非饱和冻融黄土固结蠕变特性研究

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黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

元件来模拟该现象。当
剪应力较低(小于长期强 度)时,随着时间的增长, 应变速率逐渐降低,并以
图9博格斯元件模型 Fig.9 Burger’S component
modd
近似负指数的形式趋于某一渐近线,这种性质可以
采用Kelvin体来模拟。将弹性元件和Kelvin体串
联起来,可以反映蠕变变形的瞬时变形和减速变形
4结论
(1)黄土坡滑坡滑带土具有较强的流变特性。 滑带土的蠕变曲线具有很好的相似性,因此可以用相 同的函数形式来表示不同偏应力下的流变方程。在 一定程度上,利用Burger’S蠕变模型能较好地反映出
黄土坡滑带土的蠕变性,且计算曲线与试验点能较好 地拟合出蠕变的衰减蠕变阶段和稳定流动阶段,说明 此次流变试验是可靠的。
como
万方数据
长江科学院院报
2008生
利石、高岭石为主(见图2(b))。由于滑带的反复多 次滑动,颗粒具有一定的定向性,见图2(a)。粗颗粒 之间一般不直接接触,粘土矿物介于颗粒与颗粒之间 起“润滑”作用。
图2滑带土扫描电镜成果 Fig.2 Photographs for SEM of slip band soil
㈣2 耋| 8
耋| 4 耋| O
㈣6

2000
4 000
6000
t/min
8 000
10000
图11第二级剪应力下的试验点与计算曲线
Fig.1 1 Test points and fitting curve under the 2nd class shear strexs
O.09
O.08
∞0.07
0.06
阶段,也即著名的Buger’S模型,其元件组合形式见

非饱和土与特殊土测试技术新进展

非饱和土与特殊土测试技术新进展

非饱和土与特殊土测试技术新进展随着工程建设的不断发展,非饱和土与特殊土测试技术在土木工程、地质工程等领域发挥着越来越重要的作用。

近年来,非饱和土与特殊土测试技术取得了显著进展,本文将分别探讨其新进展、应用现状及未来研究方向。

非饱和土是指土体中含水量未达到饱和状态,即含水率低于最大含水率的土。

非饱和土测试技术主要研究土体在非饱和状态下的各种性质,如有效应力、气体传输等。

在非饱和土测试中,气体传输机理是影响测试结果的关键因素。

气体传输包括气体在土体中的扩散和渗透,受到土体孔隙特征、含水率、气压差等因素的影响。

因此,研究气体传输机理对于非饱和土测试技术的进步至关重要。

特殊土是指具有特殊性质的土体,如膨胀土、盐渍土和软粘土等。

这类土体的性质与常规土体存在明显差异,因此在测试技术上也需要针对性地研究。

对于膨胀土,测试重点在于研究其膨胀性和收缩性;对于盐渍土,则需其盐分含量和离子交换等特性;对于软粘土,需要考察其强度和变形特性。

然而,现有的特殊土测试技术仍存在一些问题,如测试结果受环境因素影响大、测试周期长等。

因此,未来研究需要进一步优化测试方法,提高测试效率,同时加强理论模型的研究,以更好地解释测试结果。

近年来,非饱和土与特殊土测试技术取得了诸多新进展。

在非饱和土测试方面,随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展,非饱和土力学模型的研究逐渐深入。

