基于塑性元件微元化的重塑黄土黏弹塑性本构模型

基于塑性元件微元化和无穷级数的思想,通过加、卸载条件的三轴蠕变试验建模并通过动力三轴试验验证,建立了重塑黄土的黏弹塑性本构模型,并获得了相应的参数指标。研究表明,该模型可以很好地描述重塑黄土的蠕变、静力和动力特性,且能更加合理地解释卸载条件下回弹曲线的变化特征。塑性元件微元化的处理方法弥补了以往黏弹塑性本构模型中塑性变形不易描述的缺点,相比其他的黏弹塑性本构模型,该模型应用更加简单且适用范围更广。

基于触发式黏塑性元件的黏性土黏弹塑性动本构模型

基于黏性、弹性和塑性元件构造的动本构模型往往存在预测效果较差,不能完全反映黏性土的黏性、弹性、塑性的缺点。通过引入一种触发式的黏塑性元件Ψ,以残余变形为切入点,提出了一个考虑振动稳定和振动衰化现象的黏性土黏弹塑性动本构模型,并通过动三轴试验进行了验证。该动本构模型不但能够描述动荷载作用下黏性土残余应变的发展规律,且能合理地预测动应变的发展情况。结果表明,试样在动荷载作用下,存在元件Ψ的黏滞系数随振动周期增长而衰减的现象,且衰减情况和含水率密切相关。最优含水率是影响振动稳定和振动衰化现象的重要参数,当含水率小于最优含水率时,试样变形表现为振动稳定,此时元件Ψ黏滞系数的变化可以忽略不计;当含水率大于最优含水率时,试样变形表现为振动衰化,此时元件Ψ黏滞系数的变化不可忽略。

复杂参数条件下基于空间应力解的重塑黄土沉降计算方法

基于J.Boussinesq推出的弹性半空间在荷载作用下内部任意一点的应力分量解析式,得到任意一点土体的空间应力状态,并将其引入沉降计算模型,从而提出将围压参数引入重塑黄土沉降计算的方法。通过应力式加载三轴试验分析了重塑黄土基于偏应力、含水率、围压在内的3个参数对应变发展的影响,得到了重塑黄土在不同参数下的应变规律,提出了重塑黄土应变受多个参数影响的沉降计算公式,并通过工程实例验证了公式的可靠性。结果表明:偏应力、含水率、围压均对重塑黄土的应变有显著影响,其中偏应力、含水率均与重塑黄土的压缩变形正相关,而围压与重塑黄土的压缩变形负相关,且3个参数拟合的重塑黄土应变经验公式效果良好。通过实际工程案例验证,沉降计算结果和实际沉降监测结果基本一致,表明提出的计算方法可以更为合理且便利地应用于重塑黄土工程场地的沉降计算及分析。

压实黄土地基载荷浸水模型试验及湿陷变形计算方法研究

为研究压实黄土地基湿陷变形规律和已有湿陷变形计算方法的可靠性,开展室内杨凌压实黄土地基载荷浸水模型试验,应用一维湿陷系数法、弦线模量法和切线模量法三种方法计算其湿陷变形量,并与实测结果进行对比。实验结果表明压实黄土地基浸水后,湿陷变形很快发生,随后湿陷变形量随时间几乎不再增加,湿陷变形集中在附加应力作用的地基上部土层。三种方法计算的湿陷变形结果表明:荷载板受荷较小时,不考虑侧向挤出和考虑侧向挤出修正系数的一维湿陷系数法所得湿陷变形量分别接近和大于实际变形量;受荷较大时,不考虑侧向挤出和考虑侧向挤出修正系数的一维湿陷系数法所得湿陷变形量均远小于实际变形量。基于原位载荷试验获得的弦线模量不适用于重塑压实黄土地基湿陷变形量计算。切线模量法由于未能较好考虑初始屈服面的弹性变形,计算所得湿陷变形量大于实际变形量。

直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

【目的】为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,【方法】通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律。【结果】结果显示:轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低。随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小。其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15%、EPS颗粒体积比由20%增长至40%和60%时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20%、44.73%。【结论】结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感。与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获取轻量土抗剪强度。

