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。

花岗岩残积土剪切带上的细观结构损伤规律

剪切带和裂隙演化对土体滑坡至关重要,裂隙是土体中最薄弱的区域,但是当前缺乏用于定量分析剪切带上细观结构损伤规律的方法。为了揭示花岗岩残积土内部裂隙对剪切变形破坏的影响,利用CT扫描获得试样在三轴加载过程中不同加载阶段的数字体图像,基于数字体图像相关方法(digital volume correlation,简称DVC)把复杂三维裂隙的坐标进行转换,根据加载前后的裂隙在三维空间的重叠特征提出改进的裂隙分类方法,将裂隙分为8种:湮灭型裂隙、新生型裂隙、继承型裂隙、拆分型裂隙、合并型裂隙、复合-新生型裂隙、复合-继承型裂隙和复合-混合型裂隙。结果显示:新生型裂隙和复合型裂隙与剪切带演化紧密相关。随着轴向应变的增大,剪切带上的新生型裂隙和复合-新生型裂隙呈增大趋势,当轴向应变为12%时新生型裂隙体积含量超过50%;复合-继承型裂隙呈快速衰减特征,而复合-混合型裂隙呈先增大后衰减的趋势。在剪切带萌生初期,剪切带内部生成少量新生裂隙,但裂隙是材料中最薄弱的区域,因此新生裂隙加速了剪切带的发育;随着剪切带的发育,大量新生裂隙使剪切带上的细观结构损伤更为严重;剪切带与裂隙之间互相耦合影响,最终使土体发生破坏。

基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型

通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明:饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围压抑制孔隙水压力增长而消耗更多能量;更大的动应力幅值使得孔隙水压力增长更快而消耗能量更少;等压固结下,孔隙水压力增长至围压从而触发初始液化,而偏压固结下,通常先达到振动液化应变标准而孔隙水压力并没有增长至围压水平,并且固结应力比越大,液化时孔隙水压力越小,消耗能量也更少。归一化孔隙水压力u/σ0’与累积耗散能量W/Wf之间关系受围压、循环应力比和固结应力比影响较小,可统一用双曲线模型表示。

砂土压缩过程中微观结构提取技术研究

对砂土压缩过程中微观结构的提取,有利于认识其在压缩变形和破坏中的微观机制。为实现对砂土压缩固结过程中微观结构的固定、提取和量化,本文设计了一种砂土压缩过程中微观结构提取技术,其主要由环氧树脂胶注入装置和改进的固结仪砂样采集盒两部分组成。在砂土压缩固结试验中,采用步进电机推动注射器中蓝色环氧树脂胶,通过预设的硅胶软管,从透水石底部进入压缩中的砂样。待环氧树脂胶固结后,制作薄片,并用光学显微镜拍摄得到其微观结构图像。应用该技术,能实现砂土在压缩过程中微观结构的固定和提取。本文对3种不同粒径和级配的石英砂进行压缩和固化试验,以介绍该提取技术。在获取其微观图像后,进一步采用PCAS软件对微观结构进行定量分析。

湛江结构性黏土自钻旁压试验的加载速率效应

作为一种具有高结构屈服强度的灵敏性黏土,湛江黏土力学性质的加载速率效应值得关注。为了研究湛江黏土原位力学性质的加载速率效应,开展了不同加载速率的自钻旁压试验,分析应力速率对湛江黏土原位不排水抗剪强度、线性刚度以及剪切模量非线性衰减特性的影响。结果表明:应力速率越大,不排水抗剪强度就越大,二者之间具有良好的线性关系,这一变化关系不同于文献中控制应变速率的研究结果;线性割线剪切模量G_(ur)随应力速率的增大而增大,经相应速率下G_(ur)归一化后的不排水抗剪强度落于较窄的数值区间内,表明应力速率对峰值强度对应的应变影响很小;加载速率越大,切线剪切模量G_(t)衰减幅度越大、衰减越迅速、G_(t)-γ衰减曲线越陡,但对于各应力速率,G_(t)均约在g=0.1%时衰减至小于G_(ur);加载速率影响了各应变区间内G_(t)的衰减幅度和速度,加载速率越小,衰减集中发生于越低的应变水平。研究指出湛江黏土特殊的微观结构是控制其力学性质加载速率效应的主导因素,并通过开展原状土样和重塑土样的室内超微型贯入试验予以初步印证。认为应当重视土体原位力学性质的加载速率效应,同时关注加载速率历史对土体蠕变性质的影响。

