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关键词： 土力学   颗粒尺度效应   土体胞元模型   多尺度框架   物理机制  

摘要： 土体是一种复杂的颗粒体系,其强度与变形具有显著的颗粒尺度效应。为考虑土体不同尺度土颗粒对其宏观力学特性的影响,根据土颗粒间相互作用产生的黏聚和摩擦物理效应,划分土颗粒尺度层次以构造反映土体内部材料信息和颗粒特征信息的土体胞元;基于土体不同尺度结构层次上力学响应的特征,引入协调微裂纹的概念,建立具有多尺度分层次理论框架的土体胞元模型,求解土体不同尺度结构层次之间的变形和应力转换关系,把微细观土力学理论从定性分析推进到定量计算的水平。采用多种颗粒组合制备土体胞元模型的饱和重塑土试样,进行一系列直接快剪试验,对土体直剪力学特征的颗粒尺度效应进行测试,同时定量计算土体胞元模型中的应变梯度和內禀尺度等微细观模型参数。试验结果表明:土体的屈服强度随加强颗粒体分比的增加而增加;当加强颗粒体分比较小时(≤0.125),土体的屈服强度随加强颗粒粒径的减小而略为增加;当加强颗粒体分比较大时(≥0.177),土体的屈服强度随加强颗粒粒径的增加而略为增加。加强颗粒诱发其邻近基体产生应变梯度和协调微裂纹,是土体力学特性产生颗粒尺度效应的微细观物理机制。土体胞元模型建立的土体剪切屈服强度计算公式初步验证试验结果与模型预测的一致性。

关键词： 土力学   软土   主应力比   平面应变   超固结   蠕变  

摘要： 通过对原状软土进行平面变形蠕变实验,研究平面变形条件下主应力比对超固结软土蠕变特征的影响。研究表明,平面变形条件下,以广义剪应力定义超固结剪应力比OCR;,包含了前期固结应力数量和主应力比特征,能全面地反映软土的超固结特性,相对于超固结球应力比OCR_;能更直接反映超固结软土平面蠕变变形的特征;平面变形超固结软土的蠕变系数与超固结剪应力比OCR;具有一一对应的关系,OCR;越大对应的蠕变系数越小。OCR;相同时前期固结过程主应力比小的土体具有较大的蠕变系数。在不同主应力比下构成的超固结应力历史,使得平面变形超固结软土相对于正常固结状态具有较小的广义剪应力,一定条件下主应力比越小广义剪应力越大,对应的超固结状态下土体具有较大的长期蠕变变形。

关键词： 土力学   冻结管   相似准则   模型试验   对流换热系数  

摘要： 为解决冻结法模型试验中冻结管作为冷源的相似转换问题,将管内流动盐水和管壁的换热过程按对流边界条件处理,根据相似模拟理论推导出原型和模型之间的相似判据。理论分析结果表明:要满足冻结器原型与模型传热过程的相似性,模型中对流换热系数相似比与几何相似比的乘积应等于冻土的导热系数相似比。试验测试-30℃盐水(雷诺数为5332143)强迫对流换热的特征关联式系数。相似模型试验结果表明:当冻结管内盐水为层流状态时,在进行冻结法相似模型试验时除了要对盐水的温度进行设定外,还应按照冷源相似准则对模型冻结器中盐水的流量进行设定。如果盐水流量高于(或低于)该设定值,则模型的温度场将产生偏差。

