不同固结条件下花岗岩残积土剪切特性试验研究

为研究不同固结条件下花岗岩残积土的三轴不排水剪切特性,对原状花岗岩残积土在等压和K_(0)固结方式下进行不同固结应力范围(10~50 kPa、100~300 kPa)的三轴不排水剪切试验,分析其剪切特性。结果表明:固结方式对于花岗岩残积土的应力应变关系存在影响,等压固结试样孔压值高于K_(0)固结试样,围压小于50 kPa时出现负孔压,随围压的增大孔压逐渐增大,试样破坏形态与孔压所表现出的剪切状态一致;基于莫尔-库伦强度准则进行数据拟合时,高应力下所得土的黏聚力值较大,内摩擦角值较小,K_(0)固结所得黏聚力值较高;广义幂函数能够很好描述花岗岩残积土的强度非线性,K_(0)固结试样总应力切线摩擦角高于等压固结试样,低应力时K_(0)固结所得有效应力切线摩擦角值较大;固结方式对于花岗岩残积土的变形特性影响较大,采用等压固结方式易高估其极限应变,影响工程安全。

双向循环荷载下橡胶砾石-土工格栅界面剪切特性

橡胶颗粒与土体混合可作为构筑物基础的轻质填料,并能提高其抗震性能。利用室内动态直剪仪进行了一系列循环荷载下的直剪试验,分析了橡胶砾石颗粒级配、法向循环荷载、循环剪切频率对土工格栅-橡胶砾石界面的剪切应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明:4种颗粒级配界面剪切应力均随着循环次数的增加而增大,表现出剪切硬化的特征,界面竖向位移也随之增大,表现出剪缩的特征;4种级配土中级配良好GR2表现出最高的界面抗剪强度,其界面最终剪缩量最小;当法向和水平加载频率一致时,界面循环峰值剪切应力随着频率的增加而增大,当法向和水平加载频率不一致时,滞回曲线根据法向和水平加载频率的大小呈现周期性变化;在同一颗粒级配下,筋土界面剪切刚度和界面阻尼比均随着法向循环荷载的增加而增大,界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大,界面阻尼比则相反。

颗粒组成和基质吸力对残积土抗剪强度的影响

花岗岩残积土遇水后基质吸力丧失,强度显著劣化,会引起崩岗、塌陷等地质灾害和工程问题。受风化程度影响,残积土的颗粒组成在垂直方向上存在差异。为研究颗粒组成和基质吸力对非饱和花岗岩残积土力学性质的影响,对5种不同颗粒组成的残积土进行土水特征曲线测试和不同饱和度下的直剪试验。采用粒组质量分形维数D表征残积土颗粒组成,D随土壤细粒含量的增加而增大。试验结果表明:残积土土水特征曲线受颗粒组成影响;VG模型参数与分形维数D存在良好的线性关系;颗粒组成和基质吸力影响土颗粒的接触方式,进而影响残积土的抗剪强度;残积土的表观内摩擦角φ和表观内聚力c随基质吸力ψ的增大先增大,当基质吸力ψ达到约200 kPa后φ逐渐稳定而c有所减小;残积土的抗剪强度参数可以使用含有分形维数D和基质吸力ψ的经验公式进行预测。研究成果可以为花岗岩残积土分布地区工程设计中的力学强度参数选取提供参考。

基于离散元方法的混合砂土剪切特性细观分析

目的为研究不同成分的砂土剪切破坏时的抗剪强度和体积变形差异。方法采用室内试验与离散元模拟结合的方法,通过建立剪切带PFC2D模型,对剪切过程中单一质砂土和混合砂土细观参数的变化规律进行了研究。结果发现粗砂、细砂、标准砂与混合砂土的剪切带形态、体积应变率等细观参数存在明显差异。结论研究表明:砂土剪切应力大小受颗粒组成影响,表现为砂土剪切应力随粗颗粒含量的增加而增大,混合砂土剪切应力高于与其成分相同的单一质砂土;砂土中颗粒运动以上跨和下跨式为主,颗粒粒径越大运动位移越大,表现为体积应变率越大。砂土剪切时体积应变率受颗粒组成影响,表现为粗砂体积应变率高于标准砂和细砂;混合砂土体积应变率高于与其成分相同的单一质砂土。研究结果可为此类砂土地质结构破坏问题提供理论借鉴。

聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维(PPF)的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明:聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.