新型测试设备如气体渗透仪、压力板仪等也为非饱和土测试提供了更为准确、便捷的手段。

在特殊土测试方面,研究者们针对各类特殊土的特性,研发出了一系列新的测试方法,如超声波检测、电学特性测量等。

同时,有关特殊土体本构关系和数值模型的研究也取得了重要进展,为特殊土体的工程设计和施工提供了更为准确的依据。

非饱和土与特殊土测试技术的不断进步为土木工程和地质工程提供了更为可靠的技术支持。

尽管现有的测试技术已经取得了一定的成果,但仍存在诸多挑战和问题,如气体传输机理的复杂性、特殊土体本构关系的多样性等。

非饱和土一维压缩试验及变形规律探讨

非饱和土一维压缩试验及变形规律探讨

非饱和土一维压缩试验及变形规律探讨土工学是一门以土壤和岩石为研究对象的学科,其中涉及到了许多试验方法。

本文将探讨非饱和土的一维压缩试验及其变形规律。

一、实验原理一维压缩试验是一种简单而实用的试验方法,可用于评价非饱和土的力学性质。

该试验是通过施加竖向载荷来压缩土样,同时记录土体压缩变形的过程,得出土体的体积变化、应变和应力等与压缩过程相关的指标。

在试验中,非饱和土样进行一维压缩变形时,土体内部固相和孔隙水之间的相互作用会导致土体的力学性质出现变化。

这种变化是非常显著的,对于非饱和土的力学性质研究具有重要的意义。

二、实验步骤1.制备土样。

首先要选取相应的土壤样品,然后在实验室内进行制作,制作过程还需加入适量的水分。

2.测定原始状态参数。

对土样进行宏观力学参数测定,如土样所具有的体重和含水状态等。

3.施加一维压缩荷载。

制备好土样后,在试验设备中施加一维压缩荷载,并对土体的变形情况进行记录,得到一组压力-应变曲线。

4.测量湿度和干密度。

在不同压缩应变状态下测量土样的干密度和质量。

5.记录土湿度变化。

记录土样在一维压缩过程中的含水率和吸盘压力,以探索非饱和土的力学性质和变形规律。

三、实验结果经过实验得出的数据,可以得出非饱和土的压缩变形曲线图。

由压缩变形曲线可以看出,非饱和土的压缩变形呈现非线性,存在明显的弹性阶段和塑性阶段。

具体地说,在低次微喷压力下,非饱和土存在明显的压缩变形,但变形量较小。

随着微喷压力的增加,土样内部的含水率逐渐降低,压缩变形逐渐明显。

截至最高施力位置,土样中的含水率已经很低,土体由原来的未饱和状态向饱和状态的方向转变。

四、结论非饱和土的一维压缩试验可有效评价其力学性质和变形规律。

该试验的实验结果显示,非饱和土的压缩变形存在显著的非线性。

土样的变形量随着施力位置的不同而变化。

在实验中,可以通过对土样的含水率变化进行观察和记录,更全面地掌握非饱和土的力学特性。

非饱和土固结试验

非饱和土固结试验

石家庄铁道大学研究生课程论文培养单位土木工程学院学科专业建筑与土木工程课程名称非饱和土力学任课教师考试日期 2015.1.15学生姓名学号研究生学院非饱和土固结实验报告一、非饱和土固结试验工程意义土体的压缩变形特性决定了地基沉降量的大小和固结时间的长短, 尤其是非饱和土体的压缩变形特性是目前工程界关注的焦点。

在荷载作用下,土体中产生超孔隙水压力,在排水条件下,随着时间发展,土中水被排出,超孔隙水压力逐渐消散,土体中有效应力逐渐增大,直至超孔隙水压力完全消散,这一过程称为固结。

饱和土的固结可视为孔隙水压力的消散和土骨架有效应力相应增长的过程。

非饱和土的孔隙中同时含有气体和水,固结过程中,土中水和气会发生相互作用,非饱和土要涉及两种介质的渗透性,而且非饱和土的渗透性受土的结构性影响相当显著。

这些使非饱和土的固结过程非常复杂。

由于土体内部结构复杂, 使得非饱和土体在固结变形特性上与饱和土体存在巨大差异, 同时也导致非饱和土地基在设计和施工中存在大量不确定因素。

因此掌握非饱和土体的固结变形机理, 并且有针对性的对地基沉降加以控制是目前极待解决的问题。

二、实验方案通过一维固结试验,利用实验数据整理出在分级施加垂直压力p下试件的竖向变形s与时间t的s-t曲线、试件排水v与时间t的v-t曲线以及e-p曲线,研究非饱和重塑粉质粘土在饱和度Sr=0.569下的压缩变形特性。

