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.     

考虑降雨入渗过程的非饱和边坡稳定性分析

常规的滑坡稳定性评价方法仅考虑到滑动面基质吸力对强度的贡献,当降雨入渗深度小于滑面深度时,常规方法不能反映滑坡稳定性随降雨进行而降低这一现象.运用饱和土非饱和土统一抗剪强度理论,对滑坡土条受力分析进行了改进,推导了考虑土条侧边基质吸力变化的条分法,结合Iverson降雨入渗解析解,对降雨入渗过程中基质吸力变化导致边坡稳定性降低的机制进行了探讨.研究表明,土条侧面基质吸力提高了土体抗剪强度,它作为抗剪强度的一部分,通过条间作用力的形式提高土坡的稳定性,随着降雨入渗的进行,土条侧边基质吸力急剧下降,导致条间作用力下降,稳定系数降低.     

南水北调中线工程禹州段膨胀土的非饱和性质研究

基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响不可忽视,而膨胀土就是一种典型的非饱和土,因此研究基质吸力对膨胀土抗剪强度的影响,对工程实践具有重要的意义.采用GDS非饱和三轴试验系统对南水北调中线工程禹州段膨胀土进行非饱和试验.研究表明:膨胀土的总黏聚力随着基质吸力的增大而增大,且增幅十分明显;基质吸力对有效内摩擦角几乎没有影响;抗剪强度不仅取决于所承受的围压,而且还与基质吸力大小密切相关,且随围压和基质吸力的增大而增强.     

重塑非饱和粉质黏土抗剪强度特性试验研究

含水率对非饱和土的抗剪强度有很大影响,因此研究含水率与非饱和土抗剪强度之间的关系,具有重要的工程意义.以粉质黏土为研究对象,通过直剪和基质吸力试验,研究含水率对抗剪强度及内摩擦角和黏聚力的影响.结果表明:随着基质吸力的增大,非饱和土的抗剪强度不断增大,说明基质吸力对抗剪强度有较大贡献;随着含水率增大,土的内摩擦角减小;在含水率较小时,黏聚力增大,当含水率增加到一定值时,土的黏聚力急剧下降.     

石家庄区域非饱和土不同抗剪强度试验指标对比分析

基于非饱和土理论,通过非饱和土直剪试验、三轴UU、CU和CD试验得出非饱和土的强度指标,对比分析了不同试验条件下石家庄地区非饱和土抗剪强度指标及其在不同基质吸力条件下的变化规律.试验结果表明:石家庄地区抽气饱和后原状土UU试验测得的黏聚力大于直剪快剪试验结果,内摩擦角相差不大;原状非饱和土样UU试验的黏聚力约为抽气饱和后土样黏聚力的2倍,说明该区域非饱和原状土中存在的基质吸力对土样黏聚力的提高贡献较大;土的有效内摩擦角φ′基本不受基质吸力的影响,但随着基质吸力的增加,与基质吸力相关的内摩擦角φb呈非线性增长;试验土体总黏聚力c1′随着基质吸力的增大而呈线性增大.对比结果说明石家庄地区采用抽气饱和后原状土体的UU试验强度指标进行工程设计,在安全性和经济性方面均有一定的优势.如果采用非饱和原状土UU试验强度指标,则需要考虑工程实际中基质吸力受场地及气候等因素的影响.     

基质吸力对重塑红黏土抗剪强度影响的试验研究

通过室内剪切试验,得到了非饱和重塑红黏土的黏聚力和内摩擦角随水质量分数变化的规律;采用滤纸法进行了基质吸力的量测,得到不同干密度下的水-土特征曲线;基于试验结果,获得了考虑基质吸力的破坏包络面,初步分析了基质吸力对红黏土剪切强度的影响.结果表明:该类红黏土黏聚力随含水量的增加按Gauss函数变化;内摩擦角随含水量的增加符合Sigmoidal函数,在水质量分数为0时,达到最大值;有效内摩擦角φ′在等基质吸力平面上为一定值,在不同的基质吸力平面上随着基质吸力的增加逐渐增大;φb具有随基质吸力的增加而先不变后减小的特征,且随净法向应力的增加而增大;基质吸力在高净法向应力时,对抗剪强度的贡献较大.     