刚性挡土墙后轻量土主动土压力特性模型试验研究

为了研究轻量土的主动土压力特性,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用人工控制挡土墙位移的方式,分析轻量土作为墙后填土时的主动土压力分布规律。结果表明:轻量土的侧向土压力随着挡墙位移量的增加先降低后逐渐趋于稳定,侧向土压力在挡墙位移量为3 mm时初步达到稳定状态,对比发现轻量土的主动土压力显著小于重塑黄土,这表明轻量土可以有效降低墙背主动土压力。轻量土的主动土压力系数处于0~0.16之间,沿着挡墙分布较为稳定,而重塑黄土主动土压力系数介于0~0.57之间,显著大于轻量土的主动土压力系数。经朗肯理论值与模型试验值对比分析,发现轻量土的朗肯主动土压力小于试验值,理论值与试验值之间的绝对误差处于0~6.32 kPa之间,其在实际工程中可以忽略不计。鉴于模型试验中墙背与填土之间存在一定的摩擦,朗肯理论在计算轻量土的主动土压力时仍较为准确。通过模型试验研究和传统理论分析,揭示了轻量土的主动土压力特性,对于完善轻量土土压力理论具有重要意义。

复杂应力状态下的土结构性参数

分析了应力综合结构势具有的局限性,继承了其合理内核,探求了一种新的、可以方便应用于复杂应力状态下的结构性参数——应变综合结构势,突破了结构性参数在复杂应力条件下应用的局限性,拓展了其应用空间。

非饱和黄土的结构变化特性

以陕西杨凌原状黄土和人工结构性黄土为研究对象,通过非饱和黄土的压缩试验获取的基本资料,求取非饱和黄土在不同结构状态下的综合结构势参数,研究了黄土在压缩试验状态下的结构变化特性。结果表明,对于原状结构黄土,含水率对结构性参数影响明显,含水率愈低同一压力下对应的结构性参数愈大,尤其在低含水率区域,含水率变化强烈影响黄土的结构性;对于人工结构性黄土,黄土的结构性受密度、含水率和水泥含量的耦合因素影响,总体表现为干密度愈低、含水率愈小、水泥含量愈高,黄土的结构性愈强。

掺土粉煤灰的工程性质试验研究

粉煤灰是火电厂燃煤的副产品,如何处理利用是国内外十分关注的问题。目前,解决这一问题的途径很多,利用粉煤灰进行筑坝或作为基础填筑材料是比较有效的消纳方法。粉煤灰是一种轻质、多孔松散体,在许多方面具有比较优越的工程性能,但因为纯的粉煤灰缺少必要的凝聚力,对水的反映较为敏感,从而对工程的安全运行造成不利影响。在粉煤灰中掺合不同量的黏土有望改善粉煤灰的工程性能,对不同掺土量粉煤灰力学特性的研究有助于更好促进粉煤灰的工程应用。以咸阳渭河电厂粉煤灰为研究对象,对其掺入不同比例的黄土掺合形成掺土粉煤灰,通过击实试验、压缩试验、直剪试验和三轴试验等研究不同掺土量下粉煤灰的工程特性,得到不同掺土量对粉煤灰变形及强度特性的影响规律,为在工程中有效利用粉煤灰,改善其工程性质提供参考。

非饱和黄土结构性参数与其强度指标关系初探

在非饱和黄土结构性前期研究成果的基础上,初步探索了结构性参数与强度指标之间的联系规律以及如何利用结构性参数求取土体不同结构状态下的强度指标等问题。分析表明,结构性参数与强度指标之间存在良好的内在联系;所定义的非饱和黄土结构性参数比与土结构性的影响因素之间关系密切;通过反映土结构性各因素综合影响的定量指标——综合结构状态量,结合原状黄土天然含水率下的强度指标,可以在较大范围求出给定结构状态下非饱和黄土的强度指标。

复杂应力条件下土的结构性本构关系

结合陕西杨凌非饱和黄土不同条件下的三轴试验资料,将作者提出的一种新的土结构性定量化参数(应变型综合结构势)引入土的强度变形特性分析,发现在同一围压下土结构性参数对不同影响因素下的应力应变曲线均具有较好的归一化作用。基于归一化曲线所表现出的双曲线特征,用类似邓肯—张模型的处理手法构造了非饱和黄土的结构性本构关系,本构模型的参数均可由试验确定。由于本文提出的土结构性本构关系引入了能够反映复杂应力状态的土结构性参数并且与邓肯—张模型形式相同,因而具有应用范围广泛和便于程序分析的潜力。试验验证表明,结构性本构关系可以较好地反映非饱和黄土的强度变形关系。

非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

本文对陕西杨凌地区的非饱和黄土在不同湿度条件下进行动扭剪试验,测定了非饱和黄土的动剪切模量和阻尼比。结果表明,非饱和黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而减小,但减小的幅度愈来愈小;在其它条件相同时,最大动剪切模量随含水率的减小而增大,随固结应力的增大而增大;非饱和黄土的动剪切模量与黄土的结构状态及密实状态有关。在相同含水率、固结应力比和固结应力条件下,原状黄土的最大动剪切模量比重塑黄土的稍大,重塑黄土最大动剪切模量随试样干密度的增大而增大;非饱和黄土的阻尼比受含水率、固结应力比、周围压力、干密度等因素的影响,可以反映在其与动剪应变的关系上,在半对数坐标系中动剪切模量与动剪应变具有较为良好的线性关系。

