非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标试验研究

采用非饱和土总应力强度公式,通过室内直剪试验研究了含水量、干密度对非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标的影响,得到了抗剪强度指标随含水量、干密度变化的基本规律和拟合公式,并且采用最小二乘法建立了考虑含水量和干密度同时变化时抗剪强度指标的计算公式。研究表明:非饱和重塑Q_2黄土抗剪强度指标与含水量、干密度密切相关,其中黏聚力与含水量呈良好的一阶指数衰减关系,与干密度呈二次曲线关系;内摩擦角对含水量有较大灵敏性,与含水量呈二次曲线关系,受干密度影响较小;含水量和干密度的交互作用可按乘法效应进行组合。     

非饱和重塑黄土三轴蠕变试验研究

为研究陕西咸阳扶风地区黄土边坡的稳定性,利用SR-60型双联三轴蠕变仪针对非饱和重塑黄土进行了三轴固结排水蠕变试验。试验结果表明:试样含水率、固结围压和偏应力水平对蠕变变形具有明显的影响。表现为:当含水率较大、固结围压较小时,蠕变变形量大,蠕变现象明显;当其他条件一定时,在偏应力水平较大条件下,试样变形大,蠕变现象明显。在数据分析的基础上建立了经验模型,并与Singh-Mitchell和Mesri模型对比后发现,新模型具有精度高、参数少且参数容易获得等优点,能较好地模拟该地区黄土蠕变过程。     

重塑非饱和黄土浸水入渗规律的模型试验研究

为了研究非饱和黄土的浸水入渗规律,开展了重塑黄土的浸水入渗模型试验,分析了浸水过程中不同位置的体积含水率变化及湿润锋面发展过程,研究了入渗水分在水平和径向的发展变化规律,并通过考虑空气压力的Green-Ampt模型计算得到不同时间的入渗深度,与实测值进行对比分析。研究表明:不同测点的体积含水率变化趋势基本一致,都会经历稳定-快速增长-到达峰值-快速减小-再次增长-维持稳定6个阶段;浸水入渗过程受入渗深度、渗流路径、沿程黏滞阻力和空气压力的共同影响,入渗深度越深、距离中心轴位置越远、湿润锋发展越滞后,入渗速率越小。深度从0 cm增加至100 cm时,入渗速率从14.93 cm/h减小至1.67 cm/h。对不同位置的竖向入渗速率与入渗深度的关系进行拟合发现:竖向入渗速率与入渗深度呈二次方关系,且拟合度达到0.9以上;径向水分运移是该深度水分径向扩散和上部水分竖向入渗综合作用的结果,故相比于竖向入渗较快;模型计算结果中湿润锋面发展趋势与实测竖向入渗情况一致,但入渗后期的入渗深度计算值比实测偏大。研究结果可为黄土地基浸水入渗研究提供参考。     

重塑非饱和黄土中水-气两相运移规律研究

黄土区水分入渗的实质是水、气两相运移共同作用。长时间强降水影响下,水分入渗更易在远离边坡的土层底部形成封闭条件,而在靠近边坡区域形成开放条件。为深入剖析黄土中水-气运移规律,分别在封闭和开放条件下进行了重塑土柱试验,并统计分析了土柱内实测的含水率和气压数据。结果表明:在开放和封闭条件下,湿润锋运移速度初始时最大;体积含水率均为先增大后减小,封闭条件下含水率减小后趋于稳定,而开放条件下含水率仍存在小幅波动;开放条件下气压差先增大后减小,最后在0附近振荡,而封闭条件下浅层气压差波动上升,深层气压差振荡后减小趋于稳定。因此,在滑坡治理过程中应同时考虑水、气两相共同的影响,制定更为全面、高效的防治措施。     

非饱和重塑黄土固结特性试验研究

以延安新区工程建设中填方区的重塑黄土为研究对象,以准确计算填方区黄土地基的沉降为主要目标,以工程实际中填方区黄土的岩土工程设计参数为参照,室内制取了 Q3重塑黄土固结样。开展了4组控制吸力的非饱和土固结试验,得到了非饱和重塑黄土的压缩曲线,分析了吸力对重塑黄土固结特性的影响。研究表明：初始状态相同的重塑黄土土样,压缩系数随吸力的增大而减小;非饱和重塑黄土试样的压缩指数除了受竖向压力影响外,也受吸力作用的影响,压缩指数随着吸力的增大而减小;在2 MPa 的竖向应力下,重塑黄土土样总的竖向应变较小,最大的竖向应变为0．7％。     