1.土样本实验使用重塑非饱和粉质粘土,土的压实度DC=0.9 、含水率w=12%、土粒比重Gs=2.72、最大干密度pdmax=1.92g/com,实验中的试件尺寸为Ф61.8mm×H20mm,总质量m=116.04g,其中固体颗粒质量ms=103.6g2. 实验设备本实验采用的非饱和土固结仪(如图1-1所示)由中国人民解放军后勤工程学院、电力部电力自动化院大坝所、江苏省溧阳市永昌工程实验仪器有限公司联合研制生产。

其主要结构有:2.1 压缩部件:由压缩容器、压力室座、导环、陶土板、透水板、加压帽表杆支座等组成,承放土样用。

非饱和黏土动态力学特性及其本构关系研究

非饱和黏土动态力学特性及其本构关系研究

非饱和黏土动态力学特性及其本构关系研究土作为一种最普遍的基层材料,广泛应用于各类民用和国防工程建设。

土基层以及土中构筑物在其工作过程中,除了承受正常的设计载荷外,可能还要承受诸如撞击、冲击和爆炸等强动载荷。

黏土的分布广泛,且通常情况下,黏土均处于非饱和状态。

非饱和黏土是一种力学性质极为复杂的材料,并且针对非饱和黏土的动态本构建模至今仍然是不完备的,因此有必要对非饱和黏土的动态本构关系进行深入系统研究。

非饱和黏土的动态力学特性受多种因素影响,主要包括初始密度(压实度)、含水率(饱和度)和外载荷特性(应力水平、加载速率)等。

为探讨分析以上影响因素的影响规律,本文结合非饱和黏土的材料特性,设计开展了针对不同初始密度、含水率的非饱和黏土试样的静、动态力学系列试验。

其中,静态力学试验主要包括:无侧限压缩试验和三轴剪切试验;动态力学试验主要包括:单轴压缩SHPB试验、被动围压SHPB试验和平板撞击试验。

通过对试验结果的分析,得出了非饱和黏土在静、动态加载条件下的力学特性,归纳总结了初始密度、含水率和外载荷特性等因素的影响规律。

本文提出应用基于Perzyna形式的黏塑性帽盖模型描述非饱和黏土的屈服破坏行为;提出将p-??物态方程和修正三相混合物物态方程结合起来,描述非饱和黏土在高压状态下的压力-密度关系。

基于非饱和黏土静、动态力学试验结果,提出了一套确定黏塑性帽盖模型和物态方程参数的方法。

为验证基于Perzyna形式的黏塑性帽盖模型和非饱和黏土物态方程及其参数的适用性和准确性,分别以用户自定义材料模型和自定义物态方程子程序的形式将帽盖模型和物态方程嵌入到LS-DYNA软件中,并对非饱和黏土中动力学过程进行了数值模拟。

模拟结果表明,基于Perzyna形式的黏塑性帽盖模型和非饱和黏土物态方程及其参数能够较为准确地描述非饱和黏土的动态力学行为。

非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比

非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比

水利学报SHUILI XUEBAO2012年9月第43卷第9期文章编号:0559-9350(2012)09-1108-06非饱和粉土的动弹性模量和阻尼比研究孙德安,吴波(上海大学土木工程系,上海200072)摘要:使用吸力可控或可测的非饱和土振动三轴试验仪,对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验,在不同净围压应力、不同初始含水率的条件下,得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,并量测试样吸力。

试验结果表明:(1)非饱和粉土的骨架曲线比饱和粉土的高;(2)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土动弹性模量大小相近,而饱和土试样的动弹性模量略小;(3)在相同净围压条件下,不同含水率的非饱和粉土阻尼比也相近,而饱和土粉土的阻尼比略大。

