K_0固结条件下粗粒土变形及强度特性研究

采用大三轴剪切仪对不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料,进行了K0固结及各向等压固结条件下的排水剪切试验,探讨了K0固结过程中粗粒土的变形特性。将K0固结与等压固结条件下的排水剪切试验的结果进行了对比分析。结果表明,K0固结加载阶段,平均主应力p与体应变εv之间、剪应力q剪应变εs之间的关系都可用幂函数形式表示。K0固结稳压阶段,εa-t关系呈指数关系。与等压固结试验相比,K0固结试样的排水剪强度略大。K0固结排水剪试验所得到的初始弹性模量Ei、初始泊松比vi均大于等压固结排水剪试验相同应力条件下的弹性模量、泊松比;且K0固结条件下试样的剪胀性也较为明显。

K_0固结饱和软黏土的三轴应力路径试验研究

利用GDS三轴仪对原状温州饱和软黏土进行5种应力路径下的K0固结三轴不排水试验,分析不同应力路径下土体的应力-应变关系、孔压发展及有效应力路径。利用Skempton公式对常围压下应变与孔压的双曲线关系进行修正,建立不同应力路径下孔压与应变之间统一的表达式。研究结果表明:在不同应力路径下,K0固结软黏土的应力-应变关系和孔压发展均表现出明显的区别。由于不同总应力路径下饱和软黏土孔压的产生抵消了围压的变化值,使有效应力路径基本一致。在本文采用的应力路径下,正常固结黏土p-q-e具有唯一性关系。

K_0固结软土不排水抗剪强度

从临界状态土力学出发,考虑K0固结引起的诱发各向异性,推导了K0固结条件下三轴压缩和三轴拉伸不排水强度的理论计算公式。搜集对比现有的试验结果,发现本文提出的理论公式与国内外试验及失稳软基堤坝反分析结果更为符合,在大量土性分析基础上提出平均不排水强度的简化计算公式,以兹工程推广与应用。

K0固结条件下砂土的循环剪切特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对福建标准砂Dr=30%,在K0固结条件下,进行不同围压下的循环三轴试验,探讨了K0固结过程和K0固结条件下砂土的孔隙水压力特性与强度特性,并与原有均等固结条件和非均等固结条件下的循环三轴试验进行对比分析。通过分析和比较表明,砂土的K0固结试验过程可以分为两个阶段,第1个阶段是初期的缓慢变形阶段,第2个阶段是后期的稳定发展阶段,围压对静止土压力系数K0的测定有一定影响。不同固结过程对砂土动孔隙水压力的发展有很大的影响,K0固结条件下试样出现明显的剪胀现象。另外,K0固结条件下砂土动强度高于非均等固结条件(Kc=1.67)下砂土动强度,低于非均等固结条件(Kc=2.94)下砂土动强度。

深部土的高压K_0固结试验研究展望

针对深部岩土工程建设的需要,通过对深部土特点的分析,指出了开展深部土的力学特性研究的必要性。回顾了国内外土的K0固结试验研究现状,并指出了其存在的不足。对深部土的高压K0固结试验研究的主要内容及研究方法进行了探讨,并特别指出,固结时间是必须重点研究的关键问题。

K_0固结后卸载状态下冻土应力-应变特性研究

通过模拟人工冻结凿井中土体固结、冻结、受力的实际过程,研究了经K0固结后兰州冻结黄土在径向卸载状态下的应力-应变行为,并利用试验资料所建立的数学方程研究了K0固结后冻土的初始切线模量Ei和主应力差渐近值(s1-s3)ult与初始围压s3、温度的关系。结果发现,K0固结后再冻结的黄土试样在整个卸载过程中,其特征类似于理想刚塑性应力-应变曲线;初始围压s3的升高和温度的降低都可以使深部冻土抵抗变形的能力增强。因此,当深度一定时,应先考虑深度对强度影响后再选择最优温度来满足此深部土体卸载时的强度要求;初始弹性模量Ei在较低负温、较高初始围压状态下,不随初始围压s3而变化,且趋近于一常数;(s1-s3)ult随初始围压s3的增大而线性增大,在较低初始围压状态下受温度影响较小,随着初始围压的增高,受温度影响逐渐明显;可利用主应力差渐近值(s1-s3)ult与破坏比之间的关系来估算破坏强度的大小。

