饱和黏土不排水抗剪强度特性研究

饱和黏土的不排水抗剪强度(su)是海洋工程地基稳定性验算必备的参数,该参数的准确性对工程安全至关重要。室内等向固结三轴压缩试验(CIUC)是工程中获得su最普遍的方法。随着对海洋土工程特性认识的加深及国际设计方法的引入,su的室内测试方法种类增加,但不同方法测得的su存在差异。针对天津滨海黏土开展不同固结方式、剪切方式以及不同超固结比(OCR)条件下的三轴压缩、三轴拉伸和静单剪(DSS)试验,分析比较了不同试验方法得到的su,并揭示了导致同一种土体su产生差异的原因,建立起不同试验方法测得的su之间的定量关系。在此基础上结合修正剑桥模型提出了可以预测不同试验方法su的计算公式。

海上风电筒型基础沉贯阻力计算黏土强度研究

沉贯阻力的准确预测对筒型基础成功应用至关重要。单剪(DSS)试验测得的不排水抗剪强度su是沉贯安装设计中的关键土参数,DSS试验考虑了K0固结下土体的应力状态、主应力旋转以及实际工程平面应变状态,与吸力式筒型安装过程中土体的受荷状态相符。研究总结了黏土中筒型基础沉贯阻力计算方法,并分析了各种方法的特点。针对黏土强度取值问题,采用单剪仪对滨海土进行等体积单剪试验,探讨了干密度ρd、法向应力σv'及超固结比(OCR)对su的影响,并分析了su差异产生的原因。最后,提出了基于临界状态理论、强度指标、SHANSEP的3种预测su的计算方法。研究成果为黏土中筒型基础沉贯阻力计算时土体参数取值提供了依据。

基于CT扫描植物根-土复合体直剪试验研究

为探究植物根系对土壤的作用机理,以构树、刺槐、枸杞根为研究对象,通过重塑根-土复合体直剪试验、CT扫描试验,分析了三种植物根系的固土机理。试验结果表明:三种植物根系的存在能够有效地提升土样的抗剪强度与变形能力,其中构树根的增强效果最为显著;较未含根试样含构树根试样内摩擦角提升70.3%,含刺槐根试样黏聚力提升74.8%;根系对土样剪切裂缝的扩展有显著的抑制作用,裂缝的宽度与长度均比未含根试样的小,三种植物中构树根系对土体的加固作用较优。该研究结果为植物根系的固土护坡机理提供理论支撑。

弱超固结黏土-混凝土接触面力学特性直剪试验研究

为探讨黏土的超固结比对黏土-混凝土接触面力学特性的影响,利用直剪仪对不同弱超固结黏土与混凝土的接触面进行直剪试验。试验成果分析表明:黏土的超固结比从1增加到2时,接触面的黏聚力增大40%,内摩擦角增大38%。弱超固结黏土与混凝土接触面尚未剪切破坏时,剪应力-剪切位移曲线符合双曲线模型;接触面剪应力达到抗剪强度后,接触面破坏,进入滑动摩擦不收敛状态。接触面的抗剪强度、初始切线劲度系数与破坏比随着超固结比的增大而逐渐增大;接触面的抗剪强度符合摩尔-库伦破坏准则。建立了黏聚力、内摩擦角、ΔL/τ-ΔL关系中的斜率和截距与超固结比的经验公式,结合摩尔-库伦破坏准则,又建立了简单的接触面本构模型。并用试验数据验证其合理性,可供相关工程参考。

福建沿海原状软土力学特性试验研究

软土广泛分布于我国沿海地区,其较差的工程性质往往给工程建设带来不均匀沉降、承载力低,因此开展原状软土力学特性研究具有重大意义。以滨海原状软土为研究对象,通过系统的室内试验研究土体细微观、物理力学及压缩固结特性。试验研究发现:(1)浅层(4 m)和深层(24 m)土体细微观结构差异较大,浅层土中孔隙较多且呈鳞片状而深层土小孔隙比较低多为小孔。(2)土体压缩固结特性受到土体细微观和沉积环境影响,变化规律迥异,不同深度土体压缩性大小顺序具体为:29 m>4 m>24 m。(3)土体抗剪强度随深度先增大后减小,主要受到土体粒径分布及有机质含量的影响,有机质含量越高软土抗剪强度越低。