基质吸力对非饱和重塑黄土变形的影响及破坏准则

利用非饱和土三轴仪对宁夏固原地区重塑黄土开展了不同基质吸力和不同围压下的固结排水剪切试验,探讨了该黄土在不同围压、不同基质吸力下的变形规律,计算了不同含水率下的强度参数,得到了总黏聚力随吸力的变化曲线。研究表明：该重塑黄土的偏应力应变曲线整体呈硬化型,且强度和硬化程度与基质吸力和净围压关系较大;不同含水率条件下净围压50 kPa时该重塑黄土具有明显的剪胀特性,净围压300 kPa时具有明显的剪缩特性,且剪胀和剪缩程度与基质吸力有关;黏聚力与吸力均近似呈线性关系;摩擦角随吸力的变化不明显。此外,将试验数据拟合得到的强度参数随吸力的变化关系引入Lade-Duncan破坏准则中进行修正,得到π平面内不同吸力下重塑黄土的强度破坏面。验证表明,该修正破坏准则可以考虑吸力对非饱和黄土强度的影响。     

非饱和重塑黄土的一种简化离散元模型

黄土是一种水敏性颗粒材料,其强度受含水率影响十分明显。基于非饱和土力学的基本理论,利用颗粒离散元方法,建立了一种非饱和黄土的简化离散元模型。在对非饱和黄土的力学特性进行离散元模拟分析后,与室内三轴试验进行了对比验证。对比模型和试验结果发现：不同含水率试样的应力应变关系受土体颗粒间摩擦系数直接影响,表现为试样含水率越高,摩擦系数越小,说明该离散元模型在一定范围内能够反映重塑黄土的土力学特性。     

增湿情况重塑黄土非饱和渗透系数的测定方法研究

对浸润锋前进法、Boltzmann变换法和瞬态剖面法3种直接方法在确定增湿情况下重塑黄土非饱和渗透系数的适宜性进行了研究,并对其进行了改进。首先应用重塑黄土进行了一维水平入渗试验,对前2种方法进行了改进,检验了改进后的效果,比较了这2种改进方法、瞬态剖面法和间接法所得非饱和渗透系数的差异,然后应用Hydrus软件对一维入渗试验进行了数值模拟,获得了采用不同方法所得非饱和渗透参数时预测浸润锋迁移距离和时间关系的准确性,分析了前2种方法所采用假定的合理性并对瞬态剖面法测点布置进行了改进和效果检验。室内试验结果表明浸润锋前进法采用改进的水力梯度计算公式后,不同吸力下渗透系数波动的现象减少;Boltzmann变换法采用新的变量λ*后,各测点λ*-θ关系的统一性增加;由于测点间距较大,瞬态剖面法偏离其他方法所得渗透系数很大。数值模拟结果表明采用2种改进方法所得的非饱和渗透参数均能较好地预测浸润锋迁移距离和时间的关系;浸润锋前进法采用的水分剖面平行移动假定以及Boltzmann变换方法采用的Boltzmann变量与体积含水率关系唯一假定,均需要在入渗一定距离后才能得到基本满足;采用改进后的测点布置位置和间距后,瞬态剖面法所得不同吸力下的非饱和渗透系数与前2种改进方法所得的差距减少,但仍不如前2种改进方法更接近于输入值。     

重塑黄土崩解特性试验研究

为研究重塑黄土的崩解特性及其与影响因素之间的关系,利用自制崩解试验仪对32种不同干密度、不同初始含水率的黄土试样进行崩解试验,分别得出了试样崩解速率与干密度、初始含水率、有效空隙率的关系曲线,并以土-水特征曲线为基础,分析了试样孔隙结构对其崩解性能的影响。试验结果表明,同一初始含水率下,随着干密度的增加,试样崩解速率呈指数函数形式衰减且衰减速率随初始含水率的增加而近线性增加;同一干密度下,随着初始含水率的增加,试样的崩解速率有降低趋势,但下降趋势并不显著。通过分析干密度、初始含水率与崩解速率的关系,结合试样土水特征曲线,讨论了孔隙结构对崩解速率的影响,并研究了试样崩解速率与有效空隙率的关系,试样崩解速率的分布以有效空隙率等于8%,22%为分界线明显分区,研究认为由于试样制备压实过程中,形成了不同的孔隙结构。     

