一个可考虑球应力和剪应力共同作用的结构性参数

土的结构性是岩土材料的基本特性,基于综合结构势理论建立的结构性参数,以表述土的结构性,但已有的表述存在缺陷,为此针对应变和应力结构性参数的缺点提出了一个可同时考虑球应力和剪应力作用的结构性参数——应力比结构性参数。通过理论分析和三轴试验研究发现,应力比结构性参数与应力或应变结构性参数相比,可同时考虑剪应力和球应力对土结构性的影响,并且剪切过程中结构性参数不再出现峰值,更符合人们以往对结构性的认识。该参数从定量上更加准确地反映了土的结构性。

甘肃兰州大青山Q_2黄土构度指标及结构性参数变化规律分析

随着城市建设的发展,用地矛盾日趋严峻,为了缓解这种紧张的局面,目前开展的平山填沟造地工程将面临着大量Q2黄土工程问题。基于综合结构势理论,以兰州大青山Q2黄土为研究对象,开展Q2黄土构度指标及结构性随增湿、加载变化规律的试验研究,对比分析了不同围压及含水率变化时应力结构性参数的演变规律,同时建立了应力结构性参数最大值与构度指标、围压、含水率的函数关系f1,应力结构性参数与应变、最大应力结构性参数的函数关系f2。将结构性参数引入邓肯—张模型,建立了反映结构性土应力—应变的本构模型,试验结果和与计算值表现出很好的一致性。

基于综合结构势的结构性黄土双硬化参数模型

为了很好地模拟结构性黄土的宏观力学特性,反映结构性对土体应力应变特性的影响,基于综合结构势的思想,定义了黄土的结构性定量化参数。在沈珠江双硬化参数模型的基础上,引入结构性参数,建立了考虑结构性的双硬化参数模型。通过模型预测结果与实测结果的对比,验证了该模型的合理性。通过引入考虑土结构性的综合结构势参数,进一步将黄土对水的敏感性考虑进土体本构关系中,使得结构性黄土试样的宏观应力应变特性得到合理描述。

南票矿区松散层土体结构性参数试验研究

为了研究采空区影响下地表建(构)筑物的变形与破坏,必须首先全面认识建(构)筑物地基土的结构力学特性。基于综合结构势理论,利用TSW-40型土壤真三轴仪,以南票矿区松散层土体为研究对象,开展一系列不同围压、含水率和中主应力比条件下的真三轴试验,揭示了真三维应力状态下松散层土体应力比结构性参数的变化规律,建立了结构性参数数学模型。研究结果表明:原状土的q-ε_s曲线呈现出应变软化型、理想弹塑性型和应变硬化型3种典型的状态。重塑土和饱和土q-ε_s曲线一般均表现为应变硬化型。应力比结构性参数m_η随剪应变、含水率、固结围压和中主应力比的增加而降低;剪切作用初始阶段,m_η下降较快,当ε_s达到5%左右后,m_η逐渐趋于平稳,至ε_s=15%时,m_η趋近于1;结构性参数数学模型结果表明,固结围压对m_η影响最大,含水率次之,中主应力比对m_η影响最小。利用所建立的数学模型预测不同试验条件下松散层土体结构性参数变化规律,模型验证结果与试验结果吻合,证明了模型的有效性,可以作为进一步研究的理论基础。

粉质粘土结构性参数试验研究

为合理描述外部环境改变引起土体结构性的变化规律,基于综合结构势理论,通过三轴剪切试验,研究了应力比结构性参数(mη)随试验条件的变化规律。试验结果表明:粉质粘土应力-应变曲线包括应变软化型曲线、理想弹塑性曲线、应变硬化型曲线3种形式;粉质粘土强度随着含水量的增大而减小,随着围压的增大而增大。粉质粘土应力比结构性参数随着含水率和围压的增大而减小。采用初始应力比结构性参数和结构性损伤量参数两个参数,建立了粉质粘土结构性应力-应变数学模型。将试验结果与模型计算结果进行了对比分析,结果表明二者强度误差小于3%,说明了所建立模型的合理性。

海口红黏土的结构性本构模型研究

土体结构性的数学模型是21世纪土力学的核心问题。由于土体微观结构的变化造成了重塑土与原状土的力学特性上的差异。采用应变型和应力型结构性宏观参数来表征这种微观结构的变化,同时将应变性结构性参数引入到等向固结过程中去,用以描述常规三轴试验中剪切前的等向固结过程以及剪切时球应力对结构性土体的影响。实现应变型和应力型结构性宏观参数对整个三轴剪切过程的描述。修正剑桥模型对正常固结重塑黏土的三轴压缩试验能做出准确地描述,但对超固结黏土及原状土,即具有结构地土体,则不能给出准确地描述。将应变型和应力型结构性宏观参数引入到修正剑桥模型中,实现修正剑桥模型的结构化。该结构性修正剑桥模型参数的确定方法与常规修正剑桥模型参数的确定方法相差不多,只不过多了球应力与土体结构性体应变的关系式、偏应力与土体结构性广义剪应变的关系式。经过数值模拟比较,结构性修正的剑桥模型能较好地反映原状土的结构性演化过程,能描述原状土结构的整个破坏过程,在多种应力路径下具有很好的预测作用。

