【专题推荐】土的力学性质

高压条件下石英砂中的静力触探试验及大变形模拟

在深部土层中进行原位试验时，以往针对中低应力水平的数据解译公式不再适用。为探究砂土在高应力条件下的力学特性，利用自行研制的高压标定罐，改变围压水平，进行不同密实度石英砂中的静力触探试验，基于任意拉格朗日—欧拉格式的大变形有限元方法，模拟静力触探仪的完整贯入过程，有效避免了锥尖周围的网格扭曲。大变形模拟中采用修正摩尔—库伦模型描述砂土的内摩擦角和剪胀角随累积塑性剪应变的变化，并通过修正弯曲元试验，确定合理的土体剪切模量。标定罐试验和大变形有限元方法获得的锥尖阻力结果能很好地相互验证；在此基础上，建立高应力条件下静力触探锥尖阻力与砂土相对密实度之间的关系，与已有的低应力水平试验结果进行对比，证明建立的经验公式能通过锥尖阻力很好地预测砂土的相对密实度。

标定罐;静力触探;锥尖阻力;深部土层;力学特性;砂土

间断级配吹填珊瑚砂剪切和颗粒破碎特性

岛礁地基通过水力吹填的方式建造而成。吹填地层中常存在大小颗粒共存的间断级配状态，颗粒级配的间断条件对吹填珊瑚砂的力学特性有显著影响。针对吹填珊瑚砂开展不同有效围压、相对密实度和含砾量的三轴排水剪切试验，探究静力荷载作用下间断级配珊瑚砂砾混合料的强度与变形特性，并分析珊瑚砂砾混合料颗粒破碎的演化规律。结果表明：试样的应力—应变关系曲线受到围压和密实度的显著影响，珊瑚砂砾混合料的峰值摩擦角和峰值剪胀角均随有效围压的增大而减小，随密实度的增大而增大；同一有效围压水平下，随着含砾量的增加，密实程度不同的珊瑚砂砾混合料强度表现出不同的增长规律，这可能与珊瑚砂砾混合料中粗细骨料接触状态和组成比例有关。另外，还研究了剪切过程中不同含砾量条件下珊瑚砂砾混合料的塑性功与相对破碎指数的关联性，建立了相对破碎指数Br与塑性功Wp的相关函数。

珊瑚砂;间断级配;剪胀;颗粒破碎;塑性功

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程，引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量（Ps=5%、7.5%、10%、12.5%、15%）胶结钙质砂的导热系数变化规律，利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征，在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明：胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量Ps的增大而递增，Ps小于10%时，λ呈线性递增，Ps大于10%时，λ增长缓慢；随着水泥掺量Ps的增大，胶结钙质砂中孔隙数量越来越少，孔隙占比下降明显，但Ps增大到10%后，总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓；不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系，本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙，降低了其孔隙率，改善了砂样内部传热，宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量Ps的增大而增大。

胶结钙质砂;导热系数;水泥掺量;孔隙结构;微观机理

渗流作用下粉土质砂潜蚀演化特征与预测模型

长期渗流作用下，土体发生内部潜蚀常会诱发结构变形甚至破坏。利用自主研发的渗流装置开展砂土潜蚀试验，研究渗流作用下不同初始孔隙比粉土质砂的颗粒流失过程及潜蚀演变特征，并阐明各影响因素的作用机制，建立颗粒流失量随水力梯度和时间增长的预测模型，继而基于颗粒级配试验和三相关系推演，揭示粒度分布与孔隙比的变化规律。结果表明：渗流作用易导致砂土内部细颗粒和砂粒流失并逐渐形成优势渗流通道，诱发砂土局部坍塌并在持续潜蚀后呈整体不均匀沉降变形，直至水压主要沿优势通道消散时，达到潜蚀稳定；初始孔隙比或密实度是影响土体潜蚀程度的主要内部因素，直接改变了颗粒移动的起动水力梯度、流失速率、累积总质量及土样沉降变形量，水力梯度增大会加快颗粒流失、通道形成和潜蚀稳定；建立的预测模型拟合度高，能较好地反映上述演化特征以及初始孔隙比和水力梯度对颗粒流失发展规律及稳定时间的影响；潜蚀对粉土质砂物理状态的影响主要表现在孔隙比总体增大而颗粒粒径的不均匀性降低。

