压力板仪法测土-水特征曲线试验研究

非饱和土土-水特征曲线(SWCC)表示了土中含水量与吸力之间的关系。针对非饱和土干-湿循环过程中的吸力变化特征,开展试验研究。采用体积压力板仪实现非饱和土的脱湿和吸湿过程。试验成果显示:(1)土-水特征曲线是不稳定的,它与土体含水率的变化路径有关;(2)在干湿循环过程中,相同的基质吸力具有不同的含水量。     

非饱和高液限红粘土土-水特征试验研究

基于滤纸法的测试原理,制作了一种新型基质吸力量测装置,用以研究干密度和温度对高液限红粘土土-水特征曲线的影响。结果表明:土中体积含水率越低,土的干密度越大,基质吸力随时间波动的幅度越大,达到平衡所需的时间越长。在测定该类土的基质吸力时,平衡时间以10d为宜。干密度和温度对高液限红粘土的土-水特征曲线有明显的影响,相同体积含水率条件下,干密度增大,温度升高,基质吸力减小。土的体积含水率与基质吸力的对数之间呈线性关系。     

千将坪滑坡非饱和土土-水特征曲线试验研究

利用能控制吸力的四联非饱和土直剪仪，进行三峡库区千将坪滑坡非饱和土的试验，得到在不同正应力和不同基质吸力条件下土的质量含水量，并根据试验结果，绘制非饱和土的土一水特征曲线，对相应的土一水特征曲线模型进行了拟合，得出其拟合函数。分析得到了应力状态影响了土的进气值，土一水特征曲线随应力的增大而变得平缓。     

非饱和黄土土水特征及其强度指标

以多种理论模型对非饱和土三轴仪实测数据进行了拟合评价;并在此基础上,引入非饱和土最新理论,反演和解析了土体脱湿与吸湿条件下的边界土-水特征曲线、渗透系数函数以及吸应力特征曲线;进一步从强度本构入手,结合不同基质吸力的三轴剪切试验结果,探究了基于吸应力的强度特性。研究结果表明:非饱和土三轴仪所测数据点及其三种模型拟合曲线均落在水力边界曲线(SWCC、HCF、SSCC)范围之内,表明了试验结果的正确性和合理性,以及非饱和土中水分的能量和数量的关系因路径差异而具可变性,即基质吸力不再是含水率的单值函数,而是一个范围体系;同时采用吸应力特征曲线的统一有效应力原理来描述土体在非饱和条件下的抗剪强度性质是合理的、普遍有效的,并且验证了土体处于饱和或者无基质吸力时,吸应力不为零,此时的吸应力对应的是土体在剪切破坏时的表观粘聚力这一结论。     

交通荷载作用下非饱和土的动力特性试验研究

通过泥浆固结法制备大量均一试样,基于改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪进行了动三轴试验,研究了非饱和粉质粘土在交通荷载长期作用下的动强度和变形特性,同时分析了在饱和条件下反复干湿循环对其动强度的影响。结果表明:基质吸力的增加提高了土体抵抗变形的能力,相同动应力及振次条件下,土体的累积塑性应变随着基质吸力的增加而减小;土体的临界循环动应力以及动强度随着基质吸力的增加而增大,但动强度随基质吸力增加而增大的速率随基质吸力的增加而减小;干湿循环对粉质粘土的动强度有显著影响,使得土体的动强度提高。     

基于GDS的非饱和土强度三轴试验研究

由于吸力的影响,非饱和土的力学性状与饱和土有着很大的差异。文章应用GDS三轴仪来研究某高心墙堆石坝填料非饱和土的强度特征。结果表明:此填料非饱和土的强度在低吸力范围内,与吸力基本呈线性增长关系。验证了非饱和土的双变量强度理论的适用性;并得到了非饱和土抗剪强度参数φb约为10.1°。     

石灰改良土的土水特征曲线及其冻结特征曲线∗

土水特征曲线反映了非饱和土的持水特性,与土体的水力特性及力学特性密切相关。土的冻结特征曲线表示土体中液态水的势能与含水率之间的关系,也可以用来描述土体的持水特性。以黄土为研究对象,利用低温恒温冷浴结合核磁共振系统(NMR)测得未处理黄土以及石灰改良土的冻结特征曲线,根据冻结温度降低法计算得出试验土样0 ℃时对应的土水特征曲线。另外,采用滤纸法在0 ℃附近得到实测的土水特征曲线,将这两结果进行对比分析,并讨论了抽真空饱和过程对土样的土水特征曲线的影响。通过滤纸法测得的土水特征曲线与非饱和土样的冻结特征曲线具有较好的一致性,两者之间存在差异很小。土样在饱和状态下利用冻结温度降低法得到的孔隙水总势能ψ与质量含水率ω关系曲线位于非饱和土样结果的下方,这可能是因为饱和土样在冻结过程中会发生冻胀现象,土样结构被破坏,孔隙增大,土样持水性能下降。     

