结构性软土力学特性试验研究

选取广州南沙典型软土为研究对象,进行了剪切、无侧限抗压、固结等室内试验.从强度和变形两方面对试样的结构性进行了研究,分析了原状土和重塑土的变形特性、强度特性和固结特性,揭示了所研究的区域性软土的结构性特征以及这一特征对软土工程性质的影响.试验结果表明:结构性软士经扰动后强度明显降低,压缩性增加;原状土的同结特性与结构屈服压力有关,压缩曲线呈现3阶段特征.在同一级荷载下扰动后的土体变形规律较原状土有更明显的主次固结划分界限.结构屈服压力是变形规律的控制因素之一,可以通过压缩系数-固结压力曲线近似确定.试验结果还表明,当崮结压力较大时,原状土的结构被完伞破坏,此时结构性对土体力学特性的影响可被削弱,甚至消失.     

天然沉积结构性土的次固结变形预测方法

结构性土存在着其特有的变形和强度特性,次固结特性也表现出明显区别于与重塑土。通过对连云港天然沉积原状土和重塑土进行一维压缩次固结试验,研究了典型结构性土的次固结特性。试验结果表明,土体由于受结构性影响,结构破坏前后其次固结特性发生明显变化;结构屈服前（固结压力小于固结屈服压力）不发生次固结变形或次固结变形甚微;当土体处于屈服状态时,土体次固结变形突然增大,次固结系数Cα出现峰值;结构屈服后（固结压力大于固结屈服压力）,Cα随固结压力的增大而减小,表现为与当前的应力水平和时间密切相关的特性,应力水平对Cα的影响会随着次固结时间的增长而削弱。基于以上机制,建立了考虑结构性影响的次固结变形计算模型,该模型中Cα不仅与压缩指数Cc有关,且也与时间有关,基于该模型计算得到的Cα值和次固结变形均与试验值吻合较好。     

冻融循环对原状过湿土固结变形特性的影响

为了研究季冻区过湿土的固结变形特性,对黑大公路青冈段路基原状过湿土进行固结试验和渗透试验,研究了冻融循环作用下原状过湿土的固结变形特性。试验结果表明：原状过湿土的含水率越高,土体的压缩性越高;初始孔隙比越大,渗透性越高。冻融循环后,过湿土产生不规则裂缝,土的结构也发生改变,土的压缩系数有所增大,随着冻融循环次数的增加,压缩性先增大后趋于平缓。冻融后过湿土的竖向渗透系数明显增大,且随着冻融循环次数的增加渗透性呈现先增大后趋于平缓的规律,而横向渗透系数冻融前后无明显差异。     

吹填场区软黏土地基的次固结特性研究

针对天津中心渔港吹填场区软黏土地基进行了一系列的固结压缩试验,获得应力、应变与时间的关系,对比分析了吹填土层和天然沉积土层的固结和次固结特性,为吹填场区软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明,吹填土和天然沉积土的应变速率与时间双对数曲线具有很好的线性相关性;处理后吹填土含水率和压缩性较低,天然沉积土含水率和压缩性高;随荷载P增大,吹填土的次固结系数Ca?变化不大,天然沉积土的次固结系数Ca先增大后减小,最终趋于稳定;次固结系数Ca与压缩指数Cc具有良好的线性相关性,其随时间的增加均呈对数下降趋势。     

华北平原典型黏性土体固结特性的试验研究

针对华北平原地面沉降区衡水市漏斗中心分层标处所采土样,在其压缩固结试验基础上分析了典型黏性土体的固结特性,即压缩系数.根据黏性土结构、矿物成分及阳离子交换量的测试结果,得出黏性土的孔隙分维值、矿物质量分数与压缩系数呈正相关关系,阳离子交换量与压缩系数随埋深变化基本呈正相关关系.通过分析影响黏性土固结特性的内在因素和数量关系,阐明了黏性土物理化学性质对黏性土体固结特性的影响.     