关键词:非饱和土;粉土;动模量;阻尼比;吸力中图分类号:TU443文献标识码:A1研究背景土石坝、高速公路和城际高铁等建设工程的地基和土工结构本身要承受地震、车辆等动力荷载的作用,而且由于地理环境和经济成本等原因,有些土工结构直接建设在非饱和土地基上,有些土工结构的全部或部分处于非饱和状态。

例如,河川堤坝和水库土石坝的浸渗线以上部分土体都处于非饱和状态。

因此,对在循环荷载和动力荷载作用下非饱和土的动力特性研究具有十分重要的现实意义[1]。

目前,对于饱和土的动力特性的研究已经取得了很多成果[2]。

关于粉土动力特性的研究,国内以黄土居多,例如,陈存礼等[3]通过动三轴试验探讨了固结比和固结围压对饱和击实黄土的动模量和阻尼比的影响,并研究了在不同固结条件下饱和击实黄土的动强度、动孔压及抗液化特性。

王建华等[4]基于循环三轴和循环扭剪试验,研究了饱和软黏土的不固结不排水循环强度的变化,分析两者之间的关系。

对于非饱和土动力性质,早期学者通过控制试样的初始饱和度来描述试样的非饱和状态。

Wu等[5]、Qian等[6]分别通过共振柱试验研究了小应变情况下非饱和砂的动剪切模量随试样饱和度的变化。

《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文

《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文

《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程领域,土质边坡的稳定性是一个关键性问题,特别是在非饱和和饱和状态变化条件下,边坡的稳定性显得尤为重要。

非饱和状态下的土体通常由固态和气态两部分组成,而当土体达到饱和状态时,其物理力学性质将发生显著变化。

本文旨在分析非饱和至饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性,以揭示其内在规律,为实际工程提供理论依据。

二、非饱和土质边坡稳定性分析1. 非饱和土的特性非饱和土的强度和稳定性主要取决于其固相和气相的分布和相互作用。

在非饱和状态下,土体的强度主要由固相颗粒间的摩擦力和吸附力决定。

此外,土体的吸力和基质吸力也对边坡稳定性产生重要影响。

2. 非饱和土质边坡的稳定性分析方法在非饱和状态下,边坡的稳定性分析主要采用极限平衡法、有限元法和离散元法等方法。

这些方法可以有效地分析边坡在不同条件下的稳定性,并预测其可能发生的变形和破坏模式。

三、饱和土质边坡稳定性分析1. 饱和土的特性当土体达到饱和状态时,其物理力学性质将发生显著变化。

饱和土的强度主要由固相颗粒间的摩擦力和孔隙水压力决定。

此外,由于土体中的孔隙被水充满,基质吸力消失,边坡的稳定性将受到孔隙水压力的影响。

2. 饱和土质边坡的稳定性分析方法在饱和状态下,边坡的稳定性分析主要采用有效应力法、有限元法和渗流-应力耦合分析等方法。

这些方法可以有效地考虑孔隙水压力对边坡稳定性的影响,从而更准确地预测边坡的稳定性和变形行为。

四、非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响随着降雨、地下水位变化等因素的影响,土体会经历从非饱和状态到饱和状态的变化。

这种状态变化将导致土体的物理力学性质发生显著变化,从而影响边坡的稳定性。

在非饱和状态下,基质吸力对边坡的稳定性具有积极的作用;而在饱和状态下,孔隙水压力可能削弱边坡的稳定性。

因此,在分析土质边坡的稳定性时,需要考虑这种状态变化对边坡稳定性的影响。

五、结论与建议通过对非饱和和饱和状态条件下土质边坡的稳定性分析,我们可以得出以下结论:1. 在非饱和状态下,基质吸力对边坡的稳定性具有积极的作用;而在饱和状态下,孔隙水压力可能削弱边坡的稳定性。

