考虑盐度影响的粉煤灰固化软土直剪试验

采用粉煤灰作为固化剂,制备了多组粉煤灰固化软土试样,其孔隙水中盐度分别为0%、2%、4%和6%,养护龄期分别为3 h、7 d和28 d.通过开展室内直剪试验,探讨盐度对粉煤灰固化软土强度特性的影响.试验结果表明:竖向固结压力为50 kPa时,粉煤灰固化软土的剪应力与剪切位移关系曲线呈现软化型,而在竖向固结压力为200 kPa时曲线呈现硬化型;高盐度试样具有较低的峰值剪应力和残余强度,表明高盐度对粉煤灰固化软土强度特性具有不利的影响;随着盐度增加,各养护龄期下软土试样的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的曲线均呈现近似线性下降的趋势,主要原因在于盐度的增加抑制了粉煤灰中活性成分的水化反应.

基于直剪试验土石混合体路基的稳定性问题研究

某市为推动经济发展,制定了高速公路修建计划,为满足公路修建用料的巨大需求,特使用分布广泛的土石混合体作为高速公路的填料。但是土石混合体因其不均匀性,各向异性,使得工程力学特性复杂,难以琢磨,对其建筑的公路路基的强度和稳定性缺乏足够的认识。清楚地掌握土石混填路基的强度和变形的影响机理和因素,对指导现场施工具有重大意义。基于此,通过现场取样,采用室内直剪试验和数值模拟相结合的方式,分析验证土石混合体的物理和力学特性及路基的稳定性问题。

基于力链变化的直剪试验数值分析

构造宏观力学与细观力学的联结,一直是岩土力学领域研究课题的热点。从宏、细观两个角度出发,利用颗粒流软件PFC 2D模拟直剪试验,对直剪试验各阶段进行分析,利用风玫瑰图描述力链的方向,综合试验、离散元颗粒流模拟和细观理论对直剪试验的力链分布变化及演化规律进行研究。结果表明,室内试验、数值模拟试验二者结果基本一致;剪切应力达到峰值前内部力链结构有规律地重构,强力链逐渐靠向角平分线;剪切应力达到峰值与水平方向呈接近45°夹角,在卸荷失稳阶段,弱力链重新分布,部分强力链转化而消散,绝大多数保留在剪切带周边。该研究可以更好地理解土体的细观力学机理,为相关数值模拟试验提供参考依据。

岩性特征对混凝土坝体-基岩原位直剪试验力学特性影响分析

以广西巴马县坡月水库工程为研究对象,采用平推法开展不同法向应力(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 MPa)下混凝土坝体-基岩原位直剪试验,探究岩性特征对混凝土坝体-基岩力学特性的影响。结果表明,不同法向应力下试样的剪切应力-位移曲线均表现出试样内部初始缺陷受力微裂纹扩展的稳定扩展阶段、微裂缝逐渐扩展形成宏观裂缝的不稳定扩展阶段及混凝土与岩体分离的开裂阶段3个阶段;法向应力、岩体岩性对试样的断裂能均有显著影响。不同法向应力下,试样断裂能的范围为16.65~177.28 N/m,断裂能随着法向应力或灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或风化程度增大而减小;混凝土坝体-基岩的抗剪强度随基岩中灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或基岩风化程度增大而减小。研究结果可为类似研究提供试验参考。

重塑黄土直剪试验误差分析及对边坡可靠性影响评价

为通过室内快剪试验误差来源分析强度参数的随机特性,比较了击实法和压样法对抗剪强度离散性的影响,并在两种制样方式的基础上,进行再现性试验,通过对抗剪强度及正应力修正,采用Grubbs准则检验可疑值,求得了能反映强度参数随机特性的概率分布,并使用K-L级数展开法离散强度参数正态随机场,分析了两种制样方式对边坡可靠性的影响.研究表明:压样法制样比击实法获得数据离散性更小,使用再现性法能够体现强度参数的随机特性;两种制样方法在边坡稳定性分析时安全系数接近,由于击实法统计数据的离散性更大,可靠性分析时比压样法产生更大的失效概率.

