交通荷载作用下安宁地区超固结重塑红黏土的动力特性试验研究

针对中石油云南石化铁路专用线高填路基填料红黏土,通过GDS振动三轴仪进行了一系列不同超固结比、围压、动应力幅值条件下重塑红黏土的循环加载动三轴试验,重点分析了不同因素对该地区超固结重塑红黏土的临界动应力、累积轴向动应变、动弹性模量以及动强度的影响规律。试验结果表明:超固结重塑红黏土在交通荷载作用下的临界动应力随超固结比、围压的增大而线性增大;超固结重塑红黏土的动强度与超固结比、围压成正比关系,循环振动次数对超固结红黏土的动内摩擦角影响较小,而对动黏聚力影响较大。上述试验结果可为该地区超固结重塑红黏土作为路基填料的工程提供一定实用价值。     

K0超固结结构性黏土的本构模型

K₀固结黏土在自然界广泛分布, 其通常同时具有超固结性与天然结构性, 而K₀超固结性又与K₀正常固结性质存在很大差异. 为了有效的描述K₀超固结性质, 在结构性模型基础上, 做了如下三点改进, 使得原模型拓展为同时考虑K₀超固结特性与天然结构性影响的本构模型. (1)引入相对应力比来描述屈服面, 并引入初始各向异性转轴参量ξ来表达初始各向异性对屈服面在p-q空间的位置影响. (2)基于给定的屈服面方程, 推导得到变相应力比参量, 并将变相应力比引入到统一硬化参数中, 利用统一硬化参数可以有效描述初始各向异性固结黏土在剪切加载下的剪缩与剪胀, 应变硬化及软化现象. (3)引入反映结构性胶结强度性质的胶结参量p_e, 并给出p_e随塑性偏应变的衰减演化方程, 利用胶结参量可描述结构性黏土的剪胀特性. 预测与试验结果对比表明, 所提的K₀超固结结构性模型可有效描述K₀超固结黏土的刚度提高效应, 黏土的包辛格效应, 结构性黏土胶结强度的损失现象以及结构性黏土的应变软化现象. 证明了所提模型的适用性以及合理性.      

原状土e-lgp曲线的S形函数表达及简化加载固结试验方法

为能够较为合理地确定土体压缩参数并简化固结试验加载过程,结合京沪高铁李窑试验段地基原状细粒土样标准固结试验数据,对比分析了多项式和三种S形曲线函数在描述原状土e-lgp曲线发展规律时的差异性,探讨了先期固结压力的合理计算原则,提出了简化加载级数的固结试验方法。结果表明,多项式函数易受数据波动而导致整体拟合偏差,S形曲线函数的待定参数可良好稳定地反映曲线最小曲率半径点和直线段斜率,为较理想的e-lgp曲线数学函数表达式;通过分析Arvidsson法、Gregory法和Casagrande法,确定先期固结压力时的不同取值原则,获得了先期固结压力值的变化区间,提出土体由超固结过渡到欠固结状态时存在正常固结状态带的概念,用于判断土体固结特性较为客观合理;利用土体初始孔隙比和两级或三级荷载下的变形值可确定S形曲线函数待定参数,据此建立了简化加载级数的固结试验方法。上述研究成果可为准确判定土体固结特性、快速获取土体压缩参数提供理论指导。     

岩石的记忆功能及对岩体变形的影响

岩石的记忆功能包括残余应力对材料力学性质的影响, 应力的“冻结”特性和对固结应力的记忆。本文叙述这三类应力的理论基础、力学特性和计算方法, 通过一些工程算例指明其对岩体变形及岩体稳定性分析的重要性。     

制样含水量对软黏土力学特性影响的试验研究

为分析制样含水量对重塑软黏土的力学特性影响,用单向固结仪和三轴仪分别对不同泥浆含水量固结而成的重塑样开展了单向压缩试验和固结不排水剪切三轴试验。试验结果表明,重塑样的初始孔隙比随制样含水量的增大而增大,从而引起压缩曲线的上移以及压缩指数的增大,土体的抗剪强度减小,孔隙水压力增大;但初始含水量对土体的有效应力比和临界状态影响不大;制样含水量对重塑样力学特性的影响的界限含水量约为2.0倍液限含水量。最后,用孔隙指数对试验结果归一化,得到不同初始孔隙比重塑样的压缩曲线和剪切强度可基本归一化为土的固有压缩曲线和固有强度曲线。     

