非饱和Q_2原状黄土工程特性试验

为了研究非饱和Q2原状黄土的破坏形式、变形、强度和屈服特性,采用SJ-1A型三轴剪力仪改造的非饱和土三轴剪切试验测试系统进行了5组非饱和Q2原状黄土的三轴固结排水剪切试验。试验结果表明:非饱和Q2原状黄土在三轴条件下,呈剪切破坏,破裂角一般在55°～61°;非饱和Q2原状黄土在低围压下呈剪胀性,在高围压下呈剪缩性;随着围压增大,应力应变曲线由软化向硬化发展。此外,通过εv-q/p关系曲线可以较好的确定非饱和Q2原状黄土在各围压下的屈服应力(py,qy),且研究发现随着围压的增加,屈服偏应力qy与屈服球应力py呈对数关系。

陕西延安Q_2原状与重塑黄土抗拉强度对比试验研究

对陕西延安新宝塔山隧道Q2原状黄土和重塑黄土进行了不同加载速率的无侧限抗压与贯入抗拉试验,研究了加载速率对黄土抗压和抗拉强度的影响,同时研究了加载柱直径对重塑黄土抗拉强度的影响。结果表明:加载速率对抗压强度和抗拉强度的影响较大,抗压强度与抗拉强度均随加载速率的增大而增大,加载速率为1.0mm/min时其抗压强度和抗拉强度值均比较稳定。原状黄土的压拉强度比在10.24~13.68之间,重塑黄土的压拉强度比在18.3~19.9之间。Q2黄土的灵敏度随加载速率的变化范围为5.78~7.14,为灵敏性黏性土,具有较强的结构性。Q2原状黄土与重塑黄土抗拉强度比值在8.40~10.88之间。黄土抗拉强度与加载柱直径之间呈线性增长关系。研究可供土体抗拉强度试验参考,也可为土体抗拉强度试验方法的规范化和标准化提供基础数据。

陕西延安Q_2原状黄土抗拉强度试验研究

对陕西延安新宝塔山隧道Q2原状黄土进行了不同加载速率的无侧限抗压与贯入抗拉试验,研究了Q2原状黄土抗压与抗拉强度的影响因素。结果表明：加载速率对宝塔山Q2原状黄土抗压和抗拉强度影响较大,抗压强度与抗拉强度随加载速率增大而增大;高径比对抗拉强度也有较大影响,试验时当高径比控制在1.0左右时,高径比对宝塔山Q2原状黄土的抗拉强度影响相对较小,因此采用轴向压裂法测量黄土的抗拉强度时,高径比宜控制在1.0;在试验加载速率范围内,加载速率对宝塔山Q2原状黄土的压拉比影响不大,其压拉比在9.88-13.68范围内变化。

原状Q_2黄土三轴剪切细观结构演化定量研究

基于非饱和原状Q2黄土CT-三轴剪切试验得到的结构演化清晰的CT图像及CT数据,提出利用CT数随偏应力的关系确定屈服应力的新方法。基于CT数定义了结构性参数和结构演化变量;分析了结构演化变量与净围压和吸力的关系,相对于应变(包括偏应变和体应变),当吸力相同时,净围压越大,结构演化变量值越大;当净围压相同时,吸力越大,结构演化变量值越小。建立了非饱和原状Q2黄土三轴剪切过程的结构演化方程,该方程为结构演化变量与偏应变和体应变的关系,能同时反映净围压和吸力等对结构演化的影响。利用提出的结构演化方程对试验数据进行拟合,拟合结果较理想。

基于扰动状态概念的非饱和原状Q_2黄土本构模型

Q_2黄土是典型的非饱和土,具有明显的结构性和一定的湿陷性。在扰动状态概念基础上,建立了一个考虑细观结构演化的非饱和原状Q_2黄土本构模型,并通过试验建立了细观试验数据与土体宏观现象的联系,即通过CT-三轴试验过程中的CT数据表征和测定土样的扰动变量,从而得到结构性土体的扰动函数(结构演化规律)。模型中,以陈正汉等提出的非饱和土增量非线性弹性模型和修正Barcelona非饱和土弹塑性本构模型描述相对完整状态和完全调整状态,以CT-三轴试验为依据建立的扰动函数较为客观真实,从而使模型能更好地描述非饱和原状Q_2黄土的力学特性。模型包括土骨架变形与水量变化两个方面,可对加载过程和湿陷过程进行描述。模型参数均可由试验确定,且通过试验资料初步验证了模型的合理性。

蒲城原状Q_2黄土的渗气性质

对陕西蒲城原状Q2黄土的渗气性能进行了试验研究。试验分2组,第1组试验的土样进行加湿处理,提高初始饱和度,第2组试验的土样采用天然含水量,之后逐步风干脱湿2组试验的土样,当每组试验的试样风干至预定饱和度时,利用渗气测试系统测得不同进气压力作用下的渗气系数。试验结果表明,蒲城Q2黄土的渗气性质具有Klinkenberg效应(即进气压力会影响Q2黄土的渗气系数)。提出了考虑Klinkenberg效应和饱和度影响的渗气系数计算公式,讨论了该式在试验研究范围内的合理性,并指出蒲城Q2黄土渗气性质受进气压力的影响更大,反映饱和度影响的参数与孔隙水在土体结构中分布状态相关,不能表示为饱和度的简单函数。

原状Q2黄土结构损伤演化的细观试验研究

利用和CT机配套的多功能土工三轴仪，对原状Q2黄土在三轴剪切过程中内部结构的变化进行了动态、定量和无损的量测，得到了软化破坏土样内部结构演化的CT图像和相应的CT数据，从细观上解释了软化破坏过程。试验结果表明，原状Q2黄土内部存在大量孔隙、裂隙、姜石等结构缺陷，初始损伤明显且具有各向异性。原状Q2黄土软化破坏细观变形可大致分为4个阶段，即微压密阶段，损伤开始阶段，损伤快速发展阶段和损伤减缓发展阶段。剪切过程呈现以局部变形为主的细观变形特点，但整体上CT数减小，方差增大。用CT数和方差均可较灯的描述原状Q2黄土软化破坏的损伤演化规律，随着含水率和固结围压的增大，CT数和方差变化率越小。

基于综合结构势概念的结构性原状黄土屈服准则

为了研究结构性原状黄土在加载条件下的破坏特性,采用试验的方法对Q2原状黄土进行了非饱和土三轴剪切试验研究。基于试验成果,定义了可以考虑球应力、偏应力和基质吸力等因素的土的结构性变量参数m。利用通过试验提出的m的计算方法,找出抗剪强度参数c、?值与m之间的关系,推导出m与c、?值的曲线方程,分别将曲线方程代入到Drucker-Prager(D-P)准则方程中对其进行修正,建立了结构性Q2原状黄土的修正屈服准则,该准则可以考虑Q2原状黄土的结构性影响,符合黄土的结构性特性,绘制出可反应结构性参数影响的屈服面,并验证了其合理性。

黄土的动强度特性试验分析

在试验的基础上,对山西省万荣地区Q2原状黄土的动强度特性进行分析。结果表明:不同固结应力条件下,Q2原状黄土的动应力应变关系呈双曲线形式,固结应力条件对动应力应变关系有明显的影响;Q2原状黄土的Ed和Gd随动剪应变的增大而减小;不同固结应力条件下,动剪切模量比与动剪应变比的关系具有良好的归一化特性;阻尼比随动剪应变增大其分布没有明显的规律性,但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。