重塑黄土的强度影响因素研究及基于核磁共振的微观解释

黄土的抗剪强度特性影响着黄土地区边坡和路基等的稳定性,抗剪强度特性与土体的含水率和干密度密切相关。通过制备不同含水率和干密度的重塑黄土试样,通过室内直剪试验和核磁共振测试对重塑黄土的抗剪强度特性进行研究。研究结果表明,在低含水率的情况下,重塑黄土应力应变曲线有峰值点存在,呈现应变软化特性;在高含水率的情况下,应力应变曲线没有明显峰值,呈现应变硬化特性。随着土样含水率变大,黏聚力显著下降,内摩擦角变化规律不明显;随着土样干密度变大,其黏聚力增大。随后采用核磁共振测试技术对上述不同含水率和干密度状态的环刀样开展了含水量分布的测试,测试结果进一步从微观层面上解释了重塑黄土抗剪强度参数变化的规律。     

含水率和干密度对青海重塑黄土强度影响研究

为了研究含水率和干密度对青海地区非饱和黄土抗剪强度的影响,采用应变控制式三轴仪对不同含水率、不同干密度条件下的重塑黄土进行了常规三轴剪切试验。结果表明:随着干密度的增加,土样的变形曲线由应变硬化到应变软化转变,并且随含水量增加,曲线形式逐渐以应变硬化为主;相同含水率条件下重塑黄土的黏聚力及内摩擦角均随其干密度的增大而逐渐增大;相同干密度下重塑黄土的内摩擦角随含水率的增大而增大,呈线性变化。对以上关系曲线通过回归分析后得到的方程相关性较高,能够较为准确的反映黄土的强度变化规律。     

泾阳黄土抗剪强度的环剪试验研究

以泾阳滑带土为研究对象,采用HJ-1型环剪仪对泾阳县的重塑黄土进行了单级环剪试验,研究了不同含水率,干密度,剪切速度下重塑黄土在较大剪切位移下的强度变化规律。研究表明:土体应力-应变曲线呈软化现象;粘聚力和内摩擦角均随含水率的增加而降低;剪切速度越大的其达到峰值强度所需的剪切位移越小,粘聚力越大,但其对内摩擦角影响不显著;干密度与峰值强度呈正相关关系,对残余强度的影响不明显。脆性指数随含水率和剪切速率的增大而减小。     

基于含水率的重塑低液限黏土抗剪强度关系模型试验

为了探究含水率对路基填料抗剪性能的影响,以安徽省境内大别山区G35济广高速公路岳潜段典型重塑低液限黏土填料为研究对象,采用室内直剪试验分析了不同含水率和干密度条件下该土样抗剪强度及强度参数的变化规律.试验结果表明:含水率的增大可减小该土样的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角,且含水率对黏聚力的影响明显大于其对内摩擦角的影响.回归分析表明:不同干密度下内摩擦角与含水率之间呈线性负相关关系,而黏聚力与含水率之间呈自然指数函数负相关关系,同时两组关系模型的回归参数与干密度之间也呈显著的线性相关性,由此获得以含水率、干密度和垂直压力表征的摩尔—库伦抗剪强度关系模型.经验证该模型预测精度较高,可为降雨入渗对该地区营运路堤边坡稳定性的影响分析提供抗剪强度参数衰变模型.     

基于含水率的重塑低液限黏土抗剪强度关系模型试验

为了探究含水率对路基填料抗剪性能的影响,以安徽省境内大别山区G35济广高速公路岳潜段典型重塑低液限黏土填料为研究对象,采用室内直剪试验分析了不同含水率和干密度条件下该土样抗剪强度及强度参数的变化规律.试验结果表明:含水率的增大可减小该土样的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角,且含水率对黏聚力的影响明显大于其对内摩擦角的影响.回归分析表明:不同干密度下内摩擦角与含水率之间呈线性负相关关系,而黏聚力与含水率之间呈自然指数函数负相关关系,同时两组关系模型的回归参数与干密度之间也呈显著的线性相关性,由此获得以含水率、干密度和垂直压力表征的摩尔—库伦抗剪强度关系模型.经验证该模型预测精度较高,可为降雨入渗对该地区营运路堤边坡稳定性的影响分析提供抗剪强度参数衰变模型.     