非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用

地下水位降低将导致非饱和土体中净平均应力和基质吸力发生变化,从而引起土体体积变化。针对重塑非饱和砂土、粉土、黏土和软土,结合土水特征曲线和收缩曲线,考察了土体在干燥收缩过程中基质吸力与孔隙比的关系;运用固结曲线分析了土体在经受净平均应力下的变形特性。基于试验结果,根据Fredlund弹性体变本构模型估算了不同的地下水位降低情况时非饱和土区域的沉降量。结果表明,在总沉降量中非饱和土区域的沉降量是不可忽略的,随着地下水位的降低,非饱和土区域的沉降量在总沉降量中所占比例逐渐增大。     

灰岩区降雨型滑坡软弱夹层的三轴试验强度研究

国道105江西赣州龙南县段穿越灰岩区,局部边坡因含有顺向软弱夹层,斜坡稳定差,在降雨作用下极易发育滑坡,对公路的建设和运营影响较大。为查明灰岩区降雨对粉质黏土软弱夹层的强度与变形特性的影响,采用标准应力途径GDS三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与偏应力的关系曲线、净围压与偏应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:低围压向高围压转变过程中,滑带土应力应变曲线由加工软化型向加工硬化型转变;在相同围压条件下,基质吸力由低向高变化过程中,滑带土在低吸力条件下表现为应变软化,在高吸力时表现为加工硬化;总粘聚力与基质吸力呈线性增长关系,其增长斜率夹角为基质吸力相关角φ~b=15.5°;当基质吸力为0 kPa、30 kPa、60 kPa、90 kPa时,其总粘聚力分别为:22.7 kPa、33.4 kPa、43.8 kPa和46.9 kPa,内摩擦角φ′分别为21.8°、23.6°、26.2°和24.5°;最后根据Fredlund非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式。     

含水率及温度影响非饱和土导热系数的试验研究

土体的导热系数是能源岩土工程设计与研究中重要的热物理参数。工程中土体常处于非饱和状态。非饱和土体的导热系数会影响地下结构物的力学性能、热交换效率以及整个热工结构的工作效率。为给能源岩土工程设计与研究提供可靠的热物理参数,通过室内单元试验测量了不同含水率和温度下砾砂、粉土和黏土的导热系数,研究这三种非饱和土体的导热系数与含水率、基质吸力和温度的关系。研究结果表明,三种非饱和土体的导热系数都随含水率的增加而增加,最后趋于稳定。砾砂导热系数增加的速率最快,粉土次之,黏土最小。相同含水率下,砾砂导热系数最大,粉土次之,黏土最小。粉土的导热系数与基质吸力密切相关,其关系曲线趋势近似土 水特征曲线。三种土体的导热系数均随温度的增加近似线性增加,但增加幅度仅为10^-3级别,可忽略其影响。     

高分解度泥炭土-土水特征曲线研究∗

为了明确非饱和泥炭土的土水特征及其影响因素,以原状泥炭土和人工调配的 5 种不同有机质含量的重塑泥炭土为研究对象,采用滤纸法测试其基质吸力,绘制出相应的土水特征曲线,分析泥炭土原状样和重塑样土水特性的差别,以及不同有机质含量对于泥炭土土水特性的影响;选用 Gardner 模型、Van Genuchten 模型和 Fredlund & Xing 模型对试验结果进行拟合,比较 3 种模型对泥炭土的适用性;最后分析比较高分解度泥炭土的土水特征曲线与其他土类的差异。试验结果表明：有机质含量相同时,原状土样的进气值和残余值小于重塑土样的进气值和残余值,说明原状土样的持水能力弱于重塑土样;有机质含量对泥炭土的土水特征曲线有很大影响,随着土中有机质含量的增加,土的持水能力变强,土样的进气值从 155 kPa 增长到 1 486 kPa,残余值从 4 796.7 kPa 增长到 35 101.5 kPa;3 种模型拟合优良度依次为 Van Genuchten 模型、Fredlund & Xing 模型、Gardner 模型;通过对比,发现高分解度泥炭土持水能力最强,其特征值大于膨润土。     

