非饱和黄土浸水后变形特性研究

区黄土地层也是最厚，最完整，分布连续，非常具有代表性。

由于黄土湿陷变形具有突变性，非连续性和不可逆性，对工程产生的危害严重，其主要原因是对黄土浸水后的变形特性和浸水破坏机理认识不够。所以有必要对黄土浸水后的变形特性和浸水破坏机理做进一步研究，建立系统的防治措施和设计计算方法，从而减少黄土湿陷对各种工程的危害。

1、研究现状

经研究，影响黄土湿陷性的微观因素主要有黄土的微观结构特征、颗粒组成、化学成分；宏观因素主要有黄土的含水量和上覆压力大小。对于微观因素的研究主要集中在以下几个方面：通过对骨架颗粒的微观结构变形分析，认为黄土的湿陷过程就是骨架颗粒的分解和重新排布的过程；而对孔隙的微观结构变形分析认为黄土的湿陷过程是大孔隙破坏，中孔隙变形，小空隙、微空隙增多，空隙比减小的过程；而对胶结物质的微观结构变化分析认为黄土的湿陷破坏主要是土中骨架颗粒胶结的破坏。在外力作用下，黄土颗粒原先的粒间胶结力遭到破坏，骨架颗粒脱离原先胶结力的约束而重新排列。

对于宏观因素的研究主要集中在以下几个方面：对于含水量的研究表明，随初始水量的增大，结构强度连续降低，而且在低含水量下的降低幅度远大于高含水量下的降低幅度;对于上覆应力的研究表明，根据上覆应力的性质可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两类，前者是

指那些在自重压力下浸水湿陷的黄土，这种黄土浸水后对构筑物危害极大，即使本身荷重不大的构筑物（公路、铁路和机场跑道）受水浸后也会下沉；后者是指在土自重压力下浸水不发生湿陷，只有在一定附加荷重下浸水才会湿陷的黄土。

本研究项目是交通部西部黄土课题的延续，现场试验目前基本已经完成，进行了部分室内试验，已经获得的试验资料包括：黄土的物理性质、力学性质、化学成份和粘土矿物成份四项。通过对于已有资料进行分析，确定湿陷系数与浸水时间、含水量的关系。

2、试验内容

黄土具有特殊的工程性质，为了更好的了解黄土的性质，做好现场试验研究，在对黄土路基进行现场试验研究之前，对所选定的银古路辅路K13+140~200试验路段黄土的物理、水理及力学性质进行了现场取样和室内土工试验，共取６组原状土样和３组扰动土样。本研究是交通部西部黄土课题的延续。

（1）土的物理性质试验：主要有颗粒分析试验、天然含水量、天然密度和干密度、比重、孔隙比、饱和度试验、渗透性试验和液、塑限等试验。

（2）土的力学试验：主要有直接抗剪强度试验、三轴排水固结试验、无侧限抗压强度试验、压缩试验。

（3）土的化学成份分析：主要分析了黄土的化学成份。

（4）土的粘土矿物成份分析：主要进行了黄土的Ｘ射线定量分析。（5）黄土水理性质试验：渗透试验、湿陷试验

3、试验结果及分析

3.1颗粒分析试验

见表1所示,分别对６组原状土样和３组扰动土样进行了颗粒分析试验。

表1银古高速公路辅路K13+140～200颗粒分析试验

检测号15376 15377 15378 15379 15380 15381 15382 15383 15384

送样号1-⑴1-⑵2-⑴3-⑴3-⑵4-⑴A B C

取样深度1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 扰动(重塑土) 扰动(重塑土) 扰动(重塑土)

粒径0.5~0.25/mm 0 0 0 0 4.3 0 0 1.3 0

粒径0.25~0.075/mm 1 0 14 0 46 0 18.3 4.7 0

粒径0.075~0.005mm 34.8 22 63.4 20.3 37.2 91.2 61.3 34.7 73.3

粒径0.005/mm 64.2 78 22.6 79.7 12.5 8.8 20.4 59.3 26.7

从颗粒分析试验可以看出，该处地基土的主要为颗粒均小于0.25 mm 的粉状黄土，粉粒直径为(0.75~0.005mm），少数土样是以粘粒（＜0.005mm）为主的粉质粘土或以粉砂粒(0.25~0.075mm)为主的粉砂。从黄土的颗粒分析结果可知，该区黄土为近源风积为主，颗粒主要为粉粒，含有较多的粉砂粒。

3.2 黄土样物理性质试验：分别对６组原状土样和３组扰动土样进行了土的物理性质试验。

根据土的物理性质试验分析可知，该试验段粉状黄土的天然含水量一般在10%左右，天然密度1.60~1.71g/cm3，干密度为1.45~158g/cm3，

饱和度为32.6~31.9%，天然孔隙比为0.697~0.848，说明该段黄土由于粉粒含量较高，并含有少量粉砂粒，导致黄土具有较大的干密度和较小的孔隙比，并且具有较好的透气性和透水性，所以该黄土具有较低的天然含水量。

由黄土的稠度分析指标可知，黄土的液限较低，一般为21.2~27.4%，说明该黄土由于粉粒含量较高，在较低的含水量时即可产生液化，导致黄土的湿陷和破坏。所以黄土路基的病害防治应以防水为主，并辅以其它的工程措施。

3.3 湿陷试验：土样的湿陷试验结果见表2。

表2 银古高速公路辅路K13+140～200黄土的湿陷性试验

检测号15376 15377 15378 15379 15380 15381 15382 15383 15384

送样号1-(1) 1-(2) 2-(1) 3-(1) 3-(2) 4-(1) A B C

取样深度1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 扰动

(重塑土) 扰动

(重塑土)