不同酸度渗透溶液对重塑黄土渗透特性影响研究

通过对杨凌黄土进行三轴渗透试验和常规渗透试验,分析了不同干密度的重塑黄土分别在pH=7.0的无气纯水及pH=3.0, 4.0, 5.0的乙酸溶液渗透下渗透系数的变化规律,研究了黄土在含酸渗透水流作用下的劣化性质,为分析黄土在酸溶液渗透作用下强度变化以及黄土构筑物的稳定变化特性提供依据。试验结果表明：①饱和黄土的渗透系数随着干密度的增加而减小。②在一定的干密度下,黄土的渗透系数随围压的增大而减小。③饱和黄土在pH=3.0酸溶液短期渗透下的渗透系数最大,随着酸溶液pH值的增大,渗透系数随之减小,因为酸溶液中的氢离子溶解了黄土中的难溶盐形成了新的渗流通道;而纯水pH=7.0渗透下土样的渗透系数介于pH=3.0和pH=4.0渗透下土样的渗透系数之间,是因为纯水采用的是煮沸过的无气水,相比之下试验配置的酸溶液本身存在少量的气体,从而影响了渗透系数的大小。④渗透系数随时间的增加而出现减小的趋势。试样进行三轴渗透和常规渗透,得出渗透系数都有随时间的延长而减小的规律。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程渗透特性研究

冻融循环导致黄土渗透特性的变化规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土渗透系数与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先对西安Q3重塑黄土进行冻融过程三轴渗透试验,得到不同干密度、含水率、围压及冻融次数下的渗透系数;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,建立各因素与渗透系数间的预测模型。研究结果表明:重塑黄土渗透系数变化规律,随围压增大,其值逐渐减小,且减小幅度先快后慢;随干密度和初始含水率增大,其值先增大后减小;随冻融次数增加,其值逐渐增大,且上升幅度先急后缓。冻融过程黄土渗透系数神经网络模型预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与渗透系数的量化关系。     

不同压力作用下重塑黄土的固结特性

一般认为,固结系数随固结压力的增大而绝对减小,但这种认识在特定条件下具有一定的片面性。基于时间对数法和时间平方根法,对重塑黄土常规固结试验结果中的固结系数、密度进行了对比研究,并给出了结构度的概念。两种方法的计算结果表明,重塑黄土的固结过程是一个渐变过程,在不同压力作用下固结系数的变化呈震荡式衰减而非单调递减。土体固结系数受荷载和初始孔隙率这两个主要因素的影响,而并非只取决于荷载的大小。由时间对数法和时间平方根法计算得到的固结系数变化趋势和幅度并不完全一致。土体结构度曲线较好地反映了土体的固结特性。     

非饱和重塑黄土应变控制等应力比试验三维离散元分析

黄土地区工程建设中有大量填方工程,填方工程中土体可能承受等应力比压缩荷载,为了研究非饱和重塑黄土在较高应力比下的宏微观力学性质,运用应变控制加载方式开展了不同应力比的非饱和黄土等应力比试验离散元数值分析.数值模拟中,考虑颗粒间转动和扭转抗力及范德华力并采用分层欠压法制备均匀松散黄土数值试样,引入粒间引力反映毛细力作用....     

Q2黄土湿陷性影响因素研究

通过单向压缩湿陷试验研究了陕西蒲城地区Q2黄土的湿陷性 ,并分析了其与物质组成、物性指标及微观结构定量参数之间的关系.结果表明 :Q2黄土湿陷性随黏粒含量、pH值、饱和度、干密度、颗粒分布分维和定向度的增加而降低 ;随孔隙比、欧拉数、孔隙分布分维和定向度增加而降低 ;易溶盐含量对Q2黄土湿陷性影响不大.Q2黄土的湿陷性受多方面因素制约和影响 ,内因主要是由于黄土本身的物质成分和特殊的结构特性 ,外因则是压力和水的作用 ;架空孔隙的失稳破坏和粒间孔隙的变小消失都可能引起湿陷变形 ,对于Q2黄土后者引起的湿陷变形不容忽视.     

