湿-载-冻-融作用对洛川黄土三轴剪切强度影响实验研究

为了研究湿、载、冻、融作用对洛川黄土三轴剪切强度的影响,运用GCTS电液伺服低温高压动态三轴测试系统,进行了不同含水率、冻结条件、融化条件下的三轴剪切实验,研究含水率、载荷、冻结、融化联合作用对黄土强度的影响及其作用机理。实验结果表明：土中水通过对土颗粒联结作用的影响改变黄土的强度特性,冻结作用通过温度对土中自由水的相变结冰,改变土体承受外力的结构,从而对土体的强度产生影响,融化作用主要是由于冻结过程中土中水的体积膨胀对土颗粒联结的损伤和破坏,从而使黄土的强度会产生较大的下降。     

单向正融粉制黏土路基的静力学特性及显著性分析

由于正融土体相较全融或全冻土体具有不稳定性,对路基土体会产生更大破坏,为了探究单向正融粉制黏土路基的静力学特性,通过改装动静三轴试验机,对不同围压、冻前含水率、顶端冻结负温、顶端融化温度进行了静三轴剪切试验,研究应力-应变曲线和静强度的变化规律,并且基于显著性分析对静强度进行探究。试验结果表明:随着围压和含水率的增加,应力-应变曲线逐渐由弹性-应变软化型变为弹性-应变硬化型;正融土静强度随顶端冻结负温的降低和融化温度的降低而升高,冻结负温比融化温度对正融土强度贡献更大;认为存在临界含水率,小于该含水率,静强度随含水率的增长而增大,大于该含水率则随含水率的增长而减小。通过显著性分析发现,围压对静强度影响最为显著,冻前含水率次之;同时,冻结和融化温度的交互作用也有较为显著的影响。     

冻融循环条件下重塑黄土水分迁移及其对力学性质影响

以西安地区黄土为研究对象,通过常规三轴剪切试验,研究了冻融循环对重塑黄土物理力学性质的影响。结果表明:试样冻融过程中水分不断向冰晶冰冻锋面迁移;即试样冻结过程中水分向试样表面迁移,融化之后水分向试样内部迁移;在此过程中试样结构性破坏,内部空隙增大,其剪切强度逐渐减小;故而试样含水率越大,冻融过程中水分迁移量越大,试样破坏越明显,其剪切强度降低越明显。     

冻融循环作用下吕梁地区马兰黄土性质研究

以山西省吕梁地区原状马兰黄土为研究对象,通过对该地区Q_3黄土开展不同初始含水量,不同冻融循环次数下的静三轴剪切试验和微观结构试验,探讨了冻融作用对黄土力学性质的影响。结果表明:随着冻融次数的增加,含水率会有不同程度的降低。冻融循环作用会使土体在剪切时更容易屈服,在围压和含水率一定时,土体的破坏应力随冻融循环的叠加呈整体下降趋势。含水率对偏应力增长的影响要大于冻融循环作用。黄土的强度参数随冻融循环作用表现为黏聚力随冻融循环次数呈指数函数型降低,内摩擦角几乎没变化。同时,随着冻融循环次数的增加,大颗粒破碎为小颗粒和碎屑集合体,孔隙比增大。这一研究成果可为吕梁地区由于冻融作用引起的滑坡发生机理研究提供参考。     

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。     

川西松潘地区裂隙性黄土强度特性试验

节理裂隙破坏了黄土的结构完整性,影响其力学特性,一定程度上控制着黄土地区滑坡和崩塌等地质灾害的演化进程和破坏规模。为研究裂隙对黄土强度特性的影响,选取川西松潘地区黄土为研究对象,开展了不同切面倾角、含水率和含砂量等条件下的三轴试验,研究结果表明：（1）切面倾角对黄土抗剪强度影响明显,在倾角为0°时最大,在接近理论破裂角时最小;（2）只有切面倾角与理论破裂角相近时,剪切破裂面才会迁就已有切面发展,其他切面倾角时试样并不会沿着预设切面破坏,切面的存在改变了土体内局部应力从而影响其剪切强度;（3）含切面试样的粘聚力对含水率和含砂量的变化较敏感,当含水率和含砂量变化时,剪切强度的倾角效应依然存在,但不同切面倾角试样的剪切特性会有所变化。基于裂隙性黄土力学特性的研究,认为开展滑坡不同部位的滑带土切面三轴试验可以为深入分析古滑坡复活机制提供借鉴。     