湿陷系数

/200kPa 0.008 0 0.054 0 0.031 0.006 0 0 0

湿陷起始

压力/kPa 25.6 10.1

湿陷试验表明，只有2-（1）和3-（2）两个土样湿陷较为明显，为中等湿陷性黄土（湿陷系数为0.03～0.07之间），其他土样湿陷性均不明

显。

在对土样的室内研究中，除了对土样的一般物理性质进行试验外，还对土样的湿陷性与浸水的关系进行了研究，不仅对试验路段的黄土进行了研究，还对其它路段的黄土浸水特性进行了对比研究。如黄土的变形量与浸水时间的关系、湿陷量与含水量及饱和度的关系，为土工材料在道路病害中的防治方法提供了依据。

黄土浸水时间与湿陷变形系数关系，宁夏黄土的湿陷产生和一般黄土的湿陷性质一样，均为快速形成，但不同地区由于黄土的颗粒组成和化学成份不同，湿陷产生的速度不同，在西部和北部地区，由于接近颗粒源区，颗粒直径相对较大，并含有较多的可溶盐类，粒间接触以点接触为主，可溶盐充填，孔隙类型以架空孔隙为主，在受到水浸后，可溶盐的运移需要一个过程，产生湿陷的速度相对较慢，湿陷变形量也相对较小，大约产生湿陷的过程需要10～20分钟，而南部和东部地区黄土，颗粒较细，矿物颗粒多呈片状，孔隙多为絮状结构，易被压缩而产生快速的压缩变形，导致湿陷的形成，而且湿陷变形量往往较大，产生湿陷的过程较短，一般在几十秒内即形成大范围的湿陷。

当黄土处于干燥状态时，黄土的变形系数很小；当黄土的含水量增加，变形系数随着含水量的增加而明显增大；当含水量达到一定程度时，含水量增加而变形系数趋于一稳定值；然后随着黄土的含水量的继续增加，到某一极限值后，黄土的含水量增加，变形系数再次明显增加。

在黄土的增湿变形过程中，黄土的变形系数变化经历了两次快速增加的过程，第一阶段即黄土的含水量增加，黄土的变形系数增大的过程，

也即黄土随着含水量的增加产生湿陷的过程，当黄土的含水量增加到20%左右时，变形系数不再增加，即湿陷系数趋于稳定或逐渐减小，至含水量增加到25%左右时，黄土的变形量基本稳定，湿陷性基本消失。第二阶段是当黄土原含水量增加到25%以后，随着黄土含水量的增加，黄土所产生的变形继续增加，即黄土开始产生液化变形，在一定的压力作用下，黄土颗粒间粘结力消失，产生快速变形而黄土产生结构破坏，呈液态形式，这是黄土含水量增加产生液化的阶段。

当黄土处于干燥状态时，黄土的变形系数很小；当黄土的饱和度增加，变形系数随着饱和度的增加而明显增大；当含水量达到一定程度时，饱和度增加而变形系数趋于某一稳定值；然后随着黄土的饱和度的继续增加，到某一极限值后，黄土的饱和度增加，变形系数再次明显增加。这一规律与黄土的含水量和变形系数关系一致。

4、结论

本研究是交通部西部黄土课题的延续，研究重点湿对试验数据进行整理、分析，从而获得湿陷变形系数于浸水时间、含水量之间的关系，得出结论如下：

（1）黄土浸水初期，湿陷变形系数迅速增加。经过10～20分钟，湿陷变形趋于稳定。湿陷变形速度的不同是由于黄土的微观结构存在差异而造成的。

（2）当含水量较低时，湿陷变形系数随含水量的增大而增大；当含水量达到某一定值时，黄土的湿陷变形系数呈阶梯状增长；当含水量超过25%后，黄土产生液化。

（3）黄土的饱和度和变形系数关系与黄土的含水量和变形系数关系一致。

湿化问题及其研究进展

湿化问题及其研究进展一湿化变形及湿化机理 1.1 湿化变形地基基础工程以及土石坝等重要的水工建筑物，不可避免地要与水发生直接的接触，水位的上升使建筑物局部开始浸水，浸水后的土体由非饱和状态变为饱和状态，这时土体的结构发生变化，其应力应变关系也随之改变，各项物理力学指标有所降低，这个过程称为湿化过程。土体受湿化过程的影响，一般都要发生土体体积的改变，这种在湿化过程中的体积变化称之为湿化变形。土体产生湿化变形的原因通常有如下几种：土石坝初次蓄水；由毛细现象等引起的水位上升；大气降雨等等。一些学者对土体的湿化和湿化变形进行了研究，对堆石料、土坝坝料土和膨胀土等分别进行了湿化试验，建立了一些土体湿化的数学模型。 1.2 湿化机理及防治土体产生湿化变形的大小与土的三相组成和构成土的固体颗粒的结构形式具有密切的联系。土是由固体的土颗粒、水和气体等所组成的三相体系。固相土颗粒构成土体的骨架，是土体的主要部分，一般为粘土矿物颗粒或砂粒；土颗粒之间的孔隙充满了水和气体，饱和土体，为两相体系；孔隙中水、气并存，为三相体系。 (1) 固体土颗粒土体中的固体土颗粒是决定土的物理性质和工程性质的主要因素。一般情况下，矿物颗粒之间的作用比较稳定，具有较强的联系，因而土体的强度也比较高。土体浸水湿化后受水分子的润滑作用，矿物颗粒间的联系发生改变，土颗粒之间的作用也被削弱，土体的强度也随之降低。土颗粒之间的关系可以从土体的狭义结构即构成土的固体颗粒的结构形式得到，它取决于土体固体颗粒的大小、形状、表面特性、相对位置和相互之间的联结等等。目前研究比较多的还是土体固体颗粒的狭义结构以及由此建立的结构类型。固体土颗粒按基本结构要素分为简单颗粒、团聚体和半团

