THEORETICAL ANALYSIS OF THE DECREASE OF THE STRENGTH OF REINFORCED SOIL1)

从理论上推导出了加筋土强度的数学表达式,分析了土的黏聚力与土筋界面参数变化对加筋土强度的影响,研究表明,当发生拉断型破坏时,黏聚力的减少比筋材提供的拉力占优势的情况下,加筋土的强度会低于素土的强度;当发生黏着型破坏时,黏聚力的减少比筋材提供的摩阻力占优势的情况下,加筋土的强度也会低于素土的强度。加筋土强度的降低程度与筋材在土中形成的夹层、土筋界面透水性、加筋间距有关。     

坝前淤泥土与新填坝体接触面抗剪强度试验研究及工程应用

坝前淤泥面与新填筑坝体接触面是"坝前淤泥面加坝"技术的薄弱环节。为了探究不同工况下淤泥坝基、新填筑坝体,以及淤泥土-新填土接触面的剪切强度特性,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,通过常规应变式直剪仪、改进常规应变式直剪仪分别进行剪切试验,分析了淤泥土含水率和压实度变化时,淤泥土、新填土、淤泥土-新填土接触界面的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的变化规律。试验结果表明:新填土抗剪强度最大,不同工况下淤泥土-新填土接触界面的抗剪强度介于淤泥土和新填土的抗剪强度之间;淤泥土含水率在12%~16%之间存在最优含水率,超过该含水率后,淤泥土及淤泥土-新填土接触界面之间的抗剪强度均显著降低;当淤泥土含水率从8%增加至12%、16%时,黏聚力减小8%左右后迅速减小至22%,具有明显的阶段性,而淤泥土-新填土接触界面的黏聚力呈现先增加后减小的趋势;当含水率相同时,随着压实度的增加,淤泥土、淤泥土-新填土接触面的黏聚力、内摩擦角总体呈增大趋势。最后根据试验结果对"坝前淤泥面加坝"工法的工程应用提出了相关建议。     

柠条、沙柳根与土及土与土界面摩擦特性

通过直剪试验研究了垂直荷载、土体干密度、土体含水率对柠条根-土界面、沙柳根-土界面以及土-土界面摩擦特性的影响.结果表明:柠条根-土界面、沙柳根-土界面与土-土界面的剪切特性相似,均服从莫尔-库仑理论;柠条根-土界面、沙柳根-土界面的摩擦系数随着土体干密度的增大而增大;土壤含水率对柠条根-土界面、沙柳根-土界面摩擦系数和黏聚力的影响与素土相同,三者的摩擦系数随含水率增加逐渐减小,而黏聚力随着含水率增大呈先增大后减少的变化.在自然生境下主要根系分布层,柠条、沙柳的根-土界面摩擦系数大于土-土界面,尽管根-土界面黏聚力小于土-土界面黏聚力,但是根-土界面的摩擦系数的增大仍使根-土界面抗剪强度大于土-土界面,说明根-土结合面抵抗位移的能力大于土-土界面;2种植物相比,柠条根系抵抗根-土分离的能力优于沙柳.     

饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响。在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响。基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,并利用其模拟了饱和超固结黏性土在排水和不排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性。对常规三轴压缩条件下土体力学特性作了模拟和试验结果对比。结果表明所提模型能很好地反映不同超固结比下土体的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性。     

加筋土强度的理论研究及试验验证

将加筋材料对土体强度提高的贡献等效成一种附加围压, 通过莫尔圆法, 求得小主应力增量, 并认为土体在破坏时处于极限平衡状态, 得到了黏聚力和内摩擦角同时变化时的加筋土强度表达式, 对该式作了详细讨论, 用该式计算了6 例典型加筋土在轴对称荷载下的大主应力, 结果表明计算所得大主应力值与三轴试验值比较吻合.     

