三轴剪切过程中排水条件对钙质砂颗粒破碎、变形和强度特性的影响

钙质砂的颗粒破碎、变形和强度特性与受剪时的排水条件有关。然而当前的研究很少考虑不排水剪切过程对钙质砂颗粒破碎和力学特性的影响。对不同初始相对密实度的钙质砂进行了一系列不同有效围压下的三轴固结排水和不排水剪试验,以研究剪切过程中排水条件对钙质砂颗粒破碎和力学性质的影响。结果表明:在相同的有效围压下,排水剪试验的颗粒破碎率高于不排水剪试验。在排水剪与不排水剪过程中,钙质砂的应力-应变曲线都表现为应变软化行为,其剪胀趋势受到初始相对密实度和有效围压的影响。钙质砂的临界状态与初始状态无关,与剪切过程中的排水条件有关,对于临界应力比和相变应力比,排水剪试验大于不排水剪试验。钙质砂的峰值有效内摩擦角随初始相对密实度、有效围压和颗粒破碎率的增大而减小,但是临界有效内摩擦角不受初始条件、有效围压和颗粒破碎的影响,两种有效内摩擦角都与剪切过程中的排水条件有关。对于峰值有效内摩擦角和临界有效内摩擦角,排水剪试验大于不排水剪试验。上述结果表明,钙质砂的颗粒破碎、变形和强度特性与剪切过程中的排水条件具有明显的相关性。

不同排水条件间歇循环荷载作用下软黏土变形特性试验研究

以往研究中通常采用间歇加载循环三轴试验来研究交通荷载作用下软黏土的变形特性。但交通荷载引起的土单元应力场中,水平应力和轴向应力循环变化。而且在循环加载阶段和间歇停振阶段,土体孔隙水均可以排出。因此,通过对软黏土开展两类循环三轴试验,即不排水和部分排水条件下的间歇加载循环三轴试验,研究了间歇循环荷载作用下软黏土变形特性,分析了循环围压和排水条件对软黏土累积轴向变形的影响。试验结果表明,累积轴向应变受循环围压和排水条件影响显著。累积应变增量随加载阶段的增加而减小,但不同循环围压下应变增量的衰减程度不同;在部分排水条件下,应变增量随循环围压增加而增大,而在不排水条件下则下降;另一方面,相较于不排水条件,部分排水条件下应变增量的衰减程度更为显著;同时,不同试验条件下应变增量的差异性在第一个加载阶段中较为明显,而在后续加载阶段中则可以忽略。基于上述试验结果,提出了一个考虑循环围压和排水条件影响的预测间歇循环荷载作用下软黏土累积应变的表达式,预测结果与实测值较为吻合。上述研究成果有助于加深对间歇循环荷载作用下软黏土力学性质的认识。

排水条件对砂岩力学及其变形局部化特性影响试验研究

为了研究砂岩在渗流−应力耦合作用下的变形局部化破坏特征,利用可视化三轴伺服控制试验系统,结合三维数字图像相关技术(three-dimensional digital image correlation,简称3D-DIC),开展不同排水条件下的砂岩三轴压缩试验,对岩石力学、渗流及其变形局部化特性进行分析,并利用电镜扫描对砂岩破坏后其破裂面微观形貌进行分析。结果表明:排水条件下砂岩的峰值强度和弹性模量高于不排水条件下的值,且随着渗透水压增大,砂岩的峰值强度、弹性模量和泊松比均随之增大,出现贯通裂纹的时间点和渗透率最大值出现的时间点则会提前;当渗透水压相同时,不排水条件下砂岩表面变形场云图的局部化带比排水条件下的更宽,即岩石的宏观裂纹更明显,排水条件下水流将岩石内部的矿物颗粒带走,形成孔洞,其破裂面的表面比不排水条件下更光滑,而不排水条件下颗粒表面明显有片状岩屑附着;所有排水条件下径向变形局部化启动点始终高于轴向变形局部化启动点,平均提高了1.23%,变形局部化径向、轴向启动应力水平均随渗透水压的增大而增大,即启动的时间点更提前,排水条件下砂岩的径向启动应力水平、轴向启动应力水平均高于不排水条件下的值,平均分别提高了1.85%和2.21%,渗透水压相同时,不排水条件下启动应力及应力水平受水压的影响比排水条件更明显。

