黏结强度对异质土界面强度与变形特性影响试验研究

我国黄土高原地区黄土沉积覆盖于新近系三趾马红土之上,形成具有胶结的异质土界面。为研究黏结强度对黄土–三趾马红土界面抗剪强度与变形特性影响,开展其剪切力学试验研究,探讨界面间黏结强度对界面破坏模式、界面变形与抗剪强度特性影响规律。结果表明:(1) 有无界面黏结导致异质土界面试样破坏模式不同,界面黏结增大了试样沿界面间的滑动阻力,试样剪切破坏更趋于剪断模式,剪断面损伤程度也越高;(2) 异质土界面剪应力–剪应变曲线均呈应变软化型,有无界面黏结导致界面试样剪切变形特征不同,有界面黏结试样剪切破坏位移大,峰值强度后剪应力降低幅值大,试样脆性剪断破坏特征越显著;(3) 剪切过程中异质土界面产生明显的竖向剪胀变形,有界面黏结试样竖向剪切位移小,且其随界面粗糙度、法向应力变化幅值小;(4) 异质土界面抗剪强度呈非线性变化,界面黏结存在显著提升了界面试样抗剪强度。当异质土界面间粗糙度较低时,黏结强度对界面试样抗剪强度提升幅度大;当异质土界面间粗糙度高时,黏结强度对界面试样抗剪强度的提升幅度下降,此时界面抗剪强度主要受控于界面两侧土体抗剪强度。      

陕西宝鸡市三趾马红土工程地质特性及灾害效应

陕西宝鸡市渭河北岸地区厚层黄土底部普遍存在一套三趾马红土,其物理力学特性控制着滑坡灾害的发生。通过试验分析发现：①三趾马红土粘粒含量高（一般在37%~55%之间）、蒙脱石或伊利石/蒙脱石类膨胀性粘土矿物含量大（相对含量55%~75%,绝对含量21.99%~33.98%）、有效蒙脱石含量为18.61%~27.56%,比表面积平均值为204.7m2/g,最高达262.9m2/g,属于膨胀性粘土,物理化学活性强;②三趾马红土微裂隙发育、胶结程度差、易崩解,天然状态下为坚硬粘土,饱水后呈现可塑—软塑态,具显著膨胀性;③三趾马红土的天然强度相对较高,而遇水饱和后,粘聚力和内摩擦角明显降低,峰值强度和残余剪强度降幅在47%~63％之间。因此,三趾马红土在地下水作用下强度显著降低,成为高陡斜坡中的软弱地层,形成剪切带,控制着渭北黄土塬边地区滑坡的发育与分布。     

节理倾角对黄土力学特性影响试验研究

黄土节理种类多样、角度多变,是影响黄土力学性质的重要因素。为研究节理对黄土力学性质影响,开展含预制节理黄土试样单轴与三轴压缩强度试验,分析了非贯通节理对试样剪切破坏模式影响,探讨了节理倾角对黄土强度与变形特性影响规律。结果表明:节理试样剪切破坏均为压剪破坏,破坏模式可分为节理面与破裂面贯通型和节理面与破裂面斜交型,压力作用下非贯通节理尖端翼裂纹和次生裂纹不断萌生,易劣化扩展形成剪切破裂面;节理存在弱化了试样抗变形能力,单轴压缩条件下试样应力-应变曲线均呈应变软化型,预制节理降低屈服阶段变形模量,减小试样剪切破坏位移,加速试样剪切破坏;节理存在显著降低黄土强度,峰值强度与残余强度均随节理倾角呈现先减小后增大变化趋势,但变化幅度随围压增大而降低,黏聚力随节理倾角变化最为敏感,节理倾角60°时试样强度指标最低;预制节理倾角与黄土试样剪切破裂角越接近,节理面越易劣化贯通为剪切破裂面,试样抗变形能力越差,强度性质劣化越显著,试样越容易剪切破坏。研究成果为揭示黄土节理界面劣化对黄土边坡促滑机制提供参考。     