基于非饱和土力学的地质灾害灾变机制探讨

随着全球灾害性气候加剧,工程建设活动中与非饱和土力学有关的地质灾害问题也日益突出,主要表现为如下4个方面:胀缩性、稳定性、流动性和对围护结构影响。基于非饱和土力学理论和已有研究,分析总结和探讨了地质灾害的灾变机制,认为降雨致使膨胀土含水量增大,基质吸力减小,土粒间作用力下降,膨胀应力超过基质吸力的束缚作用,胀缩变形引发地质灾害;降雨入渗引起斜坡土体基质吸力降低,导致岩土体强度以及稳定性下降引发崩滑灾害;泥石流灾变过程即降雨时物料从非饱和状态转变为超饱和状态的过程,基质吸力在此过程中起到了"催化剂"作用;基质吸力变化会引起非饱和土体应变和位移,由此与围护结构产生相互作用,且其力学性态的变化及大小与基质吸力衰减速度密切相关。     

基于大型三轴试验的红砂岩粗粒土强度与变形特性研究

红砂岩粗粒土常作为我国南方地区的路基填料,因其易发生颗粒破碎而影响路基的安全稳定性,故深入开展其力学特性研究十分必要。文中选取湘南地区的红砂岩为研究对象,对其开展大型三轴试验,研究不同粗颗粒含量的试样在不同围压、不同压实度下的强度与变形特性。试验结果表明：在低围压时,粗颗粒含量较少的试样变形特性表现出应变软化,而在高围压时,表现为应变硬化特性;对于粗颗粒含量较多的粗粒土,在不同围压下均表现出应变硬化特性。在压实度相同的情况下,随着围压增大,峰值强度逐渐增大,应变硬化特征更趋明显。在围压和级配不变的情况下,随着压实度提高,抗剪强度逐渐增大,表现出低压实度应变软化向高压实度应变硬化特性的转变。应力-应变曲线表明,峰值强度与粗颗粒含量、围压、压实度具有良好正相关关系。通过绘制莫尔圆,发现其强度包络线表现为非线性,可采用幂函数进行拟合。计算结果表明,内摩擦角随着围压的增大而逐渐减小。     

降雨及蒸发条件下地裂缝研究

工程中所遇到的土体大多数以非饱和土形态存在。以海南地区的特殊土红粘土为研究对象,在对其进行土—水特性研究的基础上,认为Van Genuchten模型较好地反映了海南红粘土饱和度与基质吸力的关系。结合Bishop提出的非饱和土的有效应力表达式,分析了降雨及蒸发下地裂缝的发展机制。通过数值算例发现,在非饱和土中,静止土压力系数不再保持不变,而是随着深度和稳定流流量的变化而变化,与饱和土中的静止土压力系数的性质有很大不同,这在工程实际中对支挡结构的设计具有重要的指导意义;在非饱和土中,由于静止土压力系数存在负值,容易产生地裂缝,且在蒸发条件下,最大地裂缝深度理论上比在无渗流和降雨条件下的大。     

硫酸钠环境下气泡混合轻质土的抗干湿性能研究∗

制备了不同密度的气泡混合轻质土试样,研究了硫酸钠环境下气泡混合轻质土的抗干湿循环性能,重点分析了气泡混合轻质土的体积、密度和强度随浸泡时间和干湿循环次数的变化规律。试验结果表明,气泡混合轻质土在硫酸钠溶液和干湿循环共同作用下,硫酸钠晶体的析出和溶解以及钙矾石等物质所致的试样膨胀与表层剥落,均会对试样的体积产生显著的影响,较高的初始强度和孔隙率对于试样体积稳定性是有利的;试样在膨胀、剥落前的密度随干湿循环次数变化曲线相互平行乃至重合,试样在膨胀、剥落后的密度变化曲线相互交错;硫酸钠侵蚀试样生成钙矾石等物质,致使试样在干湿循环作用下更易产生裂缝,选用较高初始强度和较低水泥用量的试样可有效控制这一影响。     