黄土初始结构性及其湿载作用下演化规律

黄土的结构性是除粒度、密度、湿度之外更为重要的指标。通过总结分析综合结构势理论框架内业已提出的结构性参数及其演化规律,并将结构性参数分为过程结构性参数和初始结构性参数两类,这种分类说明了合理的结构性参数既要反映土的基本物理属性还要反映其在外部扰动作用下的演化过程。针对目前结构性参数及其演化规律存在的问题,采用能够反映初始结构性的构度指标与反映过程结构性的应力比结构性参数,提出了球应力与剪应力对结构性参数综合影响的综合应变,并分析综合应变与结构性参数之间的关系,建立了一个能反映结构性从初始到湿载作用下衰减演化的数学模型。通过理论分析和常规三轴试验研究表明,该数学模型避免了试验围压对初始结构性的影响,并且考虑了湿载过程中体应变与剪应变的共同影响,更加准确地反映黄土的结构损伤演化规律。

考虑黄土结构性的修正邓肯-张模型研究

【目的】对基于重塑土建立的邓肯-张非线性模型进行修正,使其能够应用到具有结构性的天然原状黄土应力应变计算中。【方法】基于综合结构势对结构性的研究和常规三轴试验,分析了原状黄土的力学特性和应力比结构性参数与应变的关系,利用应力比结构性参数对原状黄土的应力应变曲线进行校正。将应力比结构性参数引入邓肯-张模型中对其进行修正,使其能够满足原状结构性黄土的应力应变计算。【结果】应力比结构性参数具有较好的变化规律,经过应力比结构性参数校正后的天然原状黄土应力应变曲线由软化或弱软化型曲线变成硬化型曲线。【结论】修正后的原状黄土应力应变曲线完全可以应用邓肯-张模型进行计算,模型参数合理有效,为邓肯-张模型在原状结构性黄土中的应用提供了一种新的方法和途径。

高速公路粉土路基填料结构特性三轴试验研究

为了研究高速公路粉土路基在交通荷载作用下的变形与破坏规律,以安徽省蚌埠至五里河高速公路的粉土路基为研究对象,利用DDS-70动三轴试验系统,开展以围压、压实度为变量的三轴压缩试验。结果表明:原状土σ-ε关系随围压增大依次应变曲线呈应变软化型、理想弹塑性型、应变硬化型变化,重塑土是理想弹塑性型、应变硬化型;在固结围压增大、应变增大、压实度降低过程中,应力比结构性参数m_(η)是递减的;在围压、压实度增大时,初始应力比结构性参数m_(η0)是递减的,且受压实度影响较大;在围压增大时,结构性损伤量m_(ηd)呈先增后减变化,提高压实度可使m_(ηd)减小;m_(η0)、m_(ηd)与围压之间呈三次多项式的关系,与压实度呈线性关系。

考虑结构性影响的原状软黏土应力–应变特性真三轴试验研究

通过对营口原状软黏土和饱和重塑软黏土的真三轴试验,研究围压和中主应力系数对软黏土强度的影响。基于综合结构势理论,提出真三维应力条件下软黏土的应力比结构性参数,建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式。研究结果表明:当固结围压<先期固结压力时,原状软黏土偏应力–广义剪应变曲线形态表现为应变软化,体应变表现为剪缩特性;当固结围压>先期固结压力时,其曲线形态表现为应变硬化,体积应变表现为剪胀特性;饱和重塑软黏土的偏应力–应变关系曲线则不受先期固结压力的影响,均表现为应变硬化型。软黏土强度都随着固结围压和中主应力系数的增大而增大。应力比结构性参数m_η随广义剪应变、固结围压和中主应力系数的增大而降低,其与广义剪应变呈显著的对数关系。将拟合得到的应力比结构性参数m_η引入到原状软黏土的q-ε_s曲线中,得到q/m_η-ε_s关系曲线,进而建立引入结构性参数的原状软黏土偏应力–广义剪应变关系式,其与试验结果具有较好的一致性,从而使原状软黏土q-ε_s曲线得到合理描述。

真三维应力状态下锦州粉质黏土结构性演化规律试验研究

为研究复杂应力状态下粉质黏土结构性演化规律,利用TSW-40型土壤真三轴仪,开展一系列不同围压、含水量和中主应力系数条件下粉质黏土的真三轴试验,探究真三维应力状态下粉质黏土应力比结构性参数的变化规律。研究结果表明:粉质黏土的广义剪应力-广义剪应变(q-ε)曲线主要表现为应变硬化型。应力比结构性参数mη与广义剪应变ε呈拟合度较高的对数关系。应力比结构性参数mη随广义剪应变、含水量、固结围压和中主应力系数的增大而降低。剪切作用初始阶段,mη下降较快;当ε达到5%左右后,mη逐渐趋于平稳;试样达到破坏标准时mη接近于1。数据分析结果表明:固结围压对土体结构性的影响最大,其次为中主应力,含水率对土体结构性的影响相对较小。