非饱和膨胀土剪切强度参数对比试验研究

通过控制基质吸力的直剪和三轴试验,研究非饱和膨胀土强度参数随基质吸力的变化规律.试验结果表明:直剪和三轴试验得出的强度参数随基质吸力的变化规律基本相同,黏聚力随基质吸力的增加而增加,内摩擦角随基质吸力的增加而有所减小.非饱和土的内摩擦角并非常数,也受基质吸力大小的影响,当基质吸力小于或等于土样的进气值时,与基质吸力有关的内摩擦角保持不变,而土样内摩擦角随基质吸力的增大而减小.直剪试验得出强度参数相对三轴试验得出的强度参数偏大.     

黄土的三轴剪切吸力变化特性与结构性的分析

黄土的结构性与其骨架中存在的吸力作用有密切关系,吸力作用提高了土骨架的结构稳定性.黄土表现出的结构性不仅仅与其内在吸力作用有关,而且与土骨架中存在的胶结作用相关.本文通过原状黄土、重塑土的非饱和三轴试验,揭示了它们的基质吸力随着剪切变形的发展规律,以及原状黄土应力结构性参数随剪切变形的变化规律.表明原状黄土较重塑土的基质吸力小,但其抗剪切能力较大,它的结构性在较低应变条件即发挥到了峰值.随着剪切变形发展,黄土的结构性逐渐衰减,而其基质吸力却不断增长.非饱和黄土的基质吸力对其抗剪强度有增强作用,但不能反映黄土的结构性.结构性参数及其变化能明确地反映黄土的结构性演变.     

非饱和土剪切试验颗粒流模拟

实验研究基质吸力对非饱和土的变形及强度特性影响耗时耗力,为减少实验所带来的问题,采用颗粒流理论,以颗粒黏结强度为桥梁,建立非饱和土的PFC3D直剪数值模型,模拟不同固结应力及基质吸力作用下非饱和红土的力学特性,得到其剪切应力与剪切位移的关系。基于摩尔-库伦准则,通过拟合计算得出与基质吸力相关的黏聚力c、内摩擦角φ并与实验值对比;通过黏聚力与基质吸力的关系得到φb角,数值模拟与实验值非常接近,结论验证了模拟的合理性。研究成果为非饱和土性质验证提供了新的思路。     

搭接双开敞状态中的吸力分析

基于热力学理论,对非饱和理想模型的水封闭状态、搭接双开敞状态和不搭接双开敞状态的临界条件进行了研究.给出了搭接双开敞状态中的作用面积和张力吸力,得到了基质吸力和等效基质吸力、张力吸力和等效张力吸力随饱和度的变化规律.建议的方法能够反映土的矿物成分对各种吸力和强度的影响.并进一步得到,随饱和度变化,2种等效吸力的变化幅度小于相应吸力的变化幅度等规律.     

吸力测量技术进展和应用

为正确评价渗流区土中基质吸力变化对边坡稳定性、地基变形以及桩基行为的影响,介绍了吸力测量技术的进展情况以及几个典型案例测量成果,得出的结论对进一步的研究有一定的参考价值.     

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.     

Influence of moisture content on shearing strength of unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene

The unsaturated undisturbed quaternary system middle pleistocene loess,a typical unsaturated soil,often occurs in the implementation of western development strategy.To obtain the shearing strength characteristics of this unsaturated undisturbed loess,based on the analysis of mineral composition,the triaxial shear test of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess under different moisture contents is conducted with the specialized triaxial instrument for unsaturated soil.The test results show that the mainly mineral composition of undisturbed quaternary system middle pleistocene loess is quartz and albite.Under the same confining pressure,the matric suction increases with the decrease of moisture content.The smaller the moisture content,the larger the matric suction;the higher the moisture content,the lower the matric suction.Under the same moisture content,the matric suction increases with the confining pressure and reaches a maximum when the confining pressure is 100 kPa,and then decreases with the increase of confining pressure.This phenomenon is closely related to the grain contact tightness of soil mass under high confining pressure.According to the triaxial test of loess,the sample of loess experiences 4 stages from loading to failure:1) compaction stage;2) compression stage;3) microcrack developing stage;4) shear failure stage.The test sample is of brittle failure(weak softening)under low moisture content and confining pressure.With the decrease of matric suction and the increase of consolidated confining pressure,the stress-strain curve changes from softening type to ideal plastic type.In the shearing strength parameters of unsaturated undisturbed loess,the influence of moisture content on internal friction angle is small,but that on cohesive force is obvious.Therefore,the shearing strength of unsaturated undisturbed loess is higher than that of saturated undisturbed loess and varies with the moisture content.     

