小浪底水库1~#滑坡非饱和土土-水特性试验研究

通过小浪底1#滑坡非饱和土三轴试验对非饱和土土-水特性及围压对基质吸力的影响进行分析.结果表明:基质吸力随体积含水率的增大而连续减小;天然含水率非饱和土工程性质受含水率的影响很大;相同体积含水率试件的基质吸力随围压的增大而非线性减小,含水率同基质吸力之间的关系是连续的.利用多项式函数模型对土-水特征曲线进行拟合并建立土-水特征方程,同时探讨了土-水特征曲线与强度之间的关系并依此建立强度公式.     

模拟堆载作用的黄土边坡土体变形机理试验

通过固结不排水剪试验,研究了堆载作用下不同深度、含水量和围压的原状黄土的变形和破坏特征,并从 黄土的微观结构角度分析了产生这一现象的原因,结合黄土边坡特殊的工程地质条件,分析了堆载作用下黄土 边坡土体的变形破坏过程。试验结果表明,不同深度、含水量和围压的原状黄土的应力应变曲线和抗剪强度具 有不同的特征;特殊的工程地质条件,使黄土坡体的某些部位形成了堆载作用下不利于黄土材料强度保持的含 水量和围压的组合,导致了这些部位黄土的变形破坏,进而诱发坡体的变形破坏。     

非饱和击实粉土强度特性的试验研究

为研究非饱和土样的强度特性及吸力对非饱和土强度的影响,采用GDS非饱和土三轴仪,对非饱和击实粉土样进行了控制吸力的三轴排水剪切试验.试验结果表明:对于同一土体,吸力对其有效黏聚力和有效内摩擦角影响较小,但对吸力内摩擦角有着显著影响;吸力对土体具有一定的强化作用,相同围压、相同应变土样的偏应力随吸力的增大而增加;吸力对土体应力-应变关系曲线的形式影响不大,曲线形式主要取决于土体自身的性质和其应力历史;吸力和吸附强度之间存在着良好的乘幂关系,据此可将Fredlund提出的抗剪强度公式改写成以吸力为直接变量的抗剪强度公式.     

非饱和原状膨胀土平面应变剪切试验性状

介绍了非饱和土孔隙压力的测试技术和轴平移技术,利用改装的土工真三轴仪,模拟膨胀土边坡开挖过程的应力状态,对河南南阳原状膨胀土进行了平面应变等应力比卸荷试验,试验中同时测定了土中孔隙压力值,分析了膨胀土中吸力在剪切过程中的变化.试验表明,非饱和土原状膨胀土的吸力状态不仅与土的应力状态有关,还与土体的变形有关,其稳定表现出明显的滞后现象.土体吸力不仅取决于σ1、σ3,还与土中偏应力状态(σ1-σ3)有关.     

宁明膨胀土渗透特性试验研究

为研究宁明膨胀土渗透特性并得到渗流分析所需参数,在了解土性和土体结构特征的基础上,对广西宁明两种膨胀土的原状样和重塑样分别进行了饱和渗透试验、压力板试验和收缩试验,根据试验结果用间接方法得到非饱和膨胀土渗透系数及其随含水量变化规律。结果表明:矿物成分、土体结构对膨胀土的渗透性有一定影响,膨胀性粘土矿物含量越多,渗透系数越低、透水性越差。原状土被扰动重塑后微结构破坏,渗透性大大降低。宁明非饱和膨胀土渗透系数随着含水量减少(基质吸力增大)而急剧减小,渗透系数与含水量之间可以用指数函数拟合。     

灌木对黄土边坡的加固效应

植物对边坡稳定性的贡献源于根系对土体的加劲作用、根系吸水消耗孔隙水压力及其引起的抗剪强度增加.通过对非饱和含根土开展剪切试验建立了根-土复合体的抗剪强度模型,其抗剪强度是根系密度和土壤含水率的函数.通过建立二维根系吸水模型,开展根系吸水条件下的渠道边坡土壤水分运动数值模拟.根据土壤水分动态分布和根-土复合体抗剪强度模型计算了不同气象阶段植被渠道边坡的稳定性.对比相同时刻植被边坡和裸土边坡的稳定性计算结果发现,植物根系通过加劲土壤和吸取土壤水分能够显著增强黄土渠道边坡的稳定性.     

