三轴不固结不排水压缩试验的思考

本文将《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)中介绍的三轴不固结不排水压缩试验(UU试验)方法同土力学教科书相关内容进行对比分析,指出它们之间的差别,并结合工程实践,提出笔者的观点。

糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元分析

糯米浆灰土是一种常见的遗址保护建筑材料,为研究糯米浆灰土压缩加载过程中的糯米-石灰胶结破坏和接触组构演化情况,采用离散单元法开展了糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元模拟。首先基于软胶结模型考虑糯米浆-石灰的强度特征,制备了糯米浆灰土离散元试样;然后通过参数敏感性分析为试样赋予合理的接触模型等效模量和胶结强度参数,最后对试样开展无侧限和三轴压缩模拟。结果表明:离散元模拟能再现糯米浆灰土加载试验的主要特征;加载过程中胶结破坏数量先缓后快增加,最终趋于平缓,胶结破坏呈现一定的聚集效应;无侧限压缩下胶结接触主要发生拉伸破坏,随着围压增加,剪切破坏接触数量增加;试样偏组构快速增加段为胶结破坏诱发。

k_(0)固结与等向固结三轴不排水抗剪强度研究

为研究不同固结方式下土体不排水抗剪强度的差异,基于应力控制式三轴仪对饱和细粒土进行了k_(0)固结和等向固结三轴不排水压缩试验,结果表明:k_(0)固结三轴不排水抗剪强度为等向固结不排水强度的0.87倍,后者高估了土体实际强度,实际应用中可在比对试验基础上,通过等向固结三轴试验结果换算k_(0)固结不排水抗剪强度;等向固结、k_(0)固结三轴不排水标准强度随塑性指数增大呈减小趋势,分布于0.27~1.15之间。标准强度随着超固结比的增大而增大,正常固结或接近正常固结的黏土,其标准强度介于0.27~0.47之间,OCR大于2.2的超固结黏土,其标准强度大于0.50。

三轴压缩下裂隙岩体破坏模式及能量演化研究

为研究不同围压条件下含不同长度单裂隙岩体的裂纹扩展特征和能量演化规律,基于室内三轴压缩试验结果标定细观参数,开展了PFC^(2D)颗粒流数值模拟试验。结果表明:拉伸裂纹先于剪切裂纹产生,两者呈指数增长,裂隙长度减小和围压增大使拉伸裂纹和剪切裂纹快速增长时间滞后;最终破坏时,随裂隙长度增加,拉伸裂纹和剪切裂纹减少。应力集中于裂隙两端,裂纹周围存在应力集中现象。相同围压下,裂隙长度增加,岩样破坏时块体数减少。岩体破坏本质为能量储存、耗散与释放的过程,在加载过程中,岩体能量转化被分为4个阶段。裂隙长度增加削弱岩样储存应变能的能力,总能量减少,围压增强岩样储存应变能的能力。岩样破坏时,耗散能大于应变能,随裂隙增长,耗散能减少。

柔性边界三轴压缩条件下含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质

为探究不同边界条件下围压对含瓦斯水合物煤体的宏细观力学性质影响规律,对饱和度80%的煤样进行围压12、16、20 MPa下双轴离散元试验。首先,考虑颗粒形状效应、水合物胶结作用以及热缩管的影响,选取抗滚动阻力线性模型和平行黏结模型,分别构建了刚性边界和柔性边界的含瓦斯水合物煤体双轴数值模型。其次,通过与室内试验结果(偏应力−轴向应变曲线、体积应变−轴向应变曲线、内摩擦角、黏聚力以及试样破坏模式)对比,验证了数值模型的可靠性,并发现柔性边界能更好地反映试样轴向应变−偏应力特征、剪胀特性以及强度特性。基于所建数值模型,从试样内部位移场、力学平均配位数、平均孔隙率、接触力链以及水合物黏结破坏角度揭示围压和边界条件对含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质的影响规律。结果表明:①随着围压的增大,刚性边界的破坏型式多表现为单斜面剪切破坏;柔性边界的破坏型式由单叉型剪切破坏转变为单斜面剪切破坏。②随着围压的增加,2种边界的力学平均配位数均呈增大趋势,平均孔隙率均呈减少趋势,试样更密实,试样强度增加。③随着围压的增加,颗粒间法向接触力继续增加,试样强度增加,分布在轴向附近的法向接触力随之增大,而在水平向附近的法向接触力变化较小,竖向与水平向法向接触力差异越明显,各向异性更突出;在峰值强度处,随着围压从12 MPa增加到20 MPa,柔性边界法向接触力增加了54.50%,刚性边界法向接触力增加了45.70%。④在不同围压和边界条件下,试样产生张拉和剪切2种不同破坏形式,试样内部起裂主要以水合物和煤间剪切裂纹为主导;随着围压的增大,2种边界内部剪切裂纹数量呈逐渐减小趋势。研究结果从细观尺度上揭示围压对含瓦斯水合物煤体强度变形破坏等宏观力学特性的影响机制。

