含水量对原状残积土初始基质吸力影响的试验研究

以福建省降雨滑坡带的残积土为研究对象,制备原状三轴试样并控制5种不同含水量状态.利用GDS三轴试验系统测定试样的初始基质吸力,分别得出初始基质吸力随时间的变化曲线和初始基质吸力与含水量的关系曲线.试验结果表明:原状残积土的初始基质吸力在开始阶段随时间的增加逐渐上升至峰值,然后随着时间的进一步增加,曲线逐渐下降,最后趋于一个稳定值;原状残积土试样含水量越大,初始基质吸力越小.

广州原状花岗岩残积土非饱和力学特性的试验研究

【目的】为了研究原状花岗岩残积土的表观黏聚力和有效内摩擦角随基质吸力的变化趋势,【方法】以广州市白云区某医院在挖基坑的原状花岗岩残积土为研究对象,通过室内试验研究原状花岗岩残积土的矿物成分、颗粒级配曲线、基本物理性质指标和微观结构等,借助变水头试验研究原状饱和花岗岩残积土的渗透性,结合非饱和三轴固结排水试验与原状土的微观试验,解释微观结构在宏观层面上对残积土的渗透系数、崩解及基质吸力等的影响,探讨了不同类型土体土水特征曲线差异的原因。【结果】结果显示,研究对象的花岗岩残积土为残积黏性土,主要由高岭土、石英和云母等组成,土体内部孔隙大小不均匀且相互贯通。饱和状态下原状花岗岩残积土的有效黏聚力和有效内摩擦角分别为29.17 kPa和20.99°。【结论】结果表明,非饱和状态下,随饱和度的减小,基质吸力对花岗岩残积土的表观黏聚力和有效内摩擦角均有着明显的影响;Khalili给出的非饱和抗剪强度方程式对花岗岩残积土较为合适。

反复吸湿循环对原状残积土剪切特性的影响

为了研究反复吸湿循环下天然土体因吸力路径变化引起道路、桥梁等工程土体剪切特性变化的规律,开展了不同围压、吸力和反复吸湿条件下的非饱和土三轴试验研究,从有效应力原理、矿物成分和土水特征曲线(SWCC)滞回特性出发,对不同吸水条件引起的非饱和土剪切特性差异进行多角度分析和解释;同时,研究不同吸水次数后非饱和土体积变化趋势和SWCC滞回特性引起饱和度变化对土体强度的影响,深入分析土体抗剪强度吸水软化的原因。结果表明:脱湿路径下原状残积土表现出的延性和剪缩特性与正常固结土的剪切性状相似,而吸湿路径下土样具有的脆性和剪胀特性与超固结土相符;同一吸力条件下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值并不随有效应力的增加而增加;而相同围压下,第1次脱、吸湿路径的抗剪强度差值表现出随吸力增加而减小的趋势;多次吸水后,残积土总体积增加具有不可逆和滞后的特点,土体膨胀性和剪破特性与有效应力和吸力水平有关,应力水平越大,土体应变软化效应越明显;土体软化与水力滞回特性引起土体饱和度的变化和产生的不可逆变形(或累积不可逆变形)有关,多次脱吸湿循环产生的累积不可逆变形是导致土体强度下降的主要原因。研究结果对残积土边坡稳定性分析评价及其治理设计具有重要意义。

