卸荷-增孔压条件下花岗岩残积土的力学特性

建(构)筑物因土中孔隙水压力升高而失稳破坏的情形屡见不鲜,常剪应力增孔压试验是相关研究的常用手段,但迄今鲜见考虑施工期开挖卸荷影响的试验研究。为探究初始卸荷对花岗岩残积土增孔压过程力学行为的影响,在常规增孔压试验中增加了初始卸荷阶段,开展了一系列考虑初始卸荷程度和卸荷滞时影响的卸荷-增孔压试验,分析土体变形、屈服和强度特性的初始卸荷效应与卸荷滞时效应,并与常规增孔压试验结果对比以揭示初始应力路径的影响。试验结果表明:增孔压过程的变形发展具有明显的阶段性,土体屈服后因其剪胀潜势和变形迅速而产生负超静孔压增量,有效平均应力转而增大;初始卸荷对增孔压过程土体力学性能具有明显的劣化作用,表现为刚度与屈服强度均随初始卸荷程度的增大而衰减;与被动压缩这种“加荷”式应力路径相比,初始卸荷的不利影响更为显著;土体力学性能的劣化随卸荷滞时的增长而加剧;屈服摩擦角随初始卸荷程度的增大逐渐减小,但始终大于临界状态摩擦角。

基于核磁共振的季冻区膨胀土三峰孔隙结构演化特征及其力学效应

为探讨季冻区膨胀土的孔隙结构演化特征及其孔隙结构与宏观力学特性之间的联系,对佳木斯原状膨胀土开展了核磁共振(NMR)试验,并辅以扫描电镜(SEM)试验,来分析土样的孔隙结构。同时,对膨胀土在不同固结压力和冻融循环作用下的孔隙结构演化规律进行了研究,并探究了孔隙结构演化与力学特性之间的联系。试验结果表明:(1)佳木斯膨胀土内部存在发育的裂隙,使得其T2时间分布曲线呈现三峰特征;在固结压力的作用下,原状样的孔隙分布特征根据固结压力小于、略大于和远远大于前期固结压力表现明显不同,随着固结压力的增加,孔隙结构的调整速率减小;在冻融循环作用下,膨胀土的孔隙比减小,微孔基本保持不变,但中孔比例增加,大孔比例减小。(2)冻融循环作用使应力−应变曲线由应变软化型转变为应变稳定型,破坏模式由脆性破坏模式转变为塑性破坏;无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加呈指数型函数减小;冻融循环作用使膨胀土的收缩性显著增强。(3)孔隙结构的变化与力学特性具有较好的线性关系,冻融循环作用对土体孔隙结构的影响,与土体的宏观行为表现具有较好的一致性,可供建立膨胀土孔隙结构与工程性能定量关系参考。

不同含水率膨胀土动剪切模量特征与原位G-γ衰减曲线确定方法

考虑到膨胀土与水作用的特殊性以及实际工程中膨胀土含水率处于不断变化的状态,开展了不同含水率下膨胀土的室内共振柱试验(RCT),同时结合原位地震波扁铲侧胀试验(SDMT),提出了改进的原位G-γ衰减曲线推求方法。结果表明:含水率对膨胀土剪切模量影响显著,剪切模量G随着含水率的增加而减小;将原状饱和膨胀土脱湿至不同含水率引起的体积变化对最大动剪切模量G_(max)的影响归为含水率的影响,提出了适用于不同含水率膨胀土的G_(max)预测模型,对佳木斯膨胀土的预测具有良好的效果。含水率相同时,最大动剪切模量G_(max)和参考剪应变γ_(r)具有良好线性关系,借助这一规律提出了推求膨胀土原位G-γ衰减曲线改进方法,在初始阶段改进曲线与未改进曲线较接近,与原位地震波速试验结果一致;通过对比发现,改进曲线衰减速率更小,在膨胀土刚度分析中具有更好的适宜性,改进方法可为合理选取室内参考曲线与准确预测原位动剪切模量衰减规律提供帮助。

土-水特征曲线滞后阻塞模型

基于Young-Laplace方程利用土-水特征曲线估算孔隙分布,借鉴非饱和渗流统计模型,建立了土-水特征曲线的滞后模型。在某一基质吸力下对应的毛细半径上限的毛细水对更大孔隙半径的毛细水具有阻塞作用,阻塞概率与孔隙分布函数直接相关。孔隙分布函数自身属性体现了土体孔隙空间分布的非均匀性。该模型显示:在高基质吸力与低基质吸力阶段,脱湿曲线与吸湿曲线趋近相等;中等基质吸力阶段,脱湿曲线饱和度高于吸湿曲线饱和度,两者的差值存在一个明显的峰值。并采用实例验证了该模型的可靠性,发现该模型对中、细粒土预测效果较好,而砂类土因孔隙分布不符合假设,导致存在较大误差。对于砂类土等特征尺寸较大的土质,引入阻塞概率修正系数,发现最佳修正系数与土-水特征曲线半对数坐标下的土-水特征曲线最大斜率呈反比例关系。

湛江结构性黏土在三维应力下的力学特性与强度准则

为了探究湛江结构性黏土在三维应力状态下的力学特性以及结构性对其强度准则的影响,开展了一系列不排水条件下不同中主应力比b值等平均主应力p真三轴试验和平面应变试验。结果表明:p小于与大于结构屈服应力,整体上广义剪应力q-大主应变ε_(1)曲线分别呈现为应变软化型与轻度应变硬化型;不同b值下的q-ε_(1)曲线形态相近,但随b值增加,峰值点q对应的大主应变呈现减小的规律;且有效黏聚力随着b值增大而减小,有效摩擦角随b值增大而增大,平面应变试验有效黏聚力和摩擦角的值则介于b=0.25和b=0.50对应的有效黏聚力和摩擦角之间;受结构性的影响,湛江黏土在π面上的强度准则在p值小于结构屈服应力时接近于Lade-Duncan准则,而在p值大于结构屈服应力时更加接近基于Mises准则和Lade-Duncan准则的广义非线性强度理论;平面应变试验结果表明,湛江黏土在平面应变加卸载条件下破坏时的b值在0.18~0.29之间,破坏时的强度可以用基于广义Mises与Lade-Duncan平面应变强度准则的广义平面应变强度准则近似估计。