黄土滑坡滑带土的蠕变特性

从陕西泾阳泾河南塬11个新近发生和临滑的黄土滑坡不同深度位置采取原状土样,根据滑坡所处的地质环境和灌溉水诱发条件,按不同应力水平和不同含水率情况,分别对滑带黄土和古土壤进行了三轴蠕变实验和直剪蠕变实验,获得了该类滑带土的蠕变特性:蠕变形变均包含等速蠕变、加速蠕变和蠕变破坏3个阶段,但从加速蠕变到蠕变破坏均历时短暂;滑带土均表现为塑性破坏特征;滑带土发生蠕变破坏时对应的应变量ε基本在10%以下,随着含水率的增加,蠕变破坏相应的应变量也随之降低;而直剪蠕变在不同含水率下的破坏应变量都在4%以内;历时(t>0 min)的应力–应变等时曲线族几乎为一束曲线簇,均具有"归一化"现象,反映出该区滑带土具有良好的一致的蠕变变形特性。讨论了滑带土蠕变特性与边坡失稳时间预报模型之间的内在联系,为黄土滑坡的临滑预报作了实验研究和理论探讨。

结构性软土的黏滞系数

黏滞系数是表征土的蠕变和流动特性的重要指标。对黄石、漳州、青岛地区结构性软土进行电子显微镜扫描、颗粒分析、X衍射试验和化学分析试验,测试结果表明,软土的粒度成分、矿物成分、物理化学性质、结构类型对黏滞系数影响较大。软土蠕变过程中,结构单元体发生定向排列或产生滑动,其相对运动使结合水的黏滞性反映出来,进而引起黏滞系数的变化。进行直接剪切蠕变试验,并通过陈氏法处理蠕变试验数据。试验结果表明,黏滞系数随剪应力的增加达到峰值,固结压力越大,峰值体现越明显,峰值对应的剪应力也越大,这主要是微观结构随剪应力增大逐渐破损所引起的。固结压力增大,结合水膜厚度变薄,土颗粒间连接力增强,黏滞系数也随之增大。用不同固结压力下黏滞系数峰值对应的剪应力代替临界抗剪强度,提出了一个新的求取长期强度的方法,并通过试验数据验证了方法的正确性。该研究有助于进一步认清蠕变机制,对修正或建立较为符合实际的本构模型有一定意义。

对改进西原模型的再认识

从岩石的物理变形机制出发,对改进西原模型的物理意义进行了理论探讨,得出改进西原模型蠕变变形机制是一个强化作用有限发挥、弱化作用累积的过程的结论.分析表明:改进西原模型能够描述简单应力状态下不同应力水平的岩石蠕变特性曲线,在同一应力水平下,可以用蠕变加速度作为判定模型的稳定性判据;将改进西原模型用于直剪蠕变试验,需考虑有效法向应力对长期强度极限的影响,用于三轴蠕变试验,需考虑长期强度极限与围压的关系;对于应变局部化问题,采用改进西原模型必须考虑黏性效应与其他正则化机制的耦合作用.

基于蠕变试验及Burgers模型参数分析的三趾马红土长期强度确定

为了确定重塑三趾马红土的长期强度,首先利用改进的直剪蠕变仪,对甘肃陇东地区三趾马红土进行了剪切蠕变试验,得到了三组固结压力下蠕变曲线。在对各级固结压力蠕变曲线的Burgers模型拟合参数分析的基础上,提出了利用Burgers模型参数中的Maxwell体的黏滞系数与相应的剪应力加载等级之间曲线的最大曲率点确定三趾马红土的长期强度的方法,得到了三趾马红土的长期强度。通过与过渡蠕变法及等时曲线法确定的长期强度值对比,表明基于Burgers拟合参数分析的三趾马红土的长期强度确定方法较为合理。提出的长期强度确定方法及试验结果可对黄土地区受三趾马红土层控制的滑坡的稳定性评价及工程防治提供参考。

