动扭剪荷载作用下兰州黄土动力特性试验研究

根据初始含水率W0的不同,把兰州原状黄土分为干型黄土、湿型黄土和饱和黄土.采用动扭剪仪对这3种类型黄土分别进行了研究,主要研究了兰州黄土的动应力应变本构关系、阻尼比变化特性和动强度特性并给出了相应振次N为10,20和30次时的动强度指标值.研究结果表明,3种类型黄土的应力应变曲线呈双曲线型;阻尼比λ与动剪应变对数lg(λ_d)具有线性相关性;动强度受固结应力的影响各不相同并且动强度指标随振次的增大而减小,但内摩擦角减小的趋势相比黏聚力要小.     

含水率对不同加筋方式黄土强度的影响

通过室内静三轴剪切试验,探讨了3种不同加筋方式和5种不同含水率作用下加筋黄土的强度特性。试验结果表明,在黄土中布筋能大幅度降低含水率变化对土体强度的影响;含水率相同时试样强度随加筋层数、围压的增大而增大;围压相同、加筋层数相同的试样强度随含水率的增大而明显减小,表明加筋黄土强度具有水敏感性,加筋黄土的水敏感性随加筋层数的增加有增强趋势;在一定含水率范围内,加筋土莫尔-库伦强度指标随含水率的增大而呈线性减小,内摩擦角的下降比黏聚力的下降更明显,在此基础上建立了加筋黄土抗剪强度与含水率之间的关系式,拟合关系较好。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

EN-1固化剂加固黄土的工程特性及其影响因素

通过击实试验、直剪试验和渗透试验研究EN-1固化剂掺量、养护龄期、压实度和含水率因素对固化土强度和渗透特性的影响。结果表明：EN-1固化剂可显著增大土壤干密度,提高土壤抗剪强度和抗渗性,改善黄土的工程性能;随着固化剂掺量、养护龄期和压实度增大,固化土的抗剪强度指标内摩擦角和凝聚力呈上升趋势,渗透系数呈下降趋势;随着含水率的增大,内摩擦角和凝聚力呈下降趋势。在工程实践中,建议EN-1固化剂加固黄土的适宜掺量选择0.01%,养护龄期需要7 d以上,压实度至少控制在0.95以上,含水率略低于最优含水率。     

SSA土壤固化剂对黄土击实、抗剪及渗透特性的影响

为了探讨土壤固化剂对黄土力学特性的影响,通过黄土样中加入SSA土壤固化剂前后的击实试验、直剪试验和渗透试验的对比分析,研究了固化剂掺量、养护龄期与固化土击实、抗剪强度及渗透特性的关系。结果表明,随SSA土壤固化剂掺量增加,固化土的最优含水率有所降低,最大干密度有所增大;固化土的抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角随固化剂掺量的增加和养护龄期的延长而增大,渗透系数随固化剂掺量的增加和养护龄期的延长而减小。在实际应用中,建议SSA固化剂最佳掺量为1%,养护龄期至少7 d以上。     

草地覆盖坡面流水动力参数的室内降雨试验

为研究两种典型黄土的坡面流水力特性变化规律,进行了室内人工降雨试验。以草地盖度为主要影响因子,土壤质地和雨强为辅助影响因子进行分析。结果表明:同一盖度下,随雨强逐渐增大,流量和流速也随之增加;当盖度增加时,流量和流速随之减小。流速随降雨历时的延长而逐渐增大;当雨强增大时,流速曲线整体抬高;当覆盖度逐渐增大,流速曲线整体降低。平均水深随流速增大而减小;同一雨强下,盖度增加时氟汝德数Fr随之增加,雷诺数Re降低,而Darcy-Weisbach阻力系数f及曼宁粗糙系数n均大致呈增加趋势;对同一盖度,雨强增加Fr随之减小,Re逐渐增加,同时f和n均随之减小。因此草地覆盖度增加将改善坡面流水力性质,总体上减小了坡面流速,增加了阻力和粗糙度。     

含水率对非饱和原状黄土强度的影响

黄土地区修建的路堤、河堤和土石坝等工程大都位于地下水位以上,呈非饱和状态,且其受力处于平面应变状态。采用TS-526真三轴仪改造的平面应变仪,对非饱和原状黄土在平面应变条件下进行了试验。试验结果表明,非饱和黄土的变形和强度随着含水率的变化呈显著变化,含水率越大,强度越小;土体的偏应力随着轴向变形的变化曲线皆为硬化或者强硬化型;但随着体积的变化土体的偏应力曲线出现明显的拐点;非饱和黄土的抗剪强度参数随含水率的增大而减小。含水率对工程的变形和强度影响比较大。     

