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.     

非饱和玄武岩残积土剪切特性试验研究

非饱和土中的基质吸力对其抗剪强度特性有重要的影响。选取贵州毕威高速公路沿线的玄武岩残积土样,采用非饱和直剪仪进行控制基质吸力的剪切试验。试验结果表明,在不同的基质吸力和净法向应力作用下,重塑试样由于结构性遭到彻底破坏,应力应变关系表现为应变硬化型。在300 kPa的基质吸力范围内,基质吸力对黏聚力影响显著,对有效内摩擦角基本无影响。非饱和玄武岩残积土的抗剪强度与基质吸力基本呈线性关系,非饱和抗剪强度参数φ~b=19.4°,验证了非饱和土双应力状态变量抗剪强度公式的适用性。     

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。     

浅层膨胀土抗压和抗剪强度的特性试验及其关系

为了研究浅层膨胀土的抗压强度及抗剪强度与抗压强度之间的关系,开展低密度低应力下直剪试验和低密度下无侧限压缩试验,研究干密度和含水率对浅层膨胀土抗压强度和抗剪强度的影响;同时,以无侧限压缩试验和剪切试验结果为依据,研究膨胀土抗压强度与抗剪强度之间的关系,建立含水率w、抗压强度qu、基质吸力Ψ和内摩擦角φ之间关系的数学模型。研究结果表明,在含水率相同的条件下,浅层膨胀土的抗剪强度和抗压强度都随干密度的增大而增大;在干密度相同的条件下,浅层膨胀土的抗剪强度和抗压强度都随含水率的增大先增大后减小,呈现明显的非线性关系。所建立的含水率w、抗压强度qu、基质吸力Ψ和内摩擦角φ之间的数学关系可为预测浅层膨胀土抗压强度提供一种可靠的计算方法。     

基于冻融-干湿作用的非饱和重塑黄土强度试验

冻融循环和干湿交替作为两种典型的风化作用,对土体强度有着显著的影响.为了探讨二者对土体强度影响的差异及吸力机制,对不同含水量的非饱和重塑黄土开展冻融及冻融干湿耦合作用下的直剪试验,同时测试基质吸力.结果表明:冻融条件下,黏聚力随冻融次数呈指数函数减小,内摩擦角随冻融次数呈指数函数增大,抗剪强度随冻融次数增加而增大.冻融干湿耦合下,黏聚力和内摩擦角均随着冻融干湿耦合次数呈指数函数减小,抗剪强度随冻融干湿耦合次数增加而减小;干湿路径对抗剪强度具有一定的影响,先吸湿后脱湿的抗剪强度和强度参数大于先脱湿后吸湿的抗剪强度和强度参数.基于试验数据分别给出黏聚力和内摩擦角随冻融-干湿耦合次数变化的定量表达式.     

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。     

含水率和干密度对重塑黄土抗剪强度的影响

干密度或含水率对黄土抗剪强度的研究屡现文献,但二者对抗剪强度影响孰大孰小的报道并不多见,在工程应用中也只是粗略地认为含水率的影响是最大的,缺乏试验和理论依据。基于此,针对含水率和干密度对重塑黄土抗剪强度的影响进行了详细研究,每个影响因素选取4个水平并制定了L16(4~2)的正交试验方案,通过直接剪切快剪试验测定了重塑黄土样粘聚力和内摩擦角并记录了100k Pa竖向压力下抗剪强度的大小,建立了粘聚力和内摩擦角在含水率和干密度作用下的关系式,分别对粘聚力和内摩擦角进行了极差分析及对100k Pa竖向压力下的抗剪强度进行了方差分析。分析结果表明粘聚力在最优含水率附近时最大,低于或者高于最优含水率时减小;粘聚力和内摩擦角随着干密度的增加而增加;相比干密度,含水率对抗剪强度及粘聚力和内摩擦角的影响更大。     

铀尾矿砂基质吸力对铀尾矿坝力学性能影响试验探究

通过对某铀尾矿库坝体材料现场取样和室内土工试验,进行应变直剪试验,得到铀尾矿砂不同含水率下最大剪应力的实验数据。结果表明:随着含水率的增大,非饱和铀尾矿砂的基质吸力在逐渐减小,黏聚力与内摩擦角随含水率的增大呈先增大后变小的变化规律。根据基质吸力对铀尾矿库坝体剪应力的变化规律,随着基质吸力的逐渐减小,剪应力先增大后减小。     

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.     

延安地区降雨入渗对黄土抗剪强度影响研究

延安地区土体多为湿陷性黄土,发生强降雨时,易发生滑坡、崩塌、窑洞垮塌等灾害,构成巨大安全隐患。通过室外现场试验,研究了不同日降雨量下入渗深度随入渗时间的变化规律,及含水率随深度的变化规律;通过室内直剪试验研究了含水率、干密度对粘聚力和内摩擦角的影响。结果表明:降雨对浅层土体含水率影响大,对深层土体影响较小,入渗深度随着入渗时间的增大而增大;黄土的抗剪强度随含水率的增大而减小,且是干密度越大减小的越快。     

考虑基质吸力影响的非饱和均质边坡稳定性分析

控制吸力条件下非饱和土的强度特性主要基于膨胀土,文章针对侯禹高速公路某边坡黄土进行控制吸力固结不排水三轴剪切试验,主要研究了有效应力强度参数黏聚力c和内摩擦角φ随基质吸力的变化规律,并基于强度折减法对一定基质吸力影响下的该边坡进行稳定性分析。结果表明:黏聚力c随基质吸力的增大变化明显,而内摩擦角φ随基质吸力的增大基本不变;随基质吸力的增大安全系数增大;在低吸力阶段,增大幅度较大,随基质吸力的增大,增大幅度变小。     