K_0固结结构性软黏土的本构模型

本文在修正剑桥模型的基础上综合考虑了软黏土的各向异性、结构性及其演变和屈服面硬化规则中塑性剪切应变的影响,将传统模型发展为适用于K0固结结构性软黏土的本构模型。本文模型借鉴Collins等人提出的符合热力学耗散原理的本构模型,同时在描述土体结构性演变的过程中参考了Asaoka等人的次加载/超加载屈服面本构模型,并采用了具有明确物理意义的内变量。与传统的修正剑桥模型相比,增加了3个分别表征软黏土各向异性和结构性的参数(θn,R和R*)以及两个演化参数(m和a),而参数R和R*的初始值则可由结构性土的屈服应力比YSR和灵敏度St获得。本文选取了典型的浙江温州软黏土和Bothkennar软黏土,对比了三轴压缩的计算和试验结果,体现了本模型在结构性软黏土计算上相对于传统本构模型优越性。

基于K_0固结排水卸荷应力路径试验粉土应力–变形特性研究

针对开挖土体复杂卸荷应力路径,按不同初始应力状态和卸荷应力比,对南水北调南干渠粉质黏土开展了K_0固结排水卸荷应力路径试验。试样首先在不同围压条件下K_0固结稳定,然后根据不同的轴向应力和径向应力卸荷比,进行卸荷试验,以模拟实际土体开挖过程中的应力路径。试验结果表明土体的应力应变特性与应力路径密切相关:不同卸荷应力比条件下,试样可能为压缩,先伸长再压缩或者为伸长变形;卸荷应力路径下压缩和伸长应力比临界值与初始固结状态和土性相关;相同平均应力增量条件下,卸荷应力比越小,试样体积膨胀绝对值越大;土体强度参数受加荷方式和应力路径影响不大。试验结果和常规三轴试验有显著区别,需要发展能够描述卸荷应力路径下的土体本构模型,对开挖土体开展符合工程实际的应力变形分析。

K_0固结粗粒土剪胀特性大型三轴试验研究

采用大型三轴剪切仪对不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层料,进行了0K固结及各向等压固结条件下的排水剪切试验,探讨了0K固结及各向等压固结条件下粗粒土剪胀性的差异,并检验了修正Rowe剪胀方程对0K固结粗粒土的适用性。结果表明:粗粒土在0K固结条件下,较各向等压固结条件下的剪胀性明显,且这种差异性在密度较小的粗粒料中体现较为突出,而随着密度的增加,差异性逐渐减弱;对试验数据进行非线性拟合,总结出剪胀因子P D与相对密度r D、围压3?之间的关系式,据此可分析不同紧密程度粗粒料剪胀性的强弱;对0K固结粗粒土,修正Rowe剪胀方程能较好地描述其剪胀性。

不同含水率下非饱和黄土K_0固结特性试验

针对非饱和原状黄土进行了不同含水率下的恒荷重K0固结试验研究,分析了含水率对割线模量,应力应变特性及侧压力系数的影响。试验表明,在其他条件相同的情况下,割线模量随着荷载的施加逐渐减小,最终趋于稳定,达到稳定值时的割线模量随着含水率的增大而减小,且与含水率线性相关;含水率越大,静止侧压力系数K0增长速率越快,至土结构完全破坏,K0趋于稳定;不同含水率的K0值最终趋于稳定,且稳定值差异性较小;提出了考虑含水率因素的连续加载条件下K0固结过程的变形模型,为研究黄土地区K0固结过程中土体变形特性及路堤沉降提供参考。

