原状黄土土-水特征曲线与湿陷性的相关性

为了研究原状黄土土-水特征曲线与黄土湿陷性之间的联系,在陕西西安长安区取地表以下30 m范围内的原状黄土土样,进行基本物理指标试验和湿陷性试验。对不同典型地层的黄土-古土壤试样进行土水特征曲线试验,通过电镜扫描从微观角度分析。研究结果表明:大孔隙的数量与饱和体积含水率呈正相关;中孔隙的数目与过渡区斜率的大小呈正相关,孔隙数目越多土体失水速度越快;微小孔隙的数目和土的塑性指数影响残余含水率的大小。对于不同深度土层,饱和体积含水率和过渡区斜率与土层的湿陷系数呈正相关;塑性指数接近土层的湿陷系数对残余体积含水率的影响不明显;古土壤层的SWCC与湿陷系数之间存在与黄土层相同的正相关性。文章从非饱和土力学的方向去研究黄土的湿陷性,为湿陷性的研究提供一种新的研究角度。

干湿循环作用下原状黄土渗透性及其对土-水特征曲线的影响

为评估干湿循环作用对原状黄土水力特性的劣化效应,对甘肃Q 3黄土进行了4组不同干湿循环路径下的饱和渗透试验与土-水特征测试,分析土体饱和渗透系数和土-水特征曲线随干湿循环次数、循环幅度和下限含水率的变化规律。结果表明:原状黄土饱和渗透系数劣化度与干湿循环次数间关系可采用双曲线函数进行描述,6次循环后劣化度变化趋于稳定;土体饱和渗透系数劣化度随循环幅度增大而线性增大,随下限含水率增大而线性减小。V-G模型对干湿循环下黄土的土-水特征曲线拟合效果良好,模型参数θs、α、n变化幅度较小,而参数θr随循环次数增加呈指数下降趋势。依据试验结果建立了考虑干湿循环3参数的饱和渗透系数劣化模型与土-水特征曲线模型,并对土体非饱和渗透系数进行了预测分析。

Cu^(2+)污染原状黄土的物化及结构特性

为制定环境保护和土壤污染防治和修复策略,以及为污染场地工程建设提供理论支撑,该文研究了Cu^(2+)对原状黄土物化特性及结构特性的影响。通过制备不同掺量的Cu^(2+)污染黄土试样,进行了粒径分布、CaCO_(3)含量和pH值的测定。利用扫描电镜和激光粒度仪获得试样的SEM图像和粉粒各粒径含量,并借助分形理论深入分析了Cu^(2+)对原状黄土微观结构的影响机理。对Cu^(2+)污染的原状黄土试样进行了压缩试验,并对试样的综合结构势进行了分析。结果表明,随着Cu^(2+)掺量的增大,黏粒含量表现为先增后减,再增再减的趋势,粉粒含量则表现为先减后增,再减再增,砂粒含量保持不变;CaCO_(3)的含量呈线性减小;pH值先迅速减小,后保持不变;污染黄土试样的综合结构势先增大后减小,之后再增大再减小。总体而言,重金属Cu^(2+)的掺入,导致土壤pH值降低,主要胶结物质碳酸钙被溶解,而又因黏粒之间的静电引力和范德华力,黏粒聚集体的形态和成分发生变化,从而影响了土体的密实度和结构强度。

冻融循环及各向异性对原状黄土动力特性的影响研究

【目的】为了研究冻融循环作用和各向异性对西宁地区原状黄土力学特性及变形的影响,【方法】借助冻融循环试验箱和GDS双向动态三轴仪,开展冻融循环试验和施加半正弦波形式的循环荷载动力特性试验,采用修正H-D模型分析冻融循环次数、与沉积方向呈不同角度对西宁地区黄土动力特性参数的影响。【结果】结果显示:(1)随着冻融循环次数的增加,动剪切强度呈现出先减小后增加的趋势;黄土Gd-1增长阈值呈现出先增大后减小的趋势;黄土阻尼比λ呈现出先增加后减小的趋势。(2)与沉积方向呈不同角度的土样动剪切强度具有差异性,即由大到小为0°>60°>90°>45°;Gd-1增长阈值由大到小为45°>90°>60°>0°;黄土阻尼比λ由大到小为45°>90°>60°>0°。【结论】结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,土体结构强度和刚度均表现出先减弱后增强的趋势,土体抵抗变形消耗的动能则呈相反趋势。(2)各向异性影响黄土的动剪切强度、刚度及阻尼比,与沉积方向呈45°土体动剪切强度最低,刚度最弱,土体发生变形消耗动能最多。(3)冻融循环作用影响土体在不同方向的力学特性,随冻融循环次数的增加,与沉积方向呈45°时土体各向异性表现明显,其结构损伤程度最大。