季冻区矩型渠冻胀数值模拟及试验研究

传统的U型渠混凝土强度较低,抗冻胀性较差,在寒区使用各方面指标难以达到正常运行要求,因此提出新型矩型渠。采用聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒轻质土垫层作为矩型渠的保温材料,对比不同掺量EPS颗粒轻质土对矩型渠的保温效果,结合数值模拟和物理试验模型,分析土体的冻结融化规律及冻融循环后的残余变形量。研究结果表明:土体冻结是单向冻结、双向融化的过程,且土体的最大冻深发生在温度上升段0℃附近;EPS颗粒轻质土垫层对矩型渠土体起到很好的保温作用,EPS颗粒轻质土掺量越高,土体冻胀量和冻深的削减量也越大。     

原状黄土的联合强度理论探讨

目前尚未存在统一的既能判断拉伸破坏,又能判断剪切破坏的土的联合强度理论。文章以洛川黄土为研究对象,采用单轴直接拉伸试验、无侧限抗压试验与三轴不固结不排水剪切试验(UU试验)测得不同应力状态下原状黄土的极限强度,拟合并推导出原状黄土适用的联合强度理论。结果表明:在天然含水率下,原状黄土的抗拉强度较小,仅为8.74kPa,剪切强度最大,抗压强度次之;原状黄土的极限拉应变很小,极限压应变稍大,土体表现为脆性破坏,但随着围压σ3的增大,破坏时的应变也相应增大,土体由脆性破坏向延性破坏过渡;二次抛物线型强度理论能合理地判断原状黄土的拉伸与剪切破坏;可利用易于测量的单轴抗压试验和三轴剪切试验结果求出二次抛物线型强度方程,并合理地反演出抗拉强度。     

冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化试验研究

黄土地区冻融现象时常发生,这一气候现象对土体强度劣化显著,影响工程安全建设和正常使用。针对黄陵地区Q2黄土开展不同条件下的三轴剪切试验,探讨含水率、初始围压等因素对黄土抗剪强度的影响规律。结果表明:黄土土样处于相同的含水率和围压的条件下,冻融循环次数对土体内部应力值有较大的影响;土体的黏聚力随着冻融循环次数的增加不断减小,且变化幅度逐渐变小,而土体内摩擦角变化不大。获得冻融次数、含水量和黏聚力三者之间的曲线关系,得到三者之间的拟合公式。试样破坏特征显示:试验后土样的破坏形式主要为剪胀、劈裂和剪切三种类型,随冻融循环次数的增加,破坏形式从剪胀破坏过渡到劈裂破坏。     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型试验研究

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

冻融黄土无侧限抗压强度的析因实验

自然界的黄土时刻经历着含水率、温度、围压、含盐量等多因素改变的耦合作用,为了明确多因素对黄土力学指标的影响关系。采用统计学原理及黄土力学试验的方法,对影响黄土无侧限抗压强度的因素进行析因实验,来研究多因素交互作用的效应性。通过不同含水率、冻融循环次数和冻结温度三因素的改变,试验黄土无侧限抗压强度的变化,依据析因设计原理进行显著性分析。结果表明:黄土在10次冻融循环后强度只有未冻融的50%～70%之间,冻结温度作用下应变值基本处于2%～4%时,应力峰值都更早的出现。析因设计结果显示对无侧限抗压强度影响的显著性从大到小依次是冻融循环次数、含水率、冻结温度、含水率×冻融循环次数、二级交互作用、含水率×冻结温度、冻融循环次数×冻结温度。研究冻融循环对黄土力学指标的影响时,应模拟真实情况下的黄土环境,综合考虑多因素之间的交互作用。     

上海暗绿色粉质粘土冻融前后微观性状研究

以上海复兴东路越江隧道江底旁通道冻结施工中的第⑥层原状和冻融作用后的暗绿色粉质粘土为研究对象,利用扫描电镜对两种土的微结构基本单元的形状和大小、基本单元体的接触状态、基本单元体间的联结形式、孔隙形状和大小等方面进行研究.在此基础上,将原状土和冻融土的静三轴试验与动三轴试验的结果分别作了对比.试验结果显示,该土体经冻融作用后,胶结体以及土颗粒发生了明显的破坏,孔隙变大,导致了土体内粘聚力与最大动应力的显著下降,隧道运营时,应严格控制冻结区域的车速.     