黏性土压缩指标及其与饱和度的关系

压缩系数、压缩模量是评价土的压缩性的两个非常重要的参数指标,对于地基沉降计算具有重要意义。然而在实际工作中对于确定压缩性指标的方法上还存在一定的问题。本文从压缩系数、压缩模量的定义出发,对土的压缩模量、压缩系数及孔隙比之间的关系进行理论分析,推导了三者之间的两种关系式,分析了三者之间的对应关系。以合肥地区的弱膨胀性黏土为研究对象,通过6组不同饱和度下的黏性土样的多循环加卸载快速固结试验,讨论了快速固结试验中常用的变形量校正方法存在的问题,提出了改进的校正系数计算方法。探讨了土样压缩指标与加卸载循环次数及土样饱和度的关系,对压缩模量与饱和度之间的关系采用指数函数进行了曲线拟合,并对曲线拟合系数进行了概率统计分析。研究结果表明:随着加卸载循环次数的增加,土样由塑性状态向弹性状态过渡;压缩模量随着饱和度的增加而减少,并逐渐趋于稳定。     

考虑温度影响的改进西原流变模型及一维固结解

随着我国热能源开发,热力管道工程大规模应用,由此带来的岩土体应力、变形、渗流和温度耦合作用问题已经成为岩土工程领域的研究热点。在长期荷载作用下,岩土体的变形和强度随时间而变化,尤其是软土,具有明显的流变特征。传统的各流变模型并未考虑升温方式和温度对其各参数的影响。为了能更好地反映流变固结特性,考虑软黏土的黏弹塑性,在西原模型基础上,引入温度膨胀系数,建立了热力耦合作用下的改进西原模型,给出了其应力-应变关系,并利用Laplace变换和逆变换求解了一维热固结方程,得到了其解析解。计算结果表明:固结压力一定时,温度升高加快土体固结;温度一定时,土体中孔压随固结压力增大而减小;改进西原模型的弹性模量越大,孔压消散速率越大,土体固结越快;土颗粒受温度影响而产生的热膨胀对于孔压消散的作用非常小;黏滞系数越小,孔压消散更快,土体固结越快;试验结果与考虑土体的黏弹塑性的热力耦合改进西原模型计算结果吻合,改进西原模型可以较好地描述土体的热力耦合特性。     

南宁膨胀土长期压缩特性研究

膨胀土的结构、胀缩机制、力学特性和改良方法等方面已有广泛研究,但关于膨胀土长期压缩特性研究甚少,而需对膨胀土地区路基长期稳定性、隧道开挖对地基及地下构筑物长期影响的研究,使得膨胀土长期压缩特性的研究变得尤为重要。采用取自南宁地铁东站某基坑膨胀土进行长期一维压缩试验,研究固结压力、含水率分别对压缩指数 、次压缩系数 的影响、压缩指数 与次压缩系数 的关系、预压处理和石灰处治对膨胀土长期压缩特性的影响,寻求降低膨胀土次压缩性的最佳方案。试验结果表明,南宁膨胀土的压缩指数与次压缩系数呈线性关系;与其他黏土相比,膨胀土次压缩特性较低;预压处理和改良处理可以减小土体的次压缩性,经预压处理的改良膨胀土次压缩性最低。     

海相结构软土的次固结研究

现有次固结计算方法没有考虑土结构性的影响,但自然沉积土大都具有结构性。海相软土一维次固结试验研究表明,对于结构性土,次固结不仅在超固结状态时与荷载有关,且在土体结构破坏的过程中也与荷载有关。当固结压力小于先期固结压力时,次固结系数随压力增长较快;当固结压力大于先期固结压力且小于结构完全屈服压力时,次固结系数随固结压力增长缓慢;当固结压力大于结构完全屈服压力时,次固结系数不随固结压力变化。次固结系数变化与否的荷载分界点不是先期固结压力,而是结构完全屈服压力。对于海相结构软土,其次固结系数变化在超固结、结构破坏、正常固结3个阶段随荷载变化的规律不同。最后,提出了考虑土结构性的一维次压缩计算方法。     

温州浅滩淤泥固结系数与固结应力关系研究

固结系数在软土压缩过程中并非常数,其变化规律与土体的工程特性、先期固结压力、有效固结应力等因素有关。当固结应力小于土体的先期固结压力时（ ）,随着应力的增加,固结系数减小;当固结应力达到其先期固结压力时（ ）,固结系数取最小值;当固结应力超过先期固结压力后（ ）,随着应力的继续增加,淤泥固结系数又逐渐增大。温州淤泥的固结系数与固结应力之间存在显著的双对数（ln( 或 )- ）线性相关性,其分段拟合公式在先期固结压力 的前后分为两段。利用“改进的门田法”求解的淤泥层在压缩过程中,固结系数的变化规律,进一步说明和验证了这一结论。利用双对数拟合公式可较准确推求整个加载过程中淤泥的固结系数,为固结沉降计算提供重要的参数。     