5种排水条件下饱和重塑黄土三轴剪切特性

为了深化对工程实践中黄土排水状态和影响的认识,通过三轴剪切试验控制应变增量比研究了饱和重塑黄土在不排水、强制吸水、自由排水、强制排水、部分排水5种排水条件下的剪切特性。结果表明,饱和重塑黄土的剪切特性与排水条件密切相关:在不排水和强制吸水条件下,黄土试样表现为应变软化,从广义上讲,在强制吸水条件下试样的剪胀性被强制发挥;在自由排水和强制排水条件下,黄土试样表现出硬化趋势,其中,在强制排水条件下试样的剪胀性受到抑制;在部分排水条件下,黄土试样为应变软化或应变软化到硬化的过渡状态,此时,黄土的剪切特性不仅与应变增量比有关,也受到孔隙比的影响,应变增量比越接近0,试样的软化程度越明显,而试样的孔隙比越小,其在剪切初始阶段的剪胀趋势越明显,试样的峰值强度和残余强度越高。另外,基于渐近状态方程和剪胀方程,量化分析了饱和重塑黄土的渐近状态和剪胀性,发现试样的渐近状态应力比与剪胀程度呈负相关关系。

排水条件下卸荷土体变形特性的真三轴试验研究

在真三轴仪上模拟基坑开挖周边土体的应力路径,进行了排水与不排水两种卸荷试验,通过对试验结果的对比分析可知,土体在不同排水条件下应力-应变关系有着显著的差异,说明排水条件对土体的变形性状有一定的影响。进一步研究了排水条件下卸荷土体广义剪应力与广义剪应变的关系,证明土体广义剪应力与广义剪应变关系曲线呈明显的非线性,并根据土体实际应力路径定义了中主应力系数,推导出了土体卸荷剪切模量计算公式。

不同排水条件下软土蠕变特性与微观孔隙变化

对东莞软土进行了固结排水与固结不排水三轴蠕变试验、原状样与蠕变后试样水平测面微结构的扫描电镜试验,分析了不同排水条件的软土蠕变特性与微观孔隙变化规律。结果表明,不同排水条件对试样应变-时间、应变-偏应力关系产生较大影响,土样在不排水条件下屈服破坏,蠕变变形明显;在排水条件下则未有明显屈服,排水过程中的固结效应使其蠕变非线性弱化。蠕变后土样可见大孔隙减少、小孔隙数量增加、形状趋向圆状发展、定向性略有增加,不同排水条件下微观孔隙变化是土体蠕变表现差异的微观内因,孔隙特征的渐变过程揭示了软土蠕变变形的微观机制。

承压井水位对含水层潮汐应力响应是否满足不排水条件的检验

以Hsieh模型为基础,提出了利用地震前后承压井水位潮汐分波的振幅及初始相位变化与否作为判断依据,检验井水位对含水层潮汐应力响应是否满足不排水条件的简便方法.将该判别方法用于分析会理川-06井和川-18井水位观测数据,利用Baytap-G潮汐分析方法分别计算出3次选定地震前后两井水位各分波(M2和O1)振幅和相位值.结果表明,川-06井水位潮汐响应先满足排水条件,其后地震波增强含水层导水(渗透)性使其满足不排水条件;川-18井由于导水系数较大,水位潮汐响应满足不排水条件.最后,结合理论潮汐应力潮汐分析结果,通过理论模型反推出震前和震后川-06井所揭露含水层的导水系数和Skempton系数,以及川-18井所揭露含水层的Skempton系数.

上覆压力及排水条件对吹填软土强度影响

吹填土由于其成分来源及沉积环境不同,性质千差万别。以天津海积软土为土质材料,模拟现场吹填环境,研究了吹填软土强度形成影响因素。试验表明,不同的压力及排水条件对吹填软土强度增长影响较大。当排水条件有利于土体中的水排出时,强度增长明显。上覆压力对土体强度增长的影响通过一定的排水条件得以实现,排水条件差和压力增大时,强度增长缓慢且很小,反之,强度增长快且绝对值大。

考虑排水条件的软土蠕变特性及模型研究

为了研究珠江三角洲软土在不同的排水条件和应力水平下的蠕变特性,进行了一系列室内三轴排水及不排水蠕变试验。试验结果表明,在排水情况下软土的瞬时变形大,而蠕变变形小,而在不排水情况下蠕变随时间的发展更为显著。在工程中可以提高软土地基的排水性能,来减小蠕变破坏的可能性。引入Singh-Mitchell蠕变方程,建立了珠江三角洲软土排水和不排水的Singh-Mitchell蠕变模型,其中应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数。该模型较好地表达了土体的应力-应变-时间关系。随着排水条件的改变,模型参数的取值有着较大的变化,其原因可归结为,在不同的排水条件下土体的应变-时间关系和应力-应变关系均有很大的不同。