厦门地区非饱和残积土抗剪强度的试验研究

非饱和残积土是厦门地区诸多填方工程的工程用土,而岩土工程的强度与稳定性问题都涉及到非饱和土的抗剪强度及其指标.采用滤纸法测定非饱和残积土的基质吸力,通过一系列的直接剪切试验,测定不同初始含水量状态下土的抗剪强度及其强度指标.试验结果表明:基质吸力随着含水量、体积含水量或饱和度的增加而减小.当含水量小于16%,体积含水量大于35%或者饱和度大于70%时,基质吸力对含水量的变化非常敏感.在低基质吸力区,抗剪强度随着基质吸力的增加显著增加,表观粘聚力随基质吸力的增大而线性增加;在高基质吸力区,强度随基质吸力的增加变化不大,表观粘聚力的增长速率减小.表观内摩擦角仅在基质吸力较小时增加而后可近似为某一定值.     

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.     

压实红粘土抗剪强度特性研究

红粘土的强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取,是红粘土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。直剪试验与三轴试验是室内测定土的抗剪强度指标最常用的两种试验方法。试验所用的土样取自贵州大学西校区某基坑,采用直剪试验与三轴试验测定红粘土抗剪强度,并进行了比较。结果表明,粘聚力随含水率的增大而减小,最佳含水率前,减小幅度较小,超过最佳含水率后,减小幅度较大;粘聚力随压实度的增大而增大,同一压实度下,最佳含水率前的粘聚力远远大于最佳含水率后的粘聚力。内摩擦角随含水率的增大而减小,随压实度的增大而增大;粘聚力随含水率、压实度的变化幅度远远大于内摩擦角的变化幅度。同一含水率同一压实度下,不固结不排水三轴试验得到的粘聚力和内摩擦角比直剪(快剪)试验的结果要大。     

含水率对黄岛地区花岗岩残积土抗剪强度的影响

含水率是影响土体抗剪强度的重要因素。以直接取得的黄岛地区某挡土墙后填土为试样,进行了颗粒级配试验。同时,利用TCK-1室内三轴试验控制仪进行三轴剪切试验,研究含水率对黄岛地区花岗岩残积土抗剪强度的影响。试验结果表明:黄岛地区土壤颗粒粒径集中在2～5 mm,占比40%左右。抗剪强度在含水率较低时随含水率增大而增强,达到峰值强度(含水率8%时)后随含水率增大而减小。粘聚力c随含水率的增加呈先增加后降低的趋势,峰值点为12.5%左右;内摩擦角φ随含水率的增加而减小。     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

膨胀性泥岩抗剪强度与含水率相关性机理

为探讨膨胀性红层泥岩在不同含水率状态下抗剪强度的变化规律,分别对不同含水率的重塑样、黏土单矿物样、配土样进行直剪试验.依据抗剪强度参数值的变化规律及微结构特征对其相关性进行分析,得出以下结论:①重塑泥岩黏聚力随含水率的增加,呈先增大后减小的趋势;内摩擦角随含水率的增加呈非线性递减的趋势.②蒙脱石随含水率增加,抗剪强度呈先增大后减小的趋势,含水率在22％附近出现抗剪强度峰值;伊利石和绿泥石在含水率分别为18％和19％时,黏聚力出现峰值,而两类黏土矿物的内摩擦角受水的影响相对较小.③蒙脱石含量在30.42％时,基本体现该类矿物的抗剪特征;绿泥石含量达到18.3％时,对试样内摩擦角的主控作用相对较强.④孔隙数量越多,膨胀性相对减弱;结构越密实,胶结度越好,其黏聚力值相对增大.     

尾矿土物理力学性质指标的相互关系

目的正确有效地确定尾矿土的抗剪强度,以保证尾矿库工程的稳定性.方法通过现场取样,然后在试验室进行土的物理及力学指标试验,研究尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的含水率与孔隙比之间的关系以及含水率、孔隙比、干密度与抗剪强度指标之间的关系.结果随着含水率的增大,尾粉砂的孔隙比减小,尾粉土与尾粉质黏土的孔隙比增大;尾粉砂、尾粉土和尾粉质黏土的含水率与抗剪强度指标呈非线性关系;孔隙比、干密度与抗剪强度指标呈线性关系:随着孔隙比的增大,黏聚力与内摩擦角减小;随着干密度的增大,黏聚力与内摩擦角均增大.结论尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的物理指标与抗剪强度指标之间存在相关性,在明确物理指标的情况下可以推断出相应的抗剪强度指标范围.     

垂直荷重对不同材料改良膨胀土抗剪强度影响研究

通过不同垂直荷重下的直剪试验,探究石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土的内摩擦角、黏聚力以及抗剪强度随垂直荷重级数的改变而变化的规律,验证不同材料改良时的抗剪强度曲线与莫尔-库伦强度理论的相符程度。研究表明,在改良材料及掺量一定时,随着垂直荷重的增加,改良膨胀土内摩擦角逐渐减小,黏聚力逐渐增大。粉煤灰改良时内摩擦角减小幅度最大,黏聚力增长幅度最小;水泥改良时内摩擦角减小幅度最小而黏聚力增长幅度最大;石灰改良时内摩擦角及黏聚力的变化幅度居中。当垂直荷重级数相同时,掺3种材料对膨胀土抗剪强度提高幅度依次为:水泥、石灰、粉煤灰。当垂直荷重级数相同时,掺石灰对膨胀土内摩擦角的提高幅度最大,而对黏聚力的提高来说,掺水泥效果最好;掺石灰改良时,试验所取的垂直荷重对抗剪强度指标的影响程度较大,而粉煤灰改良时,抗剪强度与垂直荷重的关系接近库伦定律,垂直荷重的取值对抗剪强度指标的影响较小。