风成三趾马红土与第四纪黄土的粘土矿物组成异同及其环境意义

文章基于X射线衍射、热分析和理化分析,对西峰三趾马红土的粘土矿物组成进行较系统研究,并与上覆第四纪黄土和古土壤样品进行对比.结果表明,二者的粘土矿物类型相似,以伊利石为主,其次是绿泥石、蒙脱石和高岭石; 但伊利石结晶度明显低于第四纪黄土,而与发育较好的第四纪古土壤(如S4和S5)相当; 三趾马红土中的粘土矿物组成主要为碎屑成因,成壤作用只对伊利石结晶度有明显影响.根据现代土壤粘土矿物地带性分布规律,三趾马红土的粘土矿物组合指示了大约6Ma以来,我国北方黄土高原地区一直处于温带半湿润-半干润的环境条件下,以后的气候主要在此范围内波动.但伊利石结晶度的变化指示了晚中新世-上新世总体比第四纪较高的风化成壤强度,体现了较强的夏季风效应.     

球状风化花岗岩类土质边坡随机重构与其失稳破坏模式研究

球状风化花岗岩类土质边坡高度的非均质性、非连续性以及土-球接触界面的复杂性致使其失稳破坏复杂多变,综合运用几何学、计算机随机模拟技术等,以有限元软件ABAQUS为平台,基于Python开发了球状风化花岗岩类土质边坡的随机结构模型程序,研究了球状风化体的含量、空间分布、粒度组成以及土-球接触界面等作用下球状风化体类土质边坡的失稳破坏模式。结果表明：球状风化花岗岩类土质边坡破坏模式复杂多变,且由于球状风化体的存在,使得该类边坡的潜在滑动面极其不规则,甚至出现多条滑动面;位于滑动面附近的风化体阻碍了滑动面的发育,迫使其出现“绕石、分流或者包含”的塑性扩展模式。随着球状风化体含量的增长,坡体内部越来越难以形成单一的、上下贯通的滑动面,安全系数随之逐步提高;(0.22～0.3)L_c粒径风化体含量越多,Ⅱ区风化体所占面积越大,越有利于边坡稳定;土-球接触界面最有可能发展为滑动面,界面接触类型显著影响着球状风化花岗岩类土质边坡的失稳演化过程。研究成果可为合理准确地评价球状风化花岗岩类土质边坡的稳定性提供科学依据和理论支撑。     

应用塑性图对陕西特殊土的判别

塑性图是由卡萨格兰德于１９４２年首次提出的，该图将阿太堡界限（液限、塑限）应用于土质分类。本文根据塑性图判别理论并应用塑性图，对陕西省特殊土（黄土、三趾马红土、膨胀土等）进行了判别，结果为黄土位于ＣＬＹ区，三趾马红土和膨胀土位于ＣＨＥ区，其效果较好，达到了分类的目的。     

淤泥-新填土接触界面渐进剪切破坏微观分析

坝前淤泥面加坝中淤泥坝基和新填筑坝体的接触界面是整个加坝体的薄弱部位,为了进一步探究不同工况下接触界面渐进剪切破坏特性,以宁夏南部山区西吉县南川水库坝前淤泥面加坝工程为研究对象,在改进常规应变式直剪仪的基础上,利用电镜扫描技术,通过控制剪切位移增量的方式对接触界面渐进剪切进行了微观试验研究,并且基于逐步回归分析法获得了影响接触界面强度参数的微结构显著性变量,建立了反映两者关联性的回归方程,研究表明：不同压实状态的淤泥土造成的界面颗粒胶结和结构的改变,是影响界面抗剪强度增加的主要原因,存在一个界面“最优黏结”状态;随着剪切位移增加,界面土颗粒从独立分布的单粒结构的接触形式,逐渐发育成以面-面、边-面接触定向排列的薄片状结构,最终形成不易压缩的块状粒团结构;界面孔隙微结构参数变化规律与宏观黏聚力、内摩擦角变化具有相关性。研究结果可以为坝前淤泥面加坝工程的设计与施工提供参考依据。     

