胶结土改性分散性土冻融特性与微观机理研究

利用胶结土对堤防工程筑堤分散性土进行改性,通过分散性鉴定试验、冻融循环试验、无侧限抗压强度试验及SEM扫描电镜试验,分析了改性效果,揭示了冻融循环对土体无侧限抗压强度的影响规律,并给出了改性机理。结果表明,胶凝材料总用量6%,双掺石灰、粉煤灰和三掺水泥、石灰、粉煤灰两种改性方案可有效抑制土的分散性,转变为非分散性土;胶结土的应力-应变曲线均为应变软化型,破坏应变在2%以内,无侧限抗压强度提高2.5~4倍;胶结土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低,相比分散性土降低幅度明显减小;胶结土中石灰、水泥水化反应形成的胶结网络增加了土颗粒间的联结力,粉煤灰起到物理充填作用提高土体密实度,宏观表现为无侧限抗压强度的提升,有效抑制冻融循环对土体强度的衰减。

块石含量及形状对胶结土石混合体力学性能影响的大型三轴试验

胶结土石混合体在自然界中分布广泛,为了揭示块石含量和块石形状对其力学特性的影响,开展了一系列室内大三轴试验研究。首先,通过掺有一定量水泥的土石混合体试样与未掺水泥的试样进行对比,以论证土石混合体有必要进一步划分为胶结土石混合体和无胶结土石混合体。然后,针对胶结土石混合体设计并进行了不同块石含量和块石形状的对比试验。最后,对胶结土石混合体力学特性的块石含量和块石形状效应进行了分析探讨。结果表明:水泥掺入比为3%的土石混合体试样较未掺水泥的试样强度和模量均有大幅提高,有明显的应变软化和局部化剪切带;在给定条件下,胶结土石混合体的峰值强度和脆性指数均随含石量的增加而减小;当含石量为40%时,块石为碎石的胶结土石混合体试样与块石为卵石的试样相比峰值强度略低,而残余强度略高;而当含石量为70%时,无论是峰值强度还是残余强度,块石为碎石的试样均比块石为卵石的试样大,围压较大时尤为明显。

一种天然胶结土粘聚力的微观本质

利用人工合成的针铁矿胶结高岭土的微观胶结机理和模型，计算了天然针铁矿胶结的贵州红粘土的粘聚力的理论值，其结果与用传统的土力学的方法实测的数据完全一致，揭示了该天然胶结土粘聚力的微观本质。

隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究

基岩断层错动引起上覆土体变形,互层胶结土体中断层破裂机制认识不足,隐伏裂缝影响规律掌握不明确。基于4个离心机试验,针对黏土与砂土构成的9层互层土,对比土体胶结特性和隐伏裂缝上断点埋深影响。试验结果表明,正断层错动影响下,互层非胶结土体受剪切作用发生变形破坏,在断层上方形成一倒梯形分布的不均匀沉降区,并形成集中剪切带。当不均匀沉降传至地表时,顶层非饱和黏土层形成地表张拉破裂。而互层胶结土则观测到受弯变形破坏,从而产生剪切破裂和张拉破裂。其中,地表张拉破裂的深度远大于互层非胶结土体的观测结果。互层胶结土中,随着隐伏裂缝上断点埋深的增加,由上断点扩展形成破裂的倾角随之增加,地表破裂向上盘一侧偏移。

海洋环境下人工胶结土长期动力特性研究

近年来,随着我国对海洋领土的开发,如人工造岛计划的实施,加强了对海洋资源的利用。然而海洋恶劣的气候环境、海水对岛上结构基础地基的腐蚀,对近海结构的耐久性提出了严峻的挑战。本文重点关注利用胶结材料—水泥对砂性地基处理后,地基在海水条件下动力特性的演化,将利用动三轴和共振柱试验获得全应变范围内不同侵蚀时间对人工胶结土的动剪切模量和阻尼比的影响,并对不同浸泡时间的动剪切模量给了拟合公式,同时,给出了预测水泥胶结土长期动剪切模量演化的经验公式,为工程设计提供参考。