考虑先期卸荷静偏应力的花岗岩残积土动力特性研究

先期静偏应力对土体的动力特性具有重要影响,以往的研究多侧重于加载引起的静偏应力,考虑先期卸荷作用影响的土体动力性质试验研究还很少见。围绕先期卸荷条件下原状花岗岩残积土的动力响应特征,开展了一系列包含先期卸荷阶段的动态三轴试验;基于土体强度包络线、试样固结及卸荷后应力状态三者之间的位置关系定义了卸荷度,用于表征实践中受诸多因素影响的土体应力释放程度,卸荷度反映了卸荷土体距离破坏状态的相对远近;根据试验结果分析了动应力幅值和卸荷度对土体累积塑性变形和动强度的影响规律。结果表明:随着动应力幅值的增大,轴向塑性变形累积模式加速向“破坏型”发展;先期卸荷作用助长了花岗岩残积土的轴向累积塑性变形,间接表现为临界动应力幅值随卸荷度的增大而减小,且此种助长效应随卸荷度的增大呈非线性(加速)增强趋势;相同循环周次下,花岗岩残积土的动强度随卸荷度的增大而减小。在此基础上,以临界动应力幅值为归一化因子,发现不同卸荷度下土体的动强度曲线可归一化为唯一的曲线,据此建立了可考虑先期卸荷程度影响的花岗岩残积土动强度表达式。

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。

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。

黄山市太平湖流域水资源承载力分析

黄山市太平湖流域因其重要的水资源供给和储备功能,对安徽省乃至整个长三角地区的水资源安全方面具有重要的战略意义.通过研究太平湖流域的水资源承载力,即水资源能够维系该地区人口规模、经济发展与环境目标的能力,运用水资源承载力评价方法及公式,计算出流域水资源总量(W)、生态需水量(WE)、可利用水资源量(WS)、水资源需求总量(WD)、人口规模承载力(CP)、经济发展承载力(CE)以及承载力平衡指数(IWSD).结果表明,太平湖流域的水资源能够支撑近期区域的人口和社会经济发展需求,但随着城镇化的推进、人口和社会经济快速发展,流域水资源承载力呈下降的趋势,区域的水资源储备量呈减少趋势,但在生态环境容许范围内.因此,适当提高水资源开发利用率,可提高水资源人口承载力和经济承载力,增加区域水资源的战略储备量.

花岗岩残积土初期崩解规律与数学形态学方法近似模拟

含水率是影响花岗岩残积土崩解特性的重要因素,其中瞬态入渗作用在崩解初期阶段是一个重要原因。为了研究崩解初期阶段的瞬态入渗作用的非饱和有效应力状态,利用数学形态学方法对崩解过程中的非饱和有效应力进行近似模拟。对不同含水率试样进行崩解试验,基于Pore Algorithm(PM)方法初步建立18格子方法计算不同饱和度下的非饱和有效应力,结合瞬态入渗方法近似模拟初期崩解过程,从非饱和有效应力角度分析崩解机制。试验及模拟结果表明:花岗岩残积土的崩解曲线具有显著的两段性,在崩解初期阶段曲线具有"S"特征,初期崩解速率随着含水率的降低而增大;模拟结果发现,试样内部的气体在瞬态入渗阶段不能及时排出,试样内部的孔隙气压快速增大并稳定于某一范围,非饱和粒间综合作用力快速衰减至0,且试样初始饱和度越低衰减速率越快;如果初始饱和度足够低,试样的非饱和粒间综合作用力在入渗的瞬间急剧变成负值,即土体内部出现张应力,若张应力大于土颗粒之间的强度,土的微观结构容易被破坏,对应于试验中的初期崩解破坏。