复杂应力路径下海相结构性软土力学特征试验

为揭示结构性软土层基坑开挖以及盾构施工过程中周围土体面临的复杂应力路径状态,设计不同应力路径三轴试验以探究结构性软土在开挖和卸载过程中的强度以及变形特征。选用大阪湾天然结构性软土为参照目标,人工制备海相高液限、大孔隙以及相似结构性变形特征的软土,克服了天然结构性原状软土取样困难以及试样性状离散性大等问题,并对批量制备的结构性软土试样开展CTC(CTE),RTC(RTE)和PTC(PTE)6种不同应力路径下的三轴剪切试验,深入分析基坑开挖以及盾构施工2类典型施工路径对结构性软土力学性能的影响。研究结果表明:1)结构性软土在不同应力路径下的力学特性差异显著,且应力应变曲线都存在软化现象,RTC(RTE),CTC(CTE)和PTC(PTE)的峰值强度依次增大,三轴拉伸仅为压缩强度的60%~70%;2)基坑被动区卸载路径下变形和强度显著降低,盾构同步注浆施工路径下峰值强度较高但存在脆性破坏风险;3)结构性软土归一化模量的变化体现了土体渐进破坏过程,且不同应力路径下的归一化模量与固结围压相关;4)不同路径对土体黏聚力变化明显,开挖卸载路径下土体抗剪强度降低了80%,说明不同应力路径对结构性软土的强度和变形特征都存在明显劣化作用。研究结果对软土地基中以变形控制为主的基坑开挖和盾构施工具有较好的指导意义。

应力路径及初始固结条件对强度的影响

该文主要分析了应力路径以及初始固结条件对固结不排水强度指标的影响,并建立了卸荷状态下强度指标与应力 路径及初始固结条件之间关系的理论公式。

应力路径与红粘土的力学特性

通过室内应力路径试验,分析红粘土的力学特性。

冻融循环下粉质黏土不排水剪切性状的试验研究

以青藏高原粉质黏土为对象,进行冻融循环试验和三轴固结不排水剪切试验,研究冻融循环对压实粉质黏土应力-应变关系、孔隙水压力-应变关系、有效应力路径、临界状态线及抗剪强度指标等的影响。研究结果表明:试样在冻融循环前后的应力-应变关系分别为应变硬化型和应变软化型,抗剪强度随冻融循环次数增加而逐渐减小;剪切产生的孔隙水压力和破坏时的孔隙水压力系数均随冻融循环次数或围压增加而增大。应力空间p'-q平面上的有效应力路径在冻融循环后逐渐向左下侧移动,低围压下路径形态由单调增大型过渡为"S"型。孔隙水压力和有效应力路径特征均表明试样在冻融循环下由超固结状态向正常固结状态发展。临界状态线位置随冻融循环次数增加而逐渐下降,临界状态应力比也随之减小;与总应力强度指标相比,有效应力强度指标可以更准确地反映冻融循环和围压对土体力学性质的综合影响;黏聚力和内摩擦角的劣化规律可以采用Logistic函数拟合与预测。

不同含水比贵阳原状红黏土CU三轴试验研究

为研究贵阳地区原状红黏土在CU三轴试验下的力学性质,采取原状土试样制备的方法,得到三种不同含水比的原状红黏土试样,进行CU三轴试验。试验得到了贵阳原状红黏土在不同围压、不同含水比下的应力-应变关系、破坏形式以及孔隙压力变化规律,采用Mohr-Coulomb准则和规范法得到抗剪强度指标且分析了含水比对抗剪强度指标的影响。研究结果表明:(1)贵阳原状红黏土的应力-应变关系、孔隙压力均出现“驼峰型”软化特性,且围压越低、含水比越低,软化现象越明显,但也有少部分试样表现出微弱的硬化特征;(2)CU三轴试验中,随含水比的减小、围压的增大,贵阳原状红黏土试样的破坏形态由剪切破坏转变为鼓状破坏;(3)抗剪强度指标与含水比呈线性趋势变化,其中内摩擦角与含水比呈正相关,黏聚力与含水比呈负相关。

外掺剂对红黏土微观结构及脆性指数影响

为了研究外掺剂对红黏土的影响,对掺入氧化钙、氧化铝、氧化钙与氧化铝联合掺入的红黏土重塑样进行三轴不固结不排水试验;通过分析在不同外掺剂以及不同掺入率下改性红黏土的应力-应变曲线、抗剪强度峰值曲线,得出三种外掺剂对红黏土的力学性质的影响,并建立模型对红黏土脆性指数进行量化分析。采用场发射扫描电镜对改性红黏土的微观结构变化进行比对分析。试验结果表明:红黏土的强度随着氧化钙掺入率的增大而增大,氧化钙在显著提高红黏土强度的同时降低其脆性指数,导致其延展性变差;氧化铝的单独掺入对红黏土的力学性质影响甚微;氧化钙与氧化铝联合掺入能够提高红黏土的脆性指数,使红黏土的延展性能变好的同时提高了红黏土的强度。

不同应力路径下红粘土的力学特性

通过室内应力路径试验，分析红粘土的力学特性，认为通过符合实际工程应力变化的应力路径试验来确定红粘土的力学指标是很有必要的。