纤维加筋水泥风积砂三轴压缩试验研究

为研究聚丙烯纤维加筋水泥风积砂的抗剪强度特性,采用正交试验方法进行不固结不排水三轴(UU)试验,研究纤维掺量、纤维长度、水泥掺量和含水率对纤维加筋水泥风积砂抗剪强度的影响。研究结果表明:对纤维加筋水泥风积砂抗剪强度影响的主次因素依次为水泥掺量、纤维长度、含水率、纤维掺量,最优试验配比为水泥掺量10%,纤维长度12 mm,含水率8%,纤维掺量0.2%。在水泥风积砂中掺入适量的纤维,可明显提高试样的峰值应力和峰值应变。黏聚力随纤维掺量的增加先增大后减少,随纤维长度的增加呈递增趋势,纤维掺量对内摩擦角的影响较小。研究结果可为纤维加筋水泥风积砂路基防治提供科学依据。

循环三轴试验加载频率和压实度对重塑砂土液化行为的影响

通过对各向同性固结不排水试样进行循环三轴试验,研究了饱和重塑砂土的液化行为。试验采用恒幅正弦载荷,通过测量剪切模量、阻尼比、轴向应变和超孔隙水压力比的变化,评估了加载频率(分别为0.1、0.5、1.0 Hz)和压实度(分别为0.95、0.90和0.80)对砂土液化行为的影响。试验结果表明,对于压实度为0.95的砂样,在5000次加载循环中,0.1 Hz的加载频率对液化过程影响甚微;而对于压实度为0.90和0.80的砂样,此频率的影响显著。对于压实度为0.80的砂样,当频率增加到0.5 Hz时几乎一加载就直接发生液化。这表明增加加载频率会加快液化速度,而增加压实度则会减慢液化速度。因此,通过一系列的试验可以模拟现场砂土在不同频率下的动荷载条件。试验结果表明,饱和砂土的液化行为由以下因素决定:(1)试样的压实度越低,液化越容易发生;(2)加载频率越高,液化越容易发生;(3)循环轴向应变越大,发生液化所需的循环次数越少;(4)超孔隙水压力随加载循环次数增加,直至试样完全液化。

某地铁车站砂岩三轴力学特性试验分析

为准确获取某地铁车站地层砂岩的力学参数,文章开展了不同围压下强风化和中风化砂岩的三轴压缩试验,分析了围压对两种风化砂岩力学特性和破坏形式的影响,并以此得到了两种风化砂岩的粘聚力、内摩擦角等物理力学参数,为地铁车站基坑开挖方案的设计优化提供重要的参考依据和数据支撑。

三轴固结排水试验中偏应力计算取值的探讨

在三轴固结排水试验中,偏应力大小的求解过程是基于试样始终是等体积圆柱体的假定来进行推导的,该假定认为在整个试验过程中,试样任意横截面的面积相等。但是在试验过程中,由于端部效应的存在,使得试样在轴向加载的过程中逐渐变成了鼓形,这与偏应力的计算假定不符。为了计算三轴试验中鼓形试样受偏应力的大小,进行了一系列固结排水三轴试验,并根据试样的实际变形情况对试样所受的偏应力进行了重新推导。结果表明:按照实际变形情况推导出的偏应力计算公式与规范采用公式不同,根据推导公式计算的偏应力值在一个范围内变化,其最小值较规范值小,最大值较规范值大;通过计算坝体沉降量从坝体安全的角度给出了粗粒土三轴固结排水试验强度计算时偏应力的推荐值。