橡胶砾石级配对筋土界面循环剪切特性的影响

橡胶砾石作为基础填料,具有低剪切刚度、高阻尼比的特性。为了研究土工格栅-橡胶砾石的循环剪切特性,利用室内动态直剪仪进行了一系列直剪试验,分析了4种橡胶砾石颗粒级配(级配不良GR1、GR4,级配良好GR2、GR3)、3种橡胶配比(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)下土工格栅-橡胶砾石界面的剪应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明:在循环剪切过程中,各橡胶砾石级配均表现出剪切硬化的特点,但其抗剪强度与纯砾石相比均出现不同程度的降低;橡胶砾石抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,4种级配土中GR2表现出最高的抗剪强度,但相较于纯砾石其抗剪强度约下降9%;界面最大竖向位移与竖向应力和橡胶含量成正相关,2种连续级配土GR2和GR3的界面竖向位移较小;在同一颗粒级配下,剪切频率和剪切位移幅值越大,混合土界面峰值剪应力越大;筋土界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大,随着橡胶含量的增大而减小,而阻尼比与剪切刚度呈相反的规律。

海陆交互相软土固结抗剪强度指标变化规律研究

以珠三角地区海陆交互相淤泥质软土为研究对象,通过室内直剪试验探究不同固结压力和固结度下抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律,提出抗剪强度及对应指标-固结度-固结压力三维Logistic数学模型。研究结果表明,当固结压力P≥200 kPa、固结度U≥40%时,软土黏聚力(c)和内摩擦角(φ)增长较为明显;当U=100%时,各级固结压力作用下的软土抗剪强度(τ)相较于初始状态分别提高了7.89、12.73、13.50、18.20、22.38 kPa;所给出的三维数学模型可直接计算出某一固结压力和固结度下的抗剪强度指标c、φ、τ。研究成果能够更为准确地评价该地区软土地基逐级加载过程中的整体稳定性。

超硫酸盐渍土固化强度及冻融特性试验研究

地基强度不足和盐–冻胀破坏是导致盐渍土地区渠道衬砌结构发生破坏的主要原因。为解决盐渍土强度不足的问题,降低盐渍土对环境温度的敏感性,首先,开展联合固化剂对超硫酸盐渍土强度的影响研究,并结合微观测试结果分析,构建联合固化剂掺量与强度之间的关系,对固化效果作出评价;其次,借助压汞试验对微观孔结构进行分析;最后,通过冻融循环试验揭示盐–冻胀力及盐–冻胀量的变化规律。结果表明:固化盐渍土强度增长效果显著,水化产物增强了盐渍土颗粒间的胶结作用。当联合固化剂掺量从0增加至30%时,固化盐渍土的孔隙率逐渐降低,孔径从超大孔向中小微孔演变;模型计算得到的分形维数逐渐增大,其中,Menger海绵模型与Neimark模型表现为多尺度分形,在中孔隙(0.1μm≤孔径<1.0μm)范围分形特征不明显,由热力学模型计算得到的分形维数DT在合理区间2.824~2.849变化,很好地表征了孔隙表面的分形特征。冻融循环10次后,相较未固化盐渍土,固化盐渍土盐–冻胀量削减了117%;盐渍土盐–冻胀力波动范围随冻融次数的增加而逐渐增加,固化盐渍土盐–冻胀力转变为周期性衰减,掺入的联合固化剂有效弱化了盐渍土盐–冻胀力。结合工程实际,建议渠道地基加固中水泥∶粉煤灰∶硅灰∶脱硫石膏质量比为1.00∶1.67∶0.83∶1.00,联合固化剂掺量为30%。