K_0固结软黏土的弹黏塑性本构模型

在修正剑桥模型基础上综合考虑了软黏土的各向异性及率相关性,建立了适用于K0固结软黏土的弹黏塑性本构模型。模型借鉴过应力理论的基本思想,定义了与动态加载面相对应的参考屈服面,应用径向映射准则将两者联系起来,流动函数通过分析一维情况下土体的体积蠕变速率得到。以黏塑性体积应变为硬化参数,将一维情况扩展到三维应力状态,直接用次固结系数描述土体黏性强弱,所有参数可通过压缩试验及三轴不排水剪切试验得到。分别计算了代表性等向和K0固结黏土的三轴不排水等应变率加载、不排水剪切蠕变及蠕变破坏过程,与试验结果进行对比,验证本文模型的有效可行性。

压实黄土连续加载K_0固结特性

基于静三轴仪,进行控制不同加载速率的连续加载K0固结试验,研究连续加载条件下K0固结过程中土体的变形特性及加载速率的影响。试验结果表明:加载过程中没有产生超静水压力,加载阶段应力–应变关系可以分为两个阶段,前一个阶段呈幂函数关系,后一阶段呈直线关系;连续加载的加载速率对加载阶段应力–应变特性影响不明显;加载阶段完成时K0值随加载速率的增大而略有减小;稳压阶段应变–时间关系呈双曲线关系,且加载速率对稳压阶段变形特性有较大影响。提出连续加载条件下的K0固结过程应变–应力–时间关系模型,为研究K0固结过程中土体变形特性及路堤沉降提供参考。

粗粒土等压固结与K_0固结三轴试验比较

对某堆石坝覆盖层砂卵砾石料进行了不同干密度试样中型三轴试验,试验包括常规各向等压固结的三轴排水剪试验(CID试验)和各向不等压(K0)固结的三轴排水剪试验(CK0D试验),对试验结果进行对比分析,研究2种试验方法对试验结果的影响。结果表明,2种试验所得到的应力—应变关系曲线总体规律比较一致,大小略有差异,CK0D试验的剪胀性比CID试验明显;不同围压下,2种试验的偏应力峰值差异(相对峰值)平均幅值为3.9%;对应3种密度(2.17、2.22、2.40g/cm3),CK0D试验各围压下的平均内摩擦角分别比CID试验的内摩擦角大0.88°、0.48°、0.43°;随着密度增大,2种试验的强度均显著增大,且强度指标随密度近似线性增大。列出并比较了2种试验的邓肯模型参数,两者没有显著的差异。

K_0固结饱和土柱孔扩张问题弹塑性分析

采用K0固结各向异性土体本构模型,将柱孔扩张后周围土体分为弹性区和塑性区,根据柱孔扩张理论和边界条件,推导出K0固结状态下饱和天然土体柱孔扩张问题弹塑性区的应力、塑性区半径以及超孔隙水压力的理论解答。同时,通过算例与修正剑桥模型解答进行对比分析,结果表明,土的不同初始固结状态对柱孔扩张后孔周围的应力和超孔隙水压力产生很大影响,采用考虑K0固结诱发各向异性土体本构模型所得到的应力和超孔隙水压力解答大于修正剑桥模型的解答,但塑性区影响半径却明显小于后者。

原状黄土连续加荷k_0固结试验研究

采用恒荷重速率试验法,对甘肃陇西Q_3原状黄土进行了k_0固结试验。根据对试验数据的分析,认为原状黄土由于结构性的影响,其变形分三个阶段,依次为结构基本完好阶段、结构破坏阶段、重塑阶段。第一阶段土体变形微小,可不予考虑,第二和第三阶段应变与轴向应力的对数间近似直线关系,可用于计算荷载连续施加过程中土体的变形。当应力稳定后,应变与时间之间符合双曲线关系模式,可用于计算荷载稳定后的土体变形。