考虑循环变温的软土热固结模型

在能源岩土工程发展需求背景下,土体工程特性的温度效应研究受到了国内外学者的广泛关注。针对现有关于循环变温热固结理论研究的不足,提出考虑循环变温条件下土体先期固结压力随温度循环次数变化的关系式,计算多次循环变温后软土的固结压缩量。在此基础上,推导考虑循环变温的太沙基固结修正公式,分析整个循环变温过程中孔压和固结沉降的变化规律。最后通过与单元体测试结果进行对比,验证该计算模型的可靠性。研究结果表明,在循环变温和瞬时荷载的耦合作用下,土体的沉降变形和孔压随温度循环次数的变化而变化,且影响程度与循环次数相关;新型热固结模型为涉及循环变温的岩土工程问题分析提供了一定的理论支撑。     

确定先期固结压力的数学模型法

地基土的先期固结压力是判断土体应力历史的一个指标。在不同应力历史状况的土体变形分析中它也是一个重要的计算参数。因此,方便、准确地确定先期固结压力就显得尤为重要。依据理论研究和试验分析,提出了一种新的确定方法：数学模型法。润扬大桥土样试验的结果证明了此法的可行性。     

基于美国国家地热数据的地热温度计案例分析与方法适宜性评价

热储温度评价是地热系统研究的关键内容。文章选取建设比较成熟的美国国家地热数据系统(National Geothermal Data System,NGDS),分别利用地球化学地热温度计、多矿物平衡法、冷热水混合模型及气体地热温度计对不同地热田的热储温度进行评价,确定不同热储温度评价方法的适用性和局限性,以期为热储温度评价方法的选取提供参考。研究结果表明,当地热水体达到离子和矿物的平衡状态时,地球化学地热温度计可得到相对合理的热储温度;当地热水体未达到离子和矿物的平衡状态时,SiO2地热温度计较阳离子温度对热储温度的评价效果更准确。尽管基于饱和指数的多矿物平衡法由于有限饱和平衡矿物选择导致不一定得到精确的热储温度,但可为地球化学地热温度计的选取提供依据,比如当石英过饱和时,用玉髓地热温度计计算的温度比石英更能反映地下的热储温度。对于蒸汽为主的高温地热储层,由于蒸汽和地表岩石反应导致矿物和离子无法反映热储信息,气体地热温度计对该类型热储温度的评价更加合理。由于混合模型得到的是冷、热水混合之前的热水端温度,因此,混合模型计算的热储温度通常高于地球化学地热温度计。总之,没有一种温度计是万能的,不同地热温度计适用条件不同,综合不同合理的方法以及互相校正是最好的方法。     

钙质粉土的固结特性试验研究

由于水力吹填的分选作用,南海吹填珊瑚礁地基中含有厚度不均的细颗粒钙质粉土夹层。相比粗颗粒礁砂而言,钙质粉土的压缩性高、承载力低、沉降变形大,对建筑物安全造成不利影响。通过室内固结试验,查明了钙质粉土的压缩特性,揭示了钙质粉土的主固结沉降量、次固结沉降量、固结时间和固结速率特征,为更好地了解钙质粉土的工程性质和珊瑚礁地基沉降计算提供科学依据。试验结果表明:钙质粉土压缩系数在0.03～0.37 MPa~(-1)之间,压缩模量在6.67～54.79 MPa之间;压缩系数与含水率成正比,与干密度成反比。其中,含水率小于15%的中密和密实钙质粉土的压缩系数小于0.1MPa~(-1),压缩模量大于20.0 MPa,属于低压缩性土;松散的钙质粉土均属于中压缩性土。与相同干密度和含水率的石英砂相比,石英砂的压缩系数比钙质粉土大,即钙质粉土比石英砂压缩性更低;与相同干密度和含水率的杭州湾粉土相比,两者均属于中压缩性土,但钙质粉土的压缩模量比杭州湾粉土略大,压缩系数略小;当荷载大于200 k Pa时,钙质粉土在固结试验前5 h固结度达到了0.95,因此,建议钙质粉土的固结试验在荷载小于200 kPa时固结时间仍取24 h,当荷载大于200 kPa时取5 h,此举将大大节省测试时间,提高测试效率。     

饱和黏性土蠕变变形试验研究

结合苏锡常地区地面沉降研究,用单向固结仪研究饱和黏性土在复杂荷载作用下的蠕变变形特征。试验土样取自苏锡常地区第2弱透水层。研究结果表明,在初次加载时黏性土具有明显的蠕变性,在双对数坐标中蠕变变形与时间呈直线关系,且直线斜率随荷载水平增大而减小,但在荷载水平达到一定值后斜率变化不大;在初次卸载时黏性土仍有明显的回弹蠕变,特别是在卸载水平较高时,卸载回弹蠕变变形与应力和时间的关系仍可用幂函数表示;在循环荷载作用下,加卸载达到变形稳定的时间随循环次数增加而减小。当循环荷载最大值小于土样的先期固结压力时,土样在2次加卸载循环后达到弹性变形状态;当循环荷载最大值等于土样的先期固结压力时,土样在5次加卸载循环后达到弹性变形状态。     

