基于Weibull分布的高温结构性黄土统计损伤本构模型

能源桩是利用地热能的一种新型建筑节能技术,工作时会使桩周土温度发生变化,在黄土地区施作时,会直接影响黄土结构性,进而影响黄土的力学特性,因此研究变温条件下结构性黄土的变化规律具有重要意义。通过对不同温度下结构性黄土进行三轴剪切试验和核磁共振试验,研究温度对结构性黄土变形和强度的影响;基于现有黄土统计损伤理论,假定黄土微元强度服从Weibull分布,利用应变等效性假说,构建了结构性黄土在高温作用下的统计损伤本构模型;利用室内试验对该模型进行验证。结果表明:Weibull分布参数m和F 0影响结构性黄土损伤本构模型的曲线形状;建立的黄土统计损伤本构模型能够很好地反映结构性黄土颗粒骨架的损伤,有效预测结构性黄土在剪切作用下的结构损伤变形。研究成果可为后续的工程建设提供理论基础。

结构性黄土的各向异性临界状态模型

本文在结构性类修正剑桥模型的基础上综合考虑了天然黄土的结构性及其演化规律、初始各向异性特征,建立了适用于天然黄土的临界状态本构模型。从能反映土体结构性的类修正剑桥模型出发,通过在屈服面、硬化准则以及临界状态描述方面引入各向异性参数,以此来反映天然黄土的各向异性特征。进一步地采用非相关流动法则推导出了饱和天然黄土的临界状态本构模型。本文模型共有9个参数,与传统的修正剑桥模型相比,增加了3个反映结构性的参数和1个各向异性参数,其均可通过常规三轴试验确定。通过选取不同地区黄土试验结果对比,表明所建立的本构模型能够较好地描述饱和天然黄土的结构性和各向异性特征。

基于结构性黄土抗拉和抗剪特性的双线性强度及其应用

通过试验研究了结构性黄土的抗拉强度,然后结合抗拉强度和抗剪强度的试验结果建立了适用于结构性黄土的双线性强度公式,通过研究结构性土体在拉剪应力区域的破坏应力修正算法,并将其纳入到边坡稳定性分析计算中。研究结果表明:在结构性黄土边坡稳定性计算中直接采用Mohr-Coulomb强度公式计算会高估土体抗拉强度的影响,使得计算结果偏大,而忽略结构性黄土的抗拉强度时又会使得计算结果过于保守,采用基于抗拉和抗剪特性的结构性黄土双线性强度公式可以较为合理地评价结构性土体抗拉强度的作用。

考虑初始结构性参数的结构性黄土边坡稳定性评价

针对应力比结构性参数存在的问题,建立了结构性黄土初始结构性参数与含水率、围压之间的关系,在变形过程中建立了更为合理的结构性参数与广义剪应变的关系,并将其引入结构性黄土的强度理论中。在此基础上,通过数值计算对边坡结构性参数分布的变化规律及潜在滑动面的确定进行了评价。研究结果表明:建立的初始结构性参数可以反映黄土边坡的结构性参数初始分布场;结构性参数变化的上限是初始结构性参数,下限为结构性完全丧失后的结构性参数,且其值等于1.0;在结构性黄土边坡稳定性分析中,通过结构性参数的分布规律可在一定程度上确定边坡的潜在滑动面,但仅适用于塑性区域呈明显的带状集中分布的情况。

人工制备结构性黄土的真三轴试验研究

研制一种室内制备人工结构性黄土的方法,在改进原真三轴仪的不足的基础上进行人工制备结构性黄土的真三轴试验研究。结果表明,人工制备结构性黄土的方法合理可靠。同时,分析了结构性黄土在复杂应力条件下的破坏强度及残余强度变化规律,当固结围压小于结构性黄土的结构强度时,土的应力-应变曲线为软化型,反之则为硬化型;Mohr-Coulomb强度准则在描述结构性充分发挥后的残余强度时变化规律较好,在描述峰值破坏强度时则明显偏小,存在较大误差。

结构性黄土二元介质本构模型在局部化剪切带中的应用

基于破损力学理论,将结构性黄土抽象成具有一定结构强度的结构块和摩擦带组成的二元介质模型。对结构性黄土体来说,局部化剪切带问题也是土体的破损问题,剪切带萌生发展的实质就是结构块向摩擦带转化的动态过程。应用结构性土的双参数破损率二元介质本构模型,采用数值分析方法模拟了平面应变压缩条件下结构性土中局部化剪切带萌生、扩展的过程,研究了不同缺陷方案下局部化剪切带的形态、特性与规律,发现结构性土中局部化剪切带的发展起初是由一段段不连续的微小局部破坏区域在外荷载逐步作用下渐进扩展连接贯通而形成整体剪切带的破坏形式。二元介质本构模型和常规有限元的结合,形象生动地再现了局部化剪切带萌生、发展的过程。

