应变式直剪仪与微型十字板剪切仪测定土壤抗剪强度的对比分析

[目的]分析两种仪器(应变式直剪仪与微型十字板剪切仪)测得的土壤抗剪强度指标(土壤黏聚力值c、内摩擦角φ、土壤剪切力τ)特征,并建立直剪仪测得的c和φ与十字版仪测得的τ之间的函数关系,以期深化对土壤抗剪强度的认识,提高土壤抗剪强度指标测定效率。[方法]选取黄土高原3种典型质地类型土壤(杨凌黏黄土、安塞黄绵土、定边沙黄土),每种土壤设5个含水量梯度(12%,16%,20%,24%,28%),分别用上述两种仪器测定不同处理下土壤抗剪强度指标c,φ和τ,探究了3指标对土壤质地、土壤含水量的响应特征以及3指标间的函数关系。[结果](1)试验条件下,c值在16.88~27.12 kPa范围,φ值在5.03°~21.30°范围,τ值在1.76~7.72 kPa范围变化;(2)不同土壤类型下,c和τ均随含水量的增大呈现先增大后减小趋势,而φ随含水量增大呈现逐渐降低趋势;(3)总体来看,安塞黄绵土的τ,c,φ值略高于定边沙黄土,但它们均显著大于杨凌黏黄土。(4)3种土壤类型下,微型十字板剪切仪所测定的τ值与直剪仪测定的c值均具有较强的线性相关关系(R 2>0.90);而φ值与τ值间并无显著相关关系。如不考虑土壤类型差异,τ与c之间仍有较强的相关性,关系式为c=1.59τ+14.10(R 2=0.51,p<0.01)。[结论]应变式直剪仪测得的黏聚力c值和微型十字版仪测得的土壤剪切力τ值对土壤质地、含水量的响应相似,且二者有显著的相关关系,在一定条件下可以用快速便捷的微型十字版仪测得的τ值估算原本需用直剪仪测的c值。研究结果可为野外极端条件下提高土壤抗剪强度测定效率方面提供参考。

十字板剪切仪计量检定规程制定的研究

【目的】为解决交通行业内十字板剪切仪计量检定难题,对十字板剪切仪量值进行溯源,并为计量标准考核提供法定依据。【方法】介绍符合交通行业部门需要的《十字板剪切仪计量检定规程》的制定过程,主要从适用范围、引用文件、概述、计量性能要求、检定方法等方面开展研究论证工作。选取十字板剪切仪样机,对尺寸误差、指示表误差及扭矩线性度参数进行试验分析。【结果】试验结果证明了检定规程中计量参数及要求的可行性。【结论】检定规程的发布实施将为交通行业内十字板剪切仪量值的统一和准确提供保障。

深海浅表层沉积物不排水剪切强度的多探头原位测试系统及评价方法研究

海洋工程建设已步入深海,但与之匹配的浅表层沉积物不排水剪切强度原位测试技术尚不成熟。为此,本文开发了可用于评估深海浅表层沉积物土力学性质的多探头原位测试系统,包括锥形触探仪、球形贯入仪和十字板剪切仪,可实现对深海沉积物土力学性质的快速、准确和智能化评价。进一步,通过CEL大变形数值模拟和足尺土工模型试验确定锥形触探仪的锥尖阻力系数,基于离心模型试验给出球形贯入仪的贯入阻力系数,从而完善深海浅表层沉积物不排水剪切强度的评价方法;在此基础上,探讨3种特定仪器各自适合的强度测试区间。结果表明:对于深海浅表层沉积物不排水剪切强度的评估,锥形触探仪和球形贯入仪的阻力系数建议分别取值为9.5和11.1。

含水率对重塑淤泥不排水强度性质的影响

通过室内调配不同含水率的重塑淤泥,利用研制的室内微型高精度十字板剪切仪,研究了含水率对重塑淤泥重塑不排水强度的影响。该仪器的剪切强度分辨率为1 Pa,经试验验证,仪器测量结果的稳定性较好,但对强度越低的重塑淤泥试样其测量值的相对平均偏差越大。淤泥含水率对淤泥的不排水强度有显著影响,不排水强度均随含水率/液限的增大而减小,含水率/液限越大,不排水强度下降趋势越小。相同的含水率/液限时,不同种类的重塑淤泥的不排水强度比较接近。在双对数坐标中,不排水强度均随含水率/液限的增大而线性减小。由试验数据得出了不同种类重塑淤泥的不排水强度与含水率/液限之间的关系式,利用该关系式可以求得每一种重塑淤泥任意含水率下的不排水强度。文中的试验值大于洪振舜提出的关系式的计算值。当IL>2时,试验值与Locat和Leroueil提出的关系式的计算值基本吻合,当IL<2时,试验值大于Locat和Leroueil提出的关系式的计算值。

太湖与白马湖疏浚淤泥的触变特性研究

利用研制的微型十字板剪切仪对重塑后静置一定时间的太湖与白马湖两种疏浚淤泥进行了强度测试,对两种疏浚淤泥的触变特性进行了研究与比较。研究结果表明,两种疏浚淤泥重塑后最初始时间内触变强度的增长最快,随时间增长触变强度的增长变慢,448d时触变强度随时间的增长趋于稳定。含水率为液限时白马湖疏浚淤泥的触变强度高于太湖疏浚淤泥。触变强度比率与触变强度的变化趋势类似。含水率越小疏浚淤泥触变性越大。含水率为液限时两种疏浚淤泥的触变强度比率与London和Detroit淤泥接近,小于Beauharnois和Shellhave淤泥,大于Horten淤泥。448d时除Beauharnois淤泥外,其他淤泥的触变强度比率均保持相对稳定。根据定义两种疏浚淤泥均为低灵敏性黏土。

使用改进的分层抽取法研究淤泥沉积过程中的强度变化

现有的分层抽取法不能测试沉积过程中淤泥强度的变化,并且需要使用较多的孔隙水应力传感器导致试验成本很高。因此对此方法进行了改进,主要有研制了可测试强度极低淤泥的室内微型高精度十字板剪切仪和一个孔隙水应力传感器切换测试沉积柱不同高度处孔隙水应力的装置。由试验结果可知实测的数据完全满足需要,证明此方法是可行的。利用改进的分层抽取法可得到淤泥沉积过程中的泥水分界面高度、含水率(密度)、超静孔隙水应力、有效应力、颗粒分布、强度、压缩性、渗透性等参数的变化规律,可研究时间尺度较大的沉积淤泥的大变形自重固结和强度问题,并为进一步进行大变形自重固结的数值模拟提供了基础。

同步注浆浆液抗浮性能试验研究

首先对同步注浆浆液中的管片上浮进行力学分析,研究浆液抗剪强度与其抗浮性能之间的关系。之后利用室内十字板剪切仪,对三种不同配比下的注浆浆液进行抗剪强度测试,得到浆液抗剪屈服强度随时间的变化规律。研究结果表明:浆液抗浮临界时间可综合反映浆液抗浮性能,临界时间越小,浆液竖向浮力梯度以及浮力影响范围越小;在浆液拌制完成后的24h之内,三种配比的抗剪强度值强度增长情况不同;随着浆液配比中水泥含量的增加,浆液抗剪强度增长速率增大,临界时间减小,浆液抗浮性能逐渐增加。本文研究成果可为相关盾构工程同步注浆施工提供参考。