等向应力条件下原状Q_3黄土的渗气特性研究

用改装的三轴渗气仪,在不同等向应力条件下对不同含水率的原状Q_3黄土进行渗气试验,分析了含水率、体积含气率及应力对渗气系数的影响,提出了直接及间接地反映含水率与应力变化对渗气系数影响的3种类型渗气函数。研究结果表明:应力对渗气系数与含水率及体积含气率关系皆有明显的影响,增湿时含水率及体积含气率对渗气系数的影响比减湿时稍大;应力变化(含水率不变)和含水率变化(应力不变)时渗气系数与体积含气率的关系不同。不同应力条件下相对渗气系数与相对体积含气率关系,渗气系数与修正体积含气率关系皆可分别用唯一的幂函数描述;不同含水率下渗气系数与规格化应力关系皆可用指数函数描述,且仅一个参数随含水率而变化。用3种类型的渗气函数皆可较好预测含水率及应力变化时的渗气系数,而其中无需引入力水耦合作用引起孔隙比变化的指数型渗气函数更便于工程应用。

原状Q_3黄土剪切破损机理及其本构模型研究

原状Q_3黄土具有显著的结构性与湿陷性,其结构性对力学性状的影响非常复杂。为揭示原状Q_3黄土在三轴剪切试验过程中的细观结构变化,构建描述原状黄土Q_3剪切破坏细观结构破损演化规律的本构方程,揭示其结构性对力学性状的影响,采用了应力控制式CT–三轴仪对非饱和原状Q_3黄土进行围压为50,100,200,400 k Pa的固结排水三轴剪切试验,同时利用CT机将试样的5个断面分别按固结完成时、微裂纹产生时、剪切破损发展演化Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和剪切破坏时6种损伤状态进行实时无损量测。结合三轴剪切试验时应力应变状态、对应的CT扫描CT数及方差的物理意义定义了原状黄土破损结构势参数与破损率,建立了破损率与轴向应变、偏应力的演化方程,充分利用CT图像上的细观物理信息研究了原状Q_3黄土结构破损演化过程及力学行为。试验结果表明:在峰值偏应力前后弱软化型试样随轴向应变的增大CT数先增大后减小、方差先减小后增大,而硬化型试样则CT数单调增大、方差单调减小;剪切破坏时软化型试样破损结构势参数先小幅增长后快速减小,硬化型试样其值变化不大;根据定义的破损率与轴向应变、偏应力函数关系将不同围压下破损前和破损后分段拟合进行归一化处理建立的本构方程可以很好地表述原状黄土剪切破坏细观结构破损演化全过程。

西安地区地裂缝带Q_3原状黄土流变特性试验研究

汾渭盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育、灾害最为严重的地区。考虑在漫长的地质历史过程中黄土的流变特性对地裂缝破裂扩展模式的影响,采用分级循环加卸载方式,对西安地区长安地裂缝(fc1)带Q3原状黄土进行了不同围压下的固结不排水三轴流变特性试验,得到了地裂缝带Q3原状黄土的蠕变加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。试验结果表明,不同围压下地裂缝带Q3原状黄土表现为低应力下为减速蠕变,高应力下为减速蠕变和等速蠕变的特征。并基于统一流变力学模型理论,建立了适用于西安地区地裂缝带Q3原状黄土的三维蠕变本构模型,获得了相应的本构模型参数。该成果为研究隐伏地裂缝破裂扩展模式及其力学机制奠定了基础。

Q_3原状非饱和黄土的水量变化和临界状态特性

用双室非饱和土三轴仪,对Q3原状黄土进行一系列控制吸力的各向均等压缩及同时控制吸力和净围压的三轴排水剪切试验,分析了吸力,净围压及应力路径对非饱和原状黄土临界状态及水量变化特性的影响,提出了各向均等压缩及三轴剪切应力条件下水土体积比与净平均应力关系的表达式、偏应力与净平均应力临界状态关系模式。研究结果表明:应力路径对非饱和原状黄土水量变化的影响显著,随着净平均应力增大,等向压缩应力条件下处于排水状态,剪切应力条件下视吸力及净围压的大小可能处于吸水或排水状态,不同试验条件下水土体积比与净平均应力或其增量之间对数关系呈二段直线。吸力对偏应力与净平均应力临界状态线的影响皆随着净围压增大而减小,不同吸力(大于0)下水土体积比与净平均应力的对数关系临界状态线皆近似为平行直线。

