三轴应力状态下不同湿度原状黄土的结构性定量化参数

通过对黄土结构性研究现状的分析，对与原状样干密度相同的扰动饱和土施加荷载来实现破坏结构性的目的，以三轴试验得到的原状黄土以及扰动饱和黄土的应力-应变曲线为基础，用一个定量化结构性参数综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势（结构性强弱），探讨不同围压及含水量下结构性参数在剪切过程中的变化特性。研究结果表明：（1）定义的结构性参数能够反映围压、含水量对原状黄土剪切过程中结构性的影响，具有很好的合理性、灵敏性和稳定性：（2）结构性参数随着含水量的增大而减小，低应变时含水量对结构性的影响很明显，这种影响随着应变增大而逐渐减弱；（3）初始加荷和试样破坏时，结构性参数随着围压的增大而减小，应变达到15％时，结构性参数随着围压的增大呈先增大后减小的趋势。     

Q_3结构性黄土的压缩和剪切结构势演化特性研究

针对结构性土的应力比结构性参数,从反映压缩和剪切作用下土结构性变化角度出发,定义了与平均主应力对应的压缩综合结构势和与广义剪应力对应的剪切综合结构势,分析压缩剪切过程中平均主应力和广义剪应力共同作用引起的土结构性衰减变化的规律。依据对Q_3黄土的三轴试验结果,分析了压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变的变化规律。结果表明:黄土的剪切综合结构势比压缩综合结构势大;不同含水量黄土的压缩综合结构势、剪切综合结构势及应力比结构性参数随综合应变发展具有明显的规律性;压缩作用较剪切作用更易引起土结构性的损伤破坏。     

湿载耦合作用下黄土结构性损伤演化及本构关系

 针对增湿、加荷作用下黄土结构性损伤演化的变形问题,通过压缩变形特性和三轴剪切变形特性,分析黄土结构性损伤的宏观力学反映。分析结果表明,土的含水量增加、固结压力增大和剪切作用均会引起黄土的结构性损伤。随着含水量的增大,压缩作用损伤和剪切作用损伤更加突出;固结压力较大时,压剪作用对土原生结构破损更突出,其次生结构和剪缩性增强。将结构性损伤土视为原状结构体和完全损伤体的复合体,综合应用应力比损伤方程和应变损伤方程,在比较原状土与饱和重塑土应力比建立结构性参数的基础上,建立黄土的结构性损伤演化方程;在原状结构体服从弹性定律、完全损伤体服从修正剑桥模型的基础上,从结构性损伤土变形为原状结构体弹性变形和完全损伤体弹塑性变形叠加出发,建立结构性土的损伤弹塑性本构方程。同时,比较分析不同湿度黄土试验测试的应力–应变曲线和损伤弹塑性本构方程描述的理论曲线,两者比较一致,验证了该本构关系的合理性。     

不同强度准则下结构性黄土边坡稳定性分析对比研究

结构性是影响土物理力学特性的关键因素,结构性土的强度特性是土结构性研究的一个重要内容,结构性黄土存在拉剪破坏的可能,因此研究结构性黄土强度特性需要合理评价其抗拉强度,基于此,将已建立的不同结构性黄土强度准则引入强度折减有限元并进行边坡稳定性计算分析。结果表明:基于Mohr-Coulomb和联合强度两种理论所确定的潜在滑动面位置在荷载较小时没有明显差异。但是相同条件下前者计算出的安全系数比后者大,这种差异在含水量较小,结构性较强时比较显著;当含水量较大时,差异并不明显。     