关键词： 土力学   低能量强夯   电渗法   密实   沉降   排水路径  

摘要： 针对电渗过程中土样开裂造成电阻增大,阳极腐蚀造成界面电阻增大,能量消耗增大且加固效果减弱,极端情况下甚至造成电渗过程中断的问题,以及考虑到强夯法对开裂土体进行处理,不仅使开裂土体重新弥合,更可弥补电渗法的土骨架加密部分的功能缺失。因此,通过低能量强夯联合电渗法室内模型试验与单独电渗试验进行对比分析,分别获得2种试验条件下电路电流、土体出流、土体含水率、土体电导率、p H值等变化规律。研究结果表明:低能量强夯时改善了土体排水路径,使得土体出流表现强于单纯电渗的情况;低能量强夯能够增强电路电流、增强土体密实性以弥补土体裂纹的同时,促进土表沉降发展、改善环向土体处理的不均匀问题和减缓阳极腐蚀发展。在实际工程中,为提高加固效果,低能量强夯重点施加于阳极区土体开裂处,而不对阴极区土体进行强夯;在土体出流量突然变小且阳极区土体干燥时,选取阳极区土体干燥处作为夯点并开始强夯,待所有区域点夯完后,再针对阳极区土体进行低能量满夯,不对阴极区土体进行满夯处理。

关键词： 土力学   循环单剪   剪切方向   软黏土   模量   孔压   再固结  

摘要： 地震中土层运动是复杂的多维运动,土体遭受水平两方向的剪切作用,两方向剪切在大小和方向上相互耦合。针对上述问题,采用多向循环单剪系统(VDDCSS),研究循环剪切方向和剪应变幅值γ对软黏土剪切过程中剪切模量G和孔压u的影响。试验结果表明:由于土样的各向异性,不同方向的G是不同的;小γ下剪切作用会使下一次其他新方向的G稍微增大;大γ下剪切方向的变化会促进G的衰减(最多为单向剪切G衰减量的1.51倍),也会促进剪切过程中u的增大(最多为单向剪切u增加量的1.67倍);存在一个剪应变特征值γs,即当γ≤γs时,剪切作用会使其他新方向的G稍微增大,反之无此现象;剪切方向对G和u的影响程度随γ的增大而先增后减,剪切方向的变化极大地影响了循环孔压周期幅值uamp的发展;当0.1%<γ<2.0%时,再固结轴向变形△Hrc/H随γ的增大而增大,剪切方向使△Hrc/H在小γ下达到单向剪切时大γ时的值;当γ≥2.0%时,2种剪切方式下△Hrc/H趋于一致。

关键词： 土力学   风沙土   三轴压缩试验   破坏强度   纤维长度与掺量   围压  

摘要： 通过不固结不排水三轴压缩试验研究纤维长度（3;8 mm）、纤维掺量（0.1%;.3%）和围压（30;00 k Pa）对聚丙烯纤维三维加筋风沙土强度特性的影响。试验结果表明:在试验方案内,纤维长度、纤维掺量和围压的提高均能有效地增强纤维加筋风沙土的破坏强度和残余强度。随着纤维长度和掺量的增加,纤维加筋风沙土黏聚力提升显著,而内摩擦角提升微小。纤维长度的增加可使纤维加筋风沙土应变软化型过渡为应变硬化型,破坏韧性提高微小。随着纤维掺量的增加,3 mm纤维加筋风沙土始终保持为应变软化型,破坏韧性没有提升;9和18 mm纤维加筋风沙土均由应变软化型过渡为应变硬化型,破坏韧性明显提升。随着围压的增加,纤维加筋风沙土破坏韧性和应变硬化程度得以提高。破坏强度与围压关系以临界围压为转折点呈双线性。临界围压前,加筋作用主要体现为内摩擦角的提升;临界围压后,加筋作用主要体现在黏聚力的增强。

关键词： 土力学   防渗材料   光纤土工膜   界面亲和性  

摘要： 光纤土工膜是具有破损定位功能的新型防渗材料。为了研究红土大坝中的光纤土工膜对坝坡稳定的影响,进行剪切强度试验和可调斜坡模型的抗滑试验,获得各种工况组合下膜–土界面的黏聚力、内摩擦角、滑动坡比、摩擦系数等数据。与纯粹红土组、红土内置复合土工膜组的数据进行比对分析,结果表明:光纤土工膜与红土的亲和性足以满足抗剪要求;光纤土工膜作为防渗体嵌入坝坡,在实际工程条件下的抗滑安全性能不低于传统土工膜,能够满足规范要求。