油松根系的固土力学机制

为深入了解林木根系固土力学机制,探讨不同条件下的根系固土作用,对油松根系进行了拉伸、拔出和根土复合体三轴试验。结果表明,油松根系的抗拉力随根系直径的增大成幂函数关系增加,而抗拉强度随直径的增大无明显变化规律;根系受拉的应力—应变曲线特征参数不同,以二次多项式模型拟合效果最好,均为单峰曲线,具有弹塑性材料的特征,极限应力和极限延伸率的大小与根系直径无明显的关系;根土界面最大摩擦力随着根径的增加呈现出近似线性的增长趋势。根径越大,根系越深,根土界面摩擦力就越大,进而对土壤的摩擦锚固作用就越强。相同根径时,根土复合体的抗剪强度随围压的增加而增大。相同围压下,根土复合体的抗剪强度随着根径的增加而增大。相同的根径和围压下,垂直埋根方式的根土复合体抗剪效果好于水平埋根方式。     

剪切方式对重塑黄土残余强度的影响

[目的]探究剪切方式对重塑黄土残余强度的影响,为黄土滑坡工程评价及治理提供科学依据。[方法]利用环剪仪对泾阳重塑黄土进行环剪试验。[结果]重塑黄土的峰值强度及残余强度均随着有效法向应力的增加而增大。随着有效法向应力的增加,土体达到残余强度所需的剪切位移减小;重塑黄土的变形表现为受剪压缩。单级剪得到的残余强度指标值与多级剪切得到的残余强度指标值的均值相近。[结论]剪切方式建议首选单级剪切。     

紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪性能对含水率的响应

选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎进行试验,通过室内三轴试验研究不同含水率(质量分数6%、11%、16%、21%、26%和31%)对埂坎土壤抗剪强度指标的影响,以深化紫色土坡耕地埂坎力学性质研究。结果表明:1)试验含水率范围内,紫色土坡耕地埂坎土壤黏聚力受含水率影响显著(P0.05),且随着含水率增加呈现出先增大后减小的趋势,明显的峰值出现在含水率质量分数11%左右,黏聚力为85.52 k Pa;2)埂坎土壤内摩擦角随含水率增加而减小,呈非线性衰减,符合一阶指数衰减规律。高含水率时,衰减缓慢;3)紫色土坡耕地埂坎抗剪强度受含水率变化影响显著(P0.05),埂坎土壤极限主应力差随含水率和围压的变化明显且具有规律性。相同围压下,埂坎土壤极限主应力差随含水率增大而迅速减小,即土体的抗剪强度降低。相同含水率下,极限主应力差随围压增大而增大,低含水率时增加明显,高含水率时增加缓慢。当含水率质量分数达到26%左右,埂坎土壤抗剪强度趋于低值;4)紫色土埂坎土壤的应力-应变曲线随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型。研究结果可为三峡库区高标准基本农田等工程的埂坎建设提供依据和技术支撑。     

三峡水库消落带淹水—落干交替下紫色土力学特性变化模拟

三峡水库消落带在高压淹水浸泡和干湿交替作用下,土壤力学特性必然发生变化,影响土体抗侵蚀性能,破坏库岸稳定性。目前对消落带土壤力学特性变化及其对淹水—落干驱动的响应尚不明确。以三峡水库消落带广泛分布的紫色土为研究对象,模拟水压作用和淹没—出露交替过程,研究紫色土应力—应变和抗剪强度参数对高压淹水和干湿交替作用的响应。结果表明:水柱压力、干湿交替次数和干湿交替幅度都能显著驱动紫色土力学特性发生变化。与对照组相比,随着水柱压力增加,紫色土刚度逐渐增强,黏聚力降低幅度变小,内摩擦角增大。随干湿交替次数增加,紫色土刚度逐渐减小;内摩擦角有所增大,黏聚力的变化趋势与之相反,且随干湿交替次数的增加而显著降低。随干湿交替幅度增加,抗剪强度迅速降低(相同围压下),黏聚力增大,内摩擦角降低;与对照组相比,干湿交替幅度越小,土壤的内摩擦角增大越多,黏聚力降低越多。     

