干湿循环下木质素改良粉土抗剪强度特性

为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点,同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题,将木质素掺入粉土中,形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能,对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验和X射线衍射试验,研究了木质素掺量0、2%、5%、8%、12%、15%和干湿循环0、1、2、3、4次对改良土抗剪强度特性的影响。结果表明:掺入木质素可以显著提升粉土的抗剪强度及干湿循环性能;一定干湿循环次数下,改良土的抗剪强度及黏聚力随着木质素掺量的增加先增大后降低,内摩擦角随着木质素掺量的增加先快速增大后基本不变;当木质素掺量为8%时,改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角最高。改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而降低,当木质素掺量为0时,纯土试样经过1次干湿循环即崩解,强度损失率为100%;当木质素掺量为8%时,改良土的强度损失率最低,黏聚力及内摩擦角的降低幅度均较低。X射线衍射试验表明,木质素掺量为8%时,石英、方解石、白云石含量最高,黏土矿物含量较高,钠长石含量最低,这是造成改良土强度及干湿循环性能提升的直接原因。结果显示,当木质素掺量为8%时,改良土在提高抗剪强度及干湿循环性能方面具有明显优势。研究结果可为实际施工设计提供理论支撑。

海陆交互相软土固结抗剪强度指标变化规律研究

以珠三角地区海陆交互相淤泥质软土为研究对象,通过室内直剪试验探究不同固结压力和固结度下抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律,提出抗剪强度及对应指标-固结度-固结压力三维Logistic数学模型。研究结果表明,当固结压力P≥200 kPa、固结度U≥40%时,软土黏聚力(c)和内摩擦角(φ)增长较为明显;当U=100%时,各级固结压力作用下的软土抗剪强度(τ)相较于初始状态分别提高了7.89、12.73、13.50、18.20、22.38 kPa;所给出的三维数学模型可直接计算出某一固结压力和固结度下的抗剪强度指标c、φ、τ。研究成果能够更为准确地评价该地区软土地基逐级加载过程中的整体稳定性。

短时冻融条件下残积土与冻融界面抗剪强度衰减规律对比分析

为了分析短时冻融对浅层边坡稳定性造成的影响,揭示短时冻融条件下残积土和冻融界面抗剪强度损伤规律,通过盐水降低冰点实现冻融界面,进行不同冻融条件下快剪试验。试验结果表明:冻融主要损伤发生在前3次冻融循环过程中,含水率为21.5%时损伤最大,残积土和冻融界面的黏聚力损伤分别为41%和22%,内摩擦角为14%和10%,约占趋于稳定时的85%。黏聚力的损伤程度大于内摩擦角,且随含水率的增大而增大。冻融循环对残积土和冻融界面的强度及强度指标的影响差异随含水率增大、循环次数增加、冷端温度增大而增大。冻融作用对残积土的强度指标损伤程度均较冻融界面大,且强度指标均随着冻融次数增多呈指数衰减趋势。

富里酸污染红黏土抗剪强度试验研究

通过在红黏土中掺入不同含量富里酸粉末制样,并对试样采用蒸馏水饱和浸泡,对浸泡龄期为7 d、14 d和28 d的试样进行直剪试验,分析不同富里酸掺入量和浸泡时间对红黏土试样抗剪强度的影响。试验结果表明,富里酸的掺入会降低土样的抗剪强度,土样的黏聚力随富里酸掺入量增加而提高,内摩擦角则随富里酸含量的增加而逐渐降低,相同富里酸掺入量下,浸泡时间越长,黏聚力越大,内摩擦角则越小。富里酸分子的羧基、羟基、羰基、甲氧基等活性官能团与土体矿物表面形成吸附作用,使得富里酸包裹在土颗粒表面,对土颗粒间形成联结作用,从而影响土体的抗剪强度指标。

基于扭转剪切试验的沥青混合料抗剪强度分析

沥青路面的高温抗变形能力与沥青混合料的抗剪强度密切相关.根据路面荷载作用下沥青混合料中矿料颗粒的受力特点及转动状态,自主研发了扭转剪切试验装置.针对不同级配沥青混合料,在不同条件下进行扭转剪切试验;分析了骨架稳定性、沥青用量和温度对扭转剪切特性的影响,建立了考虑骨架稳定性指数、沥青用量和温度的抗剪强度预估模型.结果表明:最大扭转剪切力可以用于评价沥青混合料的抗剪强度;最大扭转剪切力随温度升高呈指数形式减小,随沥青用量增加呈二次函数关系变化,随骨架稳定性指数增大呈幂函数关系增大.构建的抗剪强度预估模型能够较为准确地表征各因素耦合作用下沥青混合料的抗剪强度,可以为沥青混合料优化设计及路面养护决策提供参考.