城市“热岛”效应对土体工程性质的影响及其关键科学问题

随着全球气候变暖、城市化进程加快,世界各地大城市的“热岛”效应及其带来的各种环境和生态问题越来越严重。本文从地质环境保护的角度,分析了城市“热岛”效应的成因、特点及其对地质环境的影响,重点讨论了城市“热岛”效应环境中土体工程性质的变化及其带来的各种灾害效应,在此基础上,凝练出了4个关键科学问题,即城市“热岛”效应环境中土体温度场变化规律、土体中水分迁移规律、土体工程性质变化规律以及土体地质灾害效应,并对它们的具体研究内容进行了详细的分析。论文的分析成果对于掌握城市“热岛”效应对土体工程性质的影响,保护城市地质环境和防灾减灾,实现城市的可持续发展具有重要的理论和现实意义。
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正常固结原状饱和黏性土的本构模型研究

基于扰动状态概念研究了正常固结饱和原状黏性土的本构模型。其中,相对完整状态采用基于原状黏性土的理想非线性弹性本构模型来表征;完全调整状态则是基于临界状态土力学框架,将修正剑桥模型与三剪强度准则相结合而建立的弹塑性本构模型来表征。为了更好地反映黏性土的黏聚力影响,提出了等量代换法和坐标平移法两种处理方法,并作了对比研究。针对基于临界状态土力学框架和扰动状态概念建立的原状土本构模型为平均应力、广义剪应力与体应变、广义剪应变间的关系且无屈服函数显式表达式,提出了一个将其三维化的方法。三维化后的原状黏性土本构模型为空间内6个应力分量和6个应变分量之间的关系,更便于复杂应力状态下的土体变形分析及有限元编程。为验证模型的正确性,对正常固结江西原状饱和红黏土土样作了固结排水和固结不排水条件下的常规三轴压缩试验和K0固结试验,并与模型计算结果作了对比,结果表明:所提模型能够较好地反映江西原状饱和红黏土的力学和变形特性。另外,用所提模型对江西原状饱和红黏土进行了真三轴压缩数值模拟实验,探讨了中间主应力对其力学和变形特性的影响,结果表明:中间主应力及其影响系数对土的变形、孔隙水压力、强度均有影响;固结不排水条件下,在相同剪应力的作用下,土体剪应变随中间主应力影响系数的增大而减小,在相同轴向应变条件下,孔隙水压力随中间主应力影响系数的增大而增大;固结排水条件下,在相同平均正应力作用下,土体体应变随中间主应力影响系数的增大而减小,在相同轴向应变条件下,土体体应变随中主应力影响系数的增大而增大。     

超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比。在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响。基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律。利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线。     

辽西风积土动应力试验研究

通过对辽西地区风积土动三轴试验, 研究了动荷载作用下辽西风积土的动强度特性和抗液化特性.通过控制不同的动荷幅值、固结比和固结围压等试验条件, 获得了抗震设防烈度为7 度时, 辽西风积土的动应力值和抗液化剪应力比. 利用Excel 软件, 对试验数据进行回归处理, 得到了该土试样的动应力与固结比和固结围压两种因素的经验关系式. 试验和回归分析结果表明, 风积土的动应力与固结比和固结围压成正比. 试验研究了不同固结比条件下辽西地区风积土的液化强度特性, 获得了不同固结比条件下的抗液化剪应力比. 试验结果表明, 风积土的抗液化剪应力随着固结比的增加而增大. 上述试验结果对于辽西地区工程的抗震设计具有重要的指导意义和工程实用价值.     

超固结土的一维固结理论及其试验研究

基于超固结饱和土固结理论,针对变荷载、自重应力分布等条件下提出3了相应的一维超固结土问题的控制方程,总结出六个超固结土的一维线性固结计算参数.并采用半解析法编制了求解该问题的Fortran计算程序.利用GDS高级固结仪对萧山黏土进行超固结土的一维固结渗透联合试验以及一维固结压缩试验,将测定的一维超固结土计算参数引入理论程序中,分别对比了位移、平均固结度、底部孔压这三者随时间变化的理论和试验曲线.结果表明:超固结土的一维线性固结理论比正常固结土的一维线性固结理论更接近试验结果,验证了超固结土的固结理论,表明了考虑土体应力历史对固结计算的重要性.     