重塑黄土变形特性

重塑黄土变形特性作者：程海涛，刘保健，谢永利， CHENG Hai-tao， LIU Bao-jian， XIE Yong-li 作者单位：长安大学,公路学院,陕西,西安,710064 刊名：长安大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF CHANG'AN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2008，28(5) 被引用次数：2次参考文献(8条) 1.孙钧岩土材料流变及其工程应用 1999 2.李传勋压实黄土荷载、变形与时间关系及应用问题的研究[学位论文] 2003 3.陈晓平.白世伟软土蠕变-固结特性及计算模型研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2003(05) 4.龚晓南高等土力学 1996 5.程海涛.刘保健.谢永利压实黄土应力-应变-时间特性[期刊论文]-长安大学学报(自然科学版) 2008(01) 6.刘保健.支喜兰.谢永利公路工程中黄土湿陷性问题分析[期刊论文]-中国公路学报 2005(04) 7.石刚.王晋国.支喜兰黄土地区公路工程地基承载力分区计算方法[期刊论文]-交通运输工程学报 2005(04) 8.张玉芬.张志权.赵桂娟二灰黄土力学性能试验[期刊论文]-长安大学学报(自然科学版) 2007(05) 引证文献(2条) 1.王松鹤.骆亚生.李焱黄土固结蠕变特性试验研究[期刊论文]-工程地质学报 2009(5) 2.李喜安.黄润秋.彭建兵黄土崩解性试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2009(z1) 本文链接：https://www.360docs.net/doc/a56600583.html,/Periodical_xagljtdx200805008.aspx 授权使用：西安理工大学(xalgdx)，授权号：439dfc3b-d297-4a39-b336-9e400130f9ab 下载时间：2010年12月2日

d395橡胶压缩永久变形特性试验方法

Designation:D395–02 Standard Test Methods for Rubber Property—Compression Set1 This standard is issued under the?xed designation D395;the number immediately following the designation indicates the year of original adoption or,in the case of revision,the year of last revision.A number in parentheses indicates the year of last reapproval.A superscript epsilon(e)indicates an editorial change since the last revision or reapproval. This standard has been approved for use by agencies of the Department of Defense. 1.Scope 1.1These test methods cover the testing of rubber intended for use in applications in which the rubber will be subjected to compressive stresses in air or liquid media.They are applicable particularly to the rubber used in machinery mountings,vibra-tion dampers,and seals.Two test methods are covered as follows: Test Method Section A—Compression Set Under Constant Force in Air7–10 B—Compression Set Under Constant De?ection in Air11–14 1.2The choice of test method is optional,but consideration should be given to the nature of the service for which correlation of test results may be sought.Unless otherwise stated in a detailed speci?cation,Test Method B shall be used. 1.3Test Method B is not suitable for vulcanizates harder than90IRHD. 1.4The values stated in SI units are to be regarded as the standard. 1.5This standard does not purport to address all of the safety concerns,if any,associated with its use.It is the responsibility of the user of this standard to establish appro-priate safety and health practices and determine the applica-bility of regulatory limitations prior to use. 2.Referenced Documents 2.1ASTM Standards: D1349Practice for Rubber—Standard Temperatures for Testing2 D3182Practice for Rubber—Materials,Equipment,and Procedures for Mixing Standard Compounds and Prepar-ing Standard Vulcanized Sheets2 D3183Practice for Rubber—Preparation of Pieces for Test Purposes from Products2 D3767Practice for Rubber—Measurement of Dimensions2 D4483Practice for Determining Precision for Test Meth-ods Standards in the Rubber and Carbon Black Industries2 E145Speci?cation for Gravity-Convection and Forced-Ventilation Ovens3 3.Summary of Test Methods 3.1A test specimen is compressed to either a de?ection or by a speci?ed force and maintained under this condition for a speci?ed time and at a speci?ed temperature. 3.2The residual deformation of a test specimen is measured 30min after removal from a suitable compression device in which the specimen had been subjected for a de?nite time to compressive deformation under speci?ed conditions. 3.3After the measurement of the residual deformation,the compression set,as speci?ed in the appropriate test method,is calculated according to Eq1and Eq2. 4.Signi?cance and Use 4.1Compression set tests are intended to measure the ability of rubber compounds to retain elastic properties after pro-longed action of compressive stresses.The actual stressing service may involve the maintenance of a de?nite de?ection, the constant application of a known force,or the rapidly repeated deformation and recovery resulting from intermittent compressive forces.Though the latter dynamic stressing,like the others,produces compression set,its effects as a whole are simulated more closely by compression?exing or hysteresis tests.Therefore,compression set tests are considered to be mainly applicable to service conditions involving static stresses.Tests are frequently conducted at elevated tempera-tures. 5.Test Specimens 5.1Specimens from each sample may be tested in duplicate (Option1)or triplicate(Option2).The compression set of the sample in Option1shall be the average of the two specimens expressed as a percentage.The compression set of the sample in Option2shall be the median(middle most value)of the three specimens expressed as a percentage. 5.2The standard test specimen shall be a cylindrical disk cut from a laboratory prepared slab. 5.2.1The dimensions of the standard specimens shall be: 1These test methods are under the jurisdiction of ASTM Committee D11on Rubber and are the direct responsibility of Subcommittee D11.10on Physical Testing. Current edition approved Dec.10,2002.Published January2003.Originally approved https://www.360docs.net/doc/a56600583.html,st previous edition approved in2001as D395–01. 2Annual Book of ASTM Standards,V ol09.01.3Annual Book of ASTM Standards,V ol14.04. 1 Copyright?ASTM International,100Barr Harbor Drive,PO Box C700,West Conshohocken,PA19428-2959,United States.