埋深和水土含量对松散岩堆抗剪强度的影响

针对松散岩堆剪切力弱会引起滑坡、崩塌等严重自然灾害的问题,运用相似理论,以石英砂为基本岩块、黏性土为填充土,配置相似材料,分别控制不同填充土含量和含水率并进行三轴试验,研究不同埋深下填充土的含量和含水率对松散岩堆抗剪强度的影响。结果表明:填充土的含量和含水率是松散岩堆咬合力和内摩擦角的关键影响因素,咬合力受影响程度更大;填土中的水对于松散岩堆的剪切力起着削弱作用;岩堆剪切力随着埋深的增加而增加,不同埋深处岩堆有相同的最佳填充土含量和含水率;在恒定岩堆土重度情况下,抗剪强度和埋深呈线性关系。

水库近坝高位滑坡滑带抗剪强度参数综合确定研究

滑坡滑带的抗剪强度参数是进行滑坡稳定性评价和滑坡涌浪等灾害链研究必需的数据基础,科学合理确定滑带物理力学参数至关重要.本研究以澜沧江GS水电站MLS滑坡为依托,采用现场调查、大型原位剪切试验、室内重塑样剪切试验、室内原状样剪切试验、工程地质类比法及参数反分析法,综合确定滑带抗剪强度参数.采用数值模拟软件运用所得参数对滑坡进行变形破坏分析.数值计算结果与现场滑坡监测变形数据相吻合,验证了采用多方法综合选取滑带抗剪强度参数的准确性和合理性.研究成果可为MLS滑坡稳定评估和防治工程设计等提供技术支撑和参考借鉴依据.

基于考虑含水率对土体抗剪强度参数影响的边坡稳定性分析

降雨是诱发滑坡的关键因素,一般认为其致灾机理主要在于导致土体重度增加、孔隙水压力提高及土的抗剪强度降低。然而在水的作用下,土体抗剪强度参数还存在一定的弱化现象,这对边坡的稳定性有一定的影响。该文以东岭信滑坡为研究对象,基于对滑带重塑土的直剪试验,研究含水率对土体抗剪强度参数的影响,并基于GeoStudio软件二次开发实现考虑含水率对土体抗剪强度参数影响的边坡稳定性分析。结果表明,抗剪强度参数随含水率的增加而逐渐减小,滑带土的黏聚力和内摩擦角整体上均可与含水率拟合成线性关系。忽略水对岩土体抗剪强度参数的弱化作用会高估边坡的稳定性。研究结果对于进一步认识降雨诱发滑坡机理具有一定理论意义。

低温和含水率对重塑性煤体抗剪强度影响研究

为了研究温度—含水率耦合作用下重塑性煤体抗剪强度的变化规律,保障松软煤层安全高效稳定开采,采用直剪试验分析了重塑性煤体在较低温度(20、0、-10、-20、-30、-40℃)、一定含水率(0、0.8%、4%、8%、12%、16%)耦合作用下的抗剪强度特性,并通过数学统计分析了温度与含水率对抗剪强度的影响。研究结果表明:含水率为0时重塑性煤体的黏聚力随着温度的降低呈幂指数增加;温度—含水率耦合作用下重塑性煤体的抗剪强度均与垂向应力成正比,均符合莫尔-库仑准则;在温度为10~20℃、含水率为12%~16%时,黏聚力达到最大值322.9 kPa,最小值138.0 kPa出现在温度-40℃、含水率4%附近;在-20~-40℃温度下,重塑性煤体内摩擦角随含水率的增加逐渐降低至最小值18.25°;当含水率为6%~13%、温度为-20~10℃时,内摩擦角达到最大值31.45°,对应抗剪强度达到最大值。温度—含水率耦合作用下,重塑性煤体抗剪强度、内摩擦角与黏聚力均受温度的影响较大。