湿载耦合条件下结构性黄土的压缩变形模式研究

对不同含水率的杨凌、青海结构性黄土进行压缩试验,依据变形等效原则,用同一固结孔隙比下非饱和黄土与相同干密度饱和黄土的应力之差定义了结构流体等效应力,提出了压缩应力条件下结构性黄土的有效应力原理。探讨了结构流体等效应力与饱和度(含水率)及应力之间的关系,发现含水率较低时黄土的结构流体等效应力与应力之间呈线性关系,并基于此结构流体等效应力,提出了湿载耦合时结构流体等效应力的表达式。依据压缩应力条件下结构性黄土的有效应力原理,引入能够反映结构性变化的结构流体等效应力,在饱和黄土压缩曲线的基础上建立了结构性黄土压缩曲线模式,根据此模式可以确定湿载耦合时的总应力压缩曲线和有效应力压缩曲线,计算结果与试验结果吻合较好,为计算其增湿湿陷变形提供了一条新的途径。

剪切速率对结构性黄土力学性状的影响

天然原状黄土一般都具有结构性,其变形过程必然伴随着结构的破坏。而工程中由于施工速度的不同,黄土的强度特性也不完全相同。因此,为了全面认识结构性黄土的力学特性,以天然结构性黄土为研究对象,并考虑剪切速率的影响是十分必要的。通过结构性黄土三轴试验研究,发现结构性黄土具有独特的剪应变速率力学效应,"应变速率软化"现象同样存在于结构性黄土中;其CU剪切强度和凝聚力c随剪应变率的增大而呈现先增大后减小的特征,存在临界速率现象,而内摩擦角随剪切速率的增大基本上呈线性减小的趋势。

结构性黄土的双曲线强度公式及其破坏应力修正

抗剪和抗拉强度是结构性土体力学特性的两个方面。通过试验研究了结构性黄土原状土和重塑土的抗拉和抗剪强度。结合抗拉和抗剪强度的试验结果,建立了适用于结构性黄土的双曲线强度公式,进一步研究了相应的破坏应力的修正算法,并将应力比结构性参数引入到结构性黄土的双曲线强度公式中。研究结果表明,建立的结构性黄土双曲线强度可以克服在Mohr-Coulomb强度理论中夸大了的土体抗拉强度缺陷,可为结构性黄土地区的工程灾害评价提供更加切合实际的强度理论。

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。

结构性黄土湿陷性指标室内测定方法的探讨

对黄土湿陷性指标的室内测定，国内外都借助标准压密仪，采用单线法或双线法进行。由于多种原因，我国各部委编制的试验规程，对采用何种方法，意见尚未统一。本文首先从人工制备结构性黄土的试验成果出发，讨论了黄土的湿陷线问题，认为非饱和结构性黄土存在湿陷线，且该线与饱和结构性黄土的压密曲线重合。从而说明在此简单应力路径下，单线法和双线法是等价的。接着，从日本大阪海成粘土不同室内压密方法得出的试验结果出发，就天然结构黄土，探讨了常规标准压密试验方法的不足，提议采用等应变压密双线法，来测定结构性黄土的湿陷性指标，从而有利于实际工程应用。

结构性黄土渠道浸水变形离心模型试验有限元分析

应用非饱和黄土的结构性模型 ,采用考虑渗流与变形偶合作用的方法 ,编制了能够模拟非饱和黄土结构性及湿陷性的平面有限元程序 ,并对非饱和结构性黄土渠道模型离心试验进行了有限元数值模拟。有限元计算结果和模型试验结果非常接近 ,并且两者的规律性也相同 。

高填方下覆结构性黄土次固结特性研究

研究结构性黄土的次固结特性及机制,已成为黄土高填方地基工后沉降计算和控制的有效手段。本文通过对结构性黄土的压缩试验,研究了其次固结特性及变形机制,建立了描述次固结系数时间效应的关系式。试验结果表明,结构性黄土存在明显的次固结效应;荷载-次固结系数曲线(P-Cα)表现出先增加后减小,最终趋于稳定; Cα峰值对应荷载大于Pc,且高荷载将不是次固结系数的主要控制因素;在岩土破损力学框架内,分析了荷载、含水率对次固结系数影响的机制;水对土颗粒胶结作用的弱化使得高含水率结构性黄土的P-Cα曲线只呈现下降段和稳定段;建立了一种描述次固结系数时间效应的关系式,可对计算高填方下覆原有黄土地基的工后沉降提供帮助。