砂性土与湿陷性黄土工程特性及分类

砂性土与湿陷性黄土工程特性及分类一、砂性土的分类及工程特性（一）砂性土的分类砂性土（sandy soil）指的是含砂土粒含量较多且具有一定粘性的土。砂性土颗粒间粘聚力比较小，性质松散，主要由0.075 mm～2 mm的颗粒所组成无塑性的土，按粒度组成可分为粗砂、中砂、细砂和粉砂等。砂性土在第四纪沉积物中，以及现代滨海、河流、湖泊、沙漠地带有广泛的分布，其主要矿物成分为石英、长石、云母等，由暴露于地表的各类岩石经物理风化破碎、再经过机械搬运、磨蚀、分选、堆积而形成，其中纯砂，例如石英砂，还必须促使不稳定矿物化学分解才能形成。砂性土内摩擦力小，不具粘着性和塑性，但透水性极强，其含水量合理范围的空间大，容易压实，压实后水稳性好，强度较高，毛细作用小。由于砂性土既具有一定数量的粗粒组，使路基具有足够的强度和水稳性，又具有一定数量的细颗粒，使土具有一定的粘性，不至于过分松散，因此砂性土的颗粒组成接近于最佳级配[29]。并且砂性土层是良好的含水层，作建筑地基时易压密，沉降量小，砂性土的天然密实程度是控制其工程地质性质的主要因素，因此，砂性土不可避免地成为土方填料的重要来源之一。按密实程度可分为疏松的砂、中密的砂和密实的砂。就填筑路基来说，最合适的是砂砾土、砾土、亚砂土等，用这些土作为路基填料不容易引起路基沉陷。二、砂性土的工程特性（1）抗剪强度随着含水量的增加而增加，当强度增加到最大值时，含水量如果还继续增加，则剪切强度就会减小；（2）压缩模量随着法向应力的增加而增加，载荷对砂土的密实起着关键的作用；（3）随着压实度的增加，CBR值明显增加，但浸水状态的CBR值比没有浸水状态要低的多。苏广和等对级配不太良好的粉土质砂进行了一系列的动力特性分析，得出以下结论（1）粉细砂的工程特性比较差，在动应力和重复载荷作用下，其抗剪强度有大幅度的衰减，将严重影响路基稳定性；（2）细砂土的累积应变随着加载次数的增加而增大；（3）密度小的粉细砂随着围压的增大，动弹性模量增加趋势明显，密度大的粉细砂随着围压的增加，动弹性模量逐渐减小；（4）动载荷频率在2 Hz～5 Hz之间变化时，频率对动弹性模量大小的影响并不明显，但是，动

湿陷性黄土地基处理技术

湿陷性黄土地基处理技术摘要：湿陷性黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区，在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起的附加沉降对工程可能造成的危害。本文分析了湿陷性黄土的特点，并针对湿陷性黄土地基的实际情况提出了一些处理的方法，从而有利于减轻湿陷性黄土地基对工程建设的影响，提高工程质量，获得良好的经济效益和社会效益。关键词：湿陷性黄土地基处理方法一、引言湿陷性黄土地基处理主要取决于湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种，当基底压力不超过地基土的容许承载力时，地基的压缩变形很小，大都在其上部结构的容许变形值范围以内，不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生，且不均匀，对建筑物破坏性大，危害严重，因此对湿陷性黄土地区的建筑物不论地基承载力是否达到容许承载力，都应对地基进行处理，前者以消除湿陷为目的，后者以提高承载力为主，同时应消除黄土的湿陷性。二、正文 2.1 湿陷性黄土的特点在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，这种现象称为湿陷，它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷，而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷。前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土，一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力，可看作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时，土就开始产生湿陷。反之，如小于这一压力，则黄土只产生压缩变形，而不发生湿陷变形。湿陷变形不同于压缩变形，通常压缩变形在荷载施加后立即产生，随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说，（不包括饱和黄土和