大应变条件海水浸蚀下人工胶结土动力特性研究

随着海洋经济的发展,越来越多的近海设施出现,却对结构基础的耐久性提出了严峻的要求。本文将研究人工胶结土在海洋环境下长期动力特性的演化。本研究将利用动三轴试验获得不同浸蚀时间对人工胶结土的动剪切模量和阻尼比的影响。研究结果显示在海洋环境下,人工胶结土的水化反应受到严重的影响,动剪切模量比正常水环境下明显减小,而阻尼比比正常水环境下明显增大;试验还发现盐的结晶效应非常明显,尤其在干湿交替环境下,可能会对胶结作用形成破坏;在对饱和水泥土的动三轴试验发现随着浸蚀时间的增长,水泥土的抵抗液化的能力增强。结论显示水泥土改良软弱地基的能力强,也为工程设计提供参考。

三塘湖盆地胶结土的工程特性及其成因分析

综合论述了三塘湖盆地胶结土的形成原因,在野外勘察的基础上对其进行了原位测试及室内土工试验分析,查明了建设场地的岩土工程条件,为工程提供了准确的地基基础设计参数及合理的地基处理方案,结果表明胶结土工程性能较好,场地在采取一定的防排水措施保证地基不受水浸泡的情况下可采用天然地基,遇盐分较高或较软地层可采取局部换填方案。

粉土地基胶凝砂砾石堤防结构分析研究与工程实践

岷江龙溪口五一坝防护工程地基存在较厚的粉土层。根据地勘资料可知,地震条件下粉土会发生液化。研究在液化土层修建胶凝砂砾石堤防的地基换填处理方案,同时解决粉土承载力不够的问题。对粉土地基胶凝砂砾石结构进行分析,得出最优断面、最优换填方案以及换填后应注意止水连接及拉应力材料控制问题。

胶结碎石土的折线型强度准则研究

针对胶结碎石土在低正应力和高正应力下的表现的差异性问题,基于摩尔-库伦强度准则,根据胶结碎石土在屈服应力前后的摩尔-库伦强度线,提出了胶结碎石土的折线型强度准则,推导了强度准则参数与单轴抗压强度和抗拉强度的关系,通过单轴压缩试验和直接拉伸试验计算了强度准则参数,并与三轴压缩试验直接获取的强度准则参数结果进行比较。结果表明,计算值与试验值误差在合理范围内,折线型强度准则对胶结碎石土具有一定的适用性。

胶结土石混合体力学特性的块石形状效应细观机理分析

考虑块石形状为球体、正方体和长方体三种情况,通过正方体与球体相比较来探究块石不同棱角度对胶结土石混合体力学特性的影响,通过长方体与正方体相比较来探究块石不同球度对胶结土石混合体力学特性的影响.首先,基于不规则颗粒三维离散元精细模拟技术实现了正方体和长方体块石数值模型的建立;然后建立含石量为30%和80%的块石形状分别为球体、正方体和长方体的胶结土石混合体三维离散元随机结构模型;最后,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流数值模拟,获得了不同含石量、不同块石形状下胶结土石混合体的强度特征和变形特征,并分别就低、高两种含石量下块石形状对土石混合体力学特性影响的细观机理进行了深入地分析.结果表明:块石含量和形状均会显著影响胶结土石混合体的力学特性,并且两者间具有复杂的交互作用;微裂纹、块石颗粒平均旋转量、应变能和摩擦功等的演化规律能够很好地从细观水平上反映块石形状影响的作用机理.