降雨强度对原状黄土强度特性的影响

研究降雨强度对原状黄土力学性质的影响。方法:以济源市小浪底引水隧洞冒顶区域周围的黄土为例,不仅对黄土的基本物理参数、颗粒级配进行试验分析,并且采用了美国RSI ShearTrac-Ⅱ对原状黄土开展了在恒定的剪切速率0.06mm/min下,不同垂直压力下(50kP、100kPa、200kPa、400kPa)不同含水率(10%、14%、18%、22%、26%)下的直接剪切试验,以此研究降雨强度对土体强度特性的影响。结果:试验结果表明黄土的抗剪强度随含水率的增大而减小,并且在低含水率-低应力下呈应力-应变软化,在高含水率-高应力呈应力-应变硬化;土体的粘聚力随含水率的增大逐渐减小,受含水率变化影响较大,但内摩擦基本保持不变。结论:土体的力学特征受降雨强度的控制,为隧洞“冒顶 ”区域的防治提供了理论支撑。

冻融循环对原状黄土的持水特性影响

冻融作用是引起黄土边坡溜塌和路基沉陷等工程病害不可忽视的重要因素。持水特性作为分析非饱和黄土水力-力学特性的关键物性,有关冻融作用对黄土持水特性的影响有待深入研究。该文以冻融循环后原状黄土为研究对象,研究了冻融循环次数和冻融前含水率对持水曲线及其特征参数的影响。研究结果表明,冻融循环对持水曲线的影响呈波动性变化,影响程度受控于循环次数与冻融前初始含水率水平;不同冻融条件下饱和度与吸力比(吸力与进气值之比)关系可以归一;通过建立进气值与构度指标之间的定量联系,构建了可统一考虑冻融循环作用影响的修正持水模型;初步证实了冻融循环条件对原状黄土持水曲线的影响,可以通过土的构度指标变化引起进气值的改变来反映。

西安长安区南郊原状黄土边坡稳定性研究与分析

随着降雨量不断北移,导致西北地区边坡稳定性降低。本文对西安长安区原状黄土进行地勘取样并进行室内三轴压缩试验,获得土样抗剪强度c、φ值,结合工程实际案例建立模型,利用Abaqus软件的强度折减法验证边坡稳定性系数。对西北地区边坡稳定性分析以及防护措施有着重要意义。

不同地区原状黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

黄土在我国具有明显的区域分布特征,从空间平面上把握其动力特性参数的分布规律具有一定的现实意义。以不同含水率与不同应力状态下兰州、洛川、杨凌地区原状黄土为研究对象,进行动扭剪三轴试验,测定了黄土的动剪切模量与阻尼比的变化规律。结果表明,兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而逐渐减小,且减小的幅度越来越小;含水率与固结应力对兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的动剪切模量与初始动剪切模量影响显著;在相同含水率和固结应力下,兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的初始动剪切模量在地理空间分布上具有一定的规律性,兰州地区黄土最小,洛川地区黄土次之,杨凌地区黄土最大,即从西北向东南方向增大;兰州、洛川、杨凌地区原状黄土的阻尼比总体上随动剪应变的增大呈现上升趋势,且三个地区原状黄土的阻尼比随动剪应变的增长速率也存在区域性差异,兰州地区黄土最大,洛川地区黄土次之,杨凌地区黄土最小,即从西北向东南方向减小。

非饱和原状黄土垂直高边坡潜在土压力原位测试试验研究

通过现场大型原位测试试验,对非饱和原状黄土垂直高边坡土压力分布特征进行现场实测研究。试验采用钢筋拉结,钢筋后端锚固在距边坡滑移面以外较远的锚固桩上,其前端在边坡邻空面边界处,采用钢板及螺栓固定。本次试验切坡高度为14.5 m,切坡由上至下分段进行,通过安放在拉筋上的测力计量测拉筋所受的拉力,通过换算,得出前端钢板上所受到在切坡过程中土体应力释放所产生的土压力,从而得到不同切坡深度各测试点的土压力大小及分布特征。试验结果表明:实测最大土压力强度在边坡高度H的2/3处,在此高度以上土压力强度接近正三角形分布,以下土压力强度迅速减小,在坡脚处接近为零,呈倒三角形分布,与经典的朗肯土压力和库仑土压力分布是不相同的。

原状黄土结构性及其定量化参数研究

较详细地考察了黄土结构性的研究现状,在三轴试验的基础上,提出了一个既能反映土粒微观排列的结构性,又能反映土粒间由于特殊的胶结结构而综合表现出的宏观力学特征,从而可以开展对土的结构性进行研究的结构性参数mσ。在分析大量试验数据的基础上,证明了结构性参数的合理性,灵敏性和稳定性,揭示了mσ与影响土结构性的因素之间的变化规律,使黄土的结构性定量化研究有了一个新的基础。