岩块的变形与强度性质

岩块的力学属性： 1．弹性（elasticity）：在一定的应力范围内，物体受外力产生的全部变形当去除外力后能够立即恢复其原有的形状和大小的性质。 2．塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸荷）后不能完全恢复原状的性质。不能恢复的变形叫塑性变形或永久变形、残余变形。 3．粘性（viscosity）：物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。应变速率随应力变化的变形叫流动变形。 4．脆性（brittle）：物质受力后，变形很小时就发生破裂的性质。 5．延性（ductile）：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。第一节岩块的变形性质一、单轴压缩条件下的岩块变形性质 1．连续加载下的变形性质（1）加载方式：单调加载（等加载速率加载和等应变速率加载）循环加载（逐级循环加载和反复循环加载）（2）四个阶段： ①Ⅰ：OA段，孔隙裂隙压密阶段； ②Ⅱ：AC段，弹性变形至微破裂稳定发展阶段（AB段和BC段）弹性极限→屈服极限 ③Ⅲ：CD段，非稳定破裂发展阶段（累进破裂阶段）→“扩容”现象发生 “扩容”：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂（裂纹）继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩转为膨胀的力学过程。 —峰值强度或单轴抗压强度 ④Ⅳ：D点以后阶段，破坏后阶段（残余强度）以上说明：岩块在外荷作用下变形→破坏的全过程，具有明显的阶段性，总体上可分为两个阶段： 1）峰值前阶段（前区） 2）峰值后阶段（后区）（3）峰值前岩块的变形特征（Miller，1965） ①应力—应变曲线类型米勒（Miller，1965）6类（σ—εL曲线），如图4.3所示： Ⅰ：近似直线型（坚硬、极坚硬岩石）：如玄武岩、石英岩等； Ⅱ：下凹型（较坚硬、少裂隙岩石）：如石灰岩、砂砾岩； Ⅲ：上凹型（坚硬有裂隙发育）：如花岗岩、砂岩； Ⅳ：陡“S”型（坚硬变质岩）：如大理岩、片麻岩； Ⅴ：缓“S”型（压缩性较高的岩石）：如片岩； Ⅵ：下凹型（极软岩）。法默（Farmer，1968），根据峰前σ—ε曲线把岩石划分三类，如图4.4所示：准弹性岩石：细粒致密块状岩石，如无气孔构造的喷出岩、浅成岩浆岩和变质岩等。具弹脆性性质。半弹性岩石：空隙率低且具有较大内聚力的粗粒岩浆岩和细粒致密的沉积岩。非弹性岩石：内聚力低，空隙率大的软弱岩石，如泥岩、页岩、千枚岩等。

第三章土的变形特性

第三章土的变形特性 3.1 应力-应变试验与试验曲线目前，为了测定土的变形和强度特性，在土工试验方面经常使用的土工仪器有固结仪、直剪仪和常规三轴仪。另外，还有真三轴仪、平面应变仪和扭剪仪等，但使用不很普遍。由于能施加复合应力的试验设备的设计、制造和使用都比较困难，因此目前通常采用的研究方法是通过少量简单的试验，求取在比较简单的应力状态下的应力应变关系试验曲线，然后利用一些理论，如增量弹塑性理论，把这些试验结果推广应用到复杂的应力状态上去，建立所需要的应力-应变模型。土的应力-应变模型建立后，再用应力路径不同的试验以及用复杂应力状态的试验来验证模型的正确性。必要时，可对建立的应力应变模型进行修正。下面简要介绍各向等压力固结试验和三轴压缩试验的情况，以及相应的试验曲线的特性。 3.1.1 各向等压力固结试验和土的固结状态各向等压力固结试验，即123σσσ==条件下的排水压缩试验，可用常规三轴仪进行。试验得到的应力-应变关系曲线，通常称为压缩和回弹曲线，如图3-1 所示。一般情况下，土体压缩时，土体孔隙比e 与平均有效应力p '的关系在半对数坐标图上可简化为直线关系，压缩曲线的方程可表示为： 0ln e e p λ'=- （3.1.1）式中0e ——p '等于单位应力时土体的孔隙比； λ——半自然对数坐标图上压缩曲线的斜率。当卸荷及重复加荷时，土体孔隙比与平均有效应力的关系在半对数坐标上也可近似表示为直线关系，回弹曲线的方程可表示为： ln e e p κκ'=- （3.1.2）式中e κ——回弹曲线上p ′等于单位压力时土体的孔隙比； κ——半自然对数坐标图上压缩曲线的斜率。

湿陷性及湿陷性黄土概念及特征介绍

湿陷性及湿陷性黄土概念及特征介绍在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。（这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，也有的老黄土不具湿陷性）。一、可能造成的危害在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。二、湿陷性黄土的工程特性湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。故在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。三、湿陷性黄土的颗粒组成我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约50～70%，而粉土颗粒中又以0．05～0．01mm的粗粉土颗粒为多，占总重约40.60%，小于0．005mm的粘土颗粒较少，占总重约14.28%，大于0．1mm的细砂颗粒占总重在5%以内，基本上无大于0．25mm的中砂颗粒。从以下表1可见，湿润陷性黄土的颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。

土孔隙中的毛细作用，使水分逐渐集聚到较粗颗粒的接触点处。同时，细粉粒、粘粒和一些水溶盐类也不同程度的集聚到粗颗粒的接触点形成胶结。试验研究表明，粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，由于在湿陷性黄土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粗粉粒。细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集聚在较大颗粒的接触点处与胶体物质一起作为填充材料。粘粒以及土体中所含的各种化学物质如铝、铁物质和一些无定型的盐类等，多集聚在较大颗粒的接触点起胶结和半胶结作用，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。四、土的湿度和密度湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉，除上述在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外，还在于土的欠压密状态，干旱气候条件下，无论是风积或是坡积和洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。接近地表2--3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在250～500mm，而蒸发量却远远超过降雨量，因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右，或更低一些。

湿陷性黄土地基处理方案

1、概述湿陷性黄土地基处理主要取决于湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种，当基底压力不超过地基土的容许承载力时，地基的压缩变形很小，大都在其上部结构的容许变形值范围以内，不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生，且不均匀，对建筑物破坏性大，危害严重，因此对湿陷性黄土地区的建筑物不论地基承载力是否达到容许承载力，都应对地基进行处理，前者以消除湿陷为目的，后者以提高承载力为主，同时应消除黄土的湿陷性。我国湿陷性黄土分布很广，各地区黄土的差别很大，地基处理时应区别对待，并结合以下特点：1）湿陷性黄土的地区差别，如湿陷性和湿陷敏感性的强弱，承载能力及压缩性的大小和不均匀性的程度等；2）建筑物的使用特点，如用水量大小，地基浸水的可能性；3）建筑物的重要性和其使用上对限制不均匀下沉的严格程度，结构对不均匀下沉的适应性；4）材料及施工条件，以及当地的施工经验。湿陷性黄土的地基处理措施是采用机械手段对基础的湿陷性黄土进行加固处理，或更换另一种材料改变其物理性质，达到消除湿陷性、减少压缩和提高承载能力的目的，其中大多以第一个目的即消除湿陷为主。湿陷性黄土的地基处理，在处理深度和处理范围上区分：1）浅处理，即消除建筑物地基的部分湿陷量；2）深基础处理，即消

