黄土钻孔剪切变形与强度特性研究

为揭示黄土钻孔剪切过程的变形和强度特征,在传统钻孔剪切仪上增加法向位移和剪切位移传感器,并采用改进的钻孔剪切仪在典型西安黄土中进行不同深度的钻孔剪切试验,同时在相邻探井内取原状土样进行三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪),最后将不同试验方法测得的抗剪强度参数进行对比分析。试验结果表明,法向应力?法向位移关系曲线可通过刺入压密阶段、似弹性变形阶段和塑性变形阶段描述其特征;在首级法向应力下的剪切破坏过程中,剪切应力历经短期弹性、长期弹塑性增大阶段,直至达到相对稳定值;在分级法向应力下的剪切破坏过程中,剪切应力历经从零增大至比例强度的弹性阶段,从比例强度增大至峰值强度的弹塑性阶段和从峰值强度降低至残余强度的屈服破坏阶段;当法向应力控制在似弹性变形阶段范围时,剪切应力与法向应力之间呈良好的线性关系,较好地符合摩尔?库伦强度准则;钻孔剪切试验测得的内摩擦角普遍高于三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪)结果,但黏聚力除在浅部地层(10 m 深度范围内)中高于直剪试验(固结快剪、快剪)结果外,均小于三轴固结不排水剪切试验和直剪试验(固结快剪、快剪)结果。     

基于细观结构的压实黄土抗剪特性试验研究∗

压实度是填方工程质量验收的主要控制项目之一,较高压实度对改善黄土力学性能效果显著。为全面系统分析压实对黄土抗剪特性的影响规律,更好地揭示较高压实度提高黄土抗剪能力的内在原因,利用室内三轴剪切试验和电镜扫描试验,基于 4 种不同压实度,对甘肃省临夏市北塬地区压实黄土的抗剪特性和细观结构进行了研究。研究表明：压实黄土应力—应变满足双曲线形式,较高压实度对提高黄土体抗剪强度和剪切模量作用显著;较高压实度通过改变土体颗粒之间的接触形式以改善黄土体抗剪特性,主要表现为压实黄土颗粒之间的接触形式随着压实度的增加由棱边接触、支架镶嵌向面接触逐渐过渡;较高压实度通过改变土体孔隙尺度特征和形态分布以改善土体抗剪特性,主要表现为随着压实度的增加孔隙分布范围内微、小孔隙的含量增加,中、大、特大孔隙含量减小,孔隙形状也相对变得圆滑。     

舟曲某千枚岩与砾石土质高边坡现场剪切试验及稳定性分析研究北大核心CSCD

拟建边坡工程地层主要为表层第四系坡积物、志留系千枚岩相变质岩。为了研究该边坡岩层的力学特性,选取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。结果表明:现场剪切试验成果客观地反映了试验对象的基本性状和实际情况;强风化千枚岩的剪切特性和剪胀剪缩特性与其风化程度和岩体的完整性有关,当岩体完整、风化程度低时,岩石力学性质明显,其剪切破坏为脆性破坏,并表现为持续剪胀;当风化严重、岩体破碎时,表现出某些土的力学性质,呈塑性破坏,且表现为先剪缩后剪胀;砾石土抗剪强度与含砾石量有关,含砾石量越大,抗剪强度越高,其在低法向应力下表现为剪胀,在高法向应力下表现为先剪缩后剪胀。通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析,得出了现场大型直剪试验的成果更有利于边坡稳定性分析和加固工程设计的结论。     

舟曲某千枚岩与砾石土质高边坡现场剪切试验及稳定性分析研究

拟建边坡工程地层主要为表层第四系坡积物、志留系千枚岩相变质岩。为了研究该边坡岩层的力学特性,选取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。结果表明:现场剪切试验成果客观地反映了试验对象的基本性状和实际情况;强风化千枚岩的剪切特性和剪胀剪缩特性与其风化程度和岩体的完整性有关,当岩体完整、风化程度低时,岩石力学性质明显,其剪切破坏为脆性破坏,并表现为持续剪胀;当风化严重、岩体破碎时,表现出某些土的力学性质,呈塑性破坏,且表现为先剪缩后剪胀;砾石土抗剪强度与含砾石量有关,含砾石量越大,抗剪强度越高,其在低法向应力下表现为剪胀,在高法向应力下表现为先剪缩后剪胀。通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析,得出了现场大型直剪试验的成果更有利于边坡稳定性分析和加固工程设计的结论。     