河漫滩沉积层粉土力学性质改良试验研究

针对河漫滩沉积层粉土用作路基填土或用于边坡工程时的路基冲刷破坏及滑移破坏的工程病害问题,提出采用土壤稳定剂和聚丙烯纤维对沉积层粉土进行物理力学性质改良。直接剪切试验结果显示,两种改良材料均能较好地提高粉土的黏聚力(c)。其中,土壤稳定剂改良粉土的最佳稀释浓度为1∶200;聚丙烯纤维改良粉土的最优参数为纤维长度12 mm、纤维掺量0.2%。三轴固结不排水剪切试验显示,土壤稳定剂和聚丙烯纤维复合改良效果更显著,低围压条件下土体应力应变曲线为应变软化型,在高围压条件下土体应力应变曲线转变为应变硬化型。因此,在工程应用中推荐将土壤稳定剂和聚丙烯纤维复合以改善粉土的物理力学性质。

软土抗剪强度与固结度关系的试验研究

通过对常(德)—张(家界)高速公路软土路基中的土样进行大量的固结和直剪试验,探讨了在不同固结压力作用下,抗剪强度指标c,φ随固结度U的变化规律,研究了一次性加载与逐级稳定加载对抗剪强度指标随固结度变化规律的影响。结果表明,荷载1次施加时,内摩擦角φ随固结度U的增加而增加,粘聚力c在固结度U>30%时会随U的增加而有所增大,不同加载方式对抗剪强度指标c的影响较大而对φ的影响较小。给出了固结度与抗剪强度指标之间的拟合公式,其拟合结果对软土路基的安全填筑具有指导意义。

固结度与加载方式对软土抗剪强度的影响

在软土地基上修筑高速公路路堤的过程中,路基土抗剪强度指标的变化与路堤填筑时间和方式密切相关,考虑其间关系可以获得更安全、经济的填筑方法。本文通过大量室内固结、直剪试验,探讨不同固结压力作用下,抗剪强度指标c、φ随固结度U的变化规律。研究一次性加载与逐级稳定加载对抗剪强度指标随固结度变化规律的影响,给出了固结度与抗剪强度指标之间的拟合公式,结果对软土路基的安全填筑具有一定的指导意义。

基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟

介绍基于数字图像处理建立数值模型的基本过程,实现由现场数字照片直接生成土石混合体的颗粒流模型。以溪洛渡水电站坝址附近某滑坡土石混合体为例,基于实拍照片建立其细观数值模型,利用PFC2D程序分析碎石和土体数值模型中微观力学参数的反算问题,分别为滑坡体中的碎石和土体选定与其宏观力学特征相一致的微观力学参数,进行直剪试验的数值模拟,并与均质土体的模拟结果相比较。结果显示:利用双轴试验反算的土体微观参数运用于直剪试验获得的宏观力学参数与实际一致;一定含量的碎石使土石混合体的初始剪切刚度较均质土有所增大,达到峰值抗剪强度所需的剪切位移减少;假定土石界面的黏结强度为土体内部的1/10时,土石混合体的内摩擦角明显增大,而黏聚力则稍有减少;与均质土体直剪形成的破裂面相比,土石混合体模型中的裂隙部分集中于剪切面呈宽带状,部分存在碎石与土体分界面,基于此可定性探讨一定碎石含量的土石混合体抗剪性能优于均质土体的原因。

