Steady state strength of sand:concepts and experiment

残余强度或稳态强度的确定是砂土液化研究中的重要课题。饱和砂土有３种典型的不排水剪切特征：稳态性状、准稳态性状、和加工硬化性状。在三轴不排水剪切中,大部分松砂表现出准稳态性状。新近的研究表明,“准稳态性状”不是砂土的固有性状,而是三轴试验中的边界条件所导致。本文通过试验研究发现,饱和砂土在三轴不排水剪切中通常表现出４个明显不同的阶段：初始阶段、坍塌阶段、临界状态应力阶段、和后破坏阶段。稳态强度只有在坍塌阶段中才会较好地表现出来。文中还对变形稳态的定义作了修正和补充,并根据修正的变形稳态定义给出了Ｕｎｉｍｉｎ砂的稳态强度及其它的一些试验性质。     

饱和黄土的液化特性与稳态强度

通过应力控制固结不排水三轴试验，研究了饱和黄土的稳态强度特性及超同结对其不排水性状的影响。对比分析了黄土与砂土静力液化特性之间的异同。提出了饱和黄土流滑破坏的产生条件和利用稳态强度判断饱和黄土能否产生液化流滑的方法。     

对“砂土的稳态强度:概念与试验”讨论的答复

很感谢赵成刚教授和于子中先生对这篇论文提出的几个问题。下面就这些问题补充一些笔者的认识。*砂土液化的两大研究课题：液化的触发条件和液化后的力学性状,国际学术界从８０年代已基本放弃对前者的研究而将注意力集中于后者,因为“更为适当和经济的方法是在液化已发生的前提下,确保边坡和路堤抵抗流动破坏的稳定性,而不是去防止液化的触发［１］”。砂土液化后有三种力学性状：加工硬化、稳态和准稳态性状。绝大多数松砂在三轴不排水试验中,表现出准稳态性状［２～４］。但这种准稳态性状是有疑问的。１　准稳态后的“剪胀趋势”不是砂土的真实性质砂土的摩擦角在剪切过程中是不变的［３］,准稳态后的孔隙压力下降无疑是由于试样体积有膨     

谈试验饱和砂土的应变速率系数

采用DDS-70微机控制电磁式振动三轴仪和TSZ-2全自动应变控制式三轴仪,对扬州饱和砂土进行了试验,研究了细粒含量为21%,25%,29%时,饱和砂土的静力不排水抗剪强度及在高振次循环下的动强度,对比分析了静强度和动强度之间的应变速率系数,指出当细粒含量为25%时,饱和砂土的强度减幅最大,应变速率系数最低,最容易发生液化。     

成样方法对砂土CU剪切特性影响

采用干装敲击法与湿装夯击法两种成样方法,制备了三种典型砂土的中密状态饱和试样,并利用应变控制式静力三轴仪进行固结不排水剪切实验,比较分析了成样方法对各砂土应力应变关系及抗剪强度指标的影响,实验结果表明:成样方法对试样的应力应变关系及抗剪强度指标有显著影响,但成样方法对不同砂土影响程度不同。     

饱和砂土三轴试验中反压设置与抗剪强度的研究

为增加试样饱和度而采用反压饱和是室内三轴试验中普遍采用的技术手段,但现行规范对试样中反压取值没有具体规定。通过对福建标准砂的一系列固结不排水和固结排水三轴试验,分析了不同反压、围压下饱和砂土的应力–应变关系、孔压发展规律,并分析了几种常用破坏取值标准下土体强度指标的差异。试验结果表明固结不排水三轴试验中,反压对砂土应力应变关系、孔压发展有明显影响,从而影响强度取值;而在固结排水试验中,施加不同的反压对于砂土抗剪强度则基本无影响。在不排水剪切中,建议反压设为300～500 kPa,且在同一组试样中采用统一的反压对试样进行饱和。在破坏标准上,建议采用最大有效主应力比(σ'₁/σ'₃)_max对应强度作为砂土的不排水抗剪强度;而在考虑土体残余强度时,建议采用超静孔压下降为零为破坏标准。     