温度对可回收沥青路面填料蠕变特性的影响

为了研究温度对可回收沥青路面填料蠕变特性的影响,开展温度分别为0、20、35℃的直剪试验及直剪蠕变试验,并通过修正土的三参数经验模型,建立考虑温度影响的可回收沥青路面挡墙填料蠕变方程。结果表明:可回收沥青路面填料的黏聚力随着试验温度的升高而线性减小,当竖向应力相同时,试验温度越高,则可回收沥青路面填料抗剪强度越小;当蠕变时间和剪应力比相同时,试验温度高的剪应变随时间的对数变化曲线均位于试验温度低的曲线上方;在较大剪应力比和较高试验温度工况下,可回收沥青路面试样容易发生蠕变破坏,表现为剪应变和蠕变速率快速增大。

泸定大渡河桥康定岸重力锚边坡长期变形与稳定性分析

悬索桥重力式锚碇边坡的长期变形与稳定性是影响该类桥梁结构正常使用的一个关键要素。为合理讨论这一问题,以泸定大渡河桥康定岸重力式锚碇边坡为例,首先开展了现场边坡土体剪切、压缩试验,通过三维弹塑性数值模拟方法确定坡体应力场,基于此确定直剪蠕变试验加载条件,进而针对主要由冰碛土构成的该坡体,进行直剪蠕变试验,根据试验结果揭示的土体蠕变特性随时间逐渐减弱的特征,结合Mohr-Coulomb强度准则,采用Burgers体与广义Kelvin体组成的两时段蠕变本构模型进行锚碇边坡的黏弹塑性分析。考虑锚碇发挥正常使用功能的要求,提出了特征点(散索鞍点)位移容许值判据,将强度折减法扩展应用于黏弹塑性坡体的长期变形与稳定性分析。实例分析表明,该锚碇在正常运营100a时散索鞍点朝河侧水平位移为13.91 cm,在正常使用极限状态的条件下,锚碇边坡的长期稳定系数为1.71。

基于直剪试验的土体变形时间效应及状态类别分析

开展了不同剪应力水平下土体剪切位移的时间效应特征分析,提出了随剪应力水平增加,土体变形状态对应呈现快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏4种演化类别。通过粉质黏土蠕变直剪试验,对不同压实度下与剪应力水平相对应的土体剪切位移时间效应的4种状态类别进行了研究。采用幂函数拟合剪切位移时间历程试验数据,将幂次值作为划分变形状态类别的理论判据,基于幂次值与剪应力水平对应关系的曲线形态特征,得到了土体4种变形状态对应的3个剪应力水平阈值,提出了基于Coulomb强度公式表达的相应变形状态强度参数及其与极限状态强度参数的关系式。针对高速铁路无砟轨道路基工后沉降控制须满足毫米级变形的特殊要求,明确了应将土体变形时间效应控制于快速稳定状态作为路堤填料选择及压实标准的设计原则和技术条件。所得成果对构建高速铁路路基土工结构变形状态控制设计技术提供了理论和试验依据。

流变物质含量及其分布对软土蠕变特性影响的试验研究

采用改进的直剪蠕变仪,在相同试验条件下完成7组含有机土、石英和长石不同重量百分比及不同分布形式试样蠕变特性的测试。获得试样平均黏滞系数与流变物质含量及尺寸的关系;探讨流变物质含量及其分布形式对软土蠕变特性的影响。试验结果表明,土体平均黏滞系数随着流变物质尺寸减小及空间分布均匀性增加而减小,且存在一临界值;流变物质含量比例对蠕变特性影响显著,平均黏滞系数随着有机质含量的增加近似呈线性减少;当土体中流变物质尺寸小于临界尺寸时,即流变物质分布达到一定均匀性时,土体蠕变特性仅与流变物质含量、性质有关,而与其形状、分布形式无关。