Hu Xin, Hong Baoning, Du Qiang, et al. Influence of water contents on shear strength of coal-bearing soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 38(8): 2291－2294. (in Chinese with English abstract)[30]

土的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。紫色水稻土长期处于淹水状态,为研究其抗剪强度的水敏感性特征,该文以重庆市合川区钱塘镇大柱村国土整治项目区内紫色水稻土为试样,采用调控含水率变化,通过三轴不固结不排水试验研究其抗剪强度的水敏感性特征,并为实际工程中处理紫色水稻土提出建议。结果表明：1）同一围压下,紫色水稻土的最大主应力差随着含水率的增加而减小;相同含水率下,随着围压的升高最大主应力差增加,但这种增加趋势随土壤含水率的增加而减小。2）当含水率处于界限含水率附近时,抗剪强度随含水率的增减变化较为缓慢;含水率大于某一值后紫色水稻土抗剪强度随含水率增加而减小。3）紫色水稻土的粘聚力随含水率的变化具有明显的峰值,呈先增大后减小的趋势。4）紫色水稻土内摩擦角与含水率之间具有明显的线性负相关性。该研究可为地区农业基础工程的设计到施工,以及工后更好地控制路基路堑的稳定性等提供参考。     

紫色土区水稻土抗剪强度的水敏性特征

土的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。紫色水稻土长期处于淹水状态,为研究其抗剪强度的水敏感性特征,该文以重庆市合川区钱塘镇大柱村国土整治项目区内紫色水稻土为试样,采用调控含水率变化,通过三轴不固结不排水试验研究其抗剪强度的水敏感性特征,并为实际工程中处理紫色水稻土提出建议。结果表明:1)同一围压下,紫色水稻土的最大主应力差随着含水率的增加而减小;相同含水率下,随着围压的升高最大主应力差增加,但这种增加趋势随土壤含水率的增加而减小。2)当含水率处于界限含水率附近时,抗剪强度随含水率的增减变化较为缓慢;含水率大于某一值后紫色水稻土抗剪强度随含水率增加而减小。3)紫色水稻土的粘聚力随含水率的变化具有明显的峰值,呈先增大后减小的趋势。4)紫色水稻土内摩擦角与含水率之间具有明显的线性负相关性。该研究可为地区农业基础工程的设计到施工,以及工后更好地控制路基路堑的稳定性等提供参考。     

振动频率对压实黄土动强度特性的影响

利用动扭剪三轴仪对压实黄土进行了不同振动频率下的试验研究,分析了振动频率f对压实黄土的动强度和动强度参数的影响规律.研究表明,在一定围压下,压实黄土动强度均随振动频率f的升高而增大,与振动频率呈正相关关系;在试样振动频率确定的情况下,压实黄土的动强度随围压的增加而增大;压实黄土的动黏聚力cd和动内摩擦角ψd均随着频率的增大而升高;动强度参数中cd和ψd随振次的增加均呈减小并最终趋于稳定的趋势.     

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。     

不同地区黄土的结构性试验研究

考虑不同地区黄土的结构性差异,选取洛川、兰州和杨凌3地的典型黄土,分别进行三轴剪切试验,测定了应力应变关系曲线.基于Duncan-chang双曲线模型,提出了一种简便求取结构性参数的方法,得出了这3个地区的黄土结构性参数的变化规律,较好地揭示了它们的结构性的变化规律和影响因素.结果表明,非饱和黄土的结构性参数随应变的增大先降低,而后保持在一个稳定的水平.含水率与围压对黄土的结构性影响显著.在相同的围压条件下,含水率越低,黄土的结构性参数越大;在相同的含水率条件下,围压越小,黄土的结构性参数越大.对不同地区而言,在相同条件下杨凌黄土的结构性最强,洛川黄土次之,兰州黄土结构性最弱.     