除建筑物地基的全部湿陷量，这种方法包括采用桩基础或深基础穿透全部的湿陷性黄土层。在湿陷性黄土地区设计措施，主要有地基处理措施、防水措施和结构措施三种。地基处理的常用方法有垫层、重锤夯实、强夯、土（或灰土）桩挤密和深层孔内夯扩等，可以完全或部分消除地基的湿陷性，或采用桩基础或深基础穿透湿陷性黄土层，使建筑物基础坐落在密实的非湿性土层上，保证建筑物的安全和正常使用。防水措施使用以防止大气降水、生产和生活用水以及浸入地基，其中包括场地排水、地面的防水、排水沟和管道的排水、防水等，是湿陷性黄土地区建筑物设计中不可缺少的措施。结构措施的作用是使建筑物适应或减少不均匀沉降所造成的危害。在湿陷性黄土地区，国内外使用较多的地基处理方法：重锤表层夯实、强夯、垫层、挤密桩复合地基、垫处理、预浸水、爆扩桩、化学加固和桩基础等。近年来，深层孔内夯扩挤、高压旋喷注浆法，以及复合载体夯扩桩等也得到推广使用。目前我国以重锤表层夯实、土（或灰土）垫层、强夯、深层孔内夯扩、高压注浆固结土（或灰土）挤密桩复合地基、桩基础应用较多，经验比较丰富，对于其他的处理方法则应用较少，或未使用过。化学加固则多用于湿陷事故处理，从国外情况来看，与我国不同，保加利亚多采用水泥土垫层、混凝土挤密短桩，俄

土石坝地震永久变形计算方法_李湛

土石坝地震永久变形计算方法李湛1,3,栾茂田2,3 (11中国建筑科学研究院,北京 100013; 21大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024; 31大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所,辽宁大连 116024) 摘要:对于土石坝的地震永久变形,本文提出等效结点力-逐步软化有限元计算模型。首先根据坝体地震动力响应的非线性有限元分析确定各时段坝体单元可能发生的残余应变、振动孔隙水压力增量及累积振动孔隙水压力,以此对静变形模量和强度及静应力-应变关系进行修正,并应用于下一时段计算中;同时基于所确定的与上一时段地震作用所产生的潜在残余应变增量和静应力-应变关系确定地震作用相应的等效结点力。在每一时段末根据上述所确定的等效结点力和应力-应变关系,运用整体有限元分析确定坝休的残余变形增量,将各个时段计算所确定的残余位移累加得到地震作用后坝体的残余变形量。这种方法能够同时考虑地震惯性力效应和土的软化效应对土石坝地震永久变形的影响。关键词:水工结构;地震永久变形;等效结点力-逐步软化有限元模型;土石坝;抗震稳定性中图分类号:TV312文献标识码:A 收稿日期:2008-03-03 基金项目:国家自然科学基金(50179006),教育部跨世纪优秀人才培养计划研究基金和中国科学院武汉岩土力学研究所前沿领域基础研究基金 (Q110305) 作者简介:李湛(1975)),男,博士.E -mail:lz -xj@https://www.360docs.net/doc/a56600583.html, Computation method for seismically -induced permanent deformation of earth -rock dams LI Zhan 1,3,LUAN Maotian 2,3 (1.China Academy o f Building Research ,Beijing 100013; 2.State Key Laboratory o f Coastal and O ffshore Engineering ,Dalian University o f Technology ,Dalian 116024; 3.Institute o f Geotechnical Engineering ,School o f Civil and Hydraulic Engineering , Dalian University o f Technology ,Dalian 116024) Abstract :This paper presents a finite element procedure for evaluating seismically -induced permanent deformation of earth -rock da ms.In the proposed procedure,both concepts of equivalent nodal forces and step -by -step gradually softening moduli are integrated together.The earthquake duration is divided into a certain number of time incre ments.And for each time increment the residual strain and dyna mic pore water pressure which is likely induced during previous time increments under undrained condition are estimated on the basis of the stress condition obtained by the dyna mic analysis and the empirical patterns of both residual strain and pore water pressure achieved e xperimentally.Then,the computed accumulative pore -water pressure at the end o f each time increment is used directly to modify the static hyperbolic relationship between stress and strain which is to be used for the next time period.And at the same time,the equivalent nodal forces equivalent to incremental residual strain potential are defined.B y using the modified stress -strain relationship,the incremental deformations are computed when the nodal forces equivalent to earthquake effect on the dam defined as above are imposed on the earth -rock dam.The computed incremental displacements of the earth -rock dam for each time incre ment are accumulated and the accumulative displacements can be regarded as approximation of the residual deformation which is to be initiated by earthquake shaking.In fact,the proposed numerical procedure has taken into c onsideration both the inertia effect 第28卷第4期 2009年8月水力发电学报JOURNAL OF HYDROELEC TRIC ENGINEERING Vol.28 No.4Aug.,2009