聚丙烯纤维加筋绍兴非饱和黏土的剪切特性研究

为了研究纤维加筋非饱和土的剪切特性,以绍兴地区广泛分布的非饱和黏土为研究对象,聚丙烯纤维为加筋材料,通过一系列非饱和直剪试验,探讨了纤维长度对加筋土剪切变形特性、抗剪强度及其指标的影响规律,并简要分析了聚丙烯纤维的增强机理,最后得出了0.2%掺量下补强效果最佳的纤维长度．研究结果表明：随着净法向应力的增大,土体的剪应力-剪切位移曲线由软化型逐渐向硬化型转化,纤维长度L为12 mm的加筋土样表现出的剪切硬化特性最明显;不同净法向应力下,纤维加筋非饱和土的抗剪强度均高于素土;随着纤维长度的增加,纤维加筋土的黏聚力呈先增加后减小,内摩擦角先增加后趋于平缓;当纤维长度L为12 mm时,聚丙烯纤维对土体抗剪强度指标的补强效果能够最大程度得到发挥．     

饱和砂土的三剪弹塑性边界面模型研究(一)——模型理论

基于边界面模型方法研究了不同密实度和含泥量的饱和砂土在静、动荷载作用下的力学和变形特性。其中,初始边界面方程是通过改进修正剑桥模型椭圆形屈服方程得到的,后继边界面方程则是在前次边界面方程的基础上采用中心点映射法获得。针对原模型破坏应力比为定值,不能反映全应力状态和黏聚力在土体受力过程中的作用这一问题,基于三剪统一强度准则,通过等量代换法、坐标平移法对破坏应力比、相变应力比进行了修正,使修正后的椭圆形边界面适用于不同密实度和含泥量的饱和砂土。在此基础上应用边界面理论,研究了饱和砂土的三剪弹塑性边界面本构模型及有限元算式。该模型能够描述密实砂土在受力时表现的剪胀特性,同时可以反映中间主应力效应、应力区间效应、拉压差效应和黏聚力对应力-应变特性的影响。     

动载下复合材料基体裂纹与夹杂相互作用的数值模拟

采用ABAQUS软件及粘聚裂纹模型对动态拉伸载荷下复合材料中垂直于基体-夹杂界面的基体裂纹与夹杂的相互作用进行了数值模拟.结果表明:在给定的界面强度下,当加载率(或应变率)低于某一临界值(临界应变率)时裂纹将沿基体-夹杂界面扩展,当高于该临界值时裂纹可以穿过界面在夹杂中扩展.此外,随着界面强度的提高,临界应变率降低;当界面强度超过一定值后,裂纹扩展方向将不受外部载荷影响,裂纹将沿自相似方向扩展;当界面强度低于该临界值时,裂纹将沿界面扩展;并且临界应变率随夹杂尺寸的增大而降低,即小夹杂更难于破坏.上述结果可为前人的混凝土动态实验数据提供合理的细观理论解释.     

非饱和黏性土抗剪强度的温度效应试验研究

为了系统地了解温度对黏性土工程性质的影响,本文采用南京地区三种不同矿物成分的黏性土,制成不同含水量和干密度的试样,在5~45℃条件下,开展了抗剪强度试验,获得了三种土的非饱和重塑试样的抗剪强度与温度的关系。试验结果表明:黏性土的黏聚力随温度升高呈线性变化; 亲水矿物含量较高的黏性土抗剪强度对温度变化较敏感,黏聚力随着温度的升高而降低,表现为强度的热软化现象; 亲水矿物含量较低的黏性土,当含水量较低(w≤17%)时,表现为强度的热硬化现象,当含水量较高(w≥22%)时,表现为强度的热软化现象,且干密度越高的试样,强度的温度效应越明显。论文还分析了非饱和黏性土抗剪强度的热硬化和热软化的内在机理。     

基于统一强度理论加筋土挡墙土压力计算

应用统一强度理论和等效附加围压理论,考虑中间主应力和筋材对土体强度的作用,研究了加筋土挡墙侧向土压力的变化规律。在筋土相互作用的分析中,考虑三维等效附加围压的作用,将筋材对土体单元的作用等效为侧向约束力增量,并结合统一强度理论,建立了加筋土挡墙三维应力状态下的土压力计算式。通过实例进行了计算结果与实测结果的对比分析,结果表明,考虑中间主应力的土压力计算值与实测值具有相同的变化趋势,加筋土挡墙上的总土压力随着中间主应力系数b的增加而逐渐减小,当b为0.5时与实测值接近。进一步验证了同时考虑中间主应力和筋材等效附加围压的作用,可以更好地反映作用在加筋土挡墙上的实际总土压力。     

