An approach to measure infill matric suction of irregular infilled rock joints under constant normal stiffness shearing

Rock joints infilled with sediments can strongly influence the strength of rock mass. As infilled joints often exist under unsaturated condition, this study investigated the influence of matric suction of infill on the overall joint shear strength. A novel technique that allows direct measurement of matric suction of infill using high capacity tensiometers(HCTs) during direct shear of infilled joints under constant normal stiffness(CNS) is described. The CNS apparatus was modified to accommodate the HCT and the procedure is explained in detail. Joint specimens were simulated by gypsum plaster using threedimensional(3D) printed surface moulds, and filled with kaolin and sand mixture prepared at different water contents. Shear behaviours of both planar infilled joints and rough joints having joint roughness coefficients(JRCs) of 8-10 and 18-20 with the ratios of infill thickness to asperity height(t/a)equal to 0.5 were investigated. Matric suction shows predominantly unimodal behaviour during shearing of both planar and rough joints, which is closely associated with the variation of unloading rate and volumetric changes of the infill material. As expected, two-peak behaviour was observed for the rough joints and both peaks increased with the increase of infill matric suction. The results suggest that the contribution of matric suction of infill on the joint peak normalised shear stress is relatively independent of the joint roughness.

平面应变条件下非饱和土抗剪强度统一解及应用

基于统一强度理论和非饱和土双应力状态变量抗剪强度,合理考虑中间主应力效应,推导了平面应变条件下非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,进而考虑中间主应力、特别是基质吸力高低的不同影响,建立了非饱和土主动、被动土压力和任意侧压力系数下均适用的条形地基临界荷载解析解。本文解析解具有广泛的理论意义,根据实际工程具体情况,可进行多种选择。研究结果表明:在低基质吸力范围内,非饱和土被动土压力和条形地基临界荷载随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而不断增加,主动土压力则相反;在高基质吸力范围内,被动土压力和临界荷载均逐渐减小并趋于稳定;超固结比对条形地基临界荷载的影响较小。

非饱和土强度非线性及对被动土压力的影响

为研究非饱和土强度的非线性及其对被动土压力的影响,文中在介绍非饱和土强度非线性研究进展的基础上,结合分段抗剪强度公式拟合了一个高吸力抗剪强度参数,并将这一参数应用于非饱和土被动土压力的计算。研究结果表明:高基质吸力具有双重影响,按减小影响和增大效应间的相对关系可分为3种情况,所对应的被动土压力随着基质吸力的增大,或逐渐减小并最终趋于稳定,或略有增加,或大幅度增加,这实际反映的是高基质吸力下非饱和土强度的非线性规律。

降雨入渗条件下多级黄土高边坡稳定性分析

在西北地区进行基础工程建设,遇到了大量的多级黄土高边坡工程。边坡工程属于永久性工程,难免遇到降雨状况。降雨入渗会引起边坡土体饱和度与土体重度的变化,进而导致边坡体基质吸力与有效应力场的变化,使边坡的稳定性受到较大的影响。本文通过考虑边坡体不同深度处基质吸力随雨水入渗的变化情况,建立了渗流场与应力场的耦合计算模型,对降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性进行分析。最后,依托实际边坡工程,利用PLAXIS 3D岩土有限元软件,建立边坡稳定性计算模型,通过设置降雨量随时间的变化函数与渗流边界条件,进行降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性数值计算,并与理论分析结果进行了对比分析。根据数值计算结果可得到多级黄土高边坡在降雨入渗条件下的变形、基质吸力、有效应力、潜在滑移面以及安全系数的变化情况,从而对降雨入渗影响下多级黄土高边坡的稳定性做出分析。研究结果可为降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性的研究提供一定的指导作用。