纤维地聚物改性粉质黏土无侧限抗压强度试验研究

通过对杭州市某隧道工程开挖产生的废弃粉质黏土添加不同改良剂后开展无侧限抗压强度(unconfined compression strength,UCS)试验,研究了不同矿渣掺量、矿渣-粉煤灰比例、聚丙烯纤维掺量条件下改良土样的抗压强度特性,并对抗压强度形成的机理进行了分析;同时,基于扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验对表征土体孔隙特征的有关指标展开了定量分析。结果表明:在矿渣掺量为12%时UCS最大,为6738.04 kPa,较素土强度提高80.69倍;粉煤灰的掺入可提高试样后期强度,在K8F2(矿渣/粉煤灰比例80%∶20%)试样中最优;聚丙烯纤维的掺入能有效地改善材料的脆断性能,最优纤维掺量为0.4%。试样孔隙的定向频率在80°~100°区间内分布的概率最大,掺入粉煤灰后定向性较为均匀;孔隙率随着矿渣掺量的增加、地质聚合物中矿渣含量的增多均逐渐减小,在试样K12(矿渣掺量12%)和K8F2中出现最小值;而随着纤维掺量的增加,呈现先降低后升高的趋势,当纤维掺量为0.4%时其值最小,为6.204%;孔隙平均直径主要分布在0~1μm,矿渣掺量增多则小孔隙增多,大孔隙减少;孔隙丰度主要分布在0.4~0.6,孔隙形状主要为椭圆。

灌木根系形态对土体强度影响的大型直剪试验研究

根系形态显著影响根土复合体强度,然而现有研究局限于草本根系根土复合体和室内常规直剪试验。为探究多年生灌木根系形态及空间分布对固土效果的影响,采用大型直剪试验装置(直径400 mm),对原状根土复合体进行了剪切试验。试验中测量了根系形态参数(根面积比RAR、根长密度、根体积密度和根表面积密度)、根土复合体抗剪强度和剪胀特性,探讨了根系沿深度的分布特征、根土复合体剪胀性以及根系形态参数与根土复合体抗剪强度的相关关系。结果表明,根系加剧了根土复合体的剪胀;在4个根系形态参数中,剪切带上的RAR和根表面积密度与根系对剪切强度的贡献之间相关性较好;Wu模型能反映根系固土的本质,却存在强度被高估或低估的问题。研究成果有助于推动植物根系在固土领域的应用。

青藏高原雅江河谷地带碎块石土强度特性及颗粒破碎分析

碎块石土在西藏等高寒地区广泛分布,其力学性质受粗颗粒含量、干密度及含水率的影响较大,且对评价该区域的堆积层滑坡稳定性十分重要。为探究粗颗粒含量、干密度及含水率对青藏高原雅鲁藏布江河谷地带碎块石土强度和颗粒破碎率等参数的影响规律,开展了4种粗颗粒含量、3种干密度和2种含水工况下的碎块石土大直剪试验,分析了剪切过程中的应力变化规律、剪切后的颗粒破碎率及体变特征。结果表明:当试样干密度为1.4g/cm^(3)时,应力应变曲线在高粗颗粒含量(p_(5)≥40%)下没有出现峰值,试样未发生剪切破坏,随着干密度的增大,试样发生剪切破坏的临界粗颗粒含量和竖向压力不断降低;碎块石土的黏聚力c以p_(5)=20%为临界点,随着粗颗粒含量的增大先减小后增大,内摩擦角φ随p_(5)的增大逐渐变大;碎块石土的颗粒破碎率与粗颗粒含量、竖向压力和初始干密度均呈正相关;粗颗粒含量和干密度的增大均会提高试样的界面抗剪强度,降低试样的最终体变量。试样的剪胀性受碎块石相互咬合形成的骨架结构的强度和竖向压力的影响,当σ=100 kPa,p_(5)≥20%时,试样表现出剪胀特性,随着竖向压力的增大,试样由剪胀向剪缩转变;在饱和含水工况下,碎块石土的抗剪强度降低,最终体变量与剪缩量大幅增加。研究成果可为青藏高原碎块石土滑坡稳定性研究提供指导。