砂-聚苯乙烯颗粒轻质混合填料的剪切强度特性

砂-聚苯乙烯颗粒填料是一种以砂土和聚苯乙烯颗粒组成的轻质混合填料。通过轻质填料的直剪试验,研究其剪切强度的特性、强度影响因素及其机制。研究发现,轻质填料的剪切强度具有最优含水率(本文为10%),若大于或者小于最优含水率,剪切强度都将减小;轻质填料的剪切强度主要由4个分量构成:颗粒滑动、剪胀、挤碎和重新排列,以及因聚苯乙烯收缩而引起的颗粒移动和重排分量;轻质填料的剪切强度还受聚苯乙烯含量及法向应力(或围压)的影响,其剪切强度随聚苯乙烯含量的增加而减小,随法向应力的增加而增加;轻质填料的内摩擦角随着配比的增加而减小,凝聚力随配比的增加而增大。     

剪扭复合作用下预制拼装混凝土桥干接缝抗剪强度分析∗

为研究剪扭复合作用对单键齿干接缝抗剪强度影响,本文结合实际预制拼装混凝土桥剪力键尺寸与形状,利用 ABAQUS 有限元软件对干接缝剪力键受剪扭复合作用直至失效过程进行分析;研究过程首先以已有学者剪力键纯剪切试验为对象,建立其有限元模型,对比文献可以得出：数值模拟与试验得到的接缝位置抗剪强度比值平均为 0.94,且数值模拟中裂缝位置与试验裂缝出现位置较为接近,裂缝演化过程较好吻合;在此基础上采用相同方法建立新数值模型,并通过改变荷载作用位置对剪力键施加剪扭复合作用,结果表明：单键齿干接缝抗剪强度随荷载所产生扭转作用增大而减小,扭转对剪力键抗剪强度降低幅度影响显著,当键齿厚度为 400 mm,荷载偏移距离为 275 mm,荷载移动距离为键齿厚度 1/1.45 时,抗剪强度较受纯剪切荷载模型减少超过 40%;对 60 个剪扭复合作用模型抗剪强度降低值线性回归,得到偏载距 S 与抗剪强度减少系数 P 之间关系为 P = 1.758 × 10^-3 S - 0.042,依此对美国 AASHTO 规范中干接缝抗剪承载力预测计算式提出修改建议;通过另建立 8 个设置不同参数的剪扭复合作用模型验证修正后计算式准确性与一般性,数值模拟与修正计算式得到的抗剪强度比值平均为 1.01,最大为 1.06。     

箍筋间距对RC梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究∗

箍筋间距对钢筋混凝土梁的裂缝开展及剪切延性有重要影响,但对其抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少.采用三维细观数值模拟方法,建立了钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型,研究了箍筋间距及配箍率对钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律,并重点分析了箍筋间距对钢筋混凝土梁剪切延性及尺寸效应的影响.研究结果表明:箍筋间距对剪切破坏模式及抗剪强度的影响不大,主要影响钢筋混凝土梁的剪切延性;减小箍筋间距可以有效抑制梁的脆性行为;箍筋增大梁的抗剪承载能力,同时削弱梁抗剪强度尺寸效应.此外,将模拟结果与所提抗剪强度尺寸效应理论公式进行对比分析,验证了所提公式的适用性与准确性.     