椰丝纤维长度对土体抗剪强度和抗压强度的影响

【目的】探究在客土喷播基材中添加不同长度纤维材料对土体抗剪强度和抗压强度的影响。【方法】采用控制变量的试验方法,以不同长度(1、2、3、4、5 cm)的椰丝纤维和砂土为试验材料,按0.4%(w/w)的质量比混合后进行了室内三轴试验和无侧限抗压试验。【结果】(1)各长度纤维加筋土在各围压下的主应力差峰值强度和抗压强度峰值都大于无纤维加筋的素土;(2)随着纤维长度的增加,主应力差峰值强度、内聚力、内摩擦角和加筋效果系数都呈现出先增加后减少的趋势,且在长度为3~4 cm时,强度达到峰值;(3)随着纤维长度的增加,抗压强度峰值,主应力差强度峰值及破坏后的残余强度都得到明显提升,应力-应变曲线逐渐由应变软化型过渡为应变硬化型。【结论】掺量为0.4%、长度为3~4 cm的椰丝纤维可以有效提升土体的抗剪强度和抗压强度。

基于孔内剪切试验的游离氧化铁对红黏土抗剪强度影响研究

游离氧化铁的胶结作用及其与土颗粒形成的特殊结构与红黏土力学性能密切相关。为了研究原位状态下游离氧化铁对红黏土力学性质的影响,采用连二亚硫酸钠−柠檬酸钠−重碳酸钠(dithionite-citrate-bicarbonate,简称DCB)溶液对红黏土中的游离氧化铁进行选择性溶解,再结合孔内剪切试验(borehole shear test,简称BST)获得了不同除铁效果下各深度处的红黏土抗剪强度指标。结果表明,游离氧化铁含量FIOC(free iron oxide content)与DCB溶液浸泡时间具有较好的相关性,其特点是除铁速度前期快、后期慢。由BST试验得到红黏土应力−位移关系曲线呈应变硬化变形特征;在同一测试深度下,红黏土抗剪强度随着浸泡时间的递增而降低,浸泡4 d的抗剪强度降幅已达整个试验降低幅度的79.0%左右,再继续浸泡其抗剪强度降低幅度逐渐趋缓;在同一浸泡时间和测试深度下,红黏土的抗剪强度随着法向应力的增大而增大;在同一浸泡时间和法向应力下,红黏土的抗剪强度随着深度的增加而增加;随着浸泡时间的增加,以“包膜”、“桥”或“单粒”的形式赋存的游离氧化铁逐渐被去除,微观上表现为红黏土结构性被破坏,原本致密、紧凑结构出现孔隙、裂隙、疏松的情况,宏观上表现为红黏土力学强度的降低。

矿山岩质边坡地层结构及岩体抗剪强度参数随钻智能识别方法

地层类别及岩体抗剪强度参数的准确识别对岩质边坡的稳定性评估至关重要。基于无量纲的可钻性指标建立了岩体抗剪强度参数随钻识别模型,使得随钻测试结果能够不经标定或换算,即可直接识别岩体抗剪强度参数。结合无监督学习和自主设计的决策模块,对深度序列随钻数据进行智能识别和自动平滑处理,实现对地层结构的智能感知,并定量描述各岩层的随钻参数及抗剪强度参数。采用自主研发的高精度现场随钻测试设备对云南鹤庆北衙露天矿灰岩体区和F6-1断层交界区域的爆破钻孔过程进行监测,并以两个典型钻孔的全过程监测结果为例,展示随钻智能识别方法的应用。总体而言,ZK1钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为90.85%,ZK2钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为84.47%,钻孔成像验证表明该方法识别的地层能更准确地反映边坡实际地层情况。值得注意的是,该方法能够在大尺度与地质剖面结果一致的前提下,精准地识别出地质剖面未曾表现的关键层位。这一特性为破碎软弱岩层及其强度参数的识别,以及地质模型的精准构建提供了有力保障。该方法在岩土工程领域具有广泛的应用前景,为岩层性质和抗剪强度参数的实时智能识别及地质模型的精准构建提供了可靠的解决方案。