考虑K_0固结的软土基坑工程三维非线性有限元分析

为考虑基坑工程的空间效应,土体分别采用K0固结和正常固结试样固结不排水(CU)试验得到的Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,运用ABAQUS软件按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立了福州市一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,对基坑施工的各工况下整个体系的响应进行了数值模拟"目标试验",并与实测结果和二维数值模拟结果进行了比较,结果表明,采用K0固结试样CU试验参数的Duncan-Chang模型对该基坑进行的三维非线性数值模拟分析方法是较为可靠的,较之Mohr-Coulomb理想弹塑性模型和二维有限元分析,其结果的优势是明显的,是值得推崇和具有较好应用价值的方法。

K_0固结软土的循环剪切特性及其流变模拟

对原状温州黏土进行了三轴不排水循环剪切试验,系统分析了黏土在循环剪切过程中应变和孔压的累积特性以及加载频率的影响。考虑到天然黏土不等向固结历史的影响,试验土样在循环剪切前均先K0固结至原位应力状态。研究表明,对于K0固结软黏土,以剪应变累积曲线出现拐点作为循环破坏标准较为合适,此拐点对应的单幅破坏峰值剪应变εs,tp大小基本恒定为3%,与加载频率、循环偏应力幅值等因素无关;循环荷载幅值一定时,荷载持续时间t对黏土的循环剪切性状起控制作用,可综合反映加载频率和振次的影响。根据黏性不排水循环累积效应与静力蠕变过程的相似性,按静力蠕变等效的思路,采用建立的各向异性弹黏塑性本构模型对其进行模拟分析,并通过试验验证了此流变等效方法的有效性。

软土等向固结与K_0固结条件下的三轴试验研究

对某软土重塑样分别进行等向固结和K0固结条件下的三轴试验,研究了不同固结条件、不同围压下软土的强度和应力应变特性,并对试验结果进行了分析和对比。结果表明:低围压下,等向固结三轴压缩试验和K0固结三轴压缩试验土样破坏时的主应力差差别不大,随着围压增大,K0固结条件下试验土体的主应力差要明显大于等向固结条件下的试验土体;与等向固结相比,K0固结条件下的土体粘聚力c值减小,而内摩擦角增大;土体呈现剪缩特性。运用等向固结三轴压缩试验确定的邓肯模型参数模拟K0固结条件下土体的试验曲线,吻合较好,初步验证了邓肯模型参数对K0固结土体的适用性。

考虑卸荷速率的K_0固结膨胀土应力-应变行为

通过GDS三轴试验系统对K_0固结原状南阳膨胀土原状样进行了不同卸荷速率和卸荷路径下的不排水三轴剪切试验,在试验资料的基础上,建立了K_0固结膨胀土的初始切线模量E_i和极限偏应力q_(ult)与固结应力及卸荷速率的关系式。发现,K_0固结膨胀土在卸荷剪切过程中的应力-应变关系曲线呈典型双曲线特征;膨胀土的不排水剪切强度随轴向固结应力及卸荷速率的增加而单调增加;E_i及q_(ult)随固结应力及卸荷速率的变化规律与强度基本类似,但E_i随固结应力的增加呈指数增加,而q_(ult)则表现为线性增加。通过改进邓肯-张双曲线表达式,建立了K_0固结膨胀土下不同卸荷速率时应力-应变关系的预测公式,并进行了模型验证。

模拟K_0固结后不同初始围压下冻土应力-应变特性研究

通过对经历K_0固结后再冻结的冻结兰州黄土进行三轴压缩试验,分析了K_0固结后冻土在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为,并利用Duncan-Chang双曲线模型研究了K_0固结后冻土的初始切线模量和偏主应力最大值与围压、温度的关系。结果发现:围压和温度的变化是影响深部冻土抵抗变形能力的主要因素;初始切线模量随围压的升高而线性增大,但受温度影响不太明显;当温度恒定时,偏主应力最大值随围压的升高而线性增大;当围压恒定时,偏主应力最大值又随温度的降低而增高。最后,对模型预测曲线与实测曲线进行了对比,验证了应用Duncan-Chang双曲线模型对K_0固结后冻结土体在轴向加载直至破坏过程中的应力-应变行为进行预测的可靠性。