干密度和含水量对重塑黄土抗剪强度特性的影响研究

为阐明生产建设项目回填土边坡抗剪强度与土壤含水量和干密度的关系,以陕西省西安市周至县活龙山研究区土壤(典型黄土)为研究对象,根据实地调查取样,采用击实法制备3个密度梯度、7个含水量梯度的21组供试土样,进行直剪试验,分析土壤干密度与含水量对重塑土抗剪强度指标的影响。结果表明:在密度相同的条件下,重塑土的内摩擦角随着含水量的增加整体呈现下降趋势,当含水量过大时出现小幅跃升现象;土壤内摩擦角随干密度的变化规律不显著。土样粘聚力与干密度呈正相关,与含水量呈负相关,且含水量较低或密度较大时,粘聚力的变化幅度较大。土壤抗剪强度与干密度均呈线性正相关,与含水量呈负相关。说明干密度和含水量对重塑土抗剪强度特性有较大影响;干密度主要通过粘聚力影响抗剪强度,而含水量则通过粘聚力和内摩擦角共同影响抗剪强度。     

重塑红棕色玄武岩残积土抗剪强度特性试验研究

红棕色玄武岩残积土属于强风化土,为了解其抗剪强度变化规律,对不同干密度、不同含水率的土样进行不固结不排水剪与固结不排水剪试验。试验结果表明:当含水率一定时,随着干密度的增加,土的抗剪强度增加;干密度一定时,随着含水率的增加,土的抗剪强度、黏聚力与内摩擦角均减小;经过固结后,土样的含水率较低时,主要通过提高黏聚力来提高抗剪强度;含水率较高时,则主要通过提高内摩擦角来提高抗剪强度。各条件下的试验所得抗剪强度指标可为工程设计提供参考。     

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。     

基于含水量和干密度影响的压实土抗剪强度试验

为准确评价填土强度,对某高填方机场不同深度、不同方位原状土,不同土石比、不同压实度、不同含水量的重塑土进行直剪试验,建立考虑含水量和干密度共同影响的填土强度公式.结果表明:随着含水量的增加,土体抗剪强度降低,黏聚力和内摩擦角均下降,且含水量对黏聚力的影响比内摩擦角大;土体抗剪强度受含水量和干密度共同影响.原状土剪切方位不变时,随着深度的增加黏聚力先增大,之后基本保持不变或略微减小.含水量不变时,黏聚力随着剪切方位角度的增大而增大,内摩擦角相对黏聚力变化不大.重塑土在不同含水量状态下,干密度不同时抗剪强度指标变化差异较大,土石比为4∶6的土样抗剪强度略低于2∶8的土样.     

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。     

基于吸应力的非饱和黄土抗剪强度研究

文章通过滤纸法与直剪试验相结合的方法,得到了非饱和原状黄土土水特征曲线和抗剪强度,分析了基于吸应力下的非饱和原状黄土的抗剪强度。试验结果表明:非饱和原状黄土的抗剪强度随基质吸力的增大表现为非线性增大,并逐渐趋于稳定,与土水特征曲线的变化规律基本一致;表观黏聚力随基质吸力的增大表现为非线性增大,尤其在毛细发挥段和水膜吸附段该趋势变得非常明显;表观内摩擦角随基质吸力的增大呈稍微增大的趋势;与表观内摩擦角相比,表观黏聚力的增加幅度较大,因此基质吸力对抗剪强度的贡献更多地体现在表观黏聚力上。通过吸应力概念得到了非饱和原状黄土的表观黏聚力;当土体含水率大于塑限时,基于吸应力公式计算的表观黏聚力与试验结果基本一致;当土体含水率小于塑限时,运用吸应力公式计算的表观黏聚力远远大于试验结果。因此,在含水率较高时,可用吸应力下的抗剪强度公式预测非饱和原状土抗剪强度;在含水率较低时,基于吸应力下的抗剪强度公式是不适用的。     

膨胀土-混凝土界面剪切特性研究及界面系数修正

为对不同含水率下与不同法向应力下的膨胀性土的界面抗剪强度-界面剪切位移曲线进行分析,通过设计室内膨胀土-混凝土界面直剪试验,研究各含水率对膨胀土-混凝土界面各力学性质的影响。结果表明：不同含水率条件下的应力应变曲线均无应变软化现象,基本符合应变硬化模型;含水率的增长,对界面抗剪强度有较为明显的劣化影响,应力应变曲线的峰值也随之愈发滞后;同一含水率的界面抗剪强度与法向应力较好地符合摩尔-库伦强度准则,随着含水率的逐渐增长,界面抗剪强度也呈现递减态势;界面黏聚力先呈增长态势,后呈逐渐减小态势;界面等效剪切模量呈现下降趋势,同时通过微观角度对界面黏聚力和界面内摩擦角引起的界面强度变化规律进行了机理性的分析。界面内摩擦角则随着含水率增加逐渐地呈现反比例函数降低态势,引入界面摩擦系数,进一步细致分析界面摩擦力学性质,同时修正了界面黏聚力和法向应力对界面摩擦带来的较大影响,针对于浅层边坡土体与桩基础的摩擦估算,考虑到法向荷载对于界面摩擦系数影响较为合理。     

粉土在直剪试验中的强度特性研究

通过在不同初始含水率、不同干密度、不同垂直压力条件下的直剪试验.研究重塑粉土强度指标随这些外部因素的变化规律,研究表明,垂直压力、干密度的增大时提高重塑粉土峰值强度作用明显,随初始含水率增加,重塑粉土土体峰值强度的剪切位移增加,而峰值强度、黏聚力、内摩擦角都有先增大后减小的趋势.     