基于NRBO-BP模型的黏泥型泥化夹层抗剪强度预测

精确评估土体的抗剪强度参数对于确保工程安全至关重要,目前尚未有黏泥型泥化夹层抗剪强度指标的预测模型。为得出黏泥型泥化夹层抗剪强度预测最优模型,通过引入牛顿-拉夫逊算法优化神经网络,显著提高了模型的收敛速度和预测精度。同时,将模型与布谷鸟优化BP神经网络模型(CS-BP)、猎人猎物优化BP神经网络模型(HPO-BP)和BP神经网络模型进行了对比。结果表明,无论对于内摩擦角还是黏聚力,NRBO-BP模型都表现出最好的预测能力。在内摩擦角预测中,NRBO-BP模型在训练集和测试集的决定系数分别达到了0.9595、0.9301;在黏聚力预测中,NRBO-BP模型在训练集和测试集的决定系数分别达到了0.9684、0.9341。同时,在内摩擦角和黏聚力预测中NRBO-BP模型的精度在众多对比模型中均为最高。NRBO-BP模型有作为黏泥型泥化夹层抗剪强度指标预测的标准模型使用的潜力。

水泥与粗颗粒工程弃土复合固化改良淤泥土试验研究

为实现工程弃土的资源化利用和降低工程投资,以苍南县安澜工程(南片海塘)护塘河开挖产生的淤泥质土为研究对象,将附近绿能小镇三澳核电站工程弃土作为粒径改良用土,并采用水泥作为固化剂,通过不固结不排水(UU)三轴剪切试验研究水泥与粗颗粒工程弃土复合改良淤泥土的物理力学性能,并得到既符合工程设计要求又具较好经济性的改良土配合比。试验结果表明:影响改良土物理力学性能因素主要为粗颗粒弃土占比、水泥掺量、养护龄期,其中水泥掺量与养护龄期影响最为显著;单掺改良时,粗颗粒掺量对改良土的力学性能影响较小,改良效果不佳。淤泥土、粗颗粒土、水泥掺量分别为40%、60%、15%,养护龄期为56 d时淤泥质土的改良效果最佳,最大偏应力和黏聚力分别为2897.87、567.63 kPa。改良后的土作为海塘闭气土方用土能够满足工程设计要求。研究成果能够为海塘工程设计和施工提供理论依据和指导。

干湿循环作用下掺铁尾矿砂水泥土耐久性研究

为了探究掺铁尾矿砂水泥土在特殊环境条件下的耐久性,对掺铁尾矿砂水泥土进行了干湿循环试验,并与相同条件下素水泥土进行了对比。通过干湿循环试验研究发现,高掺量水泥强度损失较低。铁尾矿砂的掺入会延缓水泥土受干湿循环次数增加所产生的强度损失,但随着干湿循环次数增加其强度损失与素水泥土逐渐接近,干湿循环导致的铁尾矿砂水泥土强度降低主要表现在黏聚力大幅下降,内摩擦角变化较小。利用极限偏应力(σ_(1)-σ_(3))_(max)、c,φ值与孔隙率η、胶结物体积含量Gv等参数的关系,建立了干湿循环循环作用下铁尾矿砂水泥土强度损伤模型,通过计算值与试验值对比,该损伤模型可以有效地预测铁尾矿砂水泥土在干湿循环下的极限偏应力(σ_(1)-σ_(3))_(max)及c,φ值。

花岗岩残积土抗剪强度与微观结构特征

对不同水的质量分数(含水率)及不同压实度的花岗岩残积土试样开展三轴试验和电镜扫描试验,探究土样的抗剪强度特性与微观孔隙结构之间的关系,从微观角度揭示花岗岩残积土的抗剪强度衰减机理。试验结果表明:花岗岩残积土试样的应力-应变曲线呈现应变硬化特征,抗剪强度随着含水率的升高而降低,随着压实度的增加而增加,且在围压应力较低时,花岗岩残积土试样对含水率及压实度的敏感性更强;从微观角度,花岗岩残积土试样的中孔隙和大孔隙的占比随着含水率的升高而增加,随着压实度的增加而减少。