黄土结构性的研究成果及其新发展

黄土是一种典型的结构性土,黄土结构性研究在土结构性研究中占有重要地位。本文简要回顾了土结构性的研究历史,评述了在我国黄土结构性研究的主要成果和发展现状,并提出了作者对今后研究工作的展望。

非饱和黄土结构特性变化的主要影响因素

黄土是一种典型的结构性土,对黄土结构性的研究是土结构性研究的重要组成部分,有助于土结构性研究的进一步深入和向实用转化。通过非饱和黄土(原状黄土和人工结构性黄土)的侧限压缩试验资料,探讨了土结构性的各主要因素对非饱和黄土结构特性变化的影响。分析结果表明,随着垂直压力、含水率和密实程度的增长,非饱和黄土的结构性表现出逐渐减弱的趋势;水泥含量的增加对黄土的结构性起到了一定的加强作用;黏粒含量对黄土结构性的影响不是单一的,黏粒含量过高或过低都难以得到较强的结构性。

原状黄土的地区湿陷特性及其潜在湿陷率

对 3个典型黄土地区的原状黄土样在不同湿度状态下的湿陷特性进行了研究 ,探讨了含水率、干密度、压力对黄土湿陷性的影响规律 ,着重从结构性的角度解释了不同地区间黄土湿陷特性的差异。基于不同地区间黄土湿陷特性的差异这一事实 ,提出了黄土潜在湿陷率的概念。结果表明 ,这一概念可用于对黄土湿陷性的分析 ,并能较好地反映不同黄土种类的结构特性。

黄土不同湿度状态下破坏动强度的试验分析

对西安、兰州、太原三个典型黄土地区的原状黄土在不同初始湿度下进行了黄土动力特性的研究。通过对破坏动应力试验资料的对比分析 ,揭示了密度、湿度及结构性等因素对黄土破坏动强度影响的规律性 。

非饱和黄土动力特性试验方法研究

由于适应变形的能力较差,非饱和黄土在常规动三轴试验中一般难于得到较为准确和具有较好规律性的试验结果。提出的应用动扭剪三轴仪对非饱和黄土动力特性进行试验的方法,避免了常规动三轴仪振动过程中的固有缺陷。将该方法应用于对杨凌非饱和黄土在不同湿度条件下进行了动强度及动模量和阻尼比试验,试验过程中实现了对非饱和黄土的孔隙水压力和孔隙气压力的动态测量,试验结果取得了比较明显的规律性。

黄土的抗拉强度

通过对一组不同含水量的原状黄土试样和三组不同干密度下不同含水量的扰动黄土试样进行单轴拉伸试验，对黄土的抗拉强度与含水量，干密度，饱和度及其质吸力间的关系进行了探讨，取得了几项较为明显的规律。

不同地区黄土振陷变形特性的对比分析

对西安、兰州、太原三个典型黄土地区原状黄土在不同的湿度下进行了黄土振陷变形特性的研究，通过对试验资料的对比分析，表明动应力、湿度及结构性等因素对黄土振陷变形的影响较大，并对避免和预防黄土振陷灾害提出建议。

非饱和黄土在动、静复杂应力条件下的结构变化特性及结构性本构关系研究

博士学位论文 土结构性本构关系的研究被称为是“21世纪土力学的核心问题”。在阅读和分析大量文献资料的基础上，总结了近年来黄土力学研究在非饱和土、动力特性以及结构性等领域取得的丰硕成果,提出了本文研究的基本任务。 本文研究工作的第一个成果是紧密围绕着土结构性形成变化的机理，突出了土结构性研究的土力学途径，把复杂应力条件下的土结构性定量化描述及其应用作为“突破口”，由“土的强度和变形受结构性控制的规律是相同的”这一结论出发，将文献中基于压缩变形考虑的土结构性参数的思路和方法进行了新的发展，提出和定义了基于强度考虑的土结构性定量化参数。这种新的强度型结构性参数，不仅弥补了现有文献中变形型结构性参数的不足，而且还为在静力和动力作用的复杂应力条件下研究土的结构性变化特性和建立结构性本构关系打下了基础。它起到了既继承前人成果的合理内核，又拓展土结构性参数的应用空间，使动、静变形全过程中土结构性变化研究相沟通的重要作用。 本文的第二个成果是对原状的、重塑的和人工结构性的非饱和黄土在侧限压缩应力、常规三轴应力以及真三轴应力条件下进行了大量试验，研究了结构性变化特性，分析了影响黄土结构性的主要相关因素。