关键词： 土力学   初始压缩   再压缩   孔隙比   压缩应力   e-p曲线模型   应力历史  

摘要： 土的初始和再压缩过程中,孔隙比与压力关系(即e-p曲线)是天然地基沉降计算与分析的关键之一。首先在土的初始压缩变形机制及其e-p曲线特征研究基础上,引入土应力–应变关系的双曲线模型,并从完全侧限条件下土的应变与孔隙比关系入手,建立出土的初始压缩e-p曲线分析模型及其参数确定分析方法;然后,根据土的初始与再压缩e-p曲线模型的区别是其初始孔隙比与初始压缩模量不同及其产生的原因,提出再压缩土的初始孔隙比与初始压缩模量等参数确定方法,进而建立出考虑应力历史影响的再压缩土e-p曲线分析模型。本文建立的初始与再压缩e-p曲线分析模型均只包含初始孔隙比、初始压缩模量和压缩系数3个常规试验参数,模型简单,参数少,且物理意义明确。最后,通过实测与理论分析曲线的对比分析,表明了该模型的合理性与可行性。

关键词： 土力学   挡土墙   土压力   土拱效应   剪应力   水平层分析法  

摘要： 挡土墙土压力问题一直是土力学领域的一个重要课题。经典的库仑和朗肯土压力理论认为土压力沿墙高呈线性分布,这与许多的场外或室内试验结果并不相符。因此,如何比较准确地描述作用在挡土墙的土压力对解决墙土接触问题至关重要,对此所做的研究很有必要,也很有意义。现有理论认为土拱效应是导致土压力呈非线性分布的主要原因。基于土拱效应的土压力研究主要针对砂性填土平动模式的情况,对墙后为多层填土和有限填土的情况研究还比较少,因而有必要对多层填土和有限填土的土压力问题进行分析。此外,许多研究在分析平动情况的土压力时,认为水平土层间不存在剪应力,然而考虑剪应力互等定理可知水平土层间一定存在剪应力,不能忽略。本文在前人研究的基础上,基于水平层分析法,考虑土拱效应和水平土层间剪应力作用对墙后主动土压力问题进行了比较深入的研究,所做的主要工作及结论如下:(1)首先对墙后为半无限均匀填土的土压力问题进行了分析。与已有理论对比发现,将填土滑裂面假定为库仑滑裂面是合理的;假定所采用的拱形对土压力合力及合力作用点并无明显影响,而滑裂面形状是影响土压力合力及合力作用点的主要因素;此外,侧向土压力系数与所假定的拱形和滑裂面没有必然联系,主要受填土内摩擦角和墙土摩擦程度的影响。与不考虑剪应力作用相比,考虑剪应力作用使得填土上部土压力变小而下部土压力变大,从而使合力作用点高度降低。(2)将上述计算理论推广到墙后为多层填土的情况,结果表明有无考虑土拱效应几乎不影响滑裂面倾角和土压力合力。与不考虑土拱效应和剪应力作用的研究对比,考虑土拱效应和剪应力作用会影响土压力的分布,使其上部变小,下部变大,进而影响合力作用点的位置,使其较未考虑时低,但仍高于库仑理论值。(3)最后,分析了墙后为有限填土的土压力问题。发现填土中出现的滑裂面倾角要远远小于库仑理论值,墙土摩擦角及挡土墙与岩坡间的距离是影响土压力合力及合力作用点的主要因素;某些情况下,有限填土土压力合力会大于经典土压力理论值,此时若采用经典理论进行支护设计会偏不安全。

关键词： 土力学   黄土   含水率   震陷   场地   评价预测  

摘要： 含水率变化对黄土的震陷特性有着重要影响,其影响变化规律对黄土场地震陷的评价和预测工作具有重要意义。通过开展一系列不同含水率条件下原状黄土的动三轴试验,分析了含水率变化对黄土震陷的影响变化规律,并借此给出采样黄土场地震陷性的评价结果和不同含水率条件下的震陷性预测结果。研究表明:震陷系数随动应力和土样含水率增加而增大,震陷临界动应力随含水率的增加而减小;不同性状黄土震陷性质差别较大,该场地土含水率≤5%时,在VII,VIII度地震作用下基本不发生震陷;含水率>5%以后,在VIII度地震作用下将产生震陷灾害。