非饱和粉土回弹模量的应力依赖性与水敏感性耦合分析

为了研究路基内部应力状态和含水率变化对回弹模量的影响,建立了路基土回弹模量的预估模型。根据室内三轴重复加载试验结果,研究了应力依赖性控制指标的选择,结果表明:体应力变化时,回弹模量不具有单调变化的规律,所以不宜作为应力依赖性的控制指标;而利用围压和偏应力作为控制指标时则能全面的反映回弹模量的变化规律。根据土水特征曲线,利用基质吸力表征含水率的影响,构建应力依赖性和水敏感性的耦合模型,并通过试验结果的拟合验证,发现该模型能够较好地反映回弹模量随应力水平和含水率变化的规律。     

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。     

Critical embedment depth of a rigid retaining wall against overturning in unsaturated soils considering intermediate principal stress and strength nonlinearity

The overturning stability is vital for the retaining wall design of foundation pits, where the surrounding soils are usually unsaturated due to water draining. Moreover, the intermediate principal stress does affect the unsaturated soil strength; meanwhile, the relationship between the unsaturated soil strength and matric suction is nonlinear. This work is to present closed-form equations of critical embedment depth for a rigid retaining wall against overturning by means of moment equilibrium. Matric suction is considered to be distributed uniformly and linearly with depth. The unified shear strength formulation for unsaturated soils under the plane strain condition is adopted to characterize the intermediate principal stress effect, and strength nonlinearity is described by a hyperbolic model of suction angle. The result obtained is orderly series solutions rather than one specific answer; thus, it has wide theoretical significance and good applicability. The validity of this present work is demonstrated by comparing it with a lower bound solution. The traditional overturning designs for rigid retaining walls, in which the saturated soil mechanics neglecting matric suction or the unsaturated soil mechanics based on the Mohr-Coulomb criterion are employed, are special cases of the proposed result. Parametric studies about the intermediate principal stress, matric suction and its distributions along with two strength nonlinearity methods on a new defined critical buried coefficient are discussed.     

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.     

An improved Mesri creep model for unsaturated weak intercalated soils

The weak intercalated soils in redbed soft rocks of Badong formation have obvious creep characters. In order to predict the unsaturated creep behaviors of weak intercalated soils, an unsaturated creep model was established based on the unsaturated creep tests of weak intercalated soils by using GDS triaxial apparatus. The results show that the creep behaviors of intercalated soils are apparent and significantly affected by matric suction. Based on this, an empirical Mesri creep model for intercalated soils under varying matric suctions was built. The fitting results show that the parameters Ed and m of this model are in good power relations with matric suction s and stress level Dr, respectively. An improved Mesri creep model was established involving stress-matric suction-strain-time, which is more precise than the Mesri creep model in predicting the unsaturated creep behaviors of weak intercalated soils.     

含水量变化时非饱和土的变形研究

在非饱和状态下土中含水量的增加一方面将引起容重增大，从而引起压缩变形；另一方面将引起基质吸力的下降，从而引起土变形的回弹。非饱和土的最终变形表现为膨胀还是沉降取决于上述2种变形的综合效应。根据广义Hook定律，Fredlund的双应力状态变量，以及基质吸力与饱和度的关系理论，利用增量原理建立了K0状态下非饱和土的变形关系表达式，利用这一模型可以计算非饱和土含水量变化时的变形问题。研究表明：非饱和土的变形特性取决于土的性质，土中吸力变化前后的分布，所考虑土层的厚度以及应力状态等。