侧限压缩条件下非饱和原状黄土的土水特征

用非饱和土固结仪对不同初始含水率的西安原状黄土进行常含水率压缩试验,最大净竖向应力为1 600 kPa,采用轴平移法测定有、无竖向应力条件下黄土的吸力,探讨侧限压缩条件下应力变化对原状黄土吸力特性的影响。结果表明:含水率一定时,净竖向应力变化对非饱和原状黄土的吸力状态有一定的影响,且影响规律随初始含水率而异,影响程度与应力及初始含水量的大小有关;较低净竖向应力(≤400 kPa)时,应力变化对不同初始含水率原状黄土吸力的影响皆很小;初始含水率大于塑限时,应力的影响较小,小于塑限时,其影响较大。在与应力及含水率相关的二种饱和度变化条件下,吸力与饱和度关系呈现出不同的变化特性。净竖向应力对土水特征曲线的影响与其大小有关,净竖向应力较大(>400 kPa)时,其影响较大,净竖向应力较低(≤400 kPa)时,其影响很小。为了工程应用简便起见,较低净竖向应力(≤400 kPa)时,原状黄土的土水特征可用无应力条件下含水率与吸力关系来描述,较大净竖向应力(>400 kPa)时,应分别确定,不同应力作用下的土水特征曲线可用幂函数来描述。

基于CT技术的原状黄土细观结构动态演化特征

非饱和原状黄土具有典型的结构性,结构性对其强度、变形等特征产生重要影响,但结构性对其屈服特性的影响却鲜有报道。为研究结构性对非饱和原状黄土在各向等压加载过程中的屈服特征影响规律,以非饱和土多功能三轴仪为研究工具,对4个非饱和原状黄土试样进行控制吸力的各向等压加载试验。借助CT(computerized tomography)技术,对变形和排水稳定后黄土试样进行实时动态扫描,将加载过程中的宏观力学指标与细观扫描数据联系,以明晰原状黄土加载过程中的结构演化规律。结果表明:原状黄土屈服前,CT数ME增长缓慢,说明结构性起到了抵御外部荷载的作用;当试样屈服后,ME呈线性增长趋势,试样进入塑性硬化阶段,结构性的作用明显降低。吸力增大时,原状黄土结构性对其力学变形特征影响较小;而吸力减小时,土颗粒之间水膜润滑作用明显,结构性对于抵抗外部荷载的作用增强。施加净平均应力后的原状黄土,其内部的孔洞和孔隙会减小,但不会完全闭合,这与新形成的结构能抵御外部荷载有关。研究结果可为进一步建立原状黄土结构性本构模型提供借鉴。

非饱和原状黄土强度特性的试验研究

用新研制的非饱和土直剪仪,进行了4组16个控制吸力的非饱和土直剪试验,得到了原状黄土的抗剪强度曲线。分析和探讨了非饱和原状黄土的强度特性。研究表明,同吸力对应的抗剪强度线在σ-τ图中的位置明显不同,且呈直线式上升;在试验研究的吸力范围内,原状黄土的摩擦角随吸力的变化很小,而粘聚力呈随吸力线性增加。

等向应力条件下非饱和原状黄土增湿渗水特性试验研究

渗水系数是非饱和土固结分析的关键参数之一。用自制的非饱和土三轴剪切渗透仪,在无应力及不同等向应力下分别对不同和相同孔隙比的原状黄土进行了直接向试样分级注水使吸力逐渐减小的增湿渗透试验,分析了孔隙比,应力与饱和度及吸力对增湿渗水系数的影响,对比分析了无应力与应力作用下的渗水特性,提出了可以考虑应力与饱和度或吸力影响的非饱和原状黄土增湿渗水的渗透性函数。研究结果表明：孔隙比和应力对渗水系数与饱和度关系及渗水系数与吸力关系皆有影响,吸力较大时对后者几乎没有影响,可近似归一。无应力及不同应力条件下,只要孔隙比相同,则渗水系数与饱和度或吸力关系相同;相对渗水系数与吸力的关系不能归一,同一吸力对应的相对渗水系数随孔隙比的减小或应力的增大而增大,而相对渗水系数与饱和度及吸力比（吸力与脱气值之比）关系皆可以归一。v G-M模型不适用于描述常孔隙比下原状黄土的渗水系数;提出的渗透函数可以预测一定等向应力作用下增湿过程中饱和度增大及吸力减小时原状黄土的渗水系数,预测结果与试验结果吻合较好。