贵州石漠化地区降雨条件下红粘土剪切强度特性随含水量变化关系探讨

西南喀斯特地区的石漠化已经严重影响了人民正常的生产生活。水土流失是石漠化过程中一个关键环节。喀斯特地区地表广泛覆盖的红粘土在降雨条件下随着含水量的增加和人工垦殖的影响,剪切强度会产生变化,更易发生水土流失。本文以贵州普定石漠化研究区（陈旗村）的红粘土为例,以原状土模拟未经扰动的土样,以重塑土来模拟经过开垦被扰动后的土样,设计了原状土和重塑土在不同含水量下的直剪试验,初步地研究了这一变化规律。结果表明:在含水量大于35%时,石漠化地区红粘土粘聚力和内摩擦角均随着含水量的增加显著降低;在同一含水量水平下,原状土的抗剪强度明显优于重塑土,且随着含水量的增加,重塑土的强度衰减较之原状土快许多,表明了经过人工垦殖后的红粘土在降雨条件下更易发生水土流失。       

Fractal model for virgin compression of pure clays

The well-known linear relation between the void ratio and the logarithm of pressure for the one-dimensional consolidation has widely incorporated into elastoplastic constitute equation of soils, however, it is not at all straight line for more compressible clays and has several physically unaccepted properties. The compression of clays is explained by fractal theory, and is seen as a balance between the vertical pressure and repulsive force between clay plates. The distance between clay plates depends on the structure formation of the clay flocculation and clay surface. The structure formation of the clay flocculation and clay surface can be modeled by fractal approach. A new formulation of one-dimensional virgin compression of pure clays, expressed by the linear function of ln ν–ln p or ln e–ln p, is proposed based on the fractal model for clay structure. The linear function of ln ν–ln p is suitable to express the virgin compression of the extremely high plasticity clays up to the high pressure of 5000 kPa. For low plasticity clays, the virgin compression satisfies with the linear relationship of ln e–ln p at the pressure higher than 100 kPa. These too are show to be in satisfactory agreement with experimental data. The gradient of the plots of ln ν–ln p and ln e–ln p is related to the fractal dimensions of clay structure, the fundamental material parameters for the first time.     

基于孔压静力触探(CPTU)测试的连云港海相粘土前期固结压力确定方法研究

首先回顾了基于孔压静力触探(CPTU)测试确定前期固结压力的方法,通过连云港海相粘土场地进行的CPTU试验资料,以室内固结试验得到的前期固结压力作为参考值评估了经验方法预测前期固结压力的有效性。最简单的方法是直接建立前期固结压力和净锥尖阻力的关系,同时也是最有效的方法。     

Determination of the soil pressure distribution around a cone penetrometer

The objective of this paper was to investigate the pressure distribution around a cone penetrometer using a pressure sensing mat under laboratory conditions. The investigation was conducted under (1) constrained conditions using cylindrical split pipe molds and (2) unconstrained conditions using a soil box. These tests were conducted in Capay clay and Yolo loam soil containing two different moisture conditions and two compaction levels.In the constrained tests, a maximum radial pressure of 111 kPa was observed in the Capay clay soil with 3.4–4.3% d.b. moisture content and three blows of compaction (cone index value of 2040 kPa) when using the 41 mm diameter split pipe mold. These pressure levels decreased to 82 and 22 kPa, respectively, when 65 and 88 mm diameter molds were used. In both the Capay clay and Yolo loam tests, the average radial pressure and average cone index values showed similar trends.In the unconstrained tests, a maximum pressure of 9.0 kPa was observed in the Capay clay with 4.5% d.b. moisture content and three blows of compaction (cone index value of 550 kPa) at a horizontal distance of 25.4 mm from the vertical axis of the cone penetrometer and minimum pressure levels in the range of 0.2–0.3 kPa when the horizontal distance of the penetrometer was in the range of 56.8–66 mm. The pressure levels are much smaller than the ones obtained in the constrained tests and may suggest that the pressure distribution under field conditions is small at a distance of 25.4 mm or higher from the tip of the cone.The experimental data were statistically analyzed to identify significant factors. The results of the analysis for the constrained test indicated that the mold diameter and number of blows significantly increased the pressure readings within the soil mass. Increasing the mold diameter led to a decrease in the average radial pressure and increasing the number of blows contributed to an increase in the average radial pressure. In the unconstrained test, the average radial pressure distribution at a given point were significantly influenced by the horizontal distance of the point from the vertical axis passing through the center of the penetrometer shaft, soil type, and soil moisture content. Higher pressure values were obtained in the Capay clay tests compared to the Yolo loam tests. In all cases, the pressure levels were greater for the drier soil than for the moist soil.     