控制吸力的非饱和土真三轴试验研究

基于西安理工大学的新型真三轴仪,在压力室底座与试样顶盖上分别安装高进气值陶土板与多孔板,从而增加孔隙气压力与孔隙水压力独立控制和量测装置,进而利用轴平移技术对基质吸力进行控制,并且新增水气控制面板和气动二联件对可控制吸力的真三轴仪进行了进一步完善。在此基础上初次尝试对重塑黄土进行了同时控制吸力(s=100 kPa)与净平均应力(p=300 kPa)为常数的真三轴固结排水剪切试验,分析了不同中主应力参数(b=0,0.25,0.5,0.75,1)条件下,各主应变(e1,e2,e3)随偏应力(q)的变化情况;给出了重塑黄土在同时控制吸力与净平均应力路径下p平面上的破坏轨迹,并与Lade–Duncan强度破坏准则和Mohr–Coulomb强度破坏准则的预测破坏线进行了比较。

非饱和高液限土土-水特性试验研究

为研究非饱和高液限土土-水特性及其不同条件下土-水特性试验的适用性,分别采用滤纸法、非饱和土固结仪法和现场试验法对公路边坡工程中非饱和高液限土进行测量土-水特征曲线的试验研究。结果表明:滤纸法测得的土-水特征曲线与室内方法存在差距,大部分在室内测得土-水特征曲线的回滞圈内,对曲线进行拟合得到含水率与基质吸力对数呈线性关系;室内非饱和土固结仪法试验得到的土-水特征曲线出现滞回效应,曲线利用VG模型可较好地拟合;现场监测得到的土-水特征曲线(SWCC)与室内试验方法的结果存在差距,但大部分在吸湿曲线和脱湿曲线之间,更接近吸湿曲线,曲线受土体上覆应力影响,上覆应力越大曲线越陡,且基质吸力与含水率成负相关,二者不存在滞后现象,曲线可利用线性函数较好地拟合。

寒区高吸力非饱和土的破坏准则研究

针对北方寒旱区路基边坡时常因拉剪强度不足而发生浅层滑坡的现象,通过常规三轴试验探究了冻融和高吸力对非饱和土的强度特性影响。结果表明:随着冻融次数的增加,非饱和土的土-水特征曲线逐渐下移,抗拉强度与抗剪强度逐渐减小;随着基质吸力的增加,抗剪强度逐渐增大,抗拉强度逐渐降低。鉴于传统的抗拉抗剪联合公式不能很好地反映经冻融作用之后高吸力非饱和土抗拉区破坏包线的实际情况,通过引入“界值”概念,提出一种新的抗拉区绘制破坏包线的方法对传统公式进行修正,修正后的公式具有很好的适用性,可以为寒旱区非饱和土边坡稳定性计算提供可靠的理论依据。

高速铁路非饱和路基沉降特性及预测研究

工后沉降的准确预测是高速铁路设计与施工的关键,传统饱和土沉降预测曲线模型在非饱和土路基应用中存在拟合程度低、预测值偏小等问题。通过室内非饱和土一维固结试验分析基质吸力与干密度对非饱和土固结时间的影响规律,验证非饱和土沉降预测模型参数特性;并结合郑西高速铁路、石武高速铁路和秦沈客专典型断面的沉降观测数据,对比分析非饱和土沉降预测模型的适应性。结果表明,基质吸力对非饱和土固结时间有显著影响:固结时间随基质吸力增加呈现先增加后减少的趋势,因此,在一定基质吸力范围内,传统沉降预测曲线方法预测工后沉降存在预测结果偏小的风险;非饱和土沉降预测模型的两个参数与基质吸力分别存在指数与对数关系;应用实例表明非饱和模型具有拟合度较高且偏于安全的优点。

新型高量程张力计在吸力量测中的应用

一般张力计仅能量测低于100kPa的吸力,超过该吸力后张力计将由于量测系统汽化等原因失去可用性。采用国产普通压力传感器研制了一种能够直接量测大于100kPa吸力的新型高量程张力计。在室内试验中吸力量测值与土样预加吸力一致,验证了400kPa吸力范围内该高量程张力计的响应速度和准确度。将此高量程吸力计应用于0～500kPa范围内高岭土土水特征曲线试验,并与应用轴平移法的压力板仪试验结果比较,进一步验证了该高量程张力计的准确性、持久性和对干湿循环过程的可用性。应用新型张力计在室外进行了长达25d的吸力监测试验,证明了该张力计的长历时可用性和反应速度。应用结果表明,所研制的高量程张力计具有量值准确、反应灵敏、持时长及量测稳定等良好工作性态。