模拟干湿交替对夯实土壤抗剪强度的影响

为了探究农业生产实践中经过人工夯实的田坎在自然营力作用下的垮塌变形机理,通过采集黄土区梯田土壤,对其进行室内击实、模拟干湿交替处理和剪切试验,探究了干湿交替过程对夯实土壤抗剪强度的影响。结果表明:在试验条件下,随着干湿交替次数的增加,土壤的粘聚力呈现逐渐增加的趋势。土壤的内摩擦角逐渐降低,并在第7次干湿交替时达到最小值。在100 kPa垂直压力作用下,土壤的抗剪强度受影响不明显;在200 kPa垂直压力作用下,土壤抗剪强度先增加然后趋于稳定;而在300,400 kPa垂直压力作用下,土壤的抗剪强度先增加然后逐渐降低,并趋于稳定,并在第2次干湿交替时达到最大值。此外,在相同干湿交替次数的情况下,随着垂直压力的增大,土壤的抗剪强度逐渐增大,说明垂直压力与土壤的抗剪强度呈正相关。经过显著性分析,干湿交替过程对土壤内摩擦角的影响大于相同条件下对粘聚力的影响。干湿交替过程对夯实土壤的抗剪强度有显著影响,随着干湿交替次数的增加,土壤的抗剪强度降低,其中土壤粘聚力增加,而内摩擦角下降。     

黄土古土壤的抗剪强度特性

[目的]对原状和扰动古土壤抗剪强度随含水量和干密度的变化进行研究,为黄土地区的边坡工程、隧道工程以及地下建筑工程设计施工中参数的选取提供依据。[方法]分别对相同干密度、不同含水量的原状样,不同干密度、不同含水量的扰动样及与原状样相同干密度、相同含水量的扰动样进行室内直剪试验。[结果]在干密度相同的条件下,原状和扰动古土壤的黏聚力随含水量的增大而减小;在同一含水量指标下,原状古土壤的黏聚力大于扰动古土壤,二者的内摩擦角亦随含水量的增大而减小。[结论]黄土古土壤的抗剪强度指标随着含水量的增大而减小,黏聚力与含水量呈指数函数关系,内摩擦角与含水量呈二次抛物线关系。     

斥水剂作用下非饱和土壤抗剪强度测定及其变化规律

为获得斥水性土壤抗剪强度的变化规律,采用二甲基二氯硅烷(dimethyldichlorosilane,DMDCS)作为斥水剂,获得了不同斥水程度的改性砂土。在此基础上配制了不同斥水剂体质比和不同含水率的改性砂土及不同亲水黏土质量分数的改性混合土,并采用非饱和土直剪仪开展了不固结不排水剪强度试验。结果表明:1)不同DMDCS体质比下的5种改性砂土斥水等级均为极度。改性混合土的斥水等级受DMDCS和黏土含量的共同影响。相同DMDCS体质比下,随着黏土含量的增加,改性混合土的斥水性能不断减弱;相同黏土含量下,随着DMDCS体质比的增加,改性混合土的斥水性能不断增大。2)不同DMDCS体质比、含水率及黏土含量下的改性土壤抗剪强度均可用摩尔-库仑强度准则描述。DMDCS体质比从0增至1%时,黏聚力从19.6陡降至10.4 kPa,随后缓慢降低,最终趋于稳定。内摩擦角则随着DMDCS体质比的增加缓慢减小,从0时的16.2o降至3%时的11.8o;随着含水率的增加,改性砂土黏聚力逐渐减小,而内摩擦角呈先升后降形态;随着黏土含量的增加,改性混合土黏聚力显著增大,内摩擦角表现为先升后降,变幅不大。纯改性砂土的黏聚力仅为9.3 kPa,而掺入5%的黏土时,其黏聚力骤升至27.2 kPa;当黏土质量分数为50%时,混合土黏聚力为55.1 kPa;内摩擦角最大值为16.2°(黏土质量分数15%),最小值为9.7°(黏土质量分数50%)。该成果可为深入研究斥水性土壤力学性能及工程应用提供参考。     

降雨作用下云南省红土抗剪强度与坡面侵蚀模数的关系

[目的]揭示降雨作用下云南省红土的含水率、干密度、抗剪强度、坡面侵蚀模数之间的关系,为进一步研究云南省红土的侵蚀机理提供理论依据。[方法]运用人工模拟降雨及土槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法。[结果](1)研究区红土黏聚力随含水率的变化呈二次曲线关系,且在最优含水率附近存在极大值。红土内摩擦角随含水率的变化接近于线性关系,且随含水率的增大而减小。当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4g/cm3时,黏聚力与含水率的相关系数R2最小为0.754,最大为0.934;内摩擦角与含水率的相关系数R2最小为0.944,最大为0.996。(2)红土黏聚力和内摩擦角随干密度的变化接近于线性关系;当含水率一定时,二者随干密度增大呈增加的趋势。(3)在试验含水率条件下,红土抗剪强度随含水率的增加而减小,当含水率超过最优含水率后减小的幅度尤为明显;抗剪强度随干密度的增加而增大。(4)降雨结束后,不同干密度的红土坡面侵蚀模数与红土抗剪强度呈二次曲线关系,相关系数R2达0.988。[结论]坡面红土雨后抗剪强度与坡面侵蚀模数之间存在较好的相关关系,可用坡面红土的雨后抗剪强度估算坡面侵蚀量。