不同颗粒级配对全风化花岗岩回填土抗剪强度的影响

坡面开挖后形成的全风化花岗岩回填土结构松散,物理力学性质差,易受流水侵蚀,导致严重坡面侵蚀。传统治理措施效果有限,土壤改良成为提升土壤抗冲刷能力和改善物理力学性质的有效策略。以全风化花岗岩回填土为主要研究对象,通过室内颗粒分析试验和直剪试验,在不同红黏土和砂粒质量占比条件下进行了系列重塑混合土体的抗剪强度试验研究。结果表明:一般情况下,随着红黏土和砂粒质量占比的增加,不均匀系数和曲率系数整体表现为增大趋势。级配参数对混合土体抗剪强度的影响是通过改变土体中粗细颗粒的比例以及颗粒间的作用关系,来影响其内摩擦角与黏聚力,其中红黏土会增加黏聚力,超过30%质量占比后会降低内摩擦角,而掺入砂粒会增加混合土体的内摩擦角,但是超过18%质量占比后其黏聚力低于回填土。此外,红黏土的掺入可以改善回填土的物理化学性质和肥力条件,并提高土体的抗剪强度,6%质量占比红黏土效果最佳,但实际应用中,可根据需求在6%~30%范围内选择。对于砂粒,在考虑后续工程防护措施下,18%质量占比为较优选择。

基于离散元数值模拟的冰川冰抗剪强度特性及影响因素研究

在现场调研和直剪试验标定的基础上,通过PFC2D数值模拟分析了纯多晶冰、冰岩嵌固体、岩屑冰和碎石冰4类冰川介质的抗剪强度及温度、岩屑含量、碎石含量与粒径的影响,进行了试验验证。结果表明:(1)纯多晶冰沿最大剪应力面产生剪切破坏,冰岩嵌固体沿冰岩接触面发生剪切破坏,破裂面较为平整;而岩屑冰和碎石冰的剪切破坏特征与颗粒含量和粒径有关,破裂面凹凸不平。(2)抗剪强度随着温度的升高而降低,-40~-10℃时基本呈线性下降,而-40℃以下和-10℃以上时影响则更为显著,其中内摩擦角对于温度的响应相比黏聚力更为敏感。(3)抗剪强度随着岩屑或碎石含量的增加而增大,含量从0增加到20%时对内摩擦角的影响较大、对黏聚力的影响较小,而含量从60%增加到80%时对黏聚力的影响比对内摩擦角的影响更为显著,含量20%~60%时两者皆呈线性增大。(4)随着碎石粒径的增大,内摩擦角先增大、后减小,黏聚力则先减小、后增大,碎石粒径12.5mm左右时分别达到最大值和最小值。研究结果对于揭示冰崩机理及灾害防治具有科学价值和现实意义。

饱和黏土不排水抗剪强度特性研究

饱和黏土的不排水抗剪强度(su)是海洋工程地基稳定性验算必备的参数,该参数的准确性对工程安全至关重要。室内等向固结三轴压缩试验(CIUC)是工程中获得su最普遍的方法。随着对海洋土工程特性认识的加深及国际设计方法的引入,su的室内测试方法种类增加,但不同方法测得的su存在差异。针对天津滨海黏土开展不同固结方式、剪切方式以及不同超固结比(OCR)条件下的三轴压缩、三轴拉伸和静单剪(DSS)试验,分析比较了不同试验方法得到的su,并揭示了导致同一种土体su产生差异的原因,建立起不同试验方法测得的su之间的定量关系。在此基础上结合修正剑桥模型提出了可以预测不同试验方法su的计算公式。