非饱和土基本特性的学习与思考

非饱和土基本特性的学习与思考

谢定义(1999)
用有效球应力和有效偏应力表示的有效应 力型应力状态变量明确地表明了以基质吸力 反映的收缩膜张力为非静水压力型应力的这 种特性。
4. 非饱和土的强度特性
基本思路 非饱和土的抗剪强度被视为 符合库仑强度公式, 并等于土饱和时抗剪强度与 非饱和土基质吸力对抗剪强度的贡献 (称为吸附强度)之和,
固、气、液相之间——结构性:(表现出结构强 度,由粘聚力、咬合力、胶结力及吸力等组成。
三相的变态特性 (温度、压力变化引起的相变)
液相的汽化、凝结、冻结 气相的溶解、扩散 固相的液化、软化
非饱和土的相态特性涉及到一系列重要定律: Fick定律 Darcy定律 Henry定律
亚佛加德罗定律 道尔顿(Dolton)分压定律 Kelvin定律 热力学第一定律 热力学第二定律
Li X.I (2003)
将有效应力表示为净应力项与一个吸力相 关、且能反映基质吸力剪切效应项之和。认为 对非饱和土,土颗粒的一部分上作用有孔隙气 压力,另一部分上作用有孔隙水压力,它们的 作用一般是不平衡的、变化的,而且它的方向 并不与净应力的方向相一致,明确了基质吸力 可引起一种剪切效应的结论。
在孔隙流体不能排出的条件下,土受力 后的孔隙水压力和孔隙气压力的增量是一种 超孔隙压力(超过加荷前土中孔隙水压力和 孔隙气压力的值);
在容许孔隙流体排出的条件下,这种超 孔隙压力会随时间的增长和土的压密而逐渐 消散,使各相所承担应力的比例协调地发生 变化,最终,在消散终结时,荷载仍全部由 土骨架(包括收缩膜)来承担。
基质吸力
土中水自由能的毛细部分(对纯水),来 源于表面张力.表面张力愈大,弯液面曲率愈 小。
为了维持弯曲型收缩膜的平衡,收缩膜气 一侧的应力为正压力,收缩膜水一侧的应力 为负压力,它们的差值即为基质吸力.
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的 时 间一 应 变关 系模 型 , 拟 舍 得 到 了其 中的 参 数 。 并
关 键 词 : 土 ;固 结蠕 变 ;冻 融循 环 ;陕 西 关 中地 区 黄
中 图 法分 类 号 : U 1 T 4
文 献 标 志 码 :A
黄土 高原的许 多工 程 破 坏 问题 如边 坡 失稳 、 基 路
响。 结 果 表 明 : 向应 力 水平 对 冻融 黄 土 蠕 变有 较 大的 影 响 , 向 应 力 越 大 , 融 黄 土 的 应 变 就越 大 ; 融循 法 法 冻 冻
环 次 数 对 黄 土 固结 蠕 变也 有 一 定 的影 响 , 现 为在 一 定 范 围 内, 土 应 变 随 冻 融 次 数 的 增 加 而增 加 。根 据 蠕 表 黄 变曲 线 形 态特 征 , 建议 用 B r r u g 元件 模 型 来描 述 冻 融 黄 土 的 固 结蠕 变特 性 ; 导 冻融 黄 土 在 单 向 固结 条 件 下 e 推
1 2 试 样 制 备 .
将 黄土晾 干 、 碾碎并 过 2mm筛 , 于制 作试 验 土 用
收 稿 日期 :0 9— 8—1 20 0 9
基 金 项 目: 家 自然科 学基 金 项 目( 0 7 0 8 ; 土 工 程 国 家 重 点 实验 室开 放 基 金 项 目( K F E 0 8 3 国 5 7 95 ) 冻 S L S 2 00 ) 作 者 简 介 : 晓 宏 , , 士 研 究 生 , 要 从 事岩 土 力 学与 工 程 方 面 的研 究工 作 。 E—m i w w x 0 2 @ 1 6 C B 董 男 硕 主 a : w dh 59 2 .O l
止水 分散失 , 冻融 时土样 用保鲜 膜包裹 用 以保湿 , 并用 带有 环刀孔 的聚 乙烯 泡沫保 温冻 融盒来保 证试样 的单