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。     

林木根系的加筋作用试验研究

为探索林木根系的固土机理,基于加筋理论,采用三轴压缩试验的方法,对黄土加根土与素黄土在相同的土壤含水量和密度条件下,进行了25,50,75,100kPa下的压缩试验,得出了加根黄土与素黄土的应力应变关系和应力差强度包线图,对加根土与未加根土的应力圆进行了分析,推导了加根土的“似黏聚力”。试验表明：在不同围压下,应变达到一定程度,含根土总是比素黄土的主应力差大一个值,说明在根系分布的不同深度,根系都增强了土体的强度。     

加筋材料对紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪强度的影响

选择三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎为研究对象,通过室内三轴不固结不排水试验(UU)研究加筋对埂坎土壤抗剪特征的影响。结果表明:(1) 3种试验材料加筋土均表现出土壤黏聚力随着加筋量的增加先增大后减小,埂坎土壤黏聚力大小表现为:c_麦壳>c_竹丝>c_稻秆>c_素土。埂坎土壤黏聚力最大时,麦壳、竹丝和稻秆的加筋量分别为0.8%,0.5%和0.3%。加筋材料对土壤内摩擦角的影响不明显。(2) 3种加筋材料均能提升土壤抗剪强度。土壤极限主应力差随着加筋量的增加先增大后减小,麦壳、竹丝和稻秆加筋土的极限主应力最大值均出现在最优加筋量处。4种试验围压下,加筋埂坎土极限主应力差最大值均体现出(σ_1-σ_3)_麦壳>(σ_1-σ_3)_竹丝>(σ_1-σ_3)_稻秆>(σ_1-σ_3)_素土。(3)最优加筋量条件下,3种加筋埂坎土壤试样在不同试验围压下的应力—应变曲线均呈硬化型。     

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。     

冻融时间和含水率对紫穗槐加筋黄土抗剪强度的影响

[目的]研究紫穗槐根系在不同含水率和不同融化时间对土体加固作用,为季冻区紫穗槐固土效应提供设计依据。[方法]以取自西宁市黄土为研究对象,用室内三轴试验方法研究紫穗槐根系根—土复合体的应力应变及强度特性,探讨在不同解冻时间和不同含水率下紫穗槐根—土复合体抗剪强度指标变化规律,并通过SEM电镜扫描试验从微观的角度评价紫穗槐根系的加固机理。[结果]紫穗槐根系在不同含水率时有不同的加筋情况,在低含水率和高含水率加筋作用更加明显;在冻融前后紫穗槐根系的加筋作用体现在当土体受到荷载作用时,紫穗槐根系会束缚土颗粒之间的移动,增大土颗粒之间的咬合以及增大根系和土颗粒之间的接触面,从而增大内摩擦角;通过电镜扫描试验可以看出,紫穗槐根系可以抑制土体中的裂隙产生与发展,从而增大土体的整体性。[结论]紫穗槐根系在不同地区均能起到加筋作用。不同含水率会存在不同的最佳含根量,紫穗槐根系的固土作用体现在增大土体的内摩擦角,增加土体的整体性。     

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。     

不同黏粒含量对黄土渗透系数影响的试验研究

[目的]开展不同黏粒含量对黄土渗透系数影响的试验研究,揭示黏粒含量对渗透系数的影响及其微观机理,为黄土及其渗透性相关的理论与工程实践提供科学依据。[方法]通过自制负压湿筛装置筛取不同黏粒含量的黄土试样,利用激光粒度仪对土样的黏粒含量进行跟踪测定,采用静压法将不同黏粒含量的黄土试样制成天然干密度水平下的不同含水率试样进行饱和渗透试验。[结果]黏粒含量对黄土渗透性能有较大影响,在同一含水率条件下,随黏粒含量的增多,黄土的渗透性逐渐降低,渗透系数与黏粒含量呈指数函数负相关关系;在黏粒含量一定时,渗透系数随着初始含水率的增加而减小,呈指数函数负相关关系;SEM分析结果表明,随着黏粒含量的增加,黄土试样微观结构由分散结构变为致密结构,部分颗粒的接触方式由支架接触变为镶嵌接触,颗粒连接由葱皮连接或桥接变为嵌埋连接,相应地孔隙则由支架大孔变为黏粒间微小孔隙,从而一定程度上降低了黄土的渗透性。[结论]黄土渗透系数受黏粒含量、含水率的影响规律相似,可通过微观结构对其影响机理进行解释。     

软土地基上加筋土路堤稳定的强度折减法分析

针对软土地基上加筋土路堤的工程特点,采用强度折减联合有限差分的方法,从安全系数和潜在滑动面两个方面人手,得出了软土地基上加筋土路堤不同时刻的稳定特性,并分析了加筋层数、填料内摩擦角及地基模量等参数对稳定的敏感性.研究结果表明,软土地基上加筋土路堤不同时刻的稳定特性不同,增大筋材层数、填料的内摩擦角及地基模量,软土地基上加筋土路堤的稳定性有所增加,但超过一定阶段后,其增加程度不再明显.研究成果对软土地基上加筋土路堤的实际工程应用有一定的参考作用.     