内蒙古中部阿巴嘎地区的三趾马（N2）红土及其工程特性的形成

作者近年来的研究结果表明,在中国北方为黄土和其它第四纪沉积物所覆盖的三趾马（N2）红土是一种性质特殊的区域性膨胀土,具有蒙脱石含量高膨胀性显着的特点,对本区的工程建设和地质灾害的发生具有重要的影响。本文是对内蒙古中部阿巴嘎地区三趾马红土的工程特性及其形成机理的宏观微观综合研究结果。     

黏性土渗透性温度效应实验研究

由于全球气候变暖、城市热岛效应加剧和核废料地质处置等原因,温度对黏性土工程性质的影响日益受到关注。本文在实验的基础上,采用直接测量法,对南京下蜀土、淤泥质土以及混合土3种试样,进行了5°～45°温度下的变水头渗透实验,分析了温度对黏性土渗透性的影响。实验结果表明：温度对3种试样的渗透性均有较大影响。温度越高,渗透性越大; 试样的密度越大,渗透系数随温度变化率越低; 在3种试样中,混合土的渗透系数高于淤泥质土和下蜀土的对应值,而淤泥质土的渗透系数又略大于下蜀土。最后对黏性土渗透性的温度效应机理进行了分析,认为水的动力黏滞性,黏粒的双电层厚度以及土的微结构三方面因素的共同作用引起了黏性土渗透性的温度效应。
黏性土,渗透系数,温度效应,机理     

大埋深粘土三轴高压卸载变形与强度特征

以取自山东巨野矿区埋深近 4 30～ 6 0 0m的深部粘土样为例 ,分析测试了土的常规物理力学性质参数。考虑该埋深土的天然应力水平及其在煤矿建井开挖中的卸载应力变化 ,在三轴伺服仪上 ,进行三向等压分别达 11MPa、12MPa、14MPa下的卸除围压、保持轴压的三轴高压卸载试验 ,分析了深部粘土三轴高压卸载变形和强度特点 ,得到了相关力学参数。成果丰富了土的高压卸载力学性研究 ,并为巨野矿区煤矿立井建设提供了工程地质基础参数     

加石灰改性后膨胀土的工程性质研究

  膨胀土掺石灰后其性质有很多改变。通过对荆宜高速公路膨胀土的石灰改性试验,得到了膨胀土加石灰后的工程性质的变化规律,如自由膨胀率、膨胀量、收缩率、塑性指数下降、抗剪强度与CBR增加等。从而为改善膨胀土的工程性质以满足工程设计的要求提供了可靠的试验数据。     

Fractional plasticity for over-consolidated soft soil

The stress–strain response of over-consolidated soft soil, e.g., clay, is dependent on its pre-consolidation history and material state. In this study, a state-dependent constitutive model for over-consolidated soft soils is proposed by extending the fractional plasticity originally developed for granular soil. The state-dependent stress-dilatancy and peak failure behaviour of over-consolidated soft soil are analytically captured through stress-fractional gradient of the current yielding surface. In addition, a reference yielding surface describing the pre-consolidation history of soft soil is proposed. A combined hardening rule expressed as a function of both the incremental plastic volumetric and shear strains is suggested. To validate the proposed model, a series of drained and undrained test results of different soft soils with a wide range of over-consolidation ratios are simulated and compared. It is found that without using additional plastic potentials and state parameters, the developed fractional model can capture the state-dependent hardening and softening responses of soft soils subjected to different over-consolidation states.

     

金沙江中游上江坝址河床深厚覆盖层建高坝可行性探讨

  摘  要  上江坝址为金沙江中游龙头水库的比选坝址之一,坝址河床覆盖层最厚达206.2 m,在深厚覆盖层上修建最低249 m级的高土石坝,大坝规模达到甚至超过世界前沿水平,筑坝技术难度大。通过测绘、钻探、物探、物理力学测试等工作揭示：(1)河床覆盖层由漂卵石、低液限粘土、砾卵石、碎块石、砂砾石等组成;(2)河床覆盖层中各粗粒土强度相对较高,低液限粘土强度较低,为坝基一条连续完整的相对软弱带;(3)坝址位于龙蟠断陷盆地内,主要受新构造垂直差异运动的影响,河床接受金沙江上游及坡体上物质堆积,逐渐形成了现今的深厚覆盖层。初步研究本坝址在河床覆盖层上建高土石坝是可行的,但需要对坝基采取工程处理措施。探讨了不同建坝方案所引发的工程地质问题,为筑坝技术研究提供了地质依据。