黄土非线性应力–应变新模型及对比研究

目前,黄土的应力应变曲线只能根据其形态类型选择不同的数学模式来描述,为实现描述应力应变数学模式的统一,提出了一种新的非线性模型,并给出了各参数的确定方法。通过应用新模型与现行主要的非线性模型(邓肯–张双曲线模型、指数模型、驼峰曲线模型),同时对结构性黄土常规三轴试验所得的各种类型的应力应变曲线进行模拟,并经与实测应力应变数据点对比研究表明:新模型表达式比驼峰曲线描述软化型应力应变曲线的精度高;同样新模型比邓肯–张双曲线模型、指数模型描述硬化型应力应变曲线的精度也高,说明此非线性新模型既可描述应变强硬化型也可描述应变弱硬化型应力应变曲线;既可描述应变强软化型也可描述应变弱软化型应力应变曲线。通过新模型对经典实例应力应变曲线的描述,进一步说明新模型具有良好的适应性。新模型为形态各异的应力应变曲线提供了一个统一的数学模型。     

隧道穿越非饱和黄土场地浸水试验初探

为了揭示隧道穿越的非饱和黄土场地及隧道地基的湿陷变形特性,在隧道上部进行原位试坑浸水试验,分别在试坑的不同位置、深度布置TDR水分计和沉降标点来实测水分的入渗情况和土体的湿陷变形。研究表明:(1)水在非饱和黄土中渗透时优先向大孔隙通道运移,然后逐步扩大至饱和区,具体表现为前一点尚未饱和,下一点已有水分到达;(2)利用TDR水分计可以实时测量水分在土体空间中的运移扩散情况,也可以估算出水在非饱和黄土中的扩散速率,同时由测量所得体积含水率变化曲线可以判定黄土是否发生湿陷变形;(3)黄土场地中的分层湿陷量、湿陷速率随着土层深度的增加而减小,湿陷性黄土的浅层处比深层处具有更大的敏感性和危害性;(4)该试验场地处约15 m以上土层性质比较接近,土体密实度相对较小,水分入渗较快,易于产生湿陷变形,而15 m以下土体较密实,工程性质相对稳定。     

岩土体复合幂–指数非线性模型

以往岩土体的应力–应变曲线只能根据其形态类型采用不同的数学模式来描述,且针对相应体变曲线的描述研究较少。为实现描述形态各异的应力–应变曲线及体变曲线数学模式的统一,通过分析幂函数与指数函数,提出了一个新的非线性模型——复合幂–指数模型(简称CPE模型),并给出了模型参数的确定方法。以结构性黄土为例,通过对不同含水量、不同围压常规三轴试验得到的应力–应变曲线及体变曲线进行CPE模式拟合,并分析各参数的变化规律,得到了非饱和原状黄土考虑含水量的应变软化型、考虑围压的应变硬化型应力–应变曲线CPE模型,及考虑围压的剪缩型体变曲线CPE模型,并将其计算曲线与实测曲线进行了对比,研究表明:CPE模型可描述各种型式的应力–应变曲线及不同形态的体变曲线,具有广泛的适用性和准确性,为形态各异的应力–应变曲线及体变曲线提供了一个统一的数学模型。     

黄土隧道的湿陷变形规律及其对衬砌结构的作用

黄土围岩潜在的湿陷变形不利于隧道工后的安全稳定,为深入研究黄土围岩湿陷变形对隧道结构的影响机制,在已建黄土隧道场地开展大面积试坑浸水试验,研究湿陷性黄土围岩的渗水分布场、湿陷变形发展规律及隧道结构的受力变形规律。表明隧道开挖促使黄土围岩原生竖向节理、裂隙发育,易形成贯通地表的竖向裂缝,增大了深层黄土竖向渗水能力,地表水易于向深层土运移。隧道开挖扰动了黄土围岩原有结构,改变了深层黄土的湿陷变形特性,遭浸水作用后产生较原位土层湿陷变形更大的沉降变形。当水分入渗接近隧道埋深,围岩承载拱作用的减弱甚至消失,会显著地增大隧道围岩压力及传至基底的压缩应力,并在拱脚位置形成应力集中,引发拱脚下沉,而仰拱中部地基的弹性抗力抑制中部沉降变形发展,显著的不均匀沉降差导致仰拱中部开裂,形成纵向裂缝。对于埋深较浅的黄土隧道,应避免隧道上方地表出现长期浸水的情况;设计施工中应充分考虑拱脚地基承载能力不足的情况,可加强仰拱刚度以抵御不均匀沉降的发展。