刺槐豆胶改良黏土强度抗压抗拉力学特性试验研究

为了研究刺槐豆胶改良黏土强度的效果,对不同养护龄期、刺槐豆胶掺量的改良黏土分别进行无侧限抗压强度试验以及抗拉试验研究。结果表明:刺槐豆胶的掺入可以显著改善黏土的抗压和抗拉性能。当养护龄期一定时,随着刺槐豆胶掺量的增加,改良黏土的抗压和抗拉强度均呈增长趋势,通过对比可知,刺槐豆胶的最优掺量为2%,试样的抗压和抗拉强度的最大值分别提升至425.74及234.61 kPa,与素土相比均提高约1.8倍;当刺槐豆胶掺量一定时,养护龄期对改良黏土的抗压、抗拉强度也有一定的影响。在刺槐豆胶掺量相同的条件下,养护龄期为7 d时,试样抗压、抗拉强度提升量最大,最大提升量分别为68.12和34.39 kPa。刺槐豆胶在土体表层形成一层胶质薄膜,并利用自身延展性填充土颗粒间孔隙,改善了土体的粒间结构,增强土体的稳定性,从而提升黏土的强度特性。随着养护龄期的增加,胶质薄膜逐渐收缩,使土体颗粒排列更加紧密,进而提高改良黏土体的无侧限抗压强度及抗拉强度。

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。

颗粒级配与含水率对粉质砂土力学性能影响研究

砂土的级配与含水率会对砂土的力学性能产生较大影响。本文通过试验研究不同不均匀系数、曲率系数与含水率下砂土的抗剪强度,分析了直剪试验粉质砂土的级配与含水率对强度曲线、峰值强度与内摩擦角的影响规律。研究结果表明:粉质砂土在剪切过程中颗粒破碎和颗粒翻滚行为都会对砂土力学性能产生影响。随着不均匀系数或曲率系数的增加,砂土的峰值强度与内摩擦角均出现先增大后减小的趋势,含水率与粉质砂土峰值强度、内摩擦角均呈现负相关关系。

养护龄期和固化剂浓度对稀土矿山堆场土体固化效果的影响

为了探究复合土壤固化剂浓度和养护龄期对废弃稀土矿山堆场土体固化效果的影响,通过21组直剪实验,定量分析固化剂浓度(αw=2%、3%、4%、5%、6%)和养护龄期(t=3、7、14、28 d)对重塑土样抗剪强度以及剪切应力的影响规律。结果表明,随着固化剂浓度增大和养护龄期延长,土体黏聚力和内摩擦角均明显增大。当竖向压力为100 kPa、固化剂浓度为2%、3%、4%、5%、6%时,土样对应的峰值剪切应力分别为97.69、122.46、139.46、186.49、220.97 kPa。当固化剂浓度为6%、养护龄期为3、7、14、28 d时,土体的剪切应力峰值分别为158.24、189.29、210.61、220.97 kPa。当固化剂浓度为2%时,土样在剪切过程中剪切应力随着剪切位移增加而增大;当固化剂浓度为6%时,土样的剪切应力随剪切位移增加呈先增大再减小最后保持稳定的趋势。

考虑多层土体空间变异性的地表变形分析

为了探究多层土体空间变异性对盾构隧道开挖引起的地表沉降变形的影响,本文将内摩擦角和黏聚力值作为随机参数对象。探究多层土体地况下,内摩擦角和黏聚力变异系数对地表变形的影响,利用乔列斯基分解法和拉丁超立方抽样法实现了参数的随机化,利用有限元分析地表沉降变形。研究结果表明:盾构隧道开挖的多层土体的地表沉降变形规律和单层土体地表变形规律相似,地表沉降值服从对数正态分布;内摩擦角的变异系数对隧道开挖地表沉降变形的影响强于黏聚力变异系数变化的影响;模型整体呈现上软下硬的地层状况,地表沉降变形对土的参数变化比较敏感,导致沉降变化较大。