非饱和重塑与结构性黄土平面应变试验三维离散元模拟

黄土的宏观力学行为受其微观结构影响显著,为探究非饱和重塑与结构性黄土在平面应变条件下的宏微观力学性质,采用考虑粒间吸引力与化学胶结的非饱和结构性黄土胶结接触模型,开展了非饱和重塑与结构性黄土常含水率条件下的平面应变三维离散元模拟。分析了平面应变条件下不同有效围压对黄土宏观力学行为的影响,并探究其微观机理。模拟结果表明:有效围压对非饱和重塑黄土与结构性黄土应力应变响应影响存在较大差异。非饱和重塑黄土在较小有效围压时呈应变硬化,随有效围压的增大逐步过渡为应变软化,而结构性黄土在不同有效围压下均表现为应变软化,且围压越小,应变软化越显著。在微观尺度上,胶结达到轴向应变2％时开始持续破坏,对于结构性土的峰值应力影响显著;胶结同时会阻碍结构性土各向异性发展。     

基于分数阶微积分的Q2黄土含水损伤蠕变模型

为探索含水Q₂黄土的蠕变特性,对Q₂黄土进行不同含水状态下的三轴蠕变试验,试验结果表明随着含水率的增高,Q₂黄土的流变性能增强。基于分数阶微积分构造的软体元件可描述理想的固体与流体之间材料性质的特性,选用包含软体元件在内的四元件非线性蠕变模型对试验数据进行回归计算拟合求参,并对不同含水率下的模型参数进行分析。结果显示瞬时变形模量E_H与黏弹性系数ξ₁均随含水率增加呈指数形式递减;引入含水损伤变量D_(ω),计算得出各蠕变参数含水损伤演化方程,进而建立考虑含水损伤的非线性蠕变模型,通过应用试验数据对其进行验证,结果表明基于分数阶微积分的含水损伤蠕变模型能够有效地描述Q₂黄土的整体流变特征,模型具有较好的应用前景。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化特性研究

冻融循环导致黄土强度的损伤规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土抗剪强度指标损伤规律与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先针对西安Q3重塑黄土进行室内冻融试验,得到不同干密度、含水率及冻融次数下的抗剪强度指标数据;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,得到各因素与抗剪强度指标间的预测模型。研究发现:黄土试样黏聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;黏聚力随含水率和干密度增加分别表现出线性衰减和增加特征且冻融后黏聚力与含水率和干密度的变化曲线近似重合;内摩擦角呈波浪形变化趋势且波动范围较小,无明显变化。冻融过程黄土黏聚力神经网络模型的预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与黏聚力的量化关系。     

非饱和黄土抗剪强度特性试验研究

为了研究黄土滑坡的发生机理及剪切破坏特征,用探井法在延安滑坡体取样,进行了室内控制吸力的固结排水剪切试验,本次试验共做了10组(Q3、古土壤各5组)。试验结果表明:两种黄土存在不同剪切破坏面,古土壤颗粒中由于黏粒含量比较高,所以没有明显的剪切面;而Q3黄土由于其大孔隙发育,结构疏松,没有黏滞性,所以剪切面上有擦痕,存在明显的剪切面;抗剪强度参数会随着实验过程中基质吸力的改变而改变,黏聚力随着基质吸力的增加而增加,二者为线性关系;而内摩擦角的变化很小,几乎不随吸力的改变而改变;随着含水率的增加,吸力和黏聚力均呈现下降趋势,吸力的减小降低了土颗粒之间的有效应力,从而使土的抗剪强度降低。     

考虑含水损伤的Q2黄土非线性蠕变模型研究

对Q2黄土进行不同含水状态下的三轴蠕变试验,结果表明,随着含水率的增高,Q2黄土的流变性能增强。根据试验曲线形态特征,选用一个广义Kelvin模型串联一个非线性黏塑元件组成非线性黏弹塑性模型(改进的西原模型)。应用改进的西原模型对试验数据进行拟合求参,结果显示瞬时变形模量EH、黏弹性变形模量EK、黏弹性黏滞系数ηK随含水率增加呈指数形式递减。引入含水损伤变量D(ω),计算得出各蠕变参数含水损伤演化方程,进而建立考虑含水损伤的非线性蠕变模型。应用试验数据对其进行验证,证明考虑含水损伤的非线性蠕变模型能够有效的描述Q2黄土的整体流变特征。