持续降雨条件下黄土边坡稳定性试验研究

滑坡是黄土丘陵沟壑区常见的重力侵蚀,降雨是黄土边坡失稳的主要诱因。为了研究持续降雨条件下黄土边坡的稳定性,采用人工降雨装置进行室外现场试验,测量土体含水率、密度、滑坡剪切带位置以及裂缝的发育等情况,并使用FLAC3D软件计算模拟持续降雨条件下裂缝发育对边坡稳定性的影响。结果表明:随着降雨历时的增加,黄土边坡土体的含水率逐渐增大,土体强度降低,而且自重增大,坡面冲蚀沟逐渐发育,坡脚出现滑塌,坡顶出现拉裂缝,裂缝加剧了降雨的集中入渗,使得裂缝周边土体强度快速降低,最终导致在降雨历时至308.8 h时发生滑坡,持续降雨和裂缝引起的集中入渗加速了土体强度的降低,导致了滑坡,裂缝发育得越深、数量越多,对边坡稳定性危害越大。研究结果为降雨条件下的黄土边坡稳定分析研究和地质灾害防治提供方法和技术支撑。     

黄土坡面的微生物矿化加固及抗侵蚀性能试验研究

[目的] 研究黄土坡面的微生物矿化加固及抗侵蚀性能,为该区域坡面土壤侵蚀的防治提供防治技术。[方法] 采用微生物矿化技术对黄土坡面进行加固,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM),从微观角度探究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对黄土坡面矿化加固的作用机制,并结合室内人工模拟降雨测试分析了加固坡面的抗侵蚀性能。[结果] 采用微生物矿化技术固化黄土坡面,能够有效提高坡面的抗侵蚀性能;随着固化处理次数的增加,固化层厚度逐渐增加,坡面渗透性逐渐降低,坡面总产流量逐渐增加,从38.5 L/h增加到44.4 L/h,增加了15.6%,而坡面总产沙量逐渐减少,从480.64 g/h减少到17.1 g/h,减少了96.5%。固化处理7次及以上的坡面,经雨强为120 mm/h的降雨持续冲刷1 h,坡面均没有发生明显的土壤侵蚀,坡面径流量与径流含沙量几乎不随降雨历时的增加而变化,分别稳定在0.72～0.74 L/min和0.001～0.002 g/ml之间。固化处理次数达7次及以上时,固化处理次数对总产沙量有显著影响,随着固化处理次数的增加,总产沙量不断减小。[结论] MICP技术可为黄土丘陵沟壑区临时和永久边坡土壤侵蚀的防治,黄土坡面的加固提供新方法和新技术,具有较广阔的实际应用前景。     

黄丘区典型灌木和荒草地土壤含水量变化对降雨的响应

为了研究不同土地利用方式下土壤水分的变化特征及其对降雨的响应,以黄丘区辛店沟流域坡面径流小区灌木和荒草地为研究对象,利用多探头土壤水分监测仪对研究对象0—50 cm土层土壤水分进行了连续定位观测,对不同下垫面下土壤水分的变化特征进行了系统的分析和研究。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分表现出明显的季节变化特征,观测期内荒草地的平均土壤含水量为0.099,大于灌木地0.091,荒草地的土壤含水量总体要高于灌木地。(2)不同土地利用方式土壤含水量垂直变化趋势相似,总体上随着土层深度的增加而减少,具有明显的垂直变异性,灌木地对深层土壤含水量的消耗比荒草地多。(3)土壤含水量在垂直方向上对降雨的响应程度随着土层深度的增加而减小,灌木地和荒草地垂直方向上0—30 cm土层与30—50 cm土层对降雨响应表现为相反的规律。研究认为相比荒草地,灌木地土壤水分消耗更严重,且深层土壤水分受降雨补给有限,易引发土壤干层。     