黄土-泥岩接触面滑坡的特征与成因

黄土-泥岩接触面滑坡是黄土沿下伏泥岩等接触面滑动的黄土滑坡, 是黄土高原广泛分布的主要黄土滑坡类型之一. 黄土-泥岩接触面滑坡发育的黄土斜坡一般为坡度10°～20°的地势低洼部位. 上部黄土、下部泥质岩的“双层异质”斜坡结构, 倾向坡外的接触面构成的软弱结构面, 是黄土-泥岩接触面滑坡发育的地质基础. 地下水作用是黄土-泥岩接触面滑坡的重要引发因素. 斜坡上部黄土的渗透性较好, 且垂直节理和落水洞发育, 有利于降水入渗, 而下部泥质岩的渗透性差, 地下水易在接触面及其低洼部位汇集, 使黄土底部接触面一带岩土长期处于过湿软塑-饱和状态, 成为滑坡发育的软弱结构面. 黄土-泥岩接触面滑坡具有滑动速度低、滑动距离短, 滑体稳定性差、易复活滑动等活动特征. 受斜坡地质结构和水文地质条件的控制, 黄土-泥岩接触面滑坡变形破坏的地质力学模式为滑移-拉裂型或塑流-拉裂型.     

重复剪切作用下结构面起伏角度对其力学特性影响研究

在室内直剪试验的基础上,研究了重复剪切作用下起伏角对结构面变形和强度的影响。采用钢制模具和混凝土材料预制4种起伏角度结构面,分别在5级法向应力下进行6次直剪试验,记录每次剪切过程中的切向应力和法向位移随切向位移的变化。通过对切向应力和法向位移随切向位移变化曲线分析可知,首次剪切时,法向应力和起伏角度越大,结构面剪切破坏方式越容易从滑移破坏过渡为剪断破坏,对于同一种剪切破坏方式,法向应力越大,对结构面磨损或剪断的作用越强烈,峰值剪胀位移越小,起伏角度越大,锯齿被磨损或剪断的高度越大;第2次剪切开始,不论法向应力和起伏角度如何,结构面的剪切破坏方式基本上都转变为滑移破坏。     

北京斋堂雁翅地区的黄土

北京西山永定河支流清水河流域的斋堂盆地,是著名的“马兰黄土”的得名地,是我国黄土与三趾马红土首次划分之处。斋堂、雁翅一带又是京郊黄土最为发育的地区之一。近百年来,已见不少有关本区黄土与地文期的报导。     

基于降雨响应的黄土-基岩型滑坡失稳机制分析以宝鸡市麟游县岭南滑坡为例

为探索黄土-基岩型滑坡的降雨响应机制,以麟游县岭南滑坡为例,利用滑坡宏观变形破坏数据、岩土体测试与模拟计算相结合的方法,讨论了暴雨、连阴雨下岭南滑坡的地下水水位响应特征,相应应力路径下土体应力应变特征,对黄土-基岩型滑坡的破坏机制进行了研究。初步揭示:(1)滑坡体为粉质黄土状黏土,滑床为砂砾岩,渗透系数小,具有隔水性质。(2)黄土泥流与块体滑动是岭南斜坡的主要运动失稳方式。暴雨天气时黄土泥流频发,块体滑动的出现与连阴雨有关。(3)与降雨103mm的暴雨天气相比,连续降雨235.5mm,斜坡地下水位明显升高。(4)滑坡体粉质黄土状土具有剪胀特征。在暴雨背景下,表层土体孔隙水压力易消散,诱发低速运动的黄土泥流; 在连阴雨背景下,地下水水位以下的滑动面剪切破坏过程中,剪胀孔隙被地下水迅速补充,诱发的剧烈块体滑动,具有高危险性。     

土与结构接触面力学特性环剪试验研究

利用环剪仪对不同的土与混凝土接触面的力学特性进行了研究。分别对有泥皮及没有泥皮的接触面情况进行试验,并对剪切面位于黏土内的情况进行了试验。结果表明,不同接触面的应力-应变特性差异很大,泥皮的存在明显改变了接触面的性状;对没有泥皮的情况,剪切破坏面可能发生在土体内部,也可能发生在土-混凝土接触界面;而有泥皮时,破坏面始终发生在泥皮内部。试验的各种接触界面中,破坏时平均剪应力与法向应力具有较好的线性关系, 接触面强度可用摩尔-库仑准则较好地描述;当有泥皮存在时,摩擦角为没有泥皮时的63.4 %。     