PS对潮湿环境土遗址加固潜力探讨

PS在我国西北干旱地区土遗址加固工程中得到运用,其加固效果也取得了广泛的认可。但PS能否用于潮湿环境土遗址的加固保护及其潜力如何,目前尚没有比较成熟的成果。本文旨在回答上述两个重要问题。在室内将遗址土重塑成样并控制其含水量为13%、17%、19%、21%和25%。随后用3%PS渗透加固各含水量试样,通过固结和直剪试验结果的对比,得到以下结论:(1)不同含水量试样,渗透速度差别较大,PS吸收量差别也较大,但呈现一定的规律性:含水量越大,初始出渗时间和PS的吸收量越小;(2)加固后,土样的压缩系数和抗剪强度均有所提高,证明PS对潮湿地区的土遗址具有加固效果;(3)含水量不同加固效果也不同,其中加固效果最好的含水量在19%～21%。上述结论和成果为PS在潮湿地区土遗址的保护提供了一定的数据支持。

复杂应力条件下饱和松砂孔隙水压力增长特性的试验研究

针对福建标准砂Dr=30%,在三向非均等固结条件下,利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪针对多种不同初始主应力变化方式进行了循环扭剪试验,讨论了初始主应力方向变化等初始固结条件对饱和松砂不排水条件下孔隙水压力变化规律的影响,对循环扭剪过程中主应力方向与中主应力系数的变化进行了分析,给出了孔隙水压力随循环次数的变化规律。结果表明:分别以最大孔隙水压力和液化破坏时循环次数归一化后的孔隙水压力比和循环次数比之间的关系依赖于循环剪应力幅值和初始主应力方向。而归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系和循环剪应力幅值、初始主应力方向无关,可以统一地采用双曲线模式表达,其中的两个待定参数依赖于初始主应力方向。

复杂应力条件下饱和松砂振动孔隙水压力增长的能量模式

利用新研制的土工静力–动力液压三轴–扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30%的饱和福建标准砂,进行了均等固结条件下的不排水循环单向剪切以及轴向和扭转双向耦合循环剪切等多种复杂循环剪切试验,并在控制不同的初始固结参数的三向非均等固结状态下,进行了循环扭剪试验。分别研究了循环剪切应力路径、初始主应力方向、初始偏应力比、初始中主应力系数等因素对孔压与累积耗散能关系的影响。初步建立了复杂应力条件下饱和松砂的孔隙水压力增长的能量模式。

利用单剪SHANSEP试验方法评价海洋粘性土强度

利用单剪SHANSEP试验方法测定了南海某石油平台场址两种粘性土层的不排水剪切强度。通过对比单剪SHANSEP试验结果、原位静力触探(CPT)试验结果和三轴不固结不排水(UU)试验结果,表明通过单剪SHANSEP试验确定的粘土不排水强度与现场CPT解释结果更趋于一致,同时也表明了SHANSEP方法适合于中国南海粘性土强度的评价。因此利用单剪SHANSEP试验能够克服土样扰动对粘土强度的影响,更加客观评价粘性土的强度,为工程设计提供可靠的数据。

复杂应力条件下长江口原状饱和软黏土门槛循环应力比试验研究

针对取自于长江口的海洋原状饱和软黏土,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在控制不同初始固结参数的三向非均等固结状态和不排水条件下,分别进行了轴向和扭转双向耦合循环剪切以及循环扭剪等多种复杂循环剪切试验。分别研究了初始大主应力方向角、初始偏应力比、初始中主应力系数以及循环剪切应力模式等因素对门槛循环应力比的影响。试验结果表明,在三向非均等固结条件下,初始大主应力方向角、初始偏应力比对门槛循环应力比影响显著,门槛循环应力比随着初始大主应力方向角与初始偏应力比的增大而明显减小;而初始中主应力系数对门槛循环应力比基本没有影响。循环剪切应力模式对门槛循环应力比具有显著影响,在相同的初始固结应力条件下,循环耦合剪切试验确定的门槛循环应力比明显小于循环扭剪试验所确定的门槛循环应力比。