库仑土压力的变分法研究

以滑动体静力平衡的两个力平衡方程为基础,引入拉氏乘子,将土压力问题以变分学观点来描述,转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得出了主动土压力和被动土压力在取极值时,墙后土体的破坏是沿平面滑动。然后,将土压力的泛函极值问题进一步转化为带有约束的函数极值问题。这种函数极值可利用M atlab6.1优化工具箱提供的fm incon函数进行求解。当土体的粘聚力等于0时,土压力计算结果与库仑土压力理论解完全一致;而当土体的粘聚力不等于0时,归纳给出了相应的土压力计算公式。     

浙东大运河非饱和粉质黏土抗剪强度特性的试验研究

浙东大运河绍兴段的土体整体上受河流相和海相沉积的影响,地质条件非常复杂．其中粉质黏土作为浅表层土体,受雨水影响较大,其状态经常处于饱和状态与非饱和状态之间．为了进一步探究绍兴段典型非饱和粉质黏土的稳定性差异,以及本构关系和强度指标的变化规律,通过全自动非饱和土应力路径三轴仪,对试验土样进行了三轴剪切试验．试验结果表明,初始干密度从1.4 g/cm3增加到1.6 g/cm3时,土体的抗剪强度、总黏聚力、有效内摩擦角和吸附内摩擦角均增大,应力-应变关系曲线由应变硬化型向应变软化型转变,并且基质吸力和净围压越大,区别越明显;基质吸力从0增加到300 kPa时,土体的抵抗变形能力提高,抗剪强度和总黏聚力增大,有效内摩擦角基本无明显变化,吸附内摩擦角逐渐减小．研究结果揭示了浙东大运河绍兴段非饱和粉质黏土的抗剪强度特性的变化规律,为该地域土质边坡、基坑等工程提供理论依据．     

短柱型复合材料加筋壁板轴向压缩破坏分析方法研究

复合材料加筋结构可作为航空结构中的承力部件,其损伤与破坏对航空器的结构安全和服役性能至关重要．本文通过试验和数值仿真手段研究了短柱型复合材料结构压缩失效机理和极限承载力．通过短柱型单加筋板的轴向压缩破坏试验,分析梳理出界面脱粘和材料压溃两种典型失效形式;分别建立加筋板壳单元模型和实体单元模型,引入内聚力模型和Hashin 准则描述界面脱粘效应与材料破坏,结果表明壳单元模型配合内聚力模型和Hashin 准则可以有效地预测加筋板的极限承载力．分别讨论了加筋板长度、筋条高度、筋条/蒙皮刚度比等参数对加筋板的屈曲承载力的影响,为短柱型复合材料加筋壁板压缩损伤与破坏预测分析提供有益的参考．     

黏性土宏细观参数相关性研究

运用颗粒流程序中的bond原理结合Mohr-Coulomb破坏准则对黏性土双轴试验进行了数值模拟,探讨了黏性土宏观强度指标与其对应的细观参数之间的关系.分析结果表明,黏性土内摩擦角与颗粒摩擦角呈线性关系,黏性土黏聚力-颗粒接触强度两者拟合曲线的斜率与颗粒间摩擦系数呈幂函数关系,且两者的相关性都很好.通过该宏细观关系,得出上海第②层褐黄色粉质黏土细观参数,对其进行了双轴试验的颗粒流模拟,计算得到的应力应变曲线与实测结果一致.研究成果对于黏性土细观参数的取值及颗粒流模拟具有指导意义.     

加筋土地基模型试验边界效应与承载性能分析

为进一步探讨边界效应对加筋土地基的影响,基于室内方形基础下加筋土地基大模型试验,采用ABAQUS有限元软件建立加筋土地基数值模型,主要分析了模型宽度L和加载板宽度B对加筋土地基承载性能、地基内部土体应力应变及筋材变形的影响。结果表明:无筋地基与加筋土地基极限承载力均随L/B的减小而增大,当L/B>5时,可忽略边界效应对加筋土地基的影响;当L/B<2.67时,边界效应对加筋土地基的影响最大;当L/B>4时,边界效应对无筋地基的影响可忽略不计;加筋能够显著改善地基土体的不均匀沉降和减小基础两侧土体隆起高度;竖向应力分布区域随着B的增大而增大,加筋土地基受竖向荷载的影响宽度为5B,影响深度为2.57B~4B;当L/B>5时,不同L/B工况下土体变形、应力分布及格栅变形曲线基本重合,此时加筋土地基受边界效应的影响可忽略不计。     