孔隙结构对黏土持水性及抗剪强度的影响

为研究双峰孔隙结构对非饱和土力学特性的影响,以广西南宁和桂林2种典型双峰孔隙结构黏土为研究对象,分析了其在不同饱和度情况下的抗剪强度特性;辅以滤纸法及核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术探究了2种土体在双峰孔隙结构情况下孔隙水分布状态对强度的影响机理。结果表明:饱和状态下,2种土体试样的T2分布曲线为双峰结构,且土样持水特性整体上均呈现双峰土水特征曲线;2种土体的应力-位移关系变化规律相似,抗剪强度与饱和度密切相关;在饱和度为40%前后土样黏聚力变化趋势发生改变,而内摩擦角则是在饱和度为80%时达到最小值。

基于结构面粗糙度随机场表征的抗剪强度变异性

岩体结构面抗剪强度参数具有变异性是客观事实,而受限于室内外直剪试验成本而导致抗剪强度变异性指标获取困难是目前制约岩质边坡可靠度评价发展的主要原因之一。鉴于此,提出了一种利用少量实测结构面粗糙度曲线样本和岩块物理力学参数,结合JRC-JCS(joint roughness coefficient-joint compressive strength)剪切强度模型、随机场理论和非侵入式离散元数值试验,获取结构面抗剪强度参数变异性指标的方法。将此方法应用于某隧道进口段岩质边坡可靠度评价中,研究发现:(1)该岩质边坡主控结构面粗糙度纵坐标方差为0.012 5 cm2,相关距离为0.75 cm,生成的随机粗糙度曲线与实测样本相似;(2)结构面黏聚力和内摩擦角均值分别为0.427 MPa和54.9°,标准差分别为0.229 MPa和4.47°,变异系数分别为53.63%和8.14%;(3)此边坡稳定性系数服从正态分布,失稳概率为2.8%,可靠度为1.52。

预固结对长江漫滩相软土抗剪强度的影响研究

固结快剪试验是获取软土固结不排水抗剪强度的重要方法,长江漫滩相软土具有压缩性高、孔隙比大、含水率高、渗透率低、固结时间长等特点,严重影响了软土固结快剪试验的生产效率。为研究预固结对长江漫滩相软土抗剪强度的影响,并探索提高漫滩相软土固结快剪试验效率的方法,以南京长江漫滩相软土为研究对象,制定了预固结-卸载剪切、正常固结剪切、预固结-卸载-再固结剪切3种试验方案,开展了一系列固结和剪切试验。试验研究表明:长江漫滩相软土是一种前期固结迅速,后期固结稳定缓慢的软土;固结25 min时固结度可以达到95%,而完全固结稳定需要5~8 h;软土抗剪强度均随固结度U的增加呈增大趋势,其增长速度逐渐减缓,各荷载条件下抗剪强度随U提高的增长幅度基本相同;当固结度为70%~80%时,其抗剪强度达到完全固结时的90%~95%。研究成果可为软土固结快剪试验的方法改进提供参考。

降雨型滑坡抗剪强度参数反演研究

以三峡库区树坪滑坡为例,在综合分析降雨型滑坡位移变化特征与降雨量动力因素关系的基础上,根据灰色关联理论,提出了一种确定边坡抗剪强度参数的综合反演测定计算方法。该方法克服了传统测定方法试验样本数量偏少,以少量样本试验结果代替边坡整体抗剪强度参数取值及试验成本高的局限性,且操作步骤易于实施,计算成本相较于其他测定方法低。通过计算可以获得边坡的抗剪强度参数的取值,此计算结果更能代表边坡整体参数取值,并验证了该方法对降雨型滑坡抗剪强度参数的真实性与可行性。

基于极限抗剪强度改进的压实填方边坡稳定性评价方法研究

压实度是影响填方边坡稳定性的重要因素,为了分析不同压实度下填方边坡的稳定性,设计了不同压实度下填方边坡工况,分析并建立了压实土体本构关系模型,基于有限元强度折减理论,分析了变形破坏趋势,确定极限抗剪强度。采用Bishop方法计算土条两侧的作用力,在不考虑土体侧向变形的情况下,计算得出边坡稳定性系数和填土外加应力作用下导致的沉降变形值,根据计算结果提出了填方边坡稳定性防护对策。结果表明:所提出的分析方法能够准确分析出填方边坡变形情况,有效降低了稳定性分析误差,并且将其应用于实际填方边坡稳定性分析中,具有实际应用意义。