黄土的非线性强度特性

广义非线性强度理论用一个表达式统一描述π平面及子午面上的非线性强度特性,形成了一个全新的非线性强度理论系统,适用于各类材料。本文通过黄土的真三轴和普通三轴实验,讨论了π平面及子午面上黄土的强度特性,结果表明广义非线性强度理论可以比较好地适用于具有强结构性的黄土。     

卸载条件下粉砂的抗剪强度特性研究

为了研究卸载条件下粉砂抗剪强度的特性,采用粉砂试样进行了一系列卸载后的室内直剪试验,分析了卸载作用、超固结比(over-consolidation ratio,OCR)、先期固结压力和剪胀性对粉砂抗剪强度的影响。结果表明:对于同样的卸载后竖向应力,OCR越大,相同剪切位移对应的剪应力越大;当OCR较小时,峰值强度基本上随其增加而增加,当OCR较大时,它对峰值强度的影响较小;当卸载后竖向应力较小时,峰值强度随竖向应力几乎呈线性增加,当竖向应力增加到一定数值以上后,竖向应力变化对峰值强度几乎没有影响;并且得到了OCR为1、2、4时,其内摩擦角分别为22.2°、28.0°和31.9°。     

软土卸荷次回弹变形特性研究

对汕揭高速公路BK0 250右断面的淤泥土样进行了蠕变试验研究,确定了原状土和重型土的主次回弹变形的划分方法.研究结果表明:当回弹比相同、最大预压荷载不同时,次回弹系数相同;当最大预压荷载相同、回弹比不同时,次回弹系数随回弹比的增大而增大.     

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.     

盐岩剪切强度与变形特性的加载率效应研究

为研究加载速率对盐岩剪切强度与变形性质的影响,采用YZW100型直剪试验机对巴基斯坦高纯度盐岩开展了不同法向压力和不同加载速率下的直剪试验,探讨了盐岩的峰值抗剪强度、残余抗剪强度以及剪胀变形的加载率效应.试验结果表明：随着法向荷载等级的增加,盐岩的剪切破坏趋于延性,并伴有明显的剪胀变形.随着加载速率的增加,剪胀变形减小,而盐岩的峰值抗剪强度和残余强度与加载速率的对数呈线性正相关关系.盐岩强度的加载率效应主要由黏聚力的率效应引起,加载速率从0.01mm/s提高至0.10mm/s,盐岩黏聚力从6.34MPa增长至8.55MPa,而内摩擦角从44.35°略减小至43.6°,几乎保持不变.研究结果可供不同注、采速率地下盐岩储气库围岩稳定性分析提供参考.     

石笼网护岸结构强度和变形特性试验研究

石笼网内填石料的填充率与石笼单体结构强度指标是石笼网生态护坡技术研究中的关键指标.采用室内石笼网填充率试验,进行了填石料的最小干密度与颗粒级配相关性研究,确定了石笼网单体结构大型直剪试验中填石料的级配曲线.利用NHRI-4000型高性能大接触面直剪仪,进行了相同粒径和剪切条件下有无石笼网的填石料剪切比对试验.试验结果表明:石笼网填充率随逊径颗粒含量的增大而增大;当试样粒径小于40 mm的颗粒(P<40)的质量分数为60％时,结合一定的击实措施,石笼网内碎石能达到最佳填充效果,填充率为72％,满足设计指标要求.石笼网结构是由填石料与石笼网组成的复合体,有石笼网的填石料抗剪强度远大于没有石笼网的填石料抗剪强度;石笼网的弹性模量远高于填石料的弹性模量,石笼网的环箍效应限制了填石料间颗粒的移动,增加了填石料整体稳定性;在变形特性上,除石笼单体结构整体延展性较大外,其发生应变软化和硬化的情况与一般粗粒土的变形特性基本一致.     

土质边坡土体抗剪强度室内外试验研究

结合具体的滑坡工程,通过8个现场水平推剪试验和4组室内反复直剪试验研究了滑带土的抗剪强度指标变化规律、含水量变化对土体强度参数的影响、峰值强度和残余强度之间的差异等.试验结果表明,对于渐进式滑坡,坡体一般有足够的时间形成其滑动面,因此这类边坡的稳定性依靠的应该是它的残余强度,而不是峰值强度.同时,含水量的变化对土样抗剪强度有很大的影响,遇水作用后其强度下降很快,并随着含水量的增加,土体的峰值强度降低,剪切变形增加,这些特性对边坡稳定性非常不利.最后,与室内直剪试验相比,现场水平推剪试验更能按土体实际受力情况来确定试验应力路径,能保证土样的原始结构和含水状态,并沿潜在的滑动方向进行大面积剪切,是一种合理有效的试验方法,试验所得结果值与土体真实值较接近,其结果一般对工程设计是可靠的.图9,表4,参7.     