基于三维扫描和三维雕刻技术的岩石结构面原状重构方法及其力学特性

为了客观重复制作与原岩结构面的岩性、表面形态和力学性质完全一致的试样,集成三维扫描和三维雕刻技术,提出了原岩结构面试样重构新方法。采用该方法制作了具有相同表面形态的大理岩结构面试样,开展了不同法向力下的直剪试验,并采用声发射技术对结构面剪切破坏过程进行了监测。结果表明：重构结构面试样与原始结构面试样具有高度相似性;结构面剪应力-剪切位移曲线可分为两类：剪胀滑移型和剪断跌落型;剪切破坏后结构面可明显地划分为两个区域：剪胀脱开区和剪断磨损区;提出了结构面剪切强度新公式,理论公式与试验结果更接近;结构面剪切过程中剪应力、能量率、计数、撞击率随时间的变化规律具有较好的一致性,声发射定位位置与剪切过程中结构面损伤破坏区域基本吻合。     

基于Plesha本构的岩石节理多层结构模型研究

在Dong等工作的基础上[1],研究了基于Plesha本构的岩石节理多层结构模型。模型将节理面分解为不同层次细观结构面,每层结构面代表一级粗糙度,力学响应发生在最底层（基本面）,上层结构面受力性状由其下层结构面平均化得到,依次进行得到节理宏观力学性状。节理破坏由下而上分层次进行,基本面破坏后,其上层结构面转化为基本面,基本面采用Plesha节理模型。模型能模拟弹性变形、滑动变形、磨损、剪断、压碎、分离等作用机理。定义的接触因子与绕流因子能考虑节理接触面积及粗糙度变化对渗流的影响。通过将粗糙度定义为等效起伏角,可以模拟节理循环剪切性状。采用ABAQUS的用户子程序UEL进行了模型验证与参数分析。     

剪切-渗流作用下煤岩剪断面形态特征试验研究

利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置,开展了不同法向应力作用下煤岩剪切-渗流耦合试验研究,并对剪断面进行立体扫描,分析不同法向应力作用下煤岩剪断面的二维断面特征参数和三维断面特征参数。结果表明：（1）煤岩试件剪切破坏主要是塑性破坏,在恒定气压条件下,法向应力越大,煤岩的峰值剪应力越高,且煤岩的峰值剪应力与法向应力近似呈线性关系;（2）法向应力是煤岩剪断面形态特征的影响因素之一,在恒定气压条件下,其施加的法向应力越大,二维断面特征参数和三维断面特征参数基本都呈减小趋势,也即法向应力越大,煤岩剪断面的起伏度和粗糙度都越小;（3）在煤岩剪切过程中,法向应力能通过影响剪切裂纹的扩展区域进而影响煤岩试件的渗流特性和剪断面的形貌特征。     

黄土?三趾马红土滑坡滑带土的长期强度影响因素研究

西北地区三趾马红土广泛分布,其蠕变特性强、变形后强度衰减明显,为典型的易滑地层。以往研究较少关注三趾马红土的长期强度衰减规律,为探讨三趾马红土强度时间效应,文章开展三趾马红土蠕变试验研究,获取其蠕变全过程曲线;利用等时曲线法求取其长期强度,并分析影响因素对长期强度影响的敏感性。结果表明:三趾马红土蠕变性强,蠕变特性受初始条件影响显著,试样干密度越小、含水率越高、试验围压越小,其蠕变变形量越大;三趾马红土蠕变变形后强度衰减明显,强度损失率为6.67%～34.58%,干密度越小、含水率越高、围压越小其长期强度越低;三趾马红土长期强度衰减随影响因素变化敏感性不同,随含水率变化最为敏感,随围压变化敏感性次之,随干密度变化敏感性最低;三趾马红土强度损失率变化则呈现不同规律,干密度越小、含水率越高、围压越低,其强度损失率越大,且其变化幅度随围压变化最为敏感,随含水率变化次之,随干密度变化敏感性最低。     

