用性。结果表明:该砂土中有机质浸染到土颗粒中并与土颗粒较好地结合在了一起;三轴剪切过程中,土样表现出微弱的软化特性和明显的剪胀性;邓肯-张模型不能很好地反映有机质浸染砂的剪胀特性。最终,提出能反映土剪胀性的修正邓肯-张模型并对该土样进行参数标定。结果表明,新的模型对于试验土样具有较好的适用性。     

饱和粉土变形特性三轴试验

对取自南京市某拟建高速公路路基的粉土,在室内按不同的干密度和含水率进行了试样重塑。按不同干密度和不同初始制样含水率进行饱和三轴固结排水剪切试验,测得不同围压条件下的固结排水剪应力-应变曲线以及有效应力比曲线形态等工程特性。分析了粉土干密度、初始制样含水率和围压对饱和粉土强度的影响。试验结果表明:粉土的强度随干密度的增加而变大,随围压增大而增加;初始制样含水率对粉土的强度有不同程度的影响;粉土的应力应变表现为弱应变软化型。     

聚苯乙烯轻质混合土三轴压缩试验研究

对不同水泥掺入比、不同密度和不同龄期的聚苯乙烯轻质混合土,进行不固结不排水和固结不排水常规三轴压缩试验,以研究聚苯乙烯轻质混合土应力应变特性的变化规律和抗剪强度指标的确定方法．试验结果表明,水泥掺入比、密度和龄期,对不固结不排水和固结不排水三轴压缩试验的应力应变特性和抗剪强度指标c,φ的大小有不同程度的影响。     

固结方式对黏性土不排水强度性状的影响

针对天然沉积黏性土原状土样开展三轴等向固结和K_0(静止土压力系数)固结不排水剪切对比试验,探讨固结方式对不排水强度性状的影响规律。结果表明:原状样在不同固结方式下,偏应力-应变曲线在低固结压力下均呈应变硬化性状,高固结压力下呈应变软化现象;K_0固结与等向固结不排水强度均随固结压力增大而增大,且K_0固结不排水强度大于等向固结不排水强度;2种固结方式的不排水强度包线均显示为以固结屈服压力为分界的双直线,屈服前不排水强度增长较慢,屈服后为一条通过原点的直线;相同固结压力下,等向固结不排水剪切应力路径位于K_0固结的路径下方;无论何种固结方式,屈服前的偏应力峰值均高于临界状态线,屈服后偏应力峰值均落在临界状态线上;固结方式对有效应力强度指标参数的影响较小,对总应力强度指标的影响主要反映为内摩擦角的不同。     

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.     

荆门压实弱膨胀土的排水抗剪强度

黏性土体的长期稳定性主要受排水抗剪强度控制.为深化对压实弱膨胀土峰值强度、完全软化强度、残余强度3种排水抗剪强度间量化关系的认知,以荆门弱膨胀土为研究对象,开展泥浆固结样的固结慢剪试验以获得完全软化强度,开展压实样的排水反复直接剪切试验以获得峰值强度与残余强度.在此基础上,获得了制样压实度、应力水平、剪切次数与剪切位移等因素对排水抗剪强度及剪切过程中体变行为的影响规律.结果表明:对于制样压实度95%的试样,峰值强度与完全软化强度的有效内摩擦角接近,约为20°;峰值强度有效黏聚力为18.4 k Pa,完全软化强度有效黏聚力为0;残余强度呈现出较强的非线性,可用Lade(2010)建议的幂函数形式抗剪强度公式描述.以上结果可为压实弱膨胀土长期稳定分析的抗剪强度参数选择提供参考.     

砂土的稳态强度试验研究

通过对两种不同砂土的试验,讲座了低密度饱和砂土试样的固结不排水剪切试验方法及由试验得到的结果提出的应变软化模型及稳态强度,并对试验所得结果及提出的模型用于堤坝及地基地震后稳定分析提出建议。     

黄泛区粉砂土Duncan-Chang双曲线模型参数确定

黄泛区粉砂土具有特殊性,其力学性能也为工程界所关注.本文以开封地区粉砂土为研究对象,在GDS三轴仪上通过控制不同的围压对土样进行固结不排水静三轴剪切试验,得到了土的应力随轴向应变的变化规律;通过试验数据分析和理论计算,对黄泛区饱和粉砂土的Duncan-Chang双曲线模型参数进行了系统研究.研究结果表明,土的应力随着轴向应变增加呈现递增趋势,黄泛区粉砂土的应力-应变曲线表现为应变硬化型;通过利用邓肯-张双曲线模型计算得到的黄泛区粉砂土应力-应变值,与试验测定的结果进行对比,经分析其误差在允许范围内.本文研究内容可为黄河两岸及周边地区的工程施工和设计提供参考依据.     