MICP技术加固岩石节理的力学机理试验研究∗

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)是近年国内外兴起的一种微生物岩土技术,即利用微生物新陈代谢的矿化作用诱导产生碳酸盐沉淀,在土体抗液化、堤坝加固等领域得到广泛实验和应用,相较传统边坡加固手段,其绿色环保的特点更符合可持续发展理念。为探究MICP技术在完全分离的岩石节理试件中的胶结效果,通过一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的实验装置,实现MICP胶结液对岩石节理试件的胶结,在不同法向应力下探究其抗剪强度。结果表明:(1)MICP技术对岩石节理具有一定胶结作用;(2)随剪切位移的增加,MICP胶结实验组与无充填对照组的剪切强度维持一致,即二者抗剪残余应力基本相等;(3)胶结养护7 d的抗剪强度可达无充填对照组的85%。     

混凝土⁃石材粘结界面剪切性能试验研究∗

为了研究混凝土和石材粘结界面的抗剪性能,设计Z型和套箍型两种试件,进行了混凝土?石材粘结试件界面剪切力学性能试验。试验考虑了材料强度、界面植筋情况、试件形式等变化参数。试验结果表明：界面为试件的薄弱部位,混凝土和石材的粘结界面上均发生了剪切破坏。在一定范围内,混凝土强度的提高会增强界面的剪切强度,延缓试件的开裂,减小界面同级荷载下的剪切位移;界面植筋可以显著提高试件的剪切性能,提高幅度随着植筋率的增大而增大;相同条件下,套箍型试件的剪切强度大于Z型试件,未植筋试件提高约20%,植筋试件提高约40%~55%。根据试验结果结合理论分析,提出了可考虑套箍增强作用的界面抗剪承载力计算公式。     

浅层滑坡中的乔木根系阻滑效应及变形特性试验研究

为探索乔木根系在浅层潜在滑坡中的阻滑效应及变形情况,课题组自行研制了大型根土复合体直剪仪,可模拟不同深度的浅层滑动面。结果表明:根系的存在有助于提高土体的抗剪强度,延缓土体破坏的能力;随着剪切面的下移,根系对土体的强化作用逐渐提高;根系在土中的分布情况会影响到根系对土体的强化作用,根系所在平面与作用力方向垂直时根系的阻滑能力最强;平行根与前后根在土中的变形范围基本相同,变形位移主要集中当前剪切面相邻的剪切面之间;平行根中左右根系在各剪切面处的变形情况基本一致,在当前剪切面处根系的变形位移最大,且当前剪切面之上的根系变形位移要大于下部根系位移;前后根中前根在当前剪切面上的变形位移小于后根,在当前剪切面及其下前根的变形位移要大于后根。该研究成果为拓展乔木根系对浅层边坡的治理提供了试验依据,对乔木的固土护坡作用研究具有积极意义。     

季冻区分散性黏土抗剪强度特性研究

分散性黏土因遇水呈散凝悬浮状而得名，土中黏土颗粒(主要为胶体颗粒)和可交换钠离子溶解于低盐水中而产生反絮凝现象。季冻区分散性黏土修筑的堤防、渠道出现了滑坡失稳破坏，严重威胁到工程质量和粮食安全。采用现场调研和室内试验相结合的方法，对季冻区分散性黏土的抗剪特性进行研究，结果表明：天然状态下的分散性黏土不排水强度应力-应变曲线呈硬化型且具有剪胀性；初始干密度较小时，冻融对抗剪强度影响较小，浸泡影响较大；初始干密度较大时，冻融对抗剪强度影响较大，而浸泡仅使抗剪强度下降11.25%。经历冻融+浸泡后，抗剪强度下降90%以上且强度值低于10 kPa,黏聚力和内摩擦角仅为天然状态下的1/8～1/5。冻融引起土体劣化，浸泡进一步引起土中可交换钠离子流失是引起季冻区分散性黏土滑坡的主要原因。     

冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究

通过室内循环冻融循环试验和三轴不固结不排水(UU)压缩试验研究了循环冻融作用与细砾组含量(P_(2-5))对黏质粗粒土抗剪性能的影响。结果表明,冻融循环作用对黏质粗颗粒土的应力—应变曲线性状具有一定的影响,可使其由未冻融的应变软化向应变硬化转变的趋势,但随着细砾组P_(2-5)含量的增加,冻融作用对其影响逐渐减弱。随着冻融循环次数的增加,土样剪切强度呈现逐渐衰减,且在5～9次冻融循环次数后基本保持不变,多次循环冻融作用后剪切强度最大衰减幅度可达40%。弹性模量随冻融循环次数的增加上下波动较大但整体呈现下降趋势。在抗剪强度指标方面,冻融作用对黏聚力影响比较显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力逐渐减小,最大衰减幅度可达65%,而内摩擦角上下波动较大无明显趋势。此外,随着细砾组P_(2-5)含量的增加,剪切强度、弹性模量及抗剪强度指标均呈现不同程度的减小,这与粗粒土内部粗颗粒和细颗粒占比及其强度发挥机制有关。     