不同卸荷路径下的页岩蠕变特性试验研究

地下硐室围岩流变现象显著,对硐室开挖与运营造成巨大威胁。以某深埋矿井巷道页岩为例,参照地下硐室实际开挖情况设计轴压与围压等比卸荷应力路径,同时开展恒轴压卸围压、等比卸荷两种应力路径下的蠕变试验,研究页岩在不同卸荷路径下的蠕变力学特性。试验发现：(1)页岩在两种卸荷路径下的蠕变特性十分明显,轴向应变量值始终高于侧向应变;(2)岩石在破坏应力水平下的轴向应变增长程度小于侧向应变,岩石的侧向扩容较为明显;(3)等比卸荷和恒轴压卸围压条件下的岩石长期强度分别为47.69MPa和62.85MPa,等比卸荷应力条件下岩石更易屈服破坏。研究成果可为地下硐室长期稳定性研究提供一定参考。     

棕榈加筋黄土剪切强度特性及细观结构

为探究棕榈纤维对黄土剪切强度的影响,以陕西泾阳黄土为试验材料,通过改变棕榈纤维掺量与长度的组合,将长度分别为1.0、1.5、2.0 cm,质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%不同组合的棕榈纤维与黄土拌合,然后对加筋黄土进行直剪试验,测试其工程抗剪特性,并运用偏光显微镜,观察纤维加筋黄土的细观结构。试验结果显示:纤维加筋对土体剪切强度有明显增强作用;加筋黄土的黏聚力较非加筋土有明显的提升,随着纤维长度与掺量的增加而增加,内摩擦角普遍高于非加筋土;偏光显微镜观察结果显示,棕榈纤维表面粗糙,存在沟槽与独立孔室,土颗粒镶嵌其中,改善复合材料界面性能,并且纤维相互交织,形成"雀巢"式网状结构。研究成果可为纤维加筋土的应用提供相关技术参考。     

非线性模型的非线性强度及其在变形分析中的应用

介绍了Bates和Watts的非线性强度度量指标--最大固有曲率和最大参数效应曲率,提出了当模型固有非线性不显著而参数效应非线性显著时,利用M.J.Box提出的偏差计算和模拟研究重新参数化的方法.结合某实测边坡的变形监测资料,选用非线性模型lt=α-βexp(-γtδ)+εt描述边坡变形规律.对该边坡上73个点的监测资料分别进行非线性回归计算,发现其中大部分点不能收敛于LS估计,该模型有较强的非线性特性;研究该模型的非线性性态时,发现其最大固有非线性曲率不显著,而模型的最大参数效应曲率非常显著.模拟结果表明,估计量类似对数正态分布,因此,用新参数=-lgγ对模型重新参数化.用重新参数化后的模型对该边坡的实测资料进行回归计算时,只有4个点未能收敛于LS估计,而模型的最大固有非线性曲率和最大参数效应曲率则基本符合要求.     

基坑土体侧向卸荷变形特性的研究

利用GDS三轴仪对深基坑周边主动区粉质黏土进行了平面应变条件下的k0固结侧向卸荷试验和常规三轴压缩试验,试验结果表明:两种应力路径试验的应力–应变关系曲线均呈双曲线型,均表现为非线性,且全部呈应变硬化现象;卸荷破坏主应力差均小于加载破坏主应力差。针对卸荷产生的侧向应变采用有限元软件模拟土样的侧向卸荷,确定了粉质黏土Δε22和Δε32之间的比例范围,进一步推导出侧向卸荷条件下切线弹性模量的计算公式。     

循环加卸载下岩样变形与强度特征试验

基于在伺服试验机上对不同晶粒大理岩样进行单轴循环加卸载试验,研究了岩石的变形与强度特征.结果表明,岩石材料具有明显的记忆性,岩样循环加卸载过程的外包络线与单调加载的全程应力-应变曲线相吻合,加卸载路径不能完全重复,应力与应变之间不存在一一对应关系,岩样的线性变形并不意味着弹性变形;循环加卸载对岩石力学参数的影响不是很大,其偏差在正常离散范围以内;整个循环加卸载过程中,岩样的杨氏模量及能耗并非常数;弹性阶段加卸载的平均杨氏模量基本一致,能够表征岩石材料的变形特性,且在弹性阶段能耗较少,而在裂隙压密、屈服和破坏阶段耗能较多;软弱岩样在加卸载过程中需要消耗更多的能量.     

兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究

对兰州原状黄土不同剪切方位、不同含水量试样进行了一系列常规三轴不固结不排水剪切试验研究.根据三轴剪切试验结果,分析了含水量和剪切方位对兰州黄土剪切强度参数的影响,得出原状黄土的粘聚力和内摩擦角并不是一个常数,而是随着含水量和剪切方位的变化而变化的结论,解释了其影响原因,提出了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式.     

