黄土结构性对挡土墙土压力的影响分析

天然黄土一般具有结构性,结构性的存在使得土体在力学和变形特性等方面呈现出不同的变化规律。基于对黄土结构性的研究和真三轴试验,利用改制的平面应变仪,对黄土在平面应变条件下的应力应变规律及其结构性的影响进行了研究分析。提出了平面应变条件下结构性对黄土力学和变形特性影响的适用表达式。土压力计算是挡土墙设计中重要考虑的问题,将结构性引入其计算中,更加真实合理地反映墙体的受力状态。研究结果表明:在考虑土体的结构性影响时,墙后的主动土压力和墙底的被动土压力相比于不考虑时都有明显不同的变化。表现为总主动土压力变大,作用点下移;总被动土压力变小,作用点上移。

黄土结构性分析及新认识

通过对黄土结构性及其对黄土力学特性影响的深入分析,认为黄土颗粒之间的力有联结力和摩擦力两种。联结力属于短程力,包括化学胶结力、土颗粒间的分子引力、薄膜水和毛细管水产生的吸力,这些力形成了黄土的联结结构强度。摩擦力属于远程力,是土体受力时土颗粒之间有相互错动、移位、重新排列的运动或趋势时才产生的阻止土体变形的力,包括颗粒之间的摩擦力和咬合力,这种力形成了黄土的摩擦结构强度。黄土的结构强度就是由联结结构强度和摩擦结构强度组成的。提出了黄土联结结构强度、摩擦结构强度、压密强度等的定量化概念。

基于强度条件的黄土结构性动力试验研究

土体结构是其强度、变形的内在的决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于强度条件的黄土动力结构性参数即联结结构动力强度势参数mγd1、摩擦结构动力强度势参数mγd2以及结构动力强度势参数mγd,并通过黄土的动扭剪试验研究黄土结构性及基于强度条件的黄土动力结构性参数的变化规律,揭示含水率、固结压力、动剪应变对黄土结构性的影响,并对所提出的基于强度条件的黄土动力结构性参数的合理性进行讨论。

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。

不同地区黄土湿陷性和结构性综合分析

对甘肃省兰州市、陕西省杨凌区及河南省巩义市3个采样地黄土进行侧限压缩试验,分别求取了它们在不同含水率下的湿陷系数和结构性参数,较好地揭示了黄土湿陷和结构的变化特性。结果表明,从重塑黄土、原状饱和黄土压缩曲线的相对分布位置可以直观看出黄土的联结和排列特性对黄土结构性的贡献作用和影响;黄土结构参数在前期随含水率变化较大且无统一变化规律,但超过一定压力值之后,结构性参数与湿陷系数随含水率变化分布规律一致,即随含水率增大而减少;各个地方黄土分界点压力值随地域变化呈现出规律性变化;结构性参数在表示试验前期黄土结构变化方面要比湿陷系数灵敏有效。

三轴状态原状结构性黄土基质吸力特性研究

【目的】研究三轴应力条件下原状结构性黄土的基质吸力特性,为黄土的工程应用提供参考。【方法】通过常规三轴试验,研究采自陕西西安、甘肃定西、新疆石河子的黄土1、黄土2和黄土3 3种原状结构性黄土的构度指标,分析构度指标随含水率的变化关系及基质吸力随构度指标的变化关系。在不同湿度、不同围压条件下,通过非饱和土三轴仪对原状结构性黄土进行控制气压力的常含水率试验,分析饱和度、围压对基质吸力的影响,并揭示常含水率剪切过程中基质吸力的变化规律。【结果】原状结构性黄土的基质吸力和构度指标均随含水率的增大而降低,基质吸力随构度指标的升高而增大,表明黄土的结构性越强,基质吸力相对越大;在固结过程中,试样基质吸力随着围压的增大而逐渐降低;在试样剪切过程中,不同含水率试样基质吸力随轴向应变的增长表现出不同的变化规律,3种供试黄土含水率(w)小于塑限含水率(即黄土1w=13%,15%,黄土2w=15%,18%,黄土3w=11%,13%)时,试样基质吸力随着轴向应变的增加而增大,当含水率大于等于塑限含水率(即黄土1w=18%,23%,黄土2w=21%,24%,黄土3w=16%,20%)时,试样基质吸力随着轴向应变的增加而减小。在初始含水率引起的饱和度变化及试样剪切过程中引起的饱和度变化两种情况下,试样的基质吸力有着不同的变化规律,前者呈单调下降趋势,后者在含水率小于塑限时呈单调上升趋势,在含水率大于等于塑限时呈单调下降趋势。【结论】结构性黄土基质吸力特性与湿度、构度、围压、饱和度等多种因素相关;土样含水率在大于等于塑限与小于塑限时基质吸力有着不同的变化趋势。