压实黏性土固结排水多级直剪试验

抗剪强度是决定岩土工程中地基、边坡等土体和结构稳定性的重要力学参数,一般通过直剪或三轴试验获取.这类试验常采用3~4个试样测定土的黏聚力和内摩擦角,但多个试样的差异性会影响结果准确性.基于此,在常规直剪仪器的基础上进行改进,使其可针对一个试样反复剪切,获取样品的抗剪强度参数,由Mohr-Coulomb包络线得到土的黏聚力和内摩擦角,并将压实土的固结排水多级直剪试验与常规直剪试验结果进行对比.结果表明,多级直剪试验抗剪强度略小于常规直剪,内摩擦角误差在±2.5°.该固结排水多级直剪方案可以用来评估压实黏性土抗剪强度.

土工格室与沙漠沙界面特性大型直剪试验

为探明土工格室与沙漠沙的筋土界面特性,开展了多项大型直剪试验研究,包括不同土工格室位置条件下、不同剪切速率条件下、不同温度条件下的土工格室加固沙漠沙界面直剪试验。结果表明:在50,100,150 kPa的法向应力条件下,以土工格室加筋层上界面或下界面作为剪切面,不同剪切速率(0.5,1.0,2.0 mm/min),不同温度(30,15,0,-15℃)影响下的筋土界面剪应力-剪切位移曲线均呈应变软化特征;纯沙漠沙对剪切速率的变化不敏感,剪切速率由0.5 mm/min升至3 mm/min时沙漠沙抗剪强度基本持平,而土工格室加固沙漠沙的界面对剪切速率的变化敏感,界面抗剪强度随剪切速率的增加而减小;在较低剪切速率0.5 mm/min下,土工格室提供的似黏聚力对抗剪强度的贡献更大;土工格室加固沙漠沙在30℃与15℃下峰值剪应力变化不大,区别在于峰值过后30℃抗剪强度存在更快的衰减至平稳阶段的情况;随着温度的降低,土工格室-土复合体呈现出更大的刚性,界面剪应力峰值提高并前移;土工格室刚性的增加使土工格室壁不易受拉变形,造成紧箍作用削弱而水平摩擦力作用增强,综合体现在加筋土剪切面的似黏聚力降低,而内摩擦角增大。

基于PFC3D模拟的混凝土直剪试验细观参数对宏观特性影响研究

为了研究平行黏结模型中细观参数对宏观特性的影响,采用颗粒流离散元软件PFC^(3D)模拟混凝土直剪试验,通过控制变量法,分析颗粒摩擦系数、平行黏结接触有效模量、平行黏结接触内摩擦角、平行黏结接触抗拉强度、平行黏结接触黏聚力以及法向应力对混凝土直剪试验结果的影响。研究结果表明:摩擦系数仅略微影响剪切应力-水平剪切位移曲线,即在剪切应力峰值之后,随着摩擦系数的增加,曲线下降的幅度减小;平行黏结接触有效模量主要影响着剪切应力-水平剪切位移曲线的斜率(剪切刚度),随着有效模量的增加,斜率呈线性增长;平行黏结接触内摩擦角、平行黏结接触抗拉强度和平行黏结接触黏聚力主要影响着剪切应力-水平剪切位移曲线的峰值(抗剪强度)。

北京东部地区非饱和粉砂层原位直剪试验成果分析

对北京东部地区典型非饱和粉砂层进行原位直接剪切试验,采用最小二乘法拟合得到黏聚力和内摩擦角指标,其内摩擦角指标相比于传统地区经验值和室内直接快剪试验值分别提高了11.11%~24.4%、3.01%~17.40%;室内直接快剪试验测得粉砂层的黏聚力为4.8~7.5 kPa,而原位直剪试验测得该值最高达9.5 kPa。研究成果为该地区非饱和砂土层的剪切指标参数优化提供了试验支撑,节约了基坑支护造价,为实现工程建设全过程绿色建造提供了可能。