藏东南冰碛体剪切特性受冻融循环的影响及改良∗

藏东南地区广泛分布着冰碛体堆积体,此土体严重影响工程安全。为了研究冰碛体的剪切性能并对其进行改良,运用相似原理配制出级配良好的冰碛体相似材料,分别在不同冻融循环次数和不同含水率的条件下,对冰碛体相似材料开展了直剪试验,同时掺入机油和粉煤灰外加剂进行三轴试验,研究其对冰碛体相似材料抗剪强度参数的影响。结果表明：（1）直剪试验过程中,随着垂直压力的增大,冰碛体的位移?剪应力曲线由弱应变软化型转变为弱应变硬化型。（2）含水率变化对冰碛体抗剪强度的升降受到冻融循环次数的影响。（3）冻融循环为5 次是冰碛体材料抗剪强度的分界线。（4）机油和粉煤灰对冰碛体抗剪强度指标（咬合力和内摩擦角）的影响相反。     

饱和砂土排水与不排水剪切特性的比较研究

针对相对密度为30%的福建标准砂,利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,进行了复杂初始固结条件下应力路径变化的应力控制式单调排水与不排水剪切试验。试验过程中,控制平均主应力保持不变,分别探讨在排水与不排水条件下中主应力系数和主应力方向角对饱和砂土剪切特性和强度的影响。通过对比表明:在排水与不排水试验中,与排水条件无关,中主应力系数对归一化的应力—应变关系具有影响,但对体变或孔压的影响并不明显;当其余初始条件相同时,偏应力比随中主应力系数的增大而降低。主应力方向角的影响同样显著,排水试验的主应力方向角不同时,应力—应变关系所表现出的变化规律取决于水平面与竖直面上受到的剪应力作用,相变及峰值偏应力比和内摩擦角与主应力方向角之间存在抛物线型关系。不排水试验的峰值有效偏应力比随着主应力方向角的增大而减小。同时,对于不同的主应力方向,排水条件改变会影响试验得到的抗剪强度指标。     

不同含水率状态下黏性土-混凝土界面剪切特性室内试验研究

利用青岛理工大学自行研制的恒刚度直剪仪,完成了18%、20%、25%、28%共4组不同含水率黏性土与混凝土大型直剪试验,重点对不同含水率和法向应力下剪应力—剪切位移关系曲线进行分析,探讨了含水率的变化对黏性土与混凝土界面力学特性的影响规律。试验结果表明:黏性土与混凝土界面的剪应力—剪切位移关系曲线受到含水率变化的影响。当含水率较高时,界面剪应力达到峰值后剪切变形表现为典型的弹塑性变形;当含水率较低时,界面剪应力—剪切位移关系曲线呈现出折线型关系。界面抗剪强度随含水率的增大而减小,但抗剪强度与法向应力始终保持线性关系,黏聚力受临界含水率25%左右的影响,小于临界含水率时,黏聚力随含水率的增大而增大,大于临界含水率后,黏聚力随含水率的增大而减小;摩擦系数受含水率的影响较小,变化幅度仅为5.5%。     

压实黏土变角剪切试验及其尺寸效应∗

滑带土的抗剪强度指标对于边坡稳定性分析具有重要作用,相比于直剪试验,变角剪切试验能更好的模拟滑带土的受力状态.利用岩土体变角剪切试验仪,对不同尺寸试样进行变角剪切试验,介绍了变角剪切试验研究压实黏土剪切参数的方法,结合Weibull统计尺寸效应理论研究压实黏土尺寸效应.结果 表明:变角剪切试验结果符合幂函数型Mohr准则;与直剪试验测得的剪切参数相比,变角剪切试验得出的内摩擦角与直剪试验相近,黏聚力较直剪试验大;压实黏土的尺寸效应基本符合Weibull尺寸效应理论,经过修正的Weibull尺寸效应式能更好地描述压实黏土剪切强度的尺寸效应.     