结构性黄土劈裂注浆力学机理分析

为了在塑性力学与大变形理论基础上分析黄土地区劈裂注浆力学机理,将注浆初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,将孔周围的土体应力分布分为3个区域:弹性区、塑性区及破坏区。结合结构性黄土修正剑桥模型,在弹性区采用小变形理论,在塑性区、破坏区采用大变形理论。根据应力平衡方程、应力应变连续边界条件,推导了考虑排水和大变形时塑性区、破坏区半径及竖向、水平劈裂注浆压力的理论解答,最后结合工程算例进行论证。结果表明:该解答综合考虑了黄土的结构性参数、压缩模量、泊松比、内摩擦角、塑性破坏参数、剪胀系数、扩孔形式k及屈服准则等因素;同时,还分析了浆泡周围土体的应力应变分布解及在参数影响下的递变规律;经对比分析发现,该文的劈裂注浆压力理论计算值与工程实测值比较接近,初步证实了理论的可靠性,在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值。

结构性黄土吸力的试验研究

利用轴平移法量测吸力技术 ,进行了等吸力三轴剪切试验 ,研究人工制备结构性黄土吸力与周围压力的关系 ;利用土吸力量测仪进行了原状结构性黄土吸力的量测 ,研究了结构性黄土吸力随含水量及饱和度的变化关系 ,随着三轴剪切试验的周围压力的增大 ,吸力逐渐减小 ;原状结构性黄土的含水量 (饱和度 )对吸力有显著的影响 。

非饱和结构性黄土双轴湿陷试验的离散元分析

为了分析结构性黄土在复杂应力路径(非侧限压缩路径)下浸水和加荷的次序对黄土湿陷变形的影响以及探讨黄土在双轴剪切和浸水时粒间胶结破坏行为,本文应用分层欠压法制备出非饱和结构性黄土离散元试样,进行了单线法(不同增湿路径:一次增湿、逐步增湿)和双线法双轴数值湿陷试验。结果表明:单线法在某偏应力水平下浸水所得轴向湿陷应变大于双线法;当增湿偏应力大于增湿后试样的强度时会产生湿陷破坏。逐步增湿引起的体积变形小于一次增湿试验;逐步增湿比一次增湿胶结破坏点数量少。

饱和结构性黄土不排水柱孔扩张问题弹塑性解

为导出饱和黄土中不排水柱孔扩张问题严格解,采用结构性黄土修正剑桥模型描述黄土力学特性。在弹性区采用小变形假设求解孔周土体应力与变形,同时将塑性区柱孔扩张边值问题转化为3个以应力分量为基本未知量的一阶非线性常微分方程求解问题。以弹塑性界面上应力分量作为初始条件求解控制方程,得到孔周塑性区应力分布,然后对径向平衡方程积分求得孔隙水压力。通过算例分析验证了该方法的正确性。结果表明:退化解与已有数值解完全吻合,并且黄土结构性对孔周应力、超静孔压以及弹塑性半径等影响显著。

结构性黄土抗拉抗剪的双曲线强度公式推导

为能全面考虑结构性黄土的抗拉抗剪特性.通过抗拉强度、单轴抗压强度和常规三轴剪切强度等三种试验,针对结构性黄土的应力路径和强度破坏线进行分析.基于全面而合理地描述结构性黄土强度的抗拉强度特性和抗剪强度特性的观点,建立一种能综合考虑抗拉特性和抗剪特性的结构性黄土双曲线强度理论公式,并通过一系列数学推导证明了双曲线强度公式的理论正确性.研究表明:新建立的结构性黄土双曲线强度理论公式能较为有效、合理地反应结构性黄土的抗拉、抗剪特性.

人工制备结构性黄土抗拉强度研究

近年来,随着西部经济的快速发展,基础设施的大量建设,黄土由于拉伸破坏而造成的灾害越来越多,使得人们认识到研究黄土抗拉强度的重要性。通过对人工制备结构性黄土的抗拉强度试验,研究了含水率、干密度对黄土抗拉强度的影响规律及机理。试验结果表明,结构性黄土抗拉强度最大值出现在最优含水率附近处,抗拉强度随含水率的增大先增加后减小;随着干密度的增大,抗拉强度表现出一直增大的趋势;结构性黄土受拉时主要表现为脆性破坏;含水率及干密度主要通过改变颗粒间滑动摩擦力、黏聚力等作用,进而影响土体抗拉强度。

考虑中溶盐作用下的结构性黄土强度准则

以西安地区Q_2~(eol)黄土为研究对象,采用室内试验和理论研究的方法探究以CaSO_4为代表的中溶盐含量对原状黄土结构性强度的影响。通过对4种不同含量(0、0.476、0.952、1.904 g/L)的CaSO_4溶液饱和下的黄土试样进行不同围压(50、100、200、400 kPa)的三轴固结不排水剪切试验,测定并分析结构性黄土试样强度的变化规律。结果表明,该土样的应力-应变关系曲线均呈硬化型,且在同一围压作用下,黄土强度随中溶盐含量的增大呈先快增再缓增的趋势。基于岩土体的二元介质模型,对结构性土体的强度准则进行修正,得到与中溶盐含量相关的剪切抗力分担率参数,建立了适用于西安地区考虑中溶盐含量的结构性黄土强度准则,为具有该特性的黄土区域建设提供参考。