南京地区粉土的不排水三轴压缩试验

通过全自动三轴仪进行了南京地区粉土的三轴不排水的试验,研究了围压和干密度对应力-应变曲线、孔隙水压力曲线和有效主应力比曲线的影响.试验表明:高围压状态下粉土试样呈现出弱应变软化型,而低围压状态下呈现出应变稳定型;低围压下试样在加载初期产生正孔隙水压力,随后产生负孔隙水压力,其后基本保持稳定;干密度越大,主应力差峰值越大,表现出较大的剪胀性,孔隙水压力易出现负孔隙水压力;干密度值较高时,土样处于密实状态,表现出剪胀特性,有效主应力比-应变曲线近于应变软化型;围压较低、干密度较大时,试样易表现出软化特征,试样出现剪切带破坏,强度明显下降.

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。

成样方法对砂土静力三轴固结不排水剪切试验结果的影响

利用应变控制式静力三轴剪切仪,对饱和中砂进行了一系列固结不排水剪切试验,着重研究不同成样方法对不同密实程度的砂土静力变形特性的影响。选择的成样方法是实验室内制备试样常用的干装法和湿装法。固结不排水试验结果表明,成样方法对饱和中砂静力三轴试验的结果有着重大的影响,不同的成样方法获得的试验结果需要采用不同的本构模型才能准确描述,应该予以重视;同时得出另外一条重要结论,不同的成样方法对密砂的影响较小,对松砂和中密砂的影响较大。

不同黏结剂掺量条件下型煤试样三轴压缩试验研究

为制备与原煤力学性质更为相似的型煤样品,以普通硅酸盐水泥为黏结剂,开展不同黏结剂掺量条件下型煤三轴压缩试验,对比分析2种煤样应力-应变、破裂形态、力学参数等差异性变化,揭示黏结剂掺量对型煤宏观力学性能的影响。试验结果表明:随着围压的增加,不同黏结剂掺量条件下型煤试样压密阶段和弹性阶段变化与原煤呈现相似的变化规律,而屈服阶段与峰后阶段变化与原煤差异较大;随着黏结剂掺量的增加,型煤轴向应变与黏聚力也随之增大,而型煤弹性模量与内摩擦角却不断减小。研究结果说明,黏结剂掺量增加可改善煤内部大量煤粉颗粒间的固结能力,一定程度上提高了型煤的力学强度与刚性特征,使得型煤宏观破裂形态由典型的塑性破坏向剪切破坏转变,呈现出理想的弹-塑性材料变形特征。不同煤样特征值空间向量的欧式距离计算结果表明,型煤IV的力学特征与原煤更为接近。

粘土固结不排水三轴连续剪与分级剪试验的对比

对15组粘土分别进行分级剪与连续剪试验,分析、对比、统计检验试验数据得出,两种方法所得的抗剪强度参数C、及C′、′无显著差异,而连续剪所得的C值与分级剪所得的C′值有一定的差别。只有通过对连续剪所得的C值进行适当修正,粘土的固结不排水连续剪切试验结果才更加接近分级剪切试验结果。

饱和度对土的三轴不固结不排水试验强度指标的影响研究

土的饱和度对强度的影响较大,在土的三轴抗剪强度试验中,大多数是将加工好的试件,进行抽气饱和,然后做试验,实际上,有些土样的原始状态并非是饱和的,因此,用饱和后的试件做试验,得出的结果就有一定的差距,特别是对不固结不排水试验,影响更大,文章对初始状态、自然浸水状态和抽气饱和后3种不同饱和程度的试件,分别做不固结不排水试验,从而找出不同饱和度对土的强度指标的影响规律,为准确测定土的强度指标做一些基础性的研究。