向冻融 。相 比 以前 的单 向冻融 试 验 方法 , 方法 不但 该 可 以保 证单 向冻融 , 且不 可 以始 终 保证 各 试样 均处 而 于较相 近的状 态 , 以此 提 高试 验精 度 。试 验所 用 的冰 箱是 D W 一 0 6 L 2 0— 0全封 闭低 温 冰箱。冰箱 里冻结温
摘 要 : 陕 西 关 中地 区杨 凌 Q 黄 土 为研 究 对 象 , 行 了经 历 冻 融循 环 作 用的 非 饱 和 重 塑黄 土 的单 向 固结 蠕 变 以 进
试验 , 得 了各 级 法 向 压 力 下 的蠕 变 曲线 簇 , 究 了冻 融 循 环 次数 、 向 压 力 对 冻 融 黄 土 固结 蠕 变特 性 的 影 获 研 法
1 试 验 材 料 与方 法
1 1 试 验 材 料 .
试验所用 黄土取 自陕 西杨 凌 的某 黄 土边 坡 , 土 取 深度 为 3 5~ . 属 Q . 4 0m, 黄土 , 土样 的物 理性 质指 标
见 表 1 。
1 3 试 验 方 法 .
冻融循 环采 用封 闭系统下 的单 向冻融方式 。为 防
第 3期
董 晓 宏 , 爱 军 , 江 波 , 敏 i 2 张 连 郭 t
(. 1 西北 程 学 院 , 西 杨凌 7 2 0 ; 2 中 国科 学 院 寒 区旱 区环 境 与工 程 研 究 所 陕 1 10 .
冻 土 工程 国家 重 点 实 验 室 , 肃 兰 州 7 0 0 ) 甘 30 0
样 , 过筛 后 的土 用 蒸馏 水 配 成 含 水 率 为 1 % 的土 , 将 9 再在制 样机 上压成压 实度 为 0 9 、 面直径为 1 l、 .0 底 0c n 高 1 m的 圆形 土 柱 , 后 用 压缩 环 刀在 土 柱上 慢 慢 0c 然 削切成 压缩 土 样 , 样 的 底 面 积 为 5 m , 2 c 试 0 c 高 m。 本 试验 一组 5个 试样 , 对 应 的冻 融循 环 次数 分 别 为 相 0 13 5 1 , , , ,0次 , 中 0次指未 冻融土样 。 其
第4 l卷 第 3期
20 10年 2 月 文 章 编 号 :0 1—4 7 2 1 0 10 1 9( 0 0) 3—0 8 0 8—0 4
人 民 长 江
Ya g z Ri e n te vr
Vo . 1 41. . No 3
F b., e
2 0 01
非 饱和 冻 融黄 土 固结 蠕 变特 性 研究
表 1 杨 凌 黄 土 的 物理 性 质 指 标
最 最 干 优 大 …

沉 降变形 、 础开挖 临空 面 的缓慢 侧 向位 移 等均 与 黄 基
土 的蠕 变特性有 着 密切 的关 系 。长期 以来 , 内外 学 国 者在 土体蠕变方 面进 行 了较 深 入 的研 究 , 并取 得 了许 多研究成 果 , 多集 中于 软粘土 和淤 泥质 土等 且 果 , 在 黄土 的 流 变 和 蠕 变 等 方 面 也 取 得 了 一 些 研 究 成 , 是经历 冻融后 的黄土蠕 变研究 还未 见报道 。 但 为揭示冻 融作用 对 口 黄土 固结蠕变 特性 的影 响 , 本文通 过对关 中地 区 Q 黄 土采用 单 向固结 试验 , 获得 了不同冻融 次数下 的黄 土 应力 应 变 时 间关 系 曲线 , 并 拟合 出 固结蠕 变模 型和 相关 特 征参 数 , 黄 土 的蠕 变 对 研究做 了重要 补充 。
颗 组 / 粒 成%
> .7r 005 0O5 m < .0r 005 m 7 - .0m a 005 m a l. 65 6. 28 2. 07
含 密 / 水 度
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