基于CT扫描植物根-土复合体直剪试验研究

为探究植物根系对土壤的作用机理,以构树、刺槐、枸杞根为研究对象,通过重塑根-土复合体直剪试验、CT扫描试验,分析了三种植物根系的固土机理。试验结果表明:三种植物根系的存在能够有效地提升土样的抗剪强度与变形能力,其中构树根的增强效果最为显著;较未含根试样含构树根试样内摩擦角提升70.3%,含刺槐根试样黏聚力提升74.8%;根系对土样剪切裂缝的扩展有显著的抑制作用,裂缝的宽度与长度均比未含根试样的小,三种植物中构树根系对土体的加固作用较优。该研究结果为植物根系的固土护坡机理提供理论支撑。

新工科背景下建筑工程技术专业实验教学探究——以《地基与基础》课程直剪试验为例

为了适应新工科背景下产业对人才需求的转变,本研究基于STEM教育理念的内涵,进而分析了STEM教育理念与工科实验教学特征的关系,并以《地基与基础》课程的直剪试验为例,探究了在新工科背景下,如何将STEM教育理念有效地融入工科实验教学之中为我国高职院校工科实验教学改革提供了理论与实践层面的有益借鉴。

半成岩结构面原位直剪试验及抗剪参数的研究

半成岩作为一种特殊性岩土,工程性质受岩体结构面的影响较大,因此,确定结构面的剪切强度参数十分重要。文中根据半成岩原位剪切试验结果,采用概率统计分析方法,对抗剪强度参数进行估算,同时对M-C准则模型、B-B准则模型的95%预测区间和95%置信区间进行拟合及评价。结果表明,B-B准则模型的95%置信区间较M-C准则的范围更窄,参数估计的可靠性更高,尤其低法向应力水平下,B-B准则模型明显优于M-C准则模型,其抗剪强度参数更准确。

强风化云母石英片岩原位直剪试验研究

强风化片岩难以采取原状试样开展室内试验获取岩体力学强度参数,原位直剪试验是获取强风化片岩抗剪强度参数的可靠途径。原位直剪试验研究表明,强风化片岩整体呈弹塑性破坏特征,在抗剪断强度达到峰值后,剪切位移急剧增大,剪应力未出现陡降,即残余强度效应不明显。同时,强风化片岩抗剪断内摩擦角呈显著的各向异性,随预设剪切面与层理面夹角的增大而增大,当夹角为零即沿层理面剪切时内摩擦角值最小;强风化片岩的黏聚力与剪切方向相关性不明显,主要受岩体内石英、云母等矿物成分含量的高低影响。基于原位直剪试验成果,开展强风化片岩高边坡防护工程优化设计的成功实践表明,加大勘察成本投入,通过原位试验获取可靠的抗剪强度参数,可保证高边坡支护设计方案的安全性和经济性。

基于不同根截面比的根-土复合体室内直剪试验

植被根系可显著提升土体抗剪强度。为量化小叶女贞根系对土体抗剪强度的贡献,以直径为2mm的小叶女贞根系-土复合体为研究对象,对不同根系分布形式与RAR(根截面比)的根-土复合体采取一系列直剪试验,并基于Mohr-Coulomb准则建立根-土复合体剪切力学模型。结果表明:根-土复合体的主体仍为土体,可适当忽略根-土界面摩擦角带来的土体内摩擦角变化;根系可明显提高根-土复合体抗剪强度,且法向应力和RAR较小时增强抗剪能力更显著;黏聚力随着RAR的增大呈现出相同的变化趋势,而内摩擦角受RAR影响较小,与模型预测一致。研究成果可为根系固土植被选择提供参考。

基于直剪试验的不同黏土力学特性研究

为了研究某桥所在地的地层土质状况,提取地层上的3种黏土(黑色黏土、黄色黏土和红色黏土)采用直剪试验进行力学特性研究。结果表明:3种黏土的抗剪强度均随着法向应力的增大而增大,且随着法向应力的增加,3种土样的拱形剪切面越来越明显;在同一法向压力下,黄色黏土黏聚力最大,黑色黏土次之,红色黏土最小,在内摩擦角方面,黄色黏土与黑色黏土无太大区别,但都大于红色黏土;在土体含水率相同时,黄色黏土抗剪强度最大,黑色黏土次之,红色黏土最小,3种黏土的最佳含水率为13%;在最佳含水率下,当法向压力相同时,3种土样的剪应力均随剪切位移的增大而增大,在达到最大值后再逐渐下降并稳定在残余强度。