胶结土力学特性与强度分析

通过对土料人工处理,可以使其力学特性和强度大为提高,从而有助于建筑物的兴建。通过添加不同含量的水泥,制备了人工胶结土样。然后进行了三轴试验来探讨胶结土的力学特性和强度特点,试验结果表明水泥含量不同导致的颗粒胶结对胶结土的应力—应变、孔压发展、体积变形特性和抗剪强度有很大的影响。最后建议了一个胶结土的抗剪强度表达式,并与实验结果进行对比,表明所建议的抗剪强度表达式具有较好的适用性。

菲律宾达沃地区胶结土的岩土力学分析

菲律宾达沃地区广泛分布一层胶结土,处于一种由土向岩转化的过渡状态,既有土的特征,也有岩的特征。从地形地貌、区域河流、地质构造及地震效应对沉积环境的影响着手,结合对胶结土的各项土力学与岩石力学测试指标,分析得出达沃地区胶结土为海陆交互相沉积成因,并与我国洞庭湖盆地、三溏湖盆地发育的胶结土进行对比,得出胶结状态可进一步分级的结论,并对胶结土的工程应用进行了探讨。

基于微观力学的胶结岩土材料破损规律离散元模拟

采用离散元法(DEM)研究胶结岩土材料在不同加载条件下的结构破损规律。首先,基于微观力学理论,考虑胶结岩土材料颗粒间胶结特性,给出表征结构性损伤的破损参数式。该式具有微观物理意义,但不能直接用于建立宏观本构模型。其次,采用二维离散元源程序NS2D模拟等向压缩、等应力比压缩以及双轴压缩试验,分析破损参数在不同加载条件下随宏观力学变量(体积应变和剪应变)的演变规律。最后,根据模拟结果提出破损参数数学表达式,其为大主应变的函数。研究结果表明:胶结强度、应力比以及围压均在一定程度上影响了数值试样的结构破损规律。在等向压缩和等应力比压缩试验中,容易用函数式描述数值试样破损参数随体积应变或偏应变的演变规律;而在双轴压缩条件下,由于数值试样有剪胀特性,破损参数随体积应变的演变规律则不易描述。建议的破损参数数学表达式能够较好地描述数值试样在不同加载条件下结构破损规律。

3种胶结岩土材料本构模型中破损规律的离散元验证

采用离散元法(DEM)对胶结岩土材料本构模型中的破损规律进行验证。首先,根据胶结颗粒间胶结特性,建立适用于胶结颗粒的微观理论;其次,基于该微观理论,给出3种经典胶结岩土材料本构模型破损参数的微观解释;最后,对数值试样进行等向压缩、等应力比压缩及双轴压缩试验的离散元数值模拟,并对比验证数值试样破损规律的模拟结果与本构模型的预测结果。结果表明:采用DEM对胶结岩土材料本构模型的破损规律进行验证是可行的。3种加载条件下,扰动状态模型假定的破损规律同模拟结果均较为一致;Nova模型在双轴压缩试验条件下的预测结果同模拟结果存在很大差异;而上负荷面剑桥模型假设的破损参数则不能很好描述上述加载条件下数值试样的破损规律。

不同应力路径下结构性土体本构模型研究

为了研究结构性土在外力作用下结构破损规律及本构模型,在岩土破损力学的框架内,基于细观尺度根据土颗粒在外力作用下的受力模型,建立了胶结土颗粒间变形的几何方程,同时结合结构性土破损的物理力学方程,推导了结构性土在外力作用下破损过程中应变集中系数c和胶结破损率λ的变化规律及本构模型,并讨论了土体模量E和土颗粒间的切向接触刚度ks对模型的影响。研究结果表明:c在荷载作用下随着应变增大呈减小趋势,且主要受ks的影响。λ在受力过程中随着应变的增大而增大,且主要受E的影响;不同的围压下对岩土体进行加载,剪应力呈增大趋势,其性质表现为硬化现象;若对围压进行卸载,剪应力呈先增大,后减小的趋势,岩土体的性质表现为软化现象。