排水条件对不同固结度软黏土动力特性影响试验研究

地铁隧道下卧土层由于施工扰动通常存在不同固结度,列车荷载下土体应变规律也有所差异,进而产生不均匀沉降。通过室内动三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了排水条件、固结度、振动次数对软黏土动孔压和应变的影响,在试验和现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结度、振动次数、排水条件的应变软化模型。结果表明:固结度愈高的土体,孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定,排水条件下的孔压发展规律可由不排水试验获取。土体应变随循环次数的增加而增加,随固结度的增加而降低;提出的应变模型考虑了荷载循环过程中土体的排水,可以较好地模拟不同固结度下饱和软黏土的应变发展规律。

不同排水条件加筋红土三轴试验研究

以玻璃纤维和土工布作为加筋材料,对比研究红土在三种不同排水条件下加筋前后的抗剪强度特性.三轴试验结果表明:红土在完全固结排水条件下剪切,加筋能提高其抗剪强度,加筋层数越多,强度提高越大;在固结不排水条件下剪切,当加筋层数较少时,加筋后其抗剪强度反而比不加筋时降低,但随着加筋间距的减小,抗剪强度逐渐增大;而在完全不固结不排水条件下剪切,加筋降低其抗剪强度,且抗剪强度随围压的增大而减小.说明红土在不排水条件下加筋应慎重考虑.

排水条件对土工合成材料加筋黏性土特性的影响

通过固结排水和不固结不排水条件下的三轴剪切试验,研究了加筋对黏性土体强度和应力应变关系的影响以及不同排水条件下的加筋效果。结果表明,在排水条件下,筋材与土体的相互作用相对充分,明显提高了土体的峰值强度和残余强度,且峰值后强度的降低幅度较小,改善了土体的应力应变特性;随加筋层数和筋材拉伸模量增大,加筋效果明显提高。而在不排水条件下,由于孔隙水压力的影响,筋材与土体的作用相对复杂,加筋土体的强度和变形特性以及加筋效果与排水条件下的大不相同;在剪切初期,筋材的作用几乎被超静孔隙水压力抵消,加筋甚至对强度起相反作用,使加筋试件的强度低于素土试件;仅当应变较大时,加筋对抗剪强度才有轻微的增强作用,同时,在不排水条件下,筋材拉伸模量和加筋层数提高对加筋土体强度的影响不明显,因此,在加筋土工程中,排水条件是首先要考虑的因素。

排水条件对海洋粉质土动力特性的影响

通过一系列不排水及排水条件下的周期三轴试验，对南海海洋粉质土的动力特性进行了研究。着重探讨了排水过程对动力特性的影响。试验结果表明，排水过程对正常固结的粉质土有强化作用。它提高了不排水静强度，降低了动孔压的发展速度，提高了动强度。在试验基础上，提出并验证了一个预测在不同排水条件下粉质土动力特性的方法，预测结果和试验结果比较相符。

不同排水条件下饱和砂土的冲击性状

研究了三轴条件下饱和砂土在排水与不排水冲击时的动力响应和冲击后再固结性状.结果说明,不排水冲击时的孔隙水压力在跳跃中不断累积上升后渐趋平稳,冲击时轴向应变随冲击击数、能量的增大呈近线性增长,最大轴向冲击压缩量与能量呈近线性增长,体变产生于冲击后的再固结;排水条件下冲击的孔隙水压力虽会产生跳跃、但不产生累积,轴向应变与冲击击数、最大轴向冲击压缩量与冲击能量的关系近于双曲线,体变量基本产生于冲击阶段.对比发现,同能量、同冲击击数时,不排水条件下冲击的轴向压缩量大于排水冲击的,而排水冲击的总体变要大于不排水冲击的总体变.