膨胀土的浸水变形特性

２００５年１１月水利学报ＳＨＵＩＵＸＵＥＢＡＯ第３６卷第１１期文章编号：０５５９．９３５０（２００５）１１．１３８５—０７膨胀土的浸水变形特性李振１，邢义川２，张爱军１（１西北农林科技大学水利与建筑工程学院。陕西杨陡７１２ｌ呻；２中国水利水电科学研究院综合事业部。北京１００蝉４）摘要：使用压缩仪，对不同起始密度及不同起始含水率的膨胀土进行了分级浸水和一次性浸水膨胀变形试验，同时测试了试样在最水前后不同压力下膨胀变形量的变化过程。试验结果表明，不同浸水路径在浸水的初期阶段对膨胀土的膨胀变形速率有一定的影响，但膨胀率最终值基本一致；浸水膨胀再压缩试验中压缩稳定后的膨胀率比先压缩再｛曼水膨胀试验膨胀稳定后的膨胀率要小，但变化较快，并随着压力的增大，加压后膨胀率逐渐减小，最终两种试验的膨胀率趋于一致；压力对不同初始含水率试样膨胀率的影响较小，对不同初始干密度试样的影响较大；在浸水单向膨胀试验过程中试样的干密度与膨胀率呈双曲线变化规律。关键词：膨胀土；浸水；压缩；变形；膨胀率中圈分类号：ＴＵ４儿．２文献标识码：Ａ１研究背景在膨胀土地区的工程建设中，常用膨胀土作为建筑物的地基，由于膨胀土含有强亲水性黏土矿物成分如蒙脱石和伊利石，使得膨胀土吸水膨胀，失水收缩，从而引起建筑物的开裂、倾斜破坏，或使开挖体的边坡产生滑移失稳等现象，对工程建筑产生极大的危害。据统计，全世界每年由于膨胀土造成的损失可达近百亿元“］。加强对膨胀土工程特性的研究，总结探讨其内在的变形规律性，对工程建设具有十分重要的经济意义和工程实践价值。研究表明，影响膨胀土变形的因素较多，膨胀土的变形不仅与应力路径有关，而且与起始含水率和干密度有关”ｏ。许多学者对膨胀土的结构特性、遇水作用后产生膨胀变形的机理、膨胀土的本构关系及在不同初始状态下的膨胀变形进行了深入的研究”“，从中得到了许多能很好解释膨胀土工程特性的结论，但对于在不同浸水路径下膨胀土遇水增湿而产生膨胀变形的研究却不多。针对这一点，本文在不同的浸水路径和加荷方式下，采用压缩仪对膨胀土浸水变形特性进行试验探讨。２试验材料与方法２．１试验试样试验土样取白安康工业开发区某工程地基膨胀土，其物理性质试验结果见表ｌ。表１膨胀土的物理性质试验结果２．２试验方法“１按试验方案所需的含水率配制土料，制备试样时采用千斤顶一次压实至控制高度收稿日期：２００５＿０１－２７基金项目：水利部“舛８”计划技术创新与转化项目（ｃ渊８）作者简介：李振（１９６９一），男，陕西华县人，工程师，主要从事岩土工程试验研究。Ｅ．ｍｄ：Ｉｉｄｍｎ８９８＠１２６．一１３８５