水蚀风蚀交错区黄土抗剪强度敏感性分析

抗剪强度不仅是黄土重要的力学性质指标,还是控制重力侵蚀的内在因素。利用直剪仪进行快剪试验,研究干密度和含水量对黄土抗剪强度的影响,并用基于变量增长率的敏感性分析方法,对抗剪强度的影响因素进行了敏感性分析。结果表明:干密度是通过影响粘聚力和内摩擦角来影响抗剪强度的,而含水量仅仅通过影响粘聚力来影响抗剪强度。含水量对粘聚力的影响呈指数函数减小,而对内摩擦角影响很小,含水量对粘聚力的影响程度是其对内摩擦角的18.5倍。黄土抗剪强度对干密度的敏感性大于它对含水量的敏感性,前者的敏感系数是后者的10倍。可为黄土沟坡重力侵蚀的力学机理分析提供参考依据。     

湿陷性黄土试坑浸水试验中土压力及含水量变化分析

湿陷性是黄土的重要性质之一,湿陷性黄土遇水发生湿陷变形的过程中,黄土土层的土压力及含水量相应的发生一系列变化。通过湿陷性黄土现场试坑浸水试验,利用布设在试坑内及试坑周围埋设的传感器和张力计等监测仪器,对试验过程中黄土土层的土压力及含水量的变化过程做了信息采集记录,分析了其变化方式及规律。研究结果表明,在试验过程中黄土土层的土压力及基质吸力均呈降低趋势;在黄土湿陷变形过程中,沉降或突降的时间点一般是在土层压力最小或接近最小,含水量达到或接近饱和的时段。     

基于三轴UU试验的土体含水率对根土复合体强度特性的影响

为研究自然边坡其强度特性随含水率的变化规律。通过设计不同体积含水率(20%,27%,35%,40%,45%)和2种含根量(RAR=0.1%,0.3%)的重塑土进行不固结不排水三轴试验,以研究含水率对土体破坏方式、抗剪强度和初始切线模量的影响。结果表明：(1)试样破坏模式多为剪切变形和剪胀变形,在含水率为20%,27%时,出现明显剪切贯穿面破裂带,其余含水率下表现为剪胀变形;(2)含水率对根土复合体抗剪强度主要体现在黏聚力上,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体黏聚力分别降低67%,72%;含水率低于35%时,可用对数关系表示,随含水率升高,黏聚力明显降低;含水率达到35%以上时,可用线性关系表示,黏聚力下降速度减缓;含根量增加,抗剪强度提高;(3)不同含根量和围压下根土复合体初始切线模量与含水率关系可以用线性关系拟合,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体初始切线模量平均分别降低43%和47%。综合考虑土体弹塑性和植物因素对土体位移或变形的影响,可提高边坡稳定性计算精度。研究结果可为植物边坡以及水土保持植被建设治理提供科学参考,丰富根系固土领域的科学理论。     

莲仁力学特性参数测定及挤压破碎特性试验

为探讨莲仁在挤压载荷作用下的破碎机理,该文用压缩试验方法对莲仁相关力学参数进行了试验研究。首先,用万能试验机对莲仁试样进行了弹性模量和抗压强度测试,测得5种不同含水率莲仁在纵向、横向2个方向上的弹性模量、抗压强度及应力-应变曲线;测试结果表明,莲仁弹性模量、抗压强度的纵向值均大于横向值,且弹性模量、抗压强度均随莲仁含水率增大而显著减小;用回归分析方法建立了莲仁弹性模量、抗压强度与含水率关系的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最小弹性模量为37.12 MPa,最低抗压强度为5.12 MPa。其次,研究了莲仁整体挤压时裂纹的产生规律,测得了5种不同含水率莲仁在平压与侧压2种受载方式下的挤压极限载荷;测试结果表明,莲仁的挤压极限载荷随含水率的增大而减小,对于相同含水率莲仁,侧压比平压更容易引起莲仁破碎;用回归分析方法建立了挤压极限载荷与含水率的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最大挤压载荷应小于53.6 N。最后,用有限元法建立了莲仁的压缩力学模型,分析了莲仁整体受压时的应力分布,仿真结果与莲仁压缩试验结果基本吻合,验证了所测莲仁力学参数的正确性。研究结果可为莲仁加工和输送设备的设计提供参考。