西安地区Q_3原状黄土蠕变特性试验研究

采用分组加卸载的方式,在SR-6型土体三轴流变试验机上进行蠕变试验,得到Q_3原状黄土的加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。根据试验结果,建立了能较好描述黄土蠕变第三阶段(加速蠕变阶段)的加速西原模型,解决了原有西原模型只能描述蠕变前两个阶段的问题,并根据长期强度的幂函数方程,确定了各项参数,得到了西安地区Q_3黄土的长期强度方程。

陇东Q3黄土结构破损演化特性试验研究

陇东黄土具有显著的结构力学特征和遇水敏感特性,深入研究陇东Q3黄土的力学变形特征对于理论研究及实际工程建设具有重要意义。利用室内侧限压缩试验系统研究了陇东Q3原状黄土在湿压条件下的结构屈服特性及结构损伤演化过程。结合原状黄土及相应的饱和无结构性黄土的压缩曲线特征,介绍了一种确定原状黄土结构屈服压力的方法,并与Casagrande法及Jose法确定的结构屈服压力进行对比,证明了方法的合理性。分析黄土结构屈服压力与黄土构度指标之间的关系,表明黄土结构屈服压力随着黄土构度指标的增大而增大。根据试验曲线确定出原状黄土的结构屈服临界点,结合岩土损伤力学思想提出了原状黄土结构变形损伤比的具体表达式,进一步推导出一维湿压条件下原状黄土结构损伤演化模型。

地裂缝带Q_3黄土强度与流变长期强度关系研究

西安地区是我国地裂缝最为发育,灾害最为严重的地区,随着城市建设的不断发展,尤其是地铁工程的陆续进行,地裂缝灾害成为工程建设的制约因素。考虑到地裂缝灾害的严重性,通过对西安地区长安地裂缝带Q_3原状黄土进行了不同围压下的固结不排水(CU)常规三轴试验,在试验基础上,分析了地裂缝带Q_3原状黄土的应力-应变关系及试样破坏类型,建立了地裂缝带Q_3原状黄土的应力-应变关系模型,获得了地裂缝带Q_3原状黄土不同应变量所对应的抗剪强度值,并分别用摩尔圆法和σ_1-σ_3应力平面法求得了抗剪强度参数。结合蠕变试验曲线,绘制了长期强度曲线,建立了长期强度方程,获得了长期强度方程参数。分析了流变瞬时强度及长期强度值与不同应变量所对应抗剪强度值的关系。

晚更新世黄土渗透性的各向异性及其机制研究

非饱和黄土的渗透性是非饱和黄土性质的重要组成部分。研究黄土不同方向的渗透性对确定其湿陷范围和由于水的渗透引起的黄土滑坡具有很重要的理论意义。研究了黄土渗透性的各向异性特征及其机制。以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象,用TEN型张力计测量了黄土试样不同方向的、不同含水率下的吸力;用变水头渗透试验测量了黄土竖直和水平方向的饱和渗透系数。结果表明,当体积含水率在23%～41%时,张力计沿不同方向插入土样所测吸力相差不大;竖直方向的饱和渗透系数是水平方向的4.02倍。在吸力测量的基础上,根据土-水特征曲线,确定了竖直和水平方向的非饱和黄土的渗透系数。得出在黄土不同方向,随着吸力的增大或减小,渗透系数减小或增大;竖直方向的渗透系数普遍地大于水平方向的渗透系数;当吸力小于57 kPa时,随着吸力的增大,竖向渗透系数与水平向渗透系数的差值减小。通过观测黄土的结构,得出黄土结构对其渗透性有重要影响。

黄土制备人工结构性土方法的可行性研究

针对当前人工结构性土制样方法单一、同类材料差异性较大等问题,初次探讨采用原状Q_3黄土作为制备人工结构性土的主要原料,并对该方案的可行性展开验证。试验结果表明:以原状Q_3黄土来作为制备人工结构性土的主要原料是可行的。在最高5%水泥质量配比及48h的水泥水化时间以内,该方法制得的人工结构性土能合理反映天然结构性土的应变软化规律;同时,以黄土制备人工结构性土为基础,提出了结构性系数的概念,对结构性土的应变软化规律进行了量化分析。