Stress-strain relationship of unsaturated cohesive soil

A moisture-content based constitutive model was proposed based on the hyperbolic model as an attempt to move towards the implementation of unsaturated soil mechanics into routine geotechnical engineering practice. The stress-strain behavior of in-situ soil at a depth of 5 m was investigated by conducting undrained triaxial compression tests using the remolded soil samples. The test results show that the stress-strain relationship of unsaturated cohesive soil is still hyperbolic. The values of parameters a and b given in the model decrease with increasing the confining pressure for soil samples with the same moisture content and increase with increasing the moisture content for soil samples under the same confining pressure. The relationships between parameters a, b and moisture content were studied for confining pressures of 100, 150, 200 and 250 kPa. The comparison between the measured and predicted stress-strain curves for an additional group of soil samples, having a moisture content of 25.4%, shows that the proposed moisture content-dependent hyperbolic model provides a good prediction of stress-strain behavior of unsaturated cohesive soil.     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究。在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描。研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一个峰值。这种现象主要是由于土体微观结构以及所含水分的存在形式所造成的。另外,土体所处的应力环境也会对土体强度的吸力贡献情况造成影响。     

黄河冲淤积非饱和高塑性黏土的抗剪性状

为揭示非饱和土的抗剪性状与强度机理及关键影响因素,将非饱和土三维状态下的的抗剪强度公式简化为二维轴对称应力状态下的总应力强度公式,并采用常规三轴仪对黄河冲淤积非饱和高塑性黏土进行不同含水率、不同压实度下的不固结不排水试验。试验结果表明:黄河冲淤积高塑性黏土颗粒组成及物理性状具有自身的特殊性,粉粒含量高、塑限低,存在可碾压最小含水率临界范围,即高于最佳含水率约4%左右;该含水率范围是强度下降的临界点。该类土在应力作用下的抗剪性状受饱和度影响,表现为固、液、气相之间的相互作用与转换;对抗剪强度贡献最大的是基质吸力,且抗剪强度比其他非饱和类土大。本研究结论可为揭示非饱和高塑性黏土强度形成机理、确定现场碾压控制指标与工艺提供理论参考。     

黄河大堤非饱和土抗剪强度特性试验研究

利用特制的非饱和土三轴仪,进行非饱和土抗剪强度试验,绘制非饱和土不同初始含水量下的应力应变关系曲线及抗剪强度包线,得出含水量与总凝聚力的关系,并比较不同含水量下非饱和土的抗剪强度,拟合两者之间的函数,导出非饱和土的抗剪强度公式。     

Mechanical characteristics of intact Middle Pleistocene Epoch loess in northwestern China

In order to research the mechanical characteristics of intact Middle Pleistocene Epoch loess, triaxial shear tests and isotonic compression test of intact Middle Pleistocene Epoch loess were conducted by improved SJ-1A triaxial shear equipment. According to test results, it can be found that the intact Middle Pleistocene Epoch loess has the properties of shear dilatancy and shear shrinkage. With the increase of confining pressure, stress-strain curve develops from softening to hardening. The failure mode of intact Middle Pleistocene Epoch loess is shear failure with the rupture angle between 55° and 61°. And it is better to determine the yield stress (p _y , q _y ) of the intact loess under different confining pressures by using the ɛ _v-q/p curve. Along with the increase of confining pressure, yield deviatoric stress q _y and yield spherical stress p _y present logarithmic relationship. Besides, the strength parameters, elastic modulus K and G of intact loess, are obtained, which are benefit for loess projects design.     