饱和软土成层地基一维非线性固结解析解

假定土体在固结过程中压缩性和渗透性的变化成正比,基于 - 及 - 关系,推导出饱和软土成层地基一维非线性固结解析解,分别给出了按沉降定义和按有效应力定义的每层土平均固结度及整个土层总固结度的计算公式。采用Fortran语言编制了相应的计算程序,将计算得到的结果与已有双层地基一维非线性固结解析解计算结果进行比较,验证该解析解的正确性。利用该程序分析成层地基一维非线性固结性状,分别讨论了初始竖向渗透系数、初始体积压缩系数、荷载值及土层厚度对地基固结性状的影响。分析结果表明：在成层地基一维非线性固结过程中,初始竖向渗透系数对超静孔压的影响较为复杂,对上下层地基固结速率影响不同;初始体积压缩系数增大,超静孔压增大,固结速率变小;所加荷载值越大,超静孔压消散越慢,固结发展越慢;超静孔压消散速率不仅取决于土层厚度,同时取决于各层土渗透性的相对大小。     

关于红黏土先期固结压力的探讨

土力学传统理论认为,土的先期固结压力受控于应力历史,与曾经受到的压力有关。然而,通过室内试验发现,红黏土这类区域性特殊土的先期固结压力所表现出的规律与传统理论相悖。研究表明,红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约,上覆压力对其影响甚微。笔者分析了土力学传统观点在解释红黏土特性时存在的缺陷,探讨了红黏土先期固结压力的真正含义,提出了对红黏土先期固结压力的新认识。     

不同先期固结压力下的错动带力学特性研究

针对白鹤滩大型水电站揭露的错动带,探索了一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法,采用替代法对错动带进行超粒径处理,同时控制先期固结压力和稳压时间进行静载固结,并基于不同先期固结压力、不同高围压下的不固结、不排水三轴试验,结合矿物成分分析试验和扫描电镜试验,分析了不同先期固结压力下错动带的力学和变形特性。试验结果表明,不同高围压、不同固结压力下错动带应力-应变关系曲线基本表现为有剪胀行为的应变硬化型力学行为,且多为腰鼓型塑性破坏;在相同固结压力条件下,随着围压升高,错动带试样破坏应力、变形模量和泊松比均呈增大趋势,扩容效应更明显;相同围压条件下,随着先期固结压力的增大,错动带破坏应力逐步提高,弹性模量逐渐增大,而泊松比略有减小,敏感性不大;同时黏聚力和内摩擦角随固结压力的增加而分别减小和增大,呈劣化趋势。错动带微观结构的定性和定量分析进一步揭示了错动带作为一种夹杂错动后残留有岩石碎屑(块)软弱物质的颗粒类材料,在高应力下其塑性变形主要来源于颗粒破碎和颗粒的定向排列。因此,先期固结压力是影响错动带性质的重要因素。     

粘土固结参数变化的分析

本文依据土力学中已建立的基本概念,通过试验研究,首先找出正常固结粘土的渗透系数K与孔隙比e的关系,压缩系数a_V与孔隙比e或有效固结压力σ′的关系,从而推导出固结系数C_V与孔隙比或有效固结压力的关系表达式。分析不同土类固结系数的变化,归纳出三种典型的情况,即:C_V随e的减小而减小;C_V随e的减小而增大和C_V基本上与e无关。并指出特殊土类的C_V有特殊的变化规律。其次,分析了固结指数m变化的物理依据,讨论了m值与有效固结压力和上层厚度H的关系,最后,说明C_V和m变化的相互关系以及实用计算中应注意的问题。     

正常固结软土渗透系数与固结应力关系研究

从固结系数的定义出发,将压缩系数视为变量,建立了渗透系数与固结应力的微分方程,求得了软土正常固结状态时,考虑前期固结压力的渗透系数随固结应力变化关系表达式。利用室内试验数据,将提出的公式与现有渗透系数与固结应力关系式、试验结果进行对比。研究表明,所提出的公式能较好地反映渗透系数随固结应力变化的特点,比未考虑前期固结压力的计算式更接近于实际情况,从而为实际工程中预估固结变形速率提供了一种较为准确的方法。