西安地区地裂缝带Q_3原状黄土流变特性试验研究

汾渭盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育、灾害最为严重的地区。考虑在漫长的地质历史过程中黄土的流变特性对地裂缝破裂扩展模式的影响,采用分级循环加卸载方式,对西安地区长安地裂缝(fc1)带Q3原状黄土进行了不同围压下的固结不排水三轴流变特性试验,得到了地裂缝带Q3原状黄土的蠕变加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。试验结果表明,不同围压下地裂缝带Q3原状黄土表现为低应力下为减速蠕变,高应力下为减速蠕变和等速蠕变的特征。并基于统一流变力学模型理论,建立了适用于西安地区地裂缝带Q3原状黄土的三维蠕变本构模型,获得了相应的本构模型参数。该成果为研究隐伏地裂缝破裂扩展模式及其力学机制奠定了基础。

非饱和原状黄土增湿条件下力学特性试验研究

利用FSY30型应变控制式非饱和土三轴仪采用常含水率试验,研究陕西泾阳县某边坡原状黄土在不同含水率(无偏应力条件下增湿)、不同固结围压下的强度和变形特性,求得Fredlund双应力状态变量抗剪强度公式中b?值并利用含水率建立了工程中实用的抗剪强度公式;再将天然原状土在不同偏应力水平下增湿饱和后继续剪切,观察其力学特性。两种增湿条件下试验结果表明:该地区黄土应力应变曲线关系呈剪切硬化型;含水率与初始基质吸力呈双曲线关系,剪切过程中基质吸力无明显变化,抗剪强度指标黏聚力随着含水率的增大显著降低而内摩擦角所受影响较小;有偏应力条件下试样浸水饱和后破坏强度显著降低,但对应力应变关系影响较小,增湿时偏应力水平越低,土样饱和后的稳定偏应力值越小。

考虑结构性影响的原状黄土本构关系

将三轴应力条件下同一应变的原状黄土主应力差与扰动饱和黄土主应力差之比定义了一个定量化结构性参数mε,它综合反映了土的排列和胶结特征所表现出的综合结构势。结构性参数的变化量与轴应变关系可以用双曲线来拟合,由此所得到的结构性参数表达式可以反映围压、湿度、密度、应力和应变对结构性的影响。结构性参数对不同含水率下原状黄土的应力-应变曲线有很好的归一化作用,归一化后的结构性应力-应变曲线可用符合邓肯-张模型的扰动饱和土应力-应变关系来描述。在扰动饱和土本构关系中引入结构性参数所得到的原状黄土本构关系能够考虑原状黄土结构性的影响,且可以描述软化型和硬化型的应力-应变关系,计算结果与试验结果之间吻合较好。

常含水率三轴条件下非饱和原状黄土的吸力和力学特性

为了模拟实际工程在不排水条件下土体的快速破坏,对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了常含水率等向压缩和三轴剪切试验,研究了常含水率下非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、屈服及吸力变化特性。研究结果表明:在等向压缩和三轴剪切应力条件下,非饱和黄土的变形和吸力变化特性不同;不同初始吸力下,偏应力与净平均应力临界状态线为平行直线,偏应力与有效平均应力临界状态线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示,半对数坐标系上孔隙比与净平均应力及有效平均应力临界状态线皆近似为平行直线,直线斜率比饱和土的大,比屈服后等向压缩曲线的小;对于不同初始吸力,相同有效平均应力下非饱和原状黄土与饱和黄土的临界状态孔隙比之比与气体饱和度关系可以归一;屈服净平均应力及屈服偏应力皆随着初始吸力的增大而增大;q–p平面上初始及后继屈服曲线为对称于K0线的椭圆,吸力及应力硬化对屈服曲线的影响是等向的。

天然含水率状态下原状黄土动强度特性研究

通过对不同天然含水率状态下兰州原状黄土的室内动强度试验,得出了相应破坏振次为10和20次时原状黄土的动强度参数。根据试验所得动强度参数,分析了原状黄土的动强度参数随天然含水率和破坏振次的变化规律。探讨了天然含水率、破坏振次对该地区原状黄土动强度指标的影响,并对原状黄土的动强度参数与天然含水率之间的关系曲线进行了拟合,给出了其数学表达式。结果表明,动凝聚力与动内摩擦角随天然含水率变化规律,较好地符合乘幂函数关系和线性关系。

平面应变条件下原状黄土侧向卸载变形与强度特性分析

基于平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,在不同围压条件下对不同含水率黄土进行了侧向卸载平面应变试验,研究了平面应变条件下原状黄土的卸载强度、变形特性以及原状黄土的破坏方式。研究结果表明:不同固结围压条件下,各含水率原状黄土的侧向卸载应力-应变曲线均为硬化型,近似呈理想塑性曲线。剪切过程中,黄土的侧向与竖向变形呈非线性变化,侧向应变的发展要快于竖向应变,体积变形均为体胀。侧向卸载条件下土的破坏应变要比平面应变竖向加载和常规三轴试验小得多。黄土的卸载破坏强度与含水率、围压和球应力状态密切相关;随着含水率的增大,黏聚力衰减明显,内摩擦角略有减小。侧向卸载条件下,原状黄土呈剪胀滑移破坏形式。