三轴压缩下砂岩强度特征和破坏特性试验研究

文章以中风化、微风化两种风化程度的砂岩为研究对象,进行岩石三轴压缩试验,研究两种风化程度下的砂岩的强度特征和破坏特性。研究结果表明,第一,中风化组砂岩的最大主应力和压缩模量在不同围压下均显著高于强风化组砂岩,泊松比整体高于强风化组砂岩;随着围压的增加,两组砂岩的最大主应力和压缩模量均呈现出增大的趋势,而泊松比无明显变化。第二,中风化组砂岩的抗剪强度较强风化组高。第三,两组砂岩的最大主应力随着围压的增大均呈现增大的趋势,中风化组砂岩的最大主应力整体较高;强风化组砂岩的轴向和径向应变整体较中风化组大。第四,两组砂岩的破坏过程均可分为裂隙压密阶段、弹性变形阶段、稳定破裂发展阶段和不稳定破裂发展阶段,中风化组砂岩在裂隙压密阶段表现明显,强风化组砂岩在稳定破裂发展阶段表现明显。第五,强风化组砂岩属于塑性破坏,中风化组砂岩属于脆性破坏。

攀钢白马排土场粗粒土三轴压缩试验研究

为了对攀钢白马排土场粗粒土三轴压缩特性进行研究,利用大型粗粒土动静三轴试验机对攀钢白马排土场及及坪抛尾料土样进行200、400、600和800 kPa不同围压加载等级下的三轴压缩固结排水剪切试验,以研究不同围压等级下土体的强度与变形特性、土样在固结排水条件下的抗剪强度指标。结果表明,在不同围压条件下的轴向压缩剪切,土料体积应变随轴向应变的增加而增大,土样不同程度产生侧向变形与轴向变形,侧向出现鼓胀,轴向出现被压缩的现象,表现出明显的剪切压缩特征;根据莫尔-库仑准则和邓肯-张模型,并结合三轴固结排水试验结果,确定土体的线性抗剪强度指标、非线性抗剪强度指标和对应的变形参数。实验结果为后续排土场边坡渗流分析与地震、降雨、爆破荷载对排土场稳定性影响分析提供精确的基础参数。

饱和软土K_0固结下三轴固结不排水剪试验分析

为了分析K_0固结与有效自重压力等压预固结饱和软土三轴固结不排水剪强度指标的不同,选用南京长江漫滩饱和软土,采用应力—应变式三轴仪进行了K_0固结和有效自重压力等压预固结下三轴固结不排水剪试验。试验表明K_0固结(cu)试验应力—应变关系没有峰值出现,主应力差(σ_1-σ_3)随着侧向固结应力(σc)的增加而缓慢增加;与有效自重压力等压预固结不排水总应力强度指标相比,K_0固结下粘聚力(c)值小而内摩擦角(φ)值大;现场原位十字板试验结果与K_0固结下三轴固结不排水剪指标相符。

相对密实度和固结应力比对北部湾海砂动力特性影响的试验研究

北部湾地区拥有丰富的海洋资源,海洋工程在这一地区的发展日益重要,了解海砂在不同固结应力比和密实度条件下的动力特性,对于海岸线保护、港口建设、堤防工程等都至关重要。为探究北部湾海砂的动力特性,针对北部湾海砂开展了一系列的固结不排水循环动三轴试验,分析了相对密实度和固结应力比对北部湾海砂的轴向累积应变、动弹性模量、动孔压以及滞回曲线的影响。研究表明:在相同振次水平下,随着固结应力比和相对密实度的增大,海砂的轴向累积应变随之减小;动孔压随着固结应力比的增大线性减小,在低相对密实度(Dr≤50%)下,动孔压随振次的增大而增大,在高相对密实度(Dr=70%)下,动孔压随振次先增后减;动弹性模量随着振次的增加出现刚度软化现象,增大相对密实度与固结应力比,较明显地减缓了动弹性模量的衰减速率;随着固结应力比和相对密实度的增大,滞回曲线包围的面积减小,滞回曲线由不封闭曲线转为封闭曲线。这些研究成果可以为北部湾围填海工程提供一定的参考。