浅谈土的变形特性

2010年第4期(总第194期) 黑龙江交通科技 HEIL ONGJI A NG JI A OTONG KEJI No .4,2010(Sum No .194) 浅谈土的变形特性李连志1,王佳2 (1 黑龙江工程学院土木与建筑工程学院;2 黑龙江省公路局) 摘要:土的力学性质研究是建立在三大力学基础之上,但又因为土的多相性、散体性和自然变异性,使其与金属材料有着本质的区别。在土的非线性、剪胀性、硬化与软化、应力路径和应力历史等方面分析了土有别于金属材料的变形特性。关键词:土体;变形特性;本构关系中图分类号:U 416 1 文献标识码:C 文章编号:1008-3383(2010)04-0004-01 收稿日期:2010-02-08 0 概述土是一种具有多相性、散体性和自然变异性的材料,与材料力学中的金属有着本质的区别。为了研究土的变形往往应用压缩固结仪、三轴压缩仪、平面应变仪、真三轴仪等进行试验,得出土的应力应变关系。这种关系反映了土体变形的特性。但试验有一定的局限性,试验总是在某种简化条件下进行的,即使真三轴仪能考虑三维受力状态,试验也只能按某种应力状态,某种加荷方式进行。为了更好的了解土的变形特性,仅就土区别于金属材料的变形特性阐述。1 非线性和非弹性大部分坚硬材料,如金属和混凝土,在受轴向拉压时,应力应交关系如图1(a)所示,初始阶段为直线,材料处于弹性变形状态。当应力达到某一临界值时,应力应交关系明显地转为曲线,材料同时存在弹性变形和塑性变形。土体也有类似的特性,图1(b)为土的三轴试验得出的轴向应力 1- 3与轴向应变之间的关系曲线。与金属等材料不同的是,初始的直线阶段很短,对于松砂和正常固结黏土,几乎没有直线阶段,加荷一开始就呈非线性。土体的非线性变形特性比其他材料明显得多。这种非线性变化的产生,就是因为除弹性变形以外还出现了不可恢复的塑性变形。土体是松散介质,受力后颗粒之间的位置调整在荷载卸除后,不能恢复,形成较大的塑性变形。如果加荷到某一应力后再卸荷,曲线将如图1(b)虚线所示。oa 为加荷段,ab 为卸荷段。卸荷后能恢复的应变 e 即弹性应变。不可恢复的那部分应变 p 为塑性应变。经过一个加荷退荷循环后,再加荷,将如图1(b)中的bc 段所示,它并不与ab 线重合,而存在一个环,叫回滞环。回滞环的存在表示卸荷再加荷过程中能量消耗了,要给以能量的补充。再加荷还会产生新的不可恢复的变形,不过同一荷载多次重复后塑性变形逐渐减小。土体在各种应力状态下都有塑性变形,甚至在加荷初始应力应变关系接近直线的阶段,变形仍然包含弹性和塑性两部分。卸荷后不能恢复到原点。非线性和非弹性是土体变形的突出特点。 2 塑性体积应变和剪胀性土体受力后会有明显的塑性体积变形。由土样在三轴仪中逐步施加各向相等的压力P 后,再卸除,所得到的P 与体积应变 v 之间的关系曲线,可见存在不可恢复的塑性体积应变,而且它往往比弹性体积应变更大。这一点与金属不同,金属被认为是没有塑性体积变形的。塑性变形是由于晶格之间的错动滑移而造成的,它只体现形状改变,不产生体积变化。土体的塑性变形也与颗粒的错位滑移有关。在各向相等的压力作用下,从宏观上来说,是不受剪切的,但在微观上,颗粒间是有错动的。压缩前,颗粒架空,存在较大孔隙,压缩后,有些颗粒挤入原来的孔隙中,颗粒错动,相对位置调整,颗粒之间发生着剪切位移。当荷载卸除后,不能再使它们架空,无法恢复到原来的体积,就形成较大的塑性体积变形。 (a)金属;(b)土体图1 材料的应用应变关系不仅压力会引起塑性体积变形,而且剪切也会引起塑性体积变形。剪切引起的体积收缩叫剪缩。软土和松砂常表现为剪缩。若剪切引起体积膨胀,则称之为剪胀。紧密砂土,超固结黏土,常表现为剪胀。文献中常把剪切引起的体积变化,不管剪缩还是剪胀,统称为剪胀性,剪缩是负的剪胀。剪胀性是散粒体材料的一个非常重要的特性。3 硬化和软化三轴试验测得的轴向应力 1- 3与轴向应变 a 的关系曲线有两种形态。图2(a)所示曲线有一直上升的趋势直至破坏,这种形状的应力应变关系称为硬化型。软土和松砂表现为这种形态,图2(b)所示曲线前面部分是上升的,应力达到某一峰值后转为下降曲线,即应力在降低,而应变却在增加,这种形态称之为软化型。紧密砂和超压密黏土表现为这种形态。密砂受剪时,由于顺位排列紧密,一部分颗粒要滚过另一部分颗粒而产生相对错动,须克服较大的咬合作用力,故表现为较高的抗剪强度。而一旦一部分颗粒绕过了另一部分颗粒,结构便变松,抗剪能力减小了,因而表现为软化。超固结黏土剪切破坏后结构黏聚力丧失,也降低强度,表现为软化。对于松砂和软土,剪切过程中结构变得紧密,一般表现为剪缩,因而强度也在提高,呈现硬化特性。硬化和软化与剪缩和剪胀,常有一定联系,但也不是必然联系,软化类型的土往往是剪胀的,剪胀土未必都是软化的。 (下转第7页) 4

湿陷性黄土地基处理方法

湿陷性黄土地基处理方法目录

湿陷性黄土地基处理方法摘要我国目前在黄土地区修建的既有铁路，由于技术经济因素，设计标准不高，尤其是路基工后沉降控制不严；路基绝大多数直接用黄土填筑，未作任何改良；已有的关于湿陷性黄土地基处理的技术方法、设计参数的确定及所取得的研究成果绝大多数都是针对工业与民用建筑工程。路基工程的黄土地基大多都未经处理或加固，一旦所处气候条件、地面排水条件发生变化，引起黄土地基工程地质、水文地质条件发生变化，则会改变黄土的工程性质，产生较大的不均匀沉陷，对路基结构物产生不利影响。近年来，随着我国铁路运输中正在修建或将来拟建设的新线铁路技术标准的普遍提高，建设中必定会涉及到黄土地基包括湿陷性地基的处理问题。因此，为了消除黄土的湿陷性，提高路基承载力，保证工后沉降满足要求，进一步开展水泥土桩复合地基加固处理黄土地基承载及沉降特性的研究，具有十分重要的工程实际意义。黄土是第四纪堆积物，按其颗粒成分属于细粒土(或粉土、粘性土)。其中，部分黄土具有不同于普通细粒土的特殊成分与性质。浸水会发生显著下沉变形，称为湿陷性黄土，工程界普遍视为特殊土。黄土的湿陷性是指其在一定压力下压缩稳定后，因浸水而发生下沉变形的性质。湿陷性是湿陷性黄土的特殊性质，湿陷性黄土在一定压力作用下受水浸蚀结构迅速破坏而发生显著下沉，因此在建筑上研究湿陷性黄土地基的处理十分重要。湿陷性黄土的变形包括压缩变形和湿陷变形两种。压缩变形是在土的天然含水量下由于建筑物的负荷所引起的，一般地基的压缩变形很小，大部分在其上部结构的允许变形值范围以内。不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿所引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生的。而且很不均匀，对建筑物的影响很大，危害性很严重。因此，在湿陷性黄土地区的建筑物设计中，为了保证建筑物的安全和正常使用，往往需要采取相应的地基处理措施。 1. 处理范围的确定地基处理中首先要考虑的问题是处理地基到多大范围才能既经济又能获得明显的效果。由土的饱和自重压力所引起的自重湿陷与其湿陷性和黄土层厚度有关．其变形范围往往包括全部自重湿陷性黄土的厚度。根据湿陷变形范围，地基的处理厚度(从基础底面算起)可分为处理全部湿陷变形范围和部分湿陷变形两种。前者的处理目的是消除建筑物地基的全部湿陷量，而后者只是消除部分湿陷量。