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。     

基于渗透吸力的侵蚀黏土强度模型

为定量研究孔隙流体化学性对黏土力学特性的影响,针对构成土体单元的土颗粒、孔隙流体和结合水膜三相开展受力平衡分析,通过理论推导证明渗透吸力可作为控制土体力学性状的独立应力状态变量。采用不同质量浓度CuCl₂溶液与贵州黏土拌合制成的重塑土样作为研究对象,开展室内三轴固结不排水剪切实验,并测定试样孔隙液的电导率,计算渗透吸力。基于三轴实验结果,拟合得到法向应力和渗透吸力两个独立应力状态变量共同作用下的扩展摩尔-库仑强度模型。结果表明:随着重金属Cu²⁺质量浓度的增加,孔隙流体对土颗粒的渗透吸力增大,土体的抗剪强度降低,有效抗剪强度指标黏聚力和摩擦角均呈现降低趋势。所得强度模型能够有效地评估地基承载力,对解决场地污染土体引发的工程问题具有参考价值。     

单向冻结条件下兰州地区黄土的温度场变化规律

为研究不同含水率黄土在单向冻结融化过程中温度场的变化规律,选取兰州地区黄土进行了封闭系统下的单向冻结融化试验。研究了在单向冻结过程中土体温度的变化规律,给出了土体温度的变化曲线。研究结果表明:土体的降温过程分为三个阶段,降温冻结初期各深度处土体温度的下降速率较快;土体温度下降至-0.4℃时降温曲线出现转折点,土层各深度降温曲线出现近乎平行于横坐标的平稳段;冻结后期各深度处土体的温度下降速率相对较慢。对比分析了模型试验中不同深度处各点温度的实测值与数值模拟值,结果表明:数值模拟的各点温度曲线与实测温度曲线变化规律基本一致,冻结阶段模拟的降温速度稍大于实测降温速度,融化阶段则相反。研究结果可为冻土地区工程建设提供参考。     

考虑水盐运移的分散性盐渍土冻融破坏机制

为探究冻融循环过程中土体冻-盐胀破坏机理,结合冻结温度试验和扫描电子显微镜进行研究,分析了不同循环次数、不同盐的种类和不同含水率条件下的冻融循环对土体结构和性质的影响,得到了不同循环次数下的冻结温度变化曲线和不同含水率条件下冻土的SEM电镜扫描图片,并基于经典传热理论和水盐运移方程,建立数值模型,再现了冻融过程中的水盐运移过程,在此基础上结合试验对水盐运移过程中土体的破坏机制进行分析研究。研究结果表明：由于研究区土体的分散性,其冻结过程只存在恒定阶段和递降阶段,且随着冻融循环次数的增大,土体的冻结温度会先升高然后在某一温度保持稳定,这与冻融循环过程中土体粒度大小和颗粒排布的方式改变相关,内部的微裂隙逐渐贯通;土体在冻融循环过程所发生的水盐迁移是土体强度和结构发生变化的重要原因,且随着冻融循环过程的进行,土中的水盐成分会在温度梯度和溶质梯度的影响下产生迁移和积累;相较于碳酸氢钠,硫酸钠在冻融过程中对于土体结构的改变更为显著,具体表现在冻结过程中硫酸钠结晶析出体积变为原来的3.18倍,导致冻融循环后土体膨胀。本研究有助于揭示季节性冻土区含盐冻土工程的冻融破坏机制。     

三轴数字图像测量技术在黄土力学特性研究中应用

常规三轴试验仪难以准确测定出土体径向变形和体积变形,因此将其应用于黄土等典型非饱和土研究时必须改进其量测系统.将数字图像测量方法应用于黄土变形研究中,通过非接触式测量不但可以避开端部约束对试样的影响,同时可以测量土样各个断面的径向变形;通过测定不同固结压力下试样的体积应变,在vε-lgp曲线上与曲率半径最小的点相对应的围压值确定为土体的结构强度;通过计算试样剪切过程中实时的截面面积进而准确地反映出土体的应力-应变关系;通过对图像分析可以捕捉到土样在低含水量、低围压下出现的剪切带.将数字图像测量方法应用于黄土湿陷系数的测量,可以将不同应力条件下的湿陷轴向应变作为相对湿陷系数,将湿陷体积应变作为广义湿陷系数,结合结构强度与湿陷体积应变对黄土湿陷变形特性进行了很好的诠释.     

冻融土工程特性的试验研究

通过对原状土和冻融土的物理、力学性能的试验研究 ,得知土冻结融化后其物理、力学性能发生了很大的改变 :孔隙比、压缩系数、渗透性明显增大 ,单轴和三轴抗剪强度等明显降低。并对这些变化进行了比较分析 ,以探讨冻融土的沉降机理及治理方法