循环剪切荷载作用下充填物对结构面剪切特性影响试验研究

利用相似材料复制劈裂结构面,进行常法向应力下循环剪切试验,研究无充填、充填黄泥3mm、充填石膏3mm和充填岩屑3 mm条件下结构面循环剪切强度、变形和形貌演化特性。结果表明:(1)循环剪切中占主导地位的破坏模式会发生改变,无充填时由剪断破坏向磨损破坏转化,充填黄泥时主要为滑移破坏,充填石膏时由剪断破坏向滑移破坏再向磨损破坏转化,充填岩屑时由剪断破坏向磨损破坏转化。(2)随着循环剪切次数增加,无充填和充填黄泥时峰值剪应力以减速率减小,充填石膏和岩屑时峰值剪应力先减小再以减速率增大,充填物会弱化结构面循环剪切强度,其中以黄泥的弱化影响最大。(3)不同充填材料条件下,结构面循环剪切中平均剪胀角均以减速率减小,有充填时循环剪切中剪缩现象更明显,其中充填黄泥时剪缩幅度最小,充填石膏时剪缩幅度最大。(4)有充填物条件下,循环剪切后结构面磨损程度比无充填条件下要小,其中以充填黄泥时磨损程度最小,充填石膏时磨损程度相对最大。     

循环剪切荷载作用下充填物对结构面剪切特性影响试验研究

利用相似材料复制劈裂结构面,进行常法向应力下循环剪切试验,研究无充填、充填黄泥3mm、充填石膏3mm和充填岩屑3mm条件下结构面循环剪切强度、变形和形貌演化特性。结果表明:(1)循环剪切中占主导地位的破坏模式会发生改变,无充填时由剪断破坏向磨损破坏转化,充填黄泥时主要为滑移破坏,充填石膏时由剪断破坏向滑移破坏再向磨损破坏转化,充填岩屑时由剪断破坏向磨损破坏转化。(2)随着循环剪切次数增加,无充填和充填黄泥时峰值剪应力以减速率减小,充填石膏和岩屑时峰值剪应力先减小再以减速率增大,充填物会弱化结构面循环剪切强度,其中以黄泥的弱化影响最大。(3)不同充填材料条件下,结构面循环剪切中平均剪胀角均以减速率减小,有充填时循环剪切中剪缩现象更明显,其中充填黄泥时剪缩幅度最小,充填石膏时剪缩幅度最大。(3)有充填物条件下,循环剪切后结构面磨损程度比无充填条件下要小,其中以充填黄泥时磨损程度最小,充填石膏时磨损程度相对最大。     

循环剪切荷载作用下充填物对结构面剪切特性影响试验研究

利用相似材料复制劈裂结构面,进行常法向应力下循环剪切试验,研究无充填、充填黄泥3mm、充填石膏3mm和充填岩屑3mm条件下结构面循环剪切强度、变形和形貌演化特性。结果表明:(1)循环剪切中占主导地位的破坏模式会发生改变,无充填时由剪断破坏向磨损破坏转化,充填黄泥时主要为滑移破坏,充填石膏时由剪断破坏向滑移破坏再向磨损破坏转化,充填岩屑时由剪断破坏向磨损破坏转化。(2)随着循环剪切次数增加,无充填和充填黄泥时峰值剪应力以减速率减小,充填石膏和岩屑时峰值剪应力先减小再以减速率增大,充填物会弱化结构面循环剪切强度,其中以黄泥的弱化影响最大。(3)不同充填材料条件下,结构面循环剪切中平均剪胀角均以减速率减小,有充填时循环剪切中剪缩现象更明显,其中充填黄泥时剪缩幅度最小,充填石膏时剪缩幅度最大。(3)有充填物条件下,循环剪切后结构面磨损程度比无充填条件下要小,其中以充填黄泥时磨损程度最小,充填石膏时磨损程度相对最大。     

含二阶规则起伏体结构面的剪切试验研究

通过常法向应力直剪试验研究了含不同二阶规则起伏体高度结构面的剪切特性。试验结果表明:与只含一阶起伏体结构面不同,含二阶起伏体结构面会有多峰值剪应力和波浪状的变形曲线,会出现多次剪断破坏或一次剪断破坏的破坏特征,随着二阶起伏体高度的增大,结构面剪切强度增大。