循环荷载作用下原状花岗岩残积土动力特性

研究目的:东南沿海地区高速公路、铁路和地铁迅速发展,深入研究该地区广泛分布的花岗岩残积土的动力特性尤为重要。本文对福州原状花岗岩残积土进行动三轴试验,揭示循环荷载作用下花岗岩残积土的动应力应变关系、动强度、动剪切模量和阻尼比等动力特性。研究结论:(1)循环荷载作用下原状花岗岩残积土的动应变与振次的关系表现为稳定型、破坏型和临界型三种典型类型;(2)随着振次增加,原状花岗岩残积土的动强度值降低,动强度与振次的关系曲线呈半对数函数关系;(3)长期循环荷载作用后,花岗岩残积土的动黏聚力和动内摩擦角将产生大幅下降;(4)原状花岗岩残积土的动剪切模量随着振次及动剪切应变的增加而降低;动剪切模量与动应力幅值的相关关系可用线性模型来描述;(5)循环荷载作用下,原状花岗岩残积土的阻尼比随振次的发展表现出稳定型、临界型和破坏型三种典型类型;(6)本研究成果对认识花岗岩残积土的动力特性以及合理选择土的动强度指标具有一定参考价值。

围压条件下原状花岗岩残积土细观渗流数值模拟

选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)图像与COMSOL Multiphyscis有限元软件,研究原状土样在考虑和不考虑围压时的细观渗流规律.结果表明:两种条件下,计算渗透率都随水压差的增加呈线性降低的关系;考虑围压时,计算渗透率随竖向力呈先急剧到平缓下降,再急剧上升,最后趋于平缓下降的规律.同一时刻,考虑围压时的渗流长度较未考虑时的减少了约16%,速度大小降低了约13%.应力敏感性指数主要受围压控制,水压差对其影响甚微,且不同围压作用下应力敏感性指数呈“Z”字型变化.

原状花岗岩残积土大孔隙细观渗流场的格子Boltzmann模拟

选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)图像与格子Boltzmann方法,通过自编程序研究原状土样在大孔隙域中的细观渗流规律.结果表明:孔隙连通性好、孔径大的区域流体流速较大,且呈闪电状分布,而在孤立孔隙中流体无法流通;大孔隙渗流过程中存在明显的“指进效应”,孔道中间流速最大,可达格子速度0.0932,越靠近孔壁渗流速度越小,接近于0;大孔隙存在区域,格点流速分布呈单峰状或多峰状,而多个孔隙交汇区域内格点流速分布呈散点状,且无规律可寻.

基于LBM的2D/3D原状花岗岩残积土细观渗流模拟

为刻画原状土体内部孔隙细观渗流特征,选取东南沿海地区某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于计算机断层扫描(CT)和图像处理技术对2D/3D原状土体模型进行重构,并结合格子Boltzmann方法(LBM),通过自编程序模拟土体孔隙内水分渗流及分布情况.结果表明:孤立孔隙对渗流结果影响甚微,仅个别连通性好、孔径大且笔直的大孔隙会成为优势通道并产生优先流;渗流从开始至稳定过程中,最大流速主要出现在孔隙通道由宽变窄处,孔隙结构形态对渗流的影响较孔隙占比更为显著.基于工业CT扫描技术和LBM能较好刻画真实土体孔隙渗流特征,2D模型可更直观表现大孔隙优先流现象,适用于定性研究;3D模型更接近实际情况,可精确计算土体渗透率,适用于定量研究.

含水量变化对广州花岗岩残积土抗剪强度的影响

基于不固结不排水直剪试验,建立了广工大学城区域花岗岩残积重塑土关于含水率与抗剪强度指标之间的试验曲线。试验研究表明:在控制相同含水量与干密度条件下,对花岗岩残积原状土和重塑土进行了不固结不排水直剪试验,当垂直压力小于先期固结压力时,重塑土的粘聚力小于原状土的粘聚力,重塑土的内摩擦角也小于原状土的内摩擦角;当垂直压力大于先期固结压力时,两者的抗剪强度逐渐接近,且在垂直压力大于135 kPa之后,原状土的抗剪强度小于重塑土的抗剪强度,此时重塑土的内摩擦角大于原状土的内摩擦角。在不同含水量的花岗岩残积重塑土不固结不排水直剪试验中,土体的抗剪强度均随垂直压力的增大而增大;土体的黏聚力随含水率的增加而显著减小,而内摩擦角随含水率的增加而稍微减小。