考虑结构性的冻融作用对黄土湿陷系数的影响

结构性是黄土的基本属性,黄土的湿陷特性与其结构性之间有着必然的联系。针对冻融作用对不同结构性黄土湿陷性的影响,以水泥作为模拟土颗粒间的联结材料制备了人工结构性土,开展了不同水泥含量的人工结构性土与相应的原状土、重塑土的湿陷试验,分析了结构性、冻融作用、初始含水率、湿重度及荷载大小对湿陷系数的影响规律。试验结果表明:冻融前后,人工结构性黄土的湿陷系数均比原状土、重塑土的湿陷系数小,且随着水泥含量的增加,湿陷系数有所减小;冻融之后,各土样的湿陷系数几乎均有所增加,但增加的程度和土样初始结构、含水率、干密度(压实系数)及竖向荷载关系密切,尤其当含水率接近最优含水率和土样为重塑土或水泥含量较低的人工结构性土时,冻融后湿陷系数增大幅度显著。在标准荷载200 k Pa下,冻融前后原状土、重塑土的湿陷系数与其湿重度之间基本呈较好的线性负相关关系,而人工结构性黄土湿陷系数与湿重度之间并不呈线性关系;竖向荷载为50 k Pa时,重塑黄土和5%水泥含量黄土的湿陷系数与冻融次数之间存在着较好的对数关系。以水泥作为土颗粒间联结材料,制备的人工结构性土是否能很好地代替原状土反映结构性黄土的湿陷特性,还需更进一步深入研究。

黄土的结构性损耗度

【目的】构建一个描述黄土结构性损耗的参数——结构性损耗度,探讨结构性损耗度的变化规律,并分析结构性损耗度与湿陷系数的关系。【方法】通过分析黄土在荷载和水共同作用下的结构性演化过程,构建结构性损耗度参数,并对甘肃兰州、陕西杨凌两地黄土进行不同含水率条件（5%,12%,18%,26%,33%）下的侧限压缩试验及湿陷性试验,计算结构性损耗度和湿陷度。【结果】土体结构性损耗度大小变化为0~1。结构性损耗度与湿陷系数呈负相关,湿陷度与湿陷系数之间呈正相关。兰州黄土的湿陷度变化为0.003~0.043,杨凌黄土的湿陷度变化为0.001~0.039。【结论】黄土的结构性损耗度随含水率的增大而增大,湿陷系数与结构性损耗度呈负相关。

非饱和黄土结构性的试验研究

本文通过原状土样、重塑土样和人工结构性土样的静力学试验对黄土的结构性作了进一步探讨。首先,在对黄土结构性及其形成机理分析的基础上,用水泥作为粘结材料制成人工结构性土样,通过三轴压缩对原状土样和人工结构性土样的结构性进行了研究,了解了结构性黄土的变形特征,说明了人工制备结构性土样用于试验的可行性。

考虑黄土结构性的浅埋隧道松动压力极限分析

隧道围岩松动压力值是隧道设计计算的重要参数之一,而黄土区浅埋隧道的围岩松动压力计算必须考虑黄土强度的结构性特点。首先针对现有描述强度参数和结构性参数的方法存在的问题,引入结构性发挥度的概念,对黄土强度描述方法进行了改进。根据黄土区浅埋隧道的工程特点,构建出浅埋黄土隧道的破坏模式。在此基础上,引入考虑黄土结构性发挥度的强度,基于改进的摩尔-库伦准则和极限分析上限法,导出了浅埋黄土隧道上覆松动围岩压力计算公式,并通过Matlab算法求得了最优上限解。将计算值与现场试验值进行了对比。分析了相关参数对隧道松动支护压力和破坏模式的影响规律。黄土在不同含水量和围压下的应力应变关系表明:黄土的抗剪强度指标黏聚力和结构性发挥度之间近似呈线性关系,而内摩擦角基本不随结构性发挥度的变化而变化。对比分析结果表明:浅埋隧道围岩松动压力受黄土的结构性发挥度影响明显,其随结构性发挥度的增大而减小;该值随着隧道埋深和围岩重度的增加而线性增长,但随着侧压力系数的增加,松动围岩压力呈非线性减小的趋势,且减小趋势先快后慢,这说明前期侧压力系数的变化对支护压力影响更大;计算值与实测值吻合良好,验证了该方法的可行性。

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。

黄土的结构性及其结构强度特性研究

对黄土的结构性及其形成机理进行分析 ,并通过人工方法制备了水泥结构性黄土试样 ,研究了原状黄土及水泥结构性黄土的结构强度特性。

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。

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。

结构性对原状黄土强度影响规律的真三轴试验研究

岩土材料的强度问题一直是岩土力学研究的热点。在对多种不同结构性原状黄土的真三轴试验基础上,分析了不同结构性原状黄土的强度变化规律。结果表明,当含水率较低时,干密度变化对结构性原状黄土的强度影响较大于含水率的变化,反之,含水率变化对结构性原状黄土的影响大于干密度的变化;当结构性黄土的强度越大时,其在π平面上的破坏线越接近于抹圆曲边三角形;反之,当结构性黄土的强度越小时,其在π平面上的破坏线越接近于抹圆角三角形;结构性黄土随着结构性的增大,在π平面上的强度破坏线从抹圆角三角形逐渐向抹圆曲边三角形发展,最终趋近于Mises圆。各种原状黄土的摩擦角φ13随中主应力比b值的增大而微弱减小,而内凝聚力c随着中主应力比b值的增大呈现先增大后减小的变化。

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。

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。

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。

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。