黄土的非饱和特征参数与结构性的试验研究

黄土既有非饱和性,又有结构性。本文首先在控制基质吸力条件下进行了原状黄土和重塑黄土的非饱和直接剪切试验,分析了两种结构性状非饱和土的基质吸力对净应力强度指标,Fredlund抗剪强度公式中参数b,以及Bishop抗剪强度公式中参数χ的影响。表明两种土的黏聚力随基质吸力的增大而增大,b和χ均随基质吸力的增大而减小;在相同基质吸力条件下,原状黄土的黏聚力、b和χ均大于重塑黄土。其次,通过无侧限抗压强度试验,测试了不同含水量原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的单轴抗压强度,得到了不同含水量下原状黄土和重塑黄土的构度值。最后,探讨了非饱和黄土的构度与基质吸力、净应力强度指标、参数b和χ之间的关系。     

平面应变条件下原状Q3黄土的结构性演化特性研究

针对黄土工程中经常遇到的平面应变问题,通过扰动、加载和浸水充分释放土的结构势,开展Q₃原状、重塑和饱和原状黄土的无侧限压缩试验和平面应变剪切试验,依据初始结构性参数(构度)和剪切过程结构性参数(应力比结构性参数)定义了可综合描述从土的初始结构状态到平面应变剪切破坏状态的全过程结构性参数,分析了平面应变条件下,全过程结构性参数随轴向应变的衰减演化规律及结构性强度特性。研究结果表明,黄土的不同初始状态(原状、重塑和饱和)对应力 应变关系演化特性影响较大,原状黄土应力 应变曲线最高,重塑黄土次之,饱和黄土最低。随着含水率增大,构度指标不断减小,含水率小于土的塑限时,水的浸入对黄土结构的损伤较大。固结围压和含水率变化均对结构性参数及其演化规律有明显影响。建立的全过程结构性参数,可以很好的描述土的初始结构性及平面应变剪切全过程的结构损伤演化规律,亦可以反映出含水率和固结围压对于土结构性损伤演化全过程的影响规律。不同初始状态对土的强度影响显著,黏聚力随构度呈非线性增长,内摩擦角随着构度增大近似呈线性增长,但变化幅度较小。     

湿压剪条件下黄土的结构屈服与强度特性

针对黄土的典型结构性特征,以常规三轴试验为手段,研究了黄土的结构性宏观力学反应及结构屈服与强度特性,研究结果表明:(1)在湿压剪应力作用下,土骨架被扰动、颗粒之间的联结被削弱,土稳定状态从亚稳定状态逐渐向稳定状态过渡,结构性降低;(2)在湿压减应力作用下,由于结构性黄土对水的特殊敏感性,结构性黄土的剪切屈服点向正常固结土的剪切屈服线移动,当这种增湿作用造成解结构性渐变演化过程完成时,结构性黄土的剪切屈服线与正常固结土的剪切屈服线重合;(3)对于结构性黄土而言,同一含水率条件时不同结构性参数p－q偏平面的临界状态线基本互相平行。(4)依据等结构性条件下黄土的结构屈服特性,建立了考虑结构性的摩尔库伦准则及黄土结构强度与应力比结构性参数之间的关系。     

考虑结构性影响的原状黄土等效线性模型

对不同含水率的西安原状黄土及相同干密度的扰动饱和黄土进行动三轴试验,用同一动应变下原状黄土的割线模量Edy与扰动饱和黄土的割线模量Edrs之比值定义了动三轴应力条件下结构性参数mεd,它可以综合反映土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势(结构性强弱),探讨了动荷作用过程中不同固结围压及含水率下结构性参数变化特性。研究结果表明:①结构性参数可以反映含水率、固结围压对动三轴应力条件下原状黄土结构性的影响,具有很好的合理性、灵敏性、稳定性。用此结构性参数随含水率、固结围压的增大而减小的特性可以合理地解释原状黄土的动应力应变特性;②结构性参数的变化量mεd0?mεd与动应变εd关系可以用双曲线来拟合(mεd0为初始结构性参数),由此所得到的结构性参数表达式可以反映固结围压、湿度、密度、动应力和动应变对结构性的影响;③在扰动饱和土的等效线性模型中引入结构性参数所得到的原状黄土等效线性模型能够考虑增湿、加荷对原状黄土结构性的影响,计算结果与试验结果之间吻合较好。     