非饱和粘土路基平衡湿度空间分布特征及预估

通过室内外试验探讨了非饱和粘土路基平衡湿度沿道路横断面的空间分布特征,并基于非饱和土力学基本理论,采用滤纸法测定了不同含水量土样的基质吸力,标定了反映含水量与基质吸力单值函数关系的土水特征曲线模型,建立了大气降水/蒸发影响区以外非饱和粘土路基平衡湿度的预估方法.研究结果表明,近中央分隔带和路肩处的上部路基土的平衡湿度受大气降水/蒸发的影响显著;大气降水/蒸发影响区以外的路基土平衡湿度主要受控于地下水位的影响;Fredlund＆Xing模型可较好地表征非饱和粘性路基土湿度和基质吸力的相关关系,模型参数拟合结果具有较高的可靠性;地下水位控制区粘土路基平衡湿度预估结果与试验测试值之间具有较高的一致性,预估方法合理可靠.     

常吸力下非饱和土水-力耦合循环塑性的模拟

为描述非饱和黏性土在静、动态荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应,在塑性增量流动理论的框架内建立一个描述常吸力条件下非饱和黏性土水-力耦合效应的弹塑性双面模型.基于BBM(Barcelona basic model)及Li和Meissner提出的一种塑性硬化准则,并考虑非饱和土的典型土水特征,通过边界面和加载面在应力空间中的演化表征非饱和土在循环荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应.考虑不同初始饱和度、初始孔隙比、吸力、净围压和动应力幅值等因素影响,采用相关研究者室内各向等压和静、动态三轴试验结果对所建模型进行验证,模拟结果与试验数据的对比显示模型具有良好的模拟能力.此外,为检验模型的合理性,在室内试验的基础上采用该模型预测非饱和土在循环荷载下的一些典型水-力耦合行为.结果表明,模型能够较好地模拟和预测非饱和黏性土在常吸力静态和循环动态加载作用下的水-力耦合特性.     

循环荷载作用下非饱和击实粉土变形特性的试验研究

采用GDS非饱和土三轴仪,对循环荷载作用下的非饱和击实粉土样进行了控制吸力三轴排水剪切试验,研究了吸力、围压和动应力幅值对土样的变形特性的影响.试验结果表明:在相同动应力幅值和相同净围压下,吸力的增加提高了土体抵抗动变形的能力;在相同的净围压和吸力下,动应力幅值较小时,土样产生弹性变形且变形最终趋于稳定,动应力幅值较大时,经过一定的循环次数后土样达到破坏;净围压对试样的变形特性影响显著,围压较大时土样有较小的弹性变形,围压较小时土样发生明显的塑性变形.     

考虑非饱和黄土基质吸力影响的隧道病害分析

为深入分析非饱和黄土基质吸力变化与隧道病害之间的内在联系,结合大有山隧道的工程实例,利用非饱和黄土数学模型分析、等围压变吸力剪切试验、现场监测等手段对非饱和黄土基质吸力的变化规律及其对隧道支护力、塑性区的影响进行研究.结果表明:非饱和黄土基质吸力随着含水量的增加而减小时,隧道内部所需支护力则随之增大,塑性区半径也随之增大;由于受地表水下渗影响,大有山隧道周围土体基质吸力减小,导致其发生拱顶下沉、塌方及衬砌开裂等病害;大有山隧道病害治理的首要任务在于保持隧道排水系统的顺畅,并做好地表水的堵、截及隧道洞身的防水.     

陕西泾阳南塬黄土滑坡滑带土残余剪切强度特性

为探求陕西泾阳南塬高速远程黄土滑坡的复活机理,从大型黄土滑坡滑带采集原状黄土试样、古土壤试样(原状土),部分制备重塑试样(重塑土),进行不同体积含水率下的反复剪切试验,从而获得滑带土残余剪切强度指标与体积含水率、黏粒含量之间的关系。结果表明:原状土和重塑土的剪应力-位移曲线均为硬化型; 在不同的垂直压力下,原状土和重塑土的残余剪切强度差值变化较大; 当剪切强度达到峰值强度以后,随着剪切位移的继续增大,原状土和重塑土的残余剪切强度都有一定程度的损失,这种损失因垂直压力的不同而不同; 对同类土,通过反复剪切试验获得的内聚力和内摩擦角随体积含水率的增加而降低; 相关性分析表明,该区滑带土的黏粒含量较低,对残余剪切强度的内摩擦角影响很小,尤其是当天然体积含水率较低时,体积含水率的变化对残余剪切强度的影响远远大于黏粒含量的影响。     