含盐量对水泥土强度影响的室内试验研究

通过含盐量对非有机质土加固强度影响的试验研究,得到了含盐量对水泥土强度的提高或减小的阈值为3.5%。当盐渍土的含盐量低于这个阈值时,盐渍土的加固强度会因可溶性盐的结晶膨胀作用,提高水泥土的强度;相反当盐渍土的含盐量高于该阈值时,盐渍土的强度会因可溶性盐的过多的结晶膨胀作用,使水泥土的结构遭到破坏,从而使水泥土的强度大大降低。同时分析了可溶性硫酸盐、镁盐和氯盐对水泥土的浸蚀性作用,并从盐类对水泥土强度的影响从机理上进行了阐释,提出了高含盐量对水泥土破坏作用的对策。     

南京下蜀土结构强度研究

利用常规三轴试验,研究了南京下蜀土结构强度及其影响因素。结果表明,下蜀土存在明显的结构性。当应变小于屈服应变时,土体的结构强度迅速的发挥;当应变大于屈服应变时,土体结构发生破坏,结构强度逐渐降低;最终当各个结构单元重新排列稳定时,土体结构完全被破坏。讨论了围压和含水量对结构强度的影响,结果表明南京下蜀土土体的结构强度和围压无关,和含水量有良好的幂函数关系。结构强度与非饱和土中吸附强度有一定的关系,可以用结构强度代替吸力,从而简化非饱和土抗剪强度公式。
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含水量对粘土与结构物接触界面单剪特性影响规律试验研究

采用升级改造后的DSJ-2型直剪仪,在不同法向应力水平下,开展了不同含水量的粘性土与不同介质性质的地下结构物接触界面的单剪试验,探索揭示粘土含水量变化对接触界面的剪切力学行为影响规律。研究结果表明:随着粘土含水量的增大,基底刚度较大时,剪应力-剪切位移曲线应变硬化现象愈来愈明显,反之,愈来愈不明显。剪切法向应力处于较低水平时,粘土的含水量对刚度较大的混凝土基底界面剪应力峰值强度影响更明显,反之,刚度相对较小的木材基底更明显。不同性质基底同粘土单剪时,随其含水量的不断提高,接触界面的内摩擦角均是不断降低,但其降低幅度不尽相同,结构物的刚度对接触界面内摩擦角起控制作用。随着粘土含水量的增大,接触界面的粘聚力总体变化规律为先增大,增大到某一峰值点后降低,界面的粘聚力由土体与结构物共同控制,且同结构物的刚度大小和界面自身特性均密切相关。     

基于黏聚区域模型的石拱圈承载力分析方法研究

石拱桥拱圈石之间的拼接界面往往是拱圈结构的薄弱处,决定着拱桥的安全性和承载力。该连接界面往往因其强度低而沿法向起裂并张开扩展,或沿切向发生相对滑移,此复杂的界面行为特性成为石拱桥承载力分析及安全性评估的难点。针对拱圈石连接缝处的起裂及裂缝扩展后结构非连续变形的复杂力学行为的模拟问题,采用多折线型黏聚区域模型描述拱圈石间界面滑动和拉裂破坏变形,并构造无厚度界面单元,形成考虑非连续变形效应的石拱桥极限承载力分析的方法。采用该方法对一石拱圈的破坏全过程进行模拟分析,实现拱圈石块之间非连续变形的数值模拟,得到拱圈结构的极限承载力及相应的破坏形态,验证了本文方法的可行性。本文方法可以模拟石拱桥结构破坏的全过程,可用于石拱桥的承载能力分析及石拱桥结构脆性破坏的安全性评估。     

基于室内试验与数值模拟的膨胀土裂隙对强度影响规律研究

针对室内试验测试多裂隙发育膨胀土抗剪强度指标的困难,提出以室内试验与数值模拟相结合的研究方法;以不同产状单裂隙面膨胀土三轴试样在200kPa围压下的CD试验结果为样本,基于颗粒流原理,采用PFC3D软件进行仿真试验,获得了与三轴试验结果相一致的PFC3D球颗粒参数和裂隙参数;以此参数为基础,进行不同裂隙产状膨胀土的仿真试验,初步探寻了裂隙发育对广西宁明膨胀土的强度影响规律。研究发现:裂隙发育是膨胀土强度衰减的主要原因;裂隙的空间角度、不同裂隙的组合、裂隙发育程度均对膨胀土抗剪强度指标产生影响,且对黏聚力的影响较大;与无裂隙情况相比,裂隙率达14.06%时,C值降低71.2%。