垃圾土强度特性试验与双线强度包线研究

三轴试验和直接剪切试验是研究垃圾土强度特性的主要方法,通过人工配制垃圾土、标准砂掺纤维土、现场垃圾土重塑样的三轴试验和直接剪切试验,发现垃圾土的剪切应力应变(或位移)曲线表现为持续硬化型,在应变达到一定数值后曲线有锯齿状波动;经过国内相关试验成果的分析,得到垃圾土的强度参数主要受干密度的影响,且有较好的相关性。研究结果表明:垃圾土的强度包线可以用双线强度包线来表达,黏聚力和内摩擦角取决于是否填埋碾压;直接剪切试验结果介于三轴固结不排水和固结排水试验结果之间,且接近于三轴固结不排水试验结果;直接剪切试验更准确地模拟了垃圾团间的滑动摩擦特性,用直接剪切试验确定垃圾土的强度参数更合理;同时建议了三轴试验破坏应变和直接剪切试验破坏位移。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

不同固结路径温州黏土固有不排水强度性状试验研究

为研究初始条件和应力状态对重塑黏土固有不排水强度性状的影响,采用应力路径三轴仪对室内制备的温州黏土进行一系列不同固结路径下的三轴固结不排水剪切试验。通过室内试验研究探讨温州黏土不同固结路径下不同平均有效应力固结后三轴不排水剪切应力应变关系和不排水强度特性;引入不同平均有效应力p’下的孔隙指数I_v与不排水强度比R^*_su=S_u/ p’,分析不同固结路径下不排水强度S_u的变化规律,并与Chandler提出的固有强度线IS_uL进行比较分析。结果表明：相同平均有效应力p’下,不同固结路径下不排水剪切强度S_u和不排水强度比R^*_su=S_u/ p’随固结路径的变化而变化;当不排水强度比S_u/ p’=0.33时,孔隙指数I_v与固结不排水强度S_u之间的关系与Chandler的固有强度线IS_uL一致。     

Undrained Shear Characteristics of Saturated Sand Under Anisotropic Consolidation

A series of undrained triaxial compression tests was performed on Toyoura sand in order to investigate the behavior of sand under large deformation. The present study focuses on the effects of anisotropic consolidation on the undrained behavior of sand. A wide range of initial states of sand is covered and taken into account with the behavior of sand varying from contractive to dilative. Different states of consolidation stress were shown to affect the stress-strain behavior of sand and the development of excess pore water pressure up to an axial strain of 5%. Beyond a strain in excess of 10%, the behavior of sand was shown to become independent of the stress state at consolidation. Consequently, the relation between void ratio and confining stress at steady state and quasi-steady state are independent of the extent of anisotropic consolidation. Moreover, the initial dividing curve between dilative and contractive behaviors in an e ~ p' diagram was shown to move down as the sand is more anisotropically consolidated.     

主应力方向对饱和松砂不排水单调剪切特性影响的试验研究

利用大连理工大学新开发的“土工静力–动力液压–三轴扭转多功能剪切仪”,针对相对密度为30%的福建标准砂,在不排水条件下控制试验过程中主应力方向、中主应力系数、平均主应力保持不变,进行了单调剪切试验。以此着重探讨了主应力方向对有效内摩擦角、有效应力路径及应力-应变关系的影响。研究表明,主应力方向对在不排水条件下饱和松砂的单调剪切特性具有显著影响。     

油砂的蠕变特性与本构模型研究

油砂是一种富含天然沥青的沉积砂。作为一种软化材料,油砂的蠕变性质较松砂和正常固结黏土等硬化材料更为复杂。通过开展油砂三轴蠕变试验,获得了不同应力和应变状态下油砂的蠕变特性;讨论了蠕变势与塑性势之间的关系,提出了等效变形过程的概念,分析等效变形过程的微观机制;讨论了蠕变速率与时间和不可恢复应变之间的关系,提出采用不可恢复应变作为内变量可以描述复杂条件下油砂的蠕变性质,并据此提出了油砂的内变量蠕变模型;应用临界状态理论,分析了硬化型和软化型土的蠕变性质;讨论了剪切带对密砂蠕变性质的影响。     