砂土潜蚀;颗粒流失;水力梯度;孔隙比;预测模型

考虑级配影响的珊瑚砂最大动剪切模量试验研究

对不同级配的南沙岛礁珊瑚砂进行共振柱试验，测试不同孔隙比e的珊瑚砂在20~300 kPa围压下的最大动剪切模量G0，分析不均匀系数Cu、平均粒径d50和细粒含量Fc对珊瑚砂G0的影响，并建立珊瑚砂的G0经验模型。结果表明：珊瑚砂的孔隙比e普遍大于陆源砂砾土；同一有效围压σ0'下，珊瑚砂的G0-e曲线随Cu的增大而降低，随d50的增大而升高，以Fc≈20%为界，随Fc的增大先降低后缓慢升高；陆源砂砾土的G0经验模型将低估珊瑚砂的G0值；Fc对G0影响的本质是不同细粒含量的珊瑚砂具有不同的Cu和d50，Cu和d50对G0的影响隐含了Fc对G0的影响。基于Hardin模型给出考虑Cu、d50影响的珊瑚砂G0预测模型，并引入修正系数A'，以考虑颗粒类型等复杂因素的综合影响，采用不同海洋珊瑚砂的试验数据对G0预测模型进行验证。

珊瑚砂;最大动剪切模量;共振柱试验;级配

非饱和橡胶粉土土水特征曲线及颗粒接触状态

将废旧轮胎与土混合作为建筑材料应用于土木工程领域是处理废旧轮胎最有前景的措施之一。为了研究废旧轮胎橡胶颗粒改良粉土的效果，以橡胶颗粒与粉土的混合土为研究对象，采用滤纸法测定橡胶粉土的土水特征曲线，分析含水率、橡胶含量对土水特征曲线的影响。结果表明：同一橡胶含量下，混合土的基质吸力随含水率增大非线性减少，呈现出典型的3阶段特征；在同一含水率下，基质吸力随橡胶颗粒含量呈先增大后减少的趋势，当橡胶含量为20%时，混合土的基质吸力最大；基于Van Genuchten模型建立混合土的土水特征曲线模式；基于颗粒接触理论，考虑颗粒比重不同，建立混合土的接触状态模式，构建骨架孔隙比描述混合土的非饱和特性，混合土的基质吸力随着骨架孔隙比的增加呈先增加后减小的趋势。

橡胶粉土;土水特征曲线;滤纸法;基质吸力;骨架孔隙比

循环荷载作用下小间距加筋土动力响应特性试验研究

基于山西省太行一号风景道K43+175处加筋土桥台工程，开展不同加筋间距工况条件下加筋砂土的动三轴试验，分析循环荷载作用下加筋间距对加筋砂土动强度、动剪切模量、阻尼比、累积塑性应变等动力响应特性的影响，探讨加筋砂土动力响应特性的演化规律，从而为加筋土柔性桥台复合结构（Geosynthetic Reinforced Soil Integrated Bridge System，GRS-IBS）工程设计中的变形预测和稳定状态评估提供依据。结果表明：随加筋层数的增加，加筋砂土动应力-动应变曲线逐渐由双曲线型过渡为直线型，试样动强度和动模量也随之增大，且加筋越密，增幅越明显；增大围压和增加加筋层数均能减小动剪应变，提升动剪切模量，减小阻尼比；增加加筋层数能有效抑制轴向累积塑性应变随循环荷载作用增长的趋势，因此，在GRS-IBS结构中应控制加筋间距，以提高加筋土的临界循环应力比，保证其处于长期动力稳定状态。

加筋土;动力特性;动三轴试验;加筋间距;循环荷载

膨胀土微结构对膨胀行为的影响

评估膨胀土的膨胀行为对于膨胀土地区的结构设计十分重要。因降雨入渗，膨胀土在垂直方向和水平方向均产生膨胀变形，当膨胀变形受抑制时将产生膨胀压力，影响其周围结构的稳定性。为揭示膨胀土在增湿膨胀过程中出现各向异性的原因，从微观角度出发，通过电镜扫描(SEM)对百色中膨胀土和枝江弱膨胀土的微观结构进行观察，并通过图像处理技术统计分析膨胀土内黏土矿物颗粒的层状排列。通过研发的二维膨胀仪和改进的试件制备方法，从宏观角度测得了侧限条件下的两向膨胀规律。研究结果表明，膨胀土的微观结构呈片状且面-面相叠；当膨胀土处于天然松散状态时，其内部的黏土矿物颗粒随机定向排列且集聚；压实后，因受各向不均等应力作用，黏土矿物颗粒开始趋向于水平层状排列;干密度越大，土样越密实，其水平层状排列越显著。侧限条件下，两向的膨胀规律表现出显著的差异，干密度越大，膨胀性越强，这种差异就越明显。然而,对黏土矿物颗粒来说，其膨胀的方向垂直于其长轴，高度的水平定向是造成膨胀土在宏观上表现出膨胀各向异性的原因,这种两向的膨胀差异受到干密度和膨胀性的影响，难以做出预测，建议在工程实践中实测两向的膨胀规律。

膨胀土;膨胀各向异性;微观结构;电镜扫描;膨胀试验

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