饱和度对砾质土性质影响三轴试验研究

对糯扎渡土石坝心墙砾质土料进行了不同饱和度条件下三轴不固结不排水剪切试验,对非饱和砾质土的应力应变及强度特性进行了研究。结果表明,相同围压下,试样的变形模量随着含水率增大而逐渐减小;试样的强度随着含水率的增加而减小;试样的粘聚力和内摩擦角均随含水率增加而线性减小,且粘聚力比内摩擦角减小幅度较明显。     

镍铁渣–黏土–水泥改性土力学特性试验及修正的邓肯–张模型

为研究镍铁渣-黏土-水泥(FNSCC)改性土的力学特性,开展了不同镍铁渣掺入比、含水率及养护时间下FNSCC改性土不固结不排水三轴压缩试验;获得了不同工况下FNSCC改性土试样的应力-应变关系曲线及割线弹性模量,分析了其力学特性影响机理及破坏模式,基于试验结果,建立了适用于FNSCC改性土的修正邓肯-张本构模型。研究结果表明：FNSCC改性土的应力-应变曲线具有明显的应变软化特征;其峰值强度随镍铁渣掺入比减小和养护时间增长而增大,随含水率的增加先增大而后减小。随着镍铁渣掺入比的增大,FNSCC改性土试样的破坏模式由鼓胀破坏向剪切破坏转变;含水率为15%左右的试样,鼓胀破坏特别明显;而随养护时间增长,其破坏模式则由鼓胀变形等塑性破坏向局部张裂等脆性破坏转变。FNSCC改性土的割线弹性模量随轴向应变增加而减小,轴向应变小于2%时,镍铁渣掺入比、含水率及养护时间对割线弹性模量的影响较大;而当轴向应变大于2%后,各因素对割线弹性模量的影响很小。修正的邓肯-张模型能较好地反映FNSCC改性土的应变软化现象;该模型中参数m、n及?与围压近似呈线性关系,模型参数m受FNSCC改性土配比的影响最大,养护时间次之,含水率最小。由修正邓肯-张模型计算得到的曲线与实测曲线吻合较好,验证了该模型拟合参数的合理性。     

含水率对花岗岩残积土邓肯-张模型参数影响

制作了不同含水率花岗岩残积土击实试样,进行一系列固结排水三轴试验.得出在不同围压和不同含水率条件下,花岗岩残积土击实试样在三向应力作用下均呈现鼓胀破坏的变形特征,其固结排水应力-应变曲线均为加工硬化型,与邓肯-张模型的条件式基本吻合.通过邓肯-张模型参数的计算与分析,得知含水率对花岗岩残积土的邓肯-张模型参数整体上影响较大,其中粘聚力受影响最显著,无因次指数n和低围压时的初始变形模量受影响较显著,基本规律为:抗剪强度指标粘聚力、内摩擦角值,初始变形模量及无因次基数K均随着含水率的增大而减小;无因次指数、破坏比随含水率的增大而增大;各参数与含水率关系曲线均在最优含水率处出现拐点,且当含水率大于最优含水率时,其对各参数的影响不同程度地加大.     

降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究

基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,选取大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段某典型高路堑边坡,利用岩土仿真软件GeoStudio建立模型,研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳破环的形态和机理。结果表明:随着降雨的进行,边坡中地下水位从坡脚处开始抬升,边坡坡脚处容易产生“小弧”滑动破坏; 土体体积含水量的增加使得基质吸力下降,从而降低土体强度和边坡的安全系数,且基质吸力与安全系数的下降幅度基本同步; 降雨强度对边坡的安全系数有较大影响,小雨阶段,安全系数降幅较缓,而暴雨阶段,安全系数降幅加剧,降幅达24.4%; 在强降雨条件下,滑面基质吸力大部分丧失,失稳边坡发生了从整体失稳向局部失稳、从深层失稳向浅层失稳的转变,即强降雨是浅层滑坡的主要外在因素。