Static liquefaction of fibre reinforced sand under monotonic loading

This paper explores the possibility of improving the monotonic undrained response of a loose clean sand which normally appears susceptible to the phenomenon of static liquefaction by mixing the sand with discrete flexible fibres. It is shown that the reinforcement inclusions reduce the potential for the occurrence of liquefaction in both compression and extension triaxial loadings and convert a strain softening response (typical for a loose unreinforced sand) into a strain hardening response. Fibre orientation distribution and the apparent sand matrix densification due to the presence of fibres in the voids appear important for the fibre reinforced soil behaviour. Normalisation of the effective stress paths with the mean effective stress at the end of consolidation shows a common path once the characteristic state is reached irrespective of the fibre concentration. The mobilised angles of friction coming from the slopes of the stress paths at large strains are very different for compression and extension and this is a consequence of the anisotropic nature of the distribution of fibre orientations. When full liquefaction of reinforced specimens is induced by strain reversal, the lateral spreading of soil seems to be prevented. Analytical developments including the key aspect of fibre orientation distribution, have shown that once the tensile contribution of fibres has been taken out of the composite stresses, the experimental data in the stress plane for all the tests at large shear strains nicely collapse onto a unique line corresponding very closely to the mobilised steady state or critical state angle of friction of the tested sand.     

饱和砂土三轴试验中的若干问题

砂土的稳态强度是评估砂土液化破坏的重要指标。其特点一是受密度或孔隙比的影响很大 ,二是发生在较大的轴向应变水平 ,受不均匀变形影响较大。研究结果表明 ,砂土试样在饱和过程及不排水剪切过程均产生体积变形 ,对试验结果造成严重影响。借助侧向变形仪HRDT可直接测定或推算上述体变。通过利用润滑试样帽或用低密度试样可减小端部约束对试验结果的影响 ,但润滑试样帽的润滑剂和橡皮模的厚度要适中 ,以免产生较大的孔隙比误差。常规面积修正法在大应变时会明显高估了偏应力。为修正这种误差 ,本文提出了一种新面积修正方法。对于高均匀系数砂土 ,重复使用砂样进行剪切试验可能会导致较大的试验误差 ;进一步的结果表明 ,砂土稳态强度的试验结果的离散性与其均匀系数有相关关系 ,高均匀系数砂土的稳态孔隙比的离散值是低均匀系数的 3倍以上。     

主应力方向循环变化对饱和松砂不排水动力特性的影响

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪进行了主应力轴循环变化的多种模式竖向和扭转双向耦合循环剪切及普通循环扭剪试验。针对福建标准砂, 在均等固结条件下着重研究了振动过程中主应力方向的不同变化模式对饱和松砂不排水循环特性的影响。试验研究结果表明: 振动过程中主应力方向的变化方式对饱和砂土不排水动强度具有显著的影响, 在所采用的五种类型循环剪切应力路径中, 主应力方向连续旋转条件下的动强度最低。进一步的研究发现: 对于初始均等固结条件,分别采用初始平均有效固结压力和循环破坏次数归一化的循环孔隙水压力比与循环次数比之间的关系与振动过程中主应力方向变化方式无关, 这种归一化循环孔隙水压力比随广义剪应变的变化规律及累积广义剪应变与循环次数比之间关系均与振动过程中主应力方向变化方式无关。     

松散击实火山岩坡残积土的应力应变特性及其对滑坡的意义

本文对松散击实火山岩风化坡残积土开展了等压固结排水和不排水剪、偏压固结常剪应力排水剪试验,揭示了该类土的应力应变特性,得到了临界状态线。在此基础上,分析了击实填土边坡在暴雨条件下的破坏机理。     

结构性黄土应力应变特征分析

利用GDS三轴试验系统开展了饱和黄土等压/偏压固结不排水常规三轴压缩试验研究(应变控制式),获得了一组结构性黄土应力～应变关系曲线。此类曲线反映了饱和黄土应力～应变关系具有"暂稳态"特征,其后发生强烈应变软化。此外又开展了应力控制式三轴压缩试验研究,试验结果表明,应力增量式剪切能够最大程度地反映土体微观结构特征,应力失控的拐点即为土体结构强度。而应变增量控制的传统剪切模式,在应变速率精确控制的同时,削弱了其结构性。因此,研究在外界荷载作用下的黄土的力学性状,建议开展应力控制式三轴压缩试验,以获得更为合理的结果。