土强度试验的排水条件与强度指标的应用

土的有效应力强度指标和总压力强度指标的正确应用是岩土工程中的一个难点问题。而确定不同强度指标的试验方法也是十分重要的。正确地确定和使用土的强度指标既需要有丰富的工程经验,也需要清楚的土力学概念。

毛棉杜鹃对不同光照及土壤排水条件的生长及生理响应

[目的]毛棉杜鹃生长与光照和土壤排水条件密切相关,筛选出适宜的光照和排水条件,对于毛棉杜鹃的引种栽培具有重要意义。[方法]设置不同遮荫水平(0%,30%,50%,80%)和土壤排水条件(髙垄、平地),测定毛棉杜鹃枝条生长量和叶片部分生理指标,并对枝条生长量和叶片各生理指标进行相关分析。[结果]在遮荫水平50%高垄处理下,毛棉杜鹃枝条生长量最大,叶片相对含水量、叶绿素含量较高,相对电导率、MDA含量、SOD活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量最低或较低;全光照平地栽植时,毛棉杜鹃枝条生长量最小,叶片相对含水量、叶绿素含量最低,相对电导率、MDA含量、SOD活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量最高。总体上,随着遮荫水平的提高和土壤排水条件的增加,枝条生长量和叶片相对含水量、叶绿素含量呈逐渐增加的趋势,其他各项生理指标呈逐渐减少的趋势。相关性分析结果表明,毛棉杜鹃枝条生长总体积量与叶片丙二醛含量、相对电导率、SOD活性呈极显著负相关,说明在胁迫条件下叶片这3项指标的变化与毛棉杜鹃枝条生长紧密相关,可通过这些指标判定毛棉杜鹃对其生境的适应程度。[结论]毛棉杜鹃适宜在遮荫50%、土壤排水条件好的生境中生长。

考虑排水条件和粗料含量的砂砾石土动残余变形特性

采用改进的GDS循环三轴试验系统对5种级配的饱和砂砾土在不排水、单面排水和双面排水条件下进行了动残余变形试验,系统研究粗料含量P_5(粒径大于5 mm颗粒质量百分比)和排水条件对饱和砂砾土动残余剪应变和动残余体应变的影响。试验结果表明:动残余剪应变随粗料含量和排水面数的增加而显著降低;循环加载30周产生的不排水动残余剪应变是单面排水条件下动残余剪应变的2~3倍,是双面排水条件下的4~9倍。砂砾土的动残余体应变随粗料含量增大而减小,随着排水面数的增加而增大;双面排水动残余体应变是单面排水动残余体应变的2.0~2.5倍。

局部排水条件下南京细砂振动孔压的波动特性

饱和砂土中振动孔压波动特性的研究是建立瞬态孔隙水压力模型的基础。为了研究振动孔压的波动特性,对细粒含量为0%,5.0%,13.5%的饱和南京细砂试样,分别施加频率为0.5,1.0,5.0 Hz的正弦波荷载,进行了局部排水条件下的应力控制循环三轴试验。定量分析试验得到:①当正弦波荷载频率为0.5 Hz,渗透系数为1.35×10-3 cm/s(细粒含量0%)时,振动孔压的波动反应超前轴向应变反应的相位角接近于90°,而与轴向应变率反应同步。②随着正弦波荷载频率的增大或渗透系数的减小,振动孔压的波动反应超前轴向应变反应的相位角逐渐减小,滞后于轴向应变率反应的相位角逐渐增大。基于饱和固液两相介质理论,建立了适用于任意排水边界条件的振动孔压方程。该方程不仅能解释不排水条件下振动孔压波动反应与轴向应变反应同步的现象,也能解释局部排水条件下振动孔压波动反应超前轴向应变的现象。

排水条件对结构性土中剪切带形成过程的影响

利用人工制备结构性土样进行多组常规三轴试验,重点探讨排水条件对结构性土体破损过程和剪切带形成过程的影响。试验结果表明,不排水条件会减缓弱胶结结构性土的破损,从而加速强胶结结构性土的破损,进而影响土体的变形破坏过程以及剪切带的形成过程。

不同排水条件下饱和软黏土动力特性试验研究

以宁波轨道交通1号线沿线软黏土为研究对象,开展了不同动应力幅值下的循环动三轴试验,研究了不排水和部分排水对饱和软黏土累积塑性应变、动孔压、动弹性模量及动阻尼比的影响.结果表明:在排水条件下对饱和软黏土的动力特性影响较大,尤其是动孔压;随着振动次数的增加,部分排水条件下的动孔压存在一个峰值,动孔压先增大后减小;当动应力幅值较大时,部分排水条件下累积塑性应变和动阻尼比小于不排水条件下的结果,动弹性模量则大于不排水条件下的值;对试验结果进行归一化处理后,获得了动弹性模量、动阻尼比以及累积塑性应变的内在关系.