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。     

冻融作用对人工结构性黄土抗剪性能的影响

对重塑黄土及人工结构性黄土进行冻融前后的直接剪切试验,分析冻融作用对不同含水量、不同水泥含量土样的抗剪强度及相关指标的影响.结果表明:经过冻融作用后土样粘聚力变大而内摩擦角无明显变化;含水量和水泥含量对冻融前后土样的抗剪强度均有影响.含水量不变时,随水泥含量的增大,冻融前后土样的内摩擦角均变化不大而粘聚力变大.水泥含量不变时,随含水量的增大,冻融前后土样的粘聚力先增大后减小,内摩擦角变化不大;同一条件下,冻融后的土体结构强度高于冻融前的,冻融前后土体结构强度均随水泥含量的增加而提高;相同的击实功下,不同含水量土体的初始干密度有一定差异,导致试验结果呈现出较复杂的特点.     

围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响

为研究围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响,以及进一步确定不同围压及不同含水量与重塑膨胀土抗剪强度的计算公式,分别对含水率为8.5%、10.0%、12.0%的新疆哈密地区膨胀土进行围压为100、150、200 k Pa的不固结不排水三轴直剪试验(UU)。试验结果表明:干密度和含水量一定时,围压越高,重塑膨胀土抗剪强度越大,围压越低,抗剪强度越小。干密度一定时,含水率越高,重塑膨胀土的抗剪强度指标越小,抗剪强度越低,含水率越低,重塑膨胀土的抗剪强度指标越大,抗剪强度越高。通过对试验结果的进一步分析发现黏聚力、内摩擦角和含水率呈良好的线性关系,得出含水率、围压和重塑膨胀土抗剪强度计算公式,计算值与试验值有较高的相符程度,为新疆哈密地区重塑膨胀土的施工提供了一定的理论依据。     

基质吸力作用下非饱和粉土强度特性研究

为研究豫东高速公路路基填筑粉土的非饱和力学特性,采用四联非饱和土直剪仪进行控制吸力条件下的强度特性试验,着重分析吸力对非饱和粉土强度的贡献,并对其干密度效应进行了探讨.结果表明,豫东黄河冲积粉土颗粒级配较为集中在0.005~0.075 mm的粉粒组.击实曲线出现了不对称的"双驼峰"现象,但两个干密度峰值相差较大,工程应用中需注意最大干密度的准确获得.非饱和粉土的抗剪强度与固结应力呈线性相关关系.干密度和吸力对粉土的黏聚力c均有影响,但影响规律不同.黏聚力c随吸力的减小呈抛物线变化,在最佳含水率附近黏聚力达到峰值.粉土干密度越大,其黏聚力越大.粉土内摩擦角随吸力增加呈增大趋势,吸力大于100 k Pa后基本趋于稳定,影响幅度在5°以内.基质吸力对抗剪强度的影响呈非线性关系.粉土的内摩擦角φ'与吸力相关,φ~b则受吸力与固结应力共同影响,φ'与φ~b均非常数,在τ_f—(u_a-u_w)—(σ_n-u_a)空间中,摩尔库伦破坏面呈双向弯曲形态.     

重塑玄武岩残积土抗剪强度的试验研究

文章以重塑玄武岩残积土为研究对象,采用直剪试验测定了不同干密度、含水率下土体的抗剪强度及其强度指标,得到了黏聚力和内摩擦角随含水率的变化规律;通过滤纸法测定了不同干密度条件下残积土的土水特征曲线,结合直剪试验结果,分析了基质吸力对抗剪强度的影响规律。结果表明:随含水率增大,黏聚力呈先增大后急剧减小趋势,内摩擦角呈逐步减小趋势;在试验所得基质吸力范围内,随基质吸力增大,抗剪强度先增大后不变,非饱和抗剪强度参数φ~b逐步减小且最终趋于0°,即基质吸力对抗剪强度的贡献是有限的;竖向荷载对φ~b有较大的影响,竖向荷载越大,φ~b越大。     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。     

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。