多种应力路径下结构性土胶结破损演化规律离散元分析

结构性土体通常指粒间含有胶结的土体,可看成一种特殊的胶结颗粒材料,探明结构性土体的胶结破损演化规律是加深结构性土体宏微观力学性质认识及建立结构性土本构模型的关键。由于试验手段难以定量获取胶结破损信息,通过离散单元法分析了结构性土体的胶结破损演化规律。首先采用相对完备的胶结接触模型建立了结构性土体离散元试样,接触模型考虑了颗粒及胶结物质的抗转动和抗扭转作用以及胶结尺寸对刚度和强度的影响;然后开展了结构性土侧限压缩、等向压缩、等应力比压缩以及常规三轴和真三轴试验的离散元数值分析,再现了结构性土的主要宏观力学特征;在此基础上的胶结破损演化分析表明胶结破损参量B0演化具有明显的应力路径相关性,而新提出的破损参量Bσ应力路径相关性低,通过Bσ与等效塑性应变的指数函数关系,可以描述结构性土体的胶结破损演化情况。

高含石率胶结型土石混合体力学性能试验研究（英文）

本文基于单轴压缩以及共振频率试验,对多组不同特征的高含石率胶结型土石混合体试件进行测试,以探究其物理力学特性。试验结果显示,试件的动弹性模量与其单轴抗压强度、弹性模量以及含石率均存在显著的相关性。此外,试件的密度以及基质强度也与其宏观力学性能密切相关。因此,选取以上三项典型指标,对高含石率胶结型土石混合体的力学性能进行预测。除传统的回归分析手段以外,本文通过遗传算法对广义回归神经网络算法进行优化,并建立了相应的预测模型。预测结果表明,尽管多元回归分析相对于一元回归分析而言预测性能有所提高,但基于优化回归神经网络的预测结果更为理想。分别采用试验数据以及文献中的数据,证实了所建立的预测模型具有良好的适应性和理想的预测性能。

围压对胶结碎石土应力-应变关系的影响

文章为研究围压对胶结碎石土应力-应变关系和初始切线模量的影响,对胶结碎石土进行了最大围压为10 MPa的三轴压缩试验。试验结果表明:胶结碎石土在低围压下呈脆性破坏,在高围压下呈塑性破坏;随围压的增大,应力-应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变,存在一界限围压;初始切线模量随围压的增大而增大,与围压成幂函数关系。

水泥含量对固化土结构形成的影响研究

以粉砂土为研究对象,对水泥土抗压强度与水泥含量关系进行了试验研究,推导了水泥土结构形成过程中水泥浆包裹土颗粒和填充孔隙所分别对应水泥量的理论计算公式。在此基础上,对水泥含量不同时,水泥在固化土结构形成过程中所起不同作用及其与水泥土抗压强度增长规律相互关系进行了分析,提出固化土结构形成由固化剂胶结土颗粒与填充孔隙两部分构成。

酸性溶液浸泡下原状黄土物理力学特性试验研究

黄土中存在大量碳酸钙胶结物,该胶结物对黄土力学性状的影响很大。采用浓度为0.1,1和2 mol/L的盐酸溶液,开展了原状黄土试样的浸泡试验,测定了不同时间浸泡溶液中钙离子的浓度,开展了经不同时间浸泡土样的颗粒分析试验、固结试验及剪切试验,分析了酸性溶液浸泡下原状黄土力学特性及其变化规律。试验表明:黄土中胶结物主要是以粒径小于0.01 mm的颗粒存在,在酸性溶液浸泡作用下,土中钙质胶结物逐渐被溶蚀,试样中细小颗粒逐渐减少,尤其是颗粒直径小于0.005 mm的含量明显减少,浸泡液酸性越强,土体中钙质胶结物溶蚀的速度越快并且溶蚀得越充分。胶结物在土体中的作用主要是连接骨架颗粒,因此,胶结物对土体的黏聚力影响较大,而土体内摩擦角受胶结物溶蚀的影响不明显。经盐酸溶液浸泡后,试样的黏聚力随浸泡时间延长持续降低,浸泡60 d后,土体的黏聚力逐步趋于稳定。经0.1,1,2 mol/L盐酸溶液浸泡120 d后,试样的黏聚力分别降低约47%,63%,87%,且呈现出浸泡液酸性越强,黏聚力减少越多的情形。胶结物的溶蚀引起土体孔隙增加,压缩系数增大。随着胶结物的减少,土体的快剪应力–应变关系逐渐由应变硬化型向应变软化型转变。