原状黄土的结构性强度特性及其在黄土隧道围岩压力分析中的应用

依据原状黄土的应力应变变化规律及其抗剪强度随结构性参数的变化规律,揭示了黄土结构性与强度之间的内在联系,表明结构性是黄土强度的控制因素,结构性参数比与黄土的强度比符合简单的正比关系,即结构性越强,土的强度也越高。黏聚力随结构性参数的变化呈双曲线形态,而内摩擦角基本不变。当土的结构完全破损时,黏聚力趋于0,与饱和正常固结土相似。并将抗剪强度随结构性变化的关系引入了黄土隧道力学特性的分析中,指出黄土隧道在开挖和支护过程中,对围岩结构性破坏越大,围岩稳定所需的支护力或塑性区的范围将越大。     

黄土构度与物理指标之间的定量关系

黄土是一种具有特殊结构性的土,其结构性可用构度指标定量描述。目前,学术界对构度与物理指标之间的定性关系研究较多,而对定量关系研究较少。为研究黄土构度与物理指标之间的定量关系,对取自7个不同场地的黄土试样分别进行不同含水量下的原状、重塑及饱和黄土的单轴抗压强度试验,计算不同含水量下各黄土的构度。通过拟合对比及验证的方法,分析各黄土构度与含水量的定量关系,结果表明:(1)与指数函数和幂函数拟合相比较,将幂函数变换后得到的线性拟合曲线与试验结果最为接近,得到黄土构度与含水量定量关系的经验公式;(2)工程范围内黄土构度的变化范围在干构度与饱和构度之间;(3)建立一个综合物理指标Z,得到黄土干构度与物理指标定量关系的经验公式。这些定量关系将有利于构度指标在黄土工程中的实际应用。     

黄土结构性定量化参数的探讨

 黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,要定量描述黄土的结构性,就是要定量研究黄土联结结构强度和摩擦结构强度的变化规律。由此,针对不同的受力条件,提出基于变形条件的黄土结构性参数(联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2以及结构变形势参数mp)、基于强度条件的黄土静力结构性参数(联结结构静力强度势参数m?1、摩擦结构静力强度势参数m?2以及结构静力强度势参数m?)和基于强度条件的黄土动力结构性参数(联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd)。并对所提出的黄土结构性参数的合理性、稳定性和广泛适用性进行讨论。     

基于变形条件的黄土结构性试验研究

黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,要定量描述黄土的结构性,就要定量研究黄土联结结构强度和摩擦结构强度的变化规律。为此,提出基于变形条件的黄土结构性参数即联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2及结构变形势参数mp,并通过黄土的侧限压缩试验研究原状黄土和人工水泥结构性黄土的结构性及其结构性参数的变化规律,揭示含水率、压力、密度、水泥含量等对黄土结构性的影响,并对所提出的基于变形条件的黄土结构性参数的合理性进行讨论。     

基于强度条件的黄土结构性动力试验研究

土体结构是其强度、变形的内在的决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于强度条件的黄土动力结构性参数即联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd,并通过黄土的动扭剪试验研究黄土结构性及基于强度条件的黄土动力结构性参数的变化规律,揭示含水率、固结压力、动剪应变对黄土结构性的影响,并对所提出的基于强度条件的黄土动力结构性参数的合理性进行讨论。     

非饱和黄土在真三维应力状态下的结构变化特性初探

以应变综合结构势作为土结构性参数,对真三轴条件下的非饱和黄土的结构变化特性进行了初步探讨,分析结果表明:真三轴试验条件下非饱和黄土的结构性参数曲线与常规三轴试验条件下黄土结构性参数曲线具有相同的线形和变化特征;中主应力变化对黄土结构强度具有显著影响;真三轴试验条件下,周围压力和含水率对黄土结构性参数的影响规律同于它对常规三轴试验条件下黄土结构性参数的影响。     

冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究

对石灰改性黄土进行击实试验,得到改性黄土的石灰掺量分别与最优含水量和最大干密度的变化规律。同时在冻融循环作用下,利用三轴剪切仪对石灰改性黄土进行固结排水剪切试验,以此研究冻融循环下石灰改性黄土的力学特性。结果表明：随石灰掺量增大,最优含水量也逐渐增大,最大干密度却呈减小的趋势。不同石灰掺量下,冻融循环后改性黄土的应力应变关系曲线随冻融循环次数的增加由弱硬化型向弱软化型过渡,最后趋于强软化型。随冻融循环次数的增加,破坏强度呈下降趋势,石灰掺量为6%且冻融次数10次时,围压越大,破坏强度衰减率越小;石灰改性黄土的黏聚力随冻融循环次数的增加而降低,最终趋于稳定,而内摩擦角几乎保持不变。石灰掺量一定时,随冻融循环次数增加,结构性参数减小,且变化趋势不大;冻融循环次数一定时,随石灰掺量的增加,结构性参数呈减小的趋势;同时,随着围压不断地增大,结构性参数也呈减小趋势,结构性参数与轴向应变关系曲线随着围压的增大由强软化型向弱软化型过渡。     

黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力研究

为研究黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力,引入黄土的结构性参数对芬纳公式进行修正,基于围岩与衬砌间的相互作用关系求解了围岩塑性区半径表达式,给出了黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力的计算公式。并以某黄土深埋大直径盾构隧道为例,分析了应力比结构性参数对围岩压力的影响,并将三维有限元数值计算与理论分析结果进行了对比。结果表明,围岩塑性区半径和作用在管片结构上的围岩压力随着应力比结构性参数减小在不断增大;盾构掘进后围岩压力的最大值与黄土结构性参数为1时的围岩压力理论计算值比较吻合,盾构施工扰动会导致黄土结构性减弱。最后给出了黄土盾构隧道施工与管片设计的建议。     

黄土隧道衬砌断面优化设计与研究

结合神延铁路黄土地层的工程特性 ,进行了衬砌断面的优化设计、结构检算等工作 ,并辅以相应的结构分析 ,进一步检验优化设计方案或修正支护参数 ,从而提出黄土隧道优化设计后的稳定性综合评价指标。     

黄土的结构屈服及湿陷变形的分析

黄土是一种典型的结构性土,其湿陷性是浸水后黄土结构破坏的反应。黄土的结构性可用构度指标定量地描述,它既包含了土的物质组成,还包含了不同沉积年代黄土的结构特征。加载和浸水均可引起黄土结构性衰减,加载结构性衰减可由一定含水率黄土的压缩结构屈服应力和压缩变形曲线表征;浸水结构性衰减可由浸水的压缩结构屈服应力减小和压缩变形曲线的变化表征。针对不同场地、不同沉积年代的Q_3黄土和Q_2黄土,依据不同含水率黄土的压缩曲线,分析了不同黄土构度指标与其压缩结构屈服应力之间的关系,以及黄土压缩变形过程中孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和压缩结构屈服应力比值对数之间的关系。表明不同沉积年代黄土的构度随其反映基本物性的综合物理特征量单调变化,压缩结构屈服应力与构度之间近似呈线性关系,压缩结构屈服前后的孔隙比比值和压缩应力比值对数之间服从近似一致的变化规律。建立了由黄土沉积年代和基本物性指标确定构度,进而确定压缩结构屈服应力;依据孔隙比比值与压缩应力比比值对数的关系,分别描述天然含水率黄土和浸水饱和黄土的压缩曲线;进而,确定饱和自重作用下黄土的自重湿陷系数,计算场地自重湿陷变形的评价方法。该方法应用于西安地区黄土场地自重湿陷评价,得到了与现场浸水试坑试验实测自重湿陷量比较一致的结果,论证了考虑黄土结构性的湿陷性评价方法的合理性和准确性,为建筑黄土地基湿陷变形和大厚度湿陷性黄土地下结构地基湿陷变形评价提供了一种新途径。