基于亚塑性模型的砂土直剪试验研究

介绍具有独特建模思想的Gudehus-Bauer亚塑性模型理论,该模型以非线性张量为基础,自动隐含弹塑性理论中的屈服面、塑性势、流动法则、硬化定律等概念和假设。基于Gudehus-Bauer亚塑性理论,对直剪试验进行合理假设,建立砂土直剪试验的数值模型,并对不同初始孔隙比下砂土的直剪试验进行数值模拟,验证了该模型的适用性。通过直剪试验的数值模拟研究发现,Gudehus-Bauer亚塑性数值模型不仅能分析不同孔隙比砂土的非弹性、非线性及剪胀(剪缩)等力学特性,而且能很好地反映砂土在循环受力状态下的应力应变演化规律。

基于原位直剪试验的坡积含泥角砾碎石抗剪强度参数探究

以福建某滑坡的滑体坡积含泥角砾碎石为例,采用原位直剪试验方法获取其抗剪强度参数,并做适当修正。结果表明:采用修正后的参数进行滑坡稳定性计算时,其稳定性系数为0.971~1.129,与现场滑坡状态基本一致,较通常按0.950~1.050的反算系数更具精确性;采用原位直剪试验方法获取含有角砾碎石等粒径较大的滑坡体抗剪强度参数,可使治理设计更合理。

碎石土室内直剪试验研究

碎石土大多具有良好的工程性质,所以对其展开研究,了解其特性就具有非常重要的意义。为了对碎石土的力学性质有一定研究,本文以云南玉溪海通县附近碎石土为对象,进行了碎石土强度稳定性分析。在现场取土,并进行密实度测试,后续通过室内试验获取土的天然含水率和干密度,开展大型直剪试验,研究不同干密度和含水率下,施加不同竖向荷载时碎石土抗剪强度系数黏聚力c和内摩擦角的变化趋势。结果表明,含水状态对碎石土剪应力-剪切位移关系曲线有显著影响,在相同条件下,碎石土抗剪强度随含水率和竖向压力的变化呈现出特定规律。Most of the gravel soil has good engineering properties, so it is of great significance to study it and understand its characteristics. In order to study the mechanical properties of the gravel soil, the strength and stability analysis of the gravel soil near Haitong County, Yuxi, Yunnan province. The soil was taken on site and the compaction test was conducted. Subsequently, the natural moisture content and dry density of the soil were obtained through indoor tests, and the large-scale direct shear test was carried out to study the change trend of the shear strength coefficient cohesion c and internal friction Angle under different vertical loads. The results show that the water content state has a significant effect on the shear stress-shear displacement relationship curve of gravel soil. Under the same conditions, the shear strength of gravel soil shows a specific rule with the change of water content and vertical pressure.

基于数字图像分析及大型直剪试验的土石混合体块石含量与抗剪强度关系研究

随着现代岩土力学的发展及各类大规模工程建设的需要,土石混合体已经逐渐被作为一种有别于常规的土体及岩石的特殊岩土材料受到国内外研究者的高度关注。土石混合体内部的块石含量及粒度组成很大程度上控制了其相应的物理力学性质。基于现代数字图像处理技术,通过对土石混合体内部块石的形态分析,获取其相应的粒度组成及块石含量,并将其作为土石混合体大尺度直剪试验的制备试样的基础,为这类岩土体的试验研究开辟了新的思路。通过大尺度直剪试验的研究结果表明,土石混合体的内部块石含量特征在很大程度上控制了其变形破坏机制,其剪应力–水平位移曲线及垂直位移–水平位移曲线均较常规的土体及岩石有很大的差别。土石混合体的剪切带将随着块石含量的增加而变宽,其内摩擦角增量与块石含量(25%～70%)近似成线性增长的关系,黏聚力较相应土体有很大程度的降低,但当块石含量大于30%时,其黏聚力随着块石含量的增加而缓慢降低。