滤纸法测定膨胀土总吸力试验及基质吸力预测研究

采用滤纸法测定膨胀土体吸力时,滤纸与土体表面距离不同所测得的滤纸含水率也不一样,获得的总吸力亦不相同。为此采用滤纸法开展了不同距离下的膨胀土总吸力测定试验,获得了不同距离条件下滤纸含水率的变化规律。干密度较小时,滤纸含水率随距离的增大呈现"减小-增大-减小"的规律;干密度较大时,滤纸含水率随距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定。距离为3cm时所测得的吸力离散程度较小,可作为测定土体总吸力的标准距离。根据总吸力-距离关系式,通过引入伪基质吸力的概念,计算得到伪基质吸力,并与相应的真基质吸力进行比较。结果表明:不同干密度及含水率下的膨胀土真基质吸力与伪基质吸力之间存在良好的线性关系。此法可为测定现场土体基质吸力提供新的思路。     

温度变化对水泥土强度特性和破坏性状的影响

为研究温度对水泥土强度和破坏性状的影响,选用粘土和粉土这两种素土制成水泥土试样,分别在25°C±2°C、10°C±2°C和0°C±2°C的温度下进行养护,随后测试各龄期试样的单轴抗压强度,并观测各试样的破坏特征。研究表明:随着龄期的增长,温度变化对峰值应变的影响在减小;龄期较短(1~5天)时,水泥土单轴抗压强度对温度变化不敏感,在龄期7~40天,提高养护温度,水泥土单轴抗压强度显著增大;随着温度的升高,水泥土强度显著提高,但增长的趋势越来越缓慢;低温情况下水泥粘土的强度都比水泥粉土低,而一旦提高温度,水泥粘土的强度便超过水泥粉土;较低温度下养护的水泥土表现出比较明显的脆性破坏,迅速产生裂缝。     

基于土拱效应确定桩板墙挡土板土压力

基于土拱卸荷原理,借助土拱合理拱轴线假定,建立了桩间土拱的力学计算模型。基于桩间土拱静力平衡、跨中截面前缘土体极限平衡及拱脚受压区截面的强度等条件,提出了考虑滑坡推力作用下,桩间挡土板土压力的计算方法,并在将该方法与已有的方法进行对比分析的基础上,探讨了各参数对挡土板土压力影响的敏感性。分析结果表明,与采用传统土压力理论得到的土压力相比较,按文中方法得到的土压力明显偏小,但略大于按已有的考虑了土拱效应的挡土板土压力计算方法得到的结果;距宽比s/b、内摩擦角φ对作用于挡土板上的土压力有较大影响,黏聚力c的影响次之;挡土板上的土压力随s/b值的增大而递增,随c值、φ值的增大而递减。     

吸力基础沉贯过程中桶⁃土界面力学机理研究进展∗

吸力式桶形基础在海洋工程特别是作为海上风力发电机的基础中得到越来越广泛的应用,其沉贯能力是保证桶形基础下沉到预定位置,达到承载力要求的关键。分析了沉贯过程中桶?土界面力学机理的研究现状,讨论了不同土质、模型尺寸、渗透系数等对桶?土界面力学机理的影响,对理论计算、试验和数值模拟等研究方法进行分类总结。发现对于吸力基础在负压沉贯过程中的研究多是针对沉贯阻力和临界吸力的计算,很少对沉贯过程中桶?土界面力学机理进行细观研究,尤其是对桶?土界面力学特性的影响因素进行定量分析少有论述。指出了在研究吸力基础沉贯特性和桶?土相互作用机理的理论分析、模型试验及数值模拟中的本构模型等方面存在的问题。最后,对吸力基础沉贯过程中桶?土相互作用机理的进一步研究进行了展望。     

基于拟动力法抗滑桩加固非饱和土边坡稳定性分析∗

基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析改进水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,将传统塑性理论扩展至非饱和土中以考虑基质吸力对桩侧阻力的提升作用,与解析解对比验证了该方法的合理性。通过算例分析,揭示了吸力对非饱和土边坡稳定性及抗滑桩加固效果的强化作用,探究了非饱和土边坡的地震响应规律,研究了抗滑桩布设参数对支挡结构边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：吸力对边坡稳定性的提升效果可达 20% ~ 50%,吸力效应与地震动特性密切相关,在地震波达到峰值时显著增强;水平和竖向加速度系数以及土剪切模量对边坡地震稳定性影响较大;桩距 D₁/d_p ≤ 4 时,抗滑桩加固效果较为显著并随摩擦角的增加得到强化,抗滑桩最佳桩位位于边坡中上部,且随摩擦角的增加逐渐减小,对应的加固效果也有所降低。