公路黄土边坡强度参数的选取及应用

现场调查了陕西黄土地区3个地段的77个路堑极限边坡,通过对坡高和坡度进行对数线性回归分析,得到二者在不同置信度下的回归关系。以极限状态坡为输入坡型,在对室内不同剪切试验方法得到的黄土强度参数统计分析的基础上,采用简化毕肖普法在给定摩擦角φ值的情况下反算粘聚力c值。结果表明:各段反算值与直接快剪试验结果较为接近,其他试验结果可以根据反算值作出修正;通过反算强度参数和试验参数的对比分析,确定了强度参数的选取原则,并根据选定的强度参数,计算出了公路黄土边坡设计的基本参数。     

分步开挖卸荷作用下软硬岩互层边坡的稳定性分析

以沪蓉高速公路某软硬互层边坡为例,基于开挖卸荷理论,采用FLAC3D软件进行数值模拟,研究分步开挖卸荷作用对软硬互层边坡稳定性的影响规律。结果表明:最大不平衡力、最大水平位移值、剪应变最大值随开挖步数的增加累积增大,最大值出现在开挖卸荷面软弱夹层剪出口位置,与开挖量呈正相关关系;每步开挖后瞬间会产生最大不平衡力"尖点",然后逐渐减小接近于零,边坡平衡;塑性区主要分布在软弱夹层位置,拉应力区分布于开挖卸荷面附近以及整体边坡的坡顶面附近20 m以内,且总体拉应力不大,低于灰岩卸荷后的抗拉强度;基于卸荷理论计算得到每步开挖后边坡的稳定性系数比不考虑卸荷对边坡岩体劣化作用的稳定性系数分别降低了0.07、0.08、0.102、0.106。综合分析得出软硬岩互层边坡稳定性的关键问题是开挖卸荷对软弱夹层力学性能的影响以及边坡面附近的拉应力区,开挖卸荷作用对岩体物理力学性能的劣化程度直接决定着边坡的稳定性。     

裂隙密度对黄土抗剪强度影响的试验研究

黄土中节理裂隙十分发育,严重影响黄土的力学性质。尤其是对地下采煤引发的黄土滑坡进行评价时,除了需要考虑采矿引起的斜坡变形,还需考虑采煤引起的黄土裂隙化导致的强度劣化问题。本文通过三轴压缩试验研究不同裂隙密度的黄土在不同含水率下的抗剪强度参数变化规律。研究表明:随着裂隙密度的增加,内摩擦角呈明显减小趋势;黏聚力在低含水率下呈减小趋势,在高含水率条件下变化规律不明显。由于裂隙的出现,临近裂隙的土体应力重分布,应力方向发生偏转,垂直于裂隙的应力值趋近于零,主应力差增大,因此临近裂隙的土体发生局部破坏,这种现象的最终宏观表现之一为内摩擦角变小。较低含水率条件下,裂隙的存在,影响了土颗粒之间的连续性,宏观表现为随着裂隙密度的增大,黏聚力值在减小;但随着含水率的增大,水使土体胶结弱化作用加强,裂隙对土颗粒之间连结的影响作用趋弱,宏观上表现为黏聚力随裂隙密度非单调变化。     

干湿循环下石灰黄土垫层透水性和强度变化试验

针对西安大明宫国家遗址公园御道工程透水混凝土灰土垫层的设计要求,分别进行了干湿循环10次下石灰黄土35 d龄期时单轴抗压强度试验、变水头渗透性试验和快速直接剪切试验。试验结果表明:若忽略含水量的影响,灰土快速直接剪切试验抗剪强度和渗透系数均随干湿循环次数增加呈指数型衰减,且较快趋于稳定收敛,其拟合曲线和公式均与实测数据吻合良好;若忽略试样含水量的影响,石灰黄土35 d龄期单轴抗压强度随干湿循环次数变化规律不太明显,单轴抗压强度变化不大,说明该石灰掺量(干石灰占干土料百分比为15%)下处理马兰黄土得到的石灰黄土35d龄期单轴抗压强度在干湿循环下的稳定性较好。     

贯通结构面抗剪强度尺寸效应研究

目前,岩土工程界普遍采用Barton和Bandis建议的公式,计算具有一定规模岩体结构面的抗剪强度,但经分析发现并不适用于规模大于5m的结构面.因此,借助二维离散元软件UDEC,提出了一种基于现场实测结构面粗糙度系数JRC(长10 cm)和结构壁面回弹试验的结构面抗剪强度尺寸效应分析方法,并通过实例验证了方法的准确性.