含水量对滑带土强度变形参数及滑坡稳定性的影响

滑带土含水量的变化对其强度和变形参数有较大影响,并且影响滑坡稳定性,三峡库区涉水滑坡受库水位变化与降雨影响,滑带土含水量处于不断变化中。以三峡库区万州区三舟溪滑坡滑带土为例,运用非饱和土力学理论,分析土体抗剪强度指标与含水量之间的关系;采用不排水快剪试验、压缩试验、X射线衍射分析及电镜扫描技术,揭示滑带土的矿物组成和微观结构,不同含水量滑带土的抗剪强度指标及边坡稳定性变化规律。结果显示:滑带土含有大量的蒙脱石粘土矿物,具有较强的亲水性,矿物具有明显的定向排列,矿物间微裂隙和微孔隙发育;含水量的变化对滑带土的抗剪强度、变形模量、稳定性影响较为敏感,以最优含水量为分界点,随着含水量的增大,粘聚力c先增大后减少,内摩擦角φ先缓慢减少后快速降低,变形模量先快速降低后缓慢减少,边坡稳定性系数先增大后减少,潜在滑动面位置先变深后变浅。研究结果对滑坡稳定性研究及治理工程设计具有指导意义。     

不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切特性研究∗

采用 GDS 界面剪切仪,开展不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切试验,研究了沉贯过程中基础沉贯速率对吸力基础-黏土界面剪切特性的影响,分析了不同剪切速率、不同沉贯深度下的界面剪切特性。试验结果表明,吸力基础-黏土界面的抗剪强度随着法向应力的增加而增大,但随着剪切速率的增加而减小;界面峰值强度对应的剪切位移均在 1 mm 以内,且随着法向应力的增加而增大;界面凝聚力与剪切速率呈正相关,界面摩擦角则相反。在沉贯速率 1.0~1.2 cm/min 范围内,界面凝聚力增加幅度最大。摩擦系数在 0.27~0.34 变化,且随着沉贯速率的减小而增大,随沉贯深度的增加呈现减小趋势。     

滑移孤石稳定性分析及失稳过程研究——以四川省马边县某孤石为例∗

停留在高陡山坡且部分埋入土体的大体积独立崩积物——孤石,在降雨和地震等不良地质情况下会发生失稳破坏并威胁坡脚居民的生命财产安全,独立滑移破坏为孤石的一种主要破坏形式。为了探究独立滑移孤石的滑移力学原理,分析土体物理力学参数对孤石滑移失稳的影响。基于库伦土压力理论,建立上部楔形体土压力计算模型、下部楔形体模型和左右土体模型,使用Mathematics软件分析模型公式中的抗剪强度、黏聚力和滑裂角等对土压力的影响,并使用Flac3D有限差分法分析滑移孤石的失稳过程。结果显示,上部土体所提供的下滑推力随着抗剪强度和黏聚力值的增大而呈减小趋势,下部土体模型能承受的孤石最大推力约19 kN,当孤石推力大于19 kN时,孤石下部土体将以29.22°的滑裂角滑出;下部土体所提供的抗滑力随着抗剪强度和黏聚力的增大而增大,有限差分法模拟得到了孤石以推动表层土体向临空面滑移的方式失稳。孤石周围土体的抗剪强度和黏聚力对孤石稳定性具有控制作用,降雨使抗剪强度和黏聚力降低是孤石滑移失稳的主要原因。     

基坑开挖过程坑侧土体应力路径试验研究北大核心CSCD

随着基坑的开挖,基坑侧壁土体的竖向应力不变而侧向应力减小,侧壁土压力由静止土压力逐步向主动土压力变化。基于基坑开挖前、开挖过程及支护结构作用后坑侧土体的应力变化情况,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K0固结不排水剪切试验、K0固结侧向卸荷试验和不等压固结侧向卸荷不排水剪切试验等多种室内试验,对比分析了不同应力路径条件下土体的应力应变曲线、抗剪强度及孔隙水压力变化特征,总结了基坑开挖过程复杂应力路径下土体的应力应变特征及强度特性。