两种K0固结土样的强度比及其各向异性

K_0固结(侧向约束的固结)可导致土的各向异性.通过对比上海软黏土的原状土样和重塑土样的三轴ACUC(K_0固结压缩剪切)、ACUE(K_0固结拉伸剪切)试验以及直剪试验得到的强度比,研究这两种土样所具有的不同结构对K_0正常固结软黏土强度比及其各向异性的影响.三轴ACUC、ACUE试验中,在3.7倍于结构屈服应力的正常固结范围内,原状土样在不同固结压力下表现出与重塑土样不同的有效应力路径、极限状态线、有效内摩擦角和强度比.当固结压力较小时,原状土样表现出比重塑土样明显偏大的ACUE强度,因而呈现出较小的强度各向异性;随着固结压力的增大及结构进一步破损,原状土样的强度各向异性逐渐增大而接近重塑土.因此,在对K_0正常固结软黏土的三轴强度比及其各向异性的研究中,这种与固结压力相关的结构效应值得关注.直剪快剪试验结果表明,正常固结范围内两种K_0固结土样的强度比几乎相同,因而可以忽略结构效应对直剪快剪强度的影响.     

基于核磁共振的冻融循环作用下重塑黄土强度变化规律

为了研究冻融循环对重塑黄土抗剪强度的影响,分宏观及微观两个方面来进行试验研究。在宏观层面上,通过对不同冻融循环次数下、不同含水率的土样的进行三轴压缩试验,得到相应的应力-应变曲线;从微观层面上,利用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)成像分析仪,测得土样在不同冻融循环次数下的T_2时间分布曲线。结果表明:未冻融状态下,含水率为13%的土样其应力应变曲线为应变软化型;随含水率逐渐增加其应力-应变曲线由应变软化型变为应变硬化型。随冻融循环次数的增加,含水率为13%的土样其应力-应变曲线依旧为应变软化型;但抗剪强度逐渐降低,而随含水率逐渐增加,土样应力-应变曲线由应变硬化型有逐渐向应变软化型过渡的趋势;且含水率越高曲线软化趋势越明显。     

垃圾土的强度特性试验研究

结合北京郊区某工地垃圾土地基的治理工程,对该场地垃圾土样的强度性质进行了室内试验,包括颗粒大小分析、三轴试验、单剪试验以及等向固结试验等。试验成果表明垃圾土中的纤维质成份具有加筋作用,能增加垃圾土的粘聚力,但对垃圾土的内摩擦角影响较小;单剪试验得到的强度指标一般小于三轴试验。历时1500h(62d)的等向固结试验表明,虽然孔压可以在4~10h内消散完毕,但垃圾土试样的排水过程却可以持续相当长一段时间,表现出流变性。     

含水层砂土压缩变形特性及数学描述

基于FlowTracⅡ增量固结试验系统,通过控制孔隙水压力设计模拟符合承压含水层砂土应力状态和满足抽水条件应力路径的压缩试验,得到了砂土应变与时间关系曲线,探讨分析不同抽水模式作用对含水层砂土压缩变形特性的影响。试验结果表明:在抽水作用下,砂土压缩变形具有非线性和时效性特征;在相同前期固结压力下,砂土压缩变形量随着抽水强度的增加而增大,且变形稳定所需时间也越长;在稳压抽水作用下,砂土的应变率与时间在双对数坐标中呈现较明显的线性关系,其斜率受抽水强度和抽水速率的影响。建立了考虑抽水强度和抽水速率影响的砂土压缩变形与时间、应力的归一化经验公式。研究成果揭示了不同抽水模式下含水层砂土的压缩变形特性,为合理评价抽水引起的地面沉降提供试验依据。     

细颗粒对海洋桩基水平承载力的影响规律研究

在传统m法的基础上,基于塑性变形理论,建立了桩基地基反力系数理论计算公式,提出了基于塑性变形理论的桩基水平承载力理论计算方法,本方法能够有效反映地基土基本力学参数对桩基水平承载力的影响规律.结合海洋土地基不同细颗粒和伊利土含量的强度和变形特征分析,研究了不同桩顶位移下海洋性桩基水平承载力变化规律.研究显示:在同种破坏模式下,海洋地基土中伊利土含量越高,桩基水平承载力越大.但伊利土含量的不同可能导致地基土破坏模式的变化.当伊利土含量达到10%后,海洋土开始由软化型破坏向硬化型破坏转变.由于变形特性的改变,使得不同位移控制下水平承载力规律呈现非线性变化特征.当伊利土含量5%时,允许桩顶位移为5 cm的桩基水平承载力比1 cm的增大182.9%;当伊利土含量15%时,允许桩顶位移为5 cm的桩基水平承载力比1 cm的增大214%.常规设计采用一种位移控制确定水平承载力的方法没有考虑地基土层变形破坏模式的影响,无法实现科学的优化设计,针对海洋性地基建议根据外海地层变形破坏模式考虑多位移控制下的水平承载力优化设计方法.本方法为研究海洋桩基水平承载力设计提供了新的思想,并在没有现场试验的条件下增加了桩基水平承载力设计的科学性.     

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%.     

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。     

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。     

结构接触面剪切特性及软硬化损伤模型

采用大型直剪仪进行了黏性土、砂土两种土样与混凝土接触面的直剪试验,研究了不同法向应力条件下,土与混凝土接触面上的应力、应变及破坏强度等特征.试验结果表明:对于黏性土与混凝土接触面的剪切加载,剪切过程表现出应变软化特性,残余应力水平趋于稳定状态;砂土与混凝土接触面的剪切过程主要表现为应变硬化,残余应力缓慢增长.针对土与结构接触面剪切特性,从损伤力学理论出发提出了考虑应变硬化和软化特性的结构接触面剪切损伤本构模型及模型参数确定的方法.该模型能充分反映土-结构接触面的应变软化和硬化特性,参数较少,方便实用.