主应力轴持续旋转条件下饱和松砂的振动孔隙水压力特性

利用新研制的“土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪”,针对福建标准松砂,在三向非均等固结条件下,进行了能够模拟海洋波浪荷载作用下主应力轴连续旋转的循环耦合剪切试验。通过试验着重探讨了初始主应力方向、振动过程中主应力方向连续变化对不排水条件下砂土的振动孔隙水压力增长特性的影响。实验研究表明:在振动过程中主应力轴连续旋转的条件下,初始主应力方向对砂土的动孔压比与振次比之间关系具有显著的影响,随着初始大主应力与竖向之间夹角的增大,动孔压比的增长速度明显加快,具有较好的规律性;归一化孔压比与广义剪应变之间的关系基本上与初始主应力方向角和振动剪应力幅值无关。

含水率和固结压力对非饱和重塑湖泥力学性质的影响

基于江西省城门山铜矿湖底采矿特殊的工程背景,研究湖泥在堆土固结后力学性质的变化规律及影响因素。进行6组不同含水率和4组前期固结压力下非饱和重塑湖泥的直剪试验,分析不同含水率和前期固结压力对重塑湖泥抗剪强度的影响。研究结果表明：在相同的前期固结压力下,在试验研究的含水率范围内,重塑湖泥的黏聚力和内摩擦角均随着含水率的增大而减小,且黏聚力和含水率之间基本呈负线性相关关系,拟合相关系数〉0.92,与其他含水率范围相比,重塑湖泥抗剪强度在含水率为18.62%~21.76%范围内受其变化影响更大;在相同的最终含水率下,重塑湖泥黏聚力随前期固结压力呈幂指数函数关系,而内摩擦角的变化由于存在突变,并无一定的变化规律;不同初始含水率的重塑湖泥在300 k Pa和400 k Pa固结压力下固结96 h后,最终含水率都接近于塑限（18.5%）,反算得到最佳湖泥填土高度为14 m。

黄泛区粉砂土静力特性的试验研究

以河南开封地区粉砂土为研究对象,研究其静力特性,进行了固结试验、液塑限试验和直接剪切试验。试验结果表明,粉砂土的压缩系数为0.3 MPa-1,属中等压缩性土。粉砂土液限为15.3%,塑限为10.1%,塑性指数为5.2,属于含砂低液限粉土。粉砂土的内摩擦角为35.3°,黏聚力为7.5 kPa。并选取沙漠地区风积沙,及豫东平原区和南京地区广泛分布的黏性土为代表,与研究中黄泛区粉砂土的静力特性做比较。

排水循环剪切条件下砂土体变特性试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对饱和福建标准砂,在各向均等与三向非均等固结条件下,进行了排水循环扭剪试验.通过试验讨论了初始主应力方向、相对密度和剪应变幅度对排水条件下饱和砂土体积变化特性的影响.研究表明:循环剪应变幅度和相对密度显著地影响饱和砂土体积变化规律,循环剪应变幅度越高,相对密度越大,越易于发生剪胀.在三向非均等固结情况下,饱和砂土在排水循环剪切条件下的体变特性密切地依赖于砂土的初始主应力方向.不同初始主应力方向时应力-应变关系表现出不同的变化模式,体积变化累积规律的具体模式取决于正应力水平与垂直平面上所存在的初始剪应力.

孔压静力触探数据与黏性土不排水抗剪强度的相关性分析

利用孔压静力触探(CPTU)数据可解译黏性土的不排水抗剪强度,而采用不同试验方法测定的黏性土不排水抗剪强度并非固定值。通过对比分析,得出CPTU数据与不同试验方法(包括直剪试验、固快试验、不固结不排水三轴压缩试验等方法)得出的细粒土不排水抗剪强度的相关关系。结果表明,不同试验得出的黏性土不排水抗剪强度与CPTU数据具有非常好的相关性;对于不同试验得出来的抗剪强度需要采用不同的系数Nkt进行换算。

对于土的排水反复直剪试验的改进设想

就现行排水反复直接剪切试验中所存在的问题,如时间长,试验结果不理想而提出了一些改进 办法.以希望通过对该方法的证明,使我们在以后的试验中,用最少的时间获得更加准确的试验结果.