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土体干缩裂隙发育过程及断裂力学机制研究进展被引量：15: 2018年; 土体干缩开裂是一种常见的自然现象,能极大弱化土体的工程性质,是许多岩土、水利和地质工程问题的直接诱因。然而,目前学界关于干缩裂隙的发育机理尤其是裂隙现象中蕴含的力学机制尚缺乏深入认识,重视程度严重不够。基于国内外近些年来围绕土体干缩开裂所开展的研究,着重对裂隙发育机理和断裂力学理论的应用进行了系统的归纳和总结,并基于当前的研究不足,提出了今后的研究重点和方向。结果表明:(1)蒸发为土体干缩开裂的前提,对于初始饱和的土体而言,土体开裂发生时仍处于饱和状态,水分蒸发处于常速率阶段,此时对应的含水率为临界含水率;(2)土体发育干缩裂隙是内部应力作用的结果,在干燥过程中,基质吸力引起的张拉应力达到或超过抗拉强度时,土体发生开裂,因此,基质吸力和抗拉强度是影响土体开裂的两个关键力学参数;(3)土体开裂与体积收缩密切相关,收缩是土颗粒在张拉作用下发生移动的宏观表现,可以分为正常收缩、残余收缩和零收缩阶段,且大多数裂隙发生在正常收缩阶段,少部分发生在残余收缩阶段,体积收缩为开裂提供了空间,因此,收缩是裂隙形成和发育的必要条件;(4)断裂力学是研究土体开裂破坏的主要工具之一,运用断裂力学对土体裂隙发育过程进行解释一般有两种途径,即从应力的角度和从能量的角度,涉及的土体断裂力学参数包括应力强度因子、断裂韧度和能量释放率,是用来判断土体是否开裂以及什么时候开裂的有力依据;(5)用于测定土体断裂参数的方法主要有三点弯曲断裂试验和直接拉伸试验,以及基于这两种方法改进的试验方法。; 徐其良唐朝生刘昌黎曾浩林銮胡增辉; 关键词：开裂发育过程断裂韧度应力强度因子

土体龟裂研究方法被引量：11: 2017年; 土体龟裂是一种常见的自然现象,会对土体的工程性质产生显著的负面影响,是许多工程地质和环境地质问题的直接诱因,要研究龟裂,首先需要解决研究方法问题。基于国内外近些年围绕龟裂所开展的工作,着重对研究方法进行了系统的归纳和总结,对比分析了各种方法的优缺点,得到如下认识:(1)土体龟裂研究方法总体分为试验研究和数值模拟研究两大类,试验研究又可分为室内试验和现场试验,目前该课题主要以室内试验为主;(2)室内试验常用的试样主要有泥浆样和压实样两种,且前者更受学界欢迎;(3)土体龟裂试验主要涉及两方面的关键仪器设备,一方面是用于控制试验的环境条件,代表性的为环境箱,另一方面是用于监测龟裂发育过程的相关参数,尤其是裂隙几何形态参数,代表性的有图像采集装置、激光扫描仪、CT机、ERT和分布式光纤等;(4)在试验方法方面,多采用控制变量法研究一个或几个参数对土体龟裂形成及发育规律的影响,包括试样初始状态、尺寸大小、厚度、土质成分、环境温度、相对湿度、试样/容器接触条件和干湿循环次数等;(5)采用数字图像处理技术能快速提取龟裂网络的几何形态结构参数,较其他技术更具前景;(6)现场试验可以最大限度的反映真实裂隙的形成和发育规律,但由于这类试验费时费力投入大等客观原因,报道相对较少;(7)数值模拟是研究土体龟裂的重要手段之一,但由于现阶段关于龟裂发育机制没有统一认识,相关研究还处于起步阶段。最后,针对当前的研究不足提出了今后土体龟裂课题的研究重点。; 孙凯强唐朝生刘昌黎李昊达王鹏冷挺; 关键词：研究方法数值模拟图像处理

控制厚度条件下土体干缩开裂的界面摩擦效应被引量：17: 2019年; 土体厚度和界面粗糙度对土体干缩开裂有着重要影响,为了探究土体在不同厚度和界面粗糙度条件下的干缩开裂特性,开展了一系列室内干燥试验。试验中共配置了9组初始饱和的泥浆样,分别设置3种不同的土体厚度和3种不同的界面粗糙度,并在恒温30℃的条件下进行干燥,实时记录试样含水率变化及表面裂隙的演化过程,利用数字图像处理技术,对裂隙网络进行了定量分析,得到不同厚度和不同界面粗糙度条件下土体龟裂的动态发展过程及相关参数。试验结果表明:①界面粗糙度越大,龟裂发育速度越快,然而土体厚度越大,龟裂发育速度越慢,且土体整体收缩效应越明显;②界面粗糙度越大,龟裂发育程度越高,然而增加土体厚度可以削弱界面粗糙度对龟裂发育过程的影响;③土体厚度和界面粗糙度都对土体开裂时的临界含水率有重要影响,且两者对龟裂发育过程的影响具有耦合作用关系。最后,结合土体干燥收缩特性,探讨了上述两种因素对龟裂的影响机理。; 曾浩唐朝生刘昌黎林銮王东伟施斌; 关键词：界面粗糙度数字图像处理

纤维加筋市政污泥剪切强度试验研究被引量：2: 2018年; 随着社会经济的快速发展,市政污泥产量逐年攀升,其安全处置对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意义。污泥由于含水率高,颗粒细小,粘滞性强,且富含有机质,因而存在机械脱水效率低和抗剪强度低等问题,填埋时容易造成填埋场堆体发生侧滑、失稳等事故。纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,为了研究该技术对污泥剪切强度特性的影响,在不同固结压力下(50,100,200和400 k Pa)对纤维加筋污泥进行了一系列剪切试验,分析了纤维掺量(0,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%和0.8%)对固结后污泥含水率、干密度及剪切强度的影响。结果表明:在不同固结压力下,污泥排水固结后的含水率均随着纤维掺量的增加呈先减少后增加的趋势,而干密度则是先增加后减小,试验确定纤维最优掺量为0.1%;污泥排水固结后的剪切强度则随着纤维掺量的增加而增加,纤维加筋作用对污泥的剪切强度提升效果十分明显,100 k Pa下加筋效果最显著;纤维加筋污泥的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量超过0.4%后,黏聚力增幅有放缓趋势,而内摩擦角的增幅则有加大趋势;在剪切破坏过程后期,随纤维掺量增加,应变硬化趋势更为显著。; 王宏胜王鹏唐朝生刘昌黎施斌; 关键词：污泥纤维加筋含水率干密度剪切强度

土体龟裂力学机理及理论模型研究进展被引量：17: 2018年; 土体龟裂是一种常见的自然现象,它对土体的物理力学性质有重要影响,是许多工程地质及环境地质问题的重要诱因。开展土体龟裂研究,探讨其形成机理并构建相应的理论模型,一直是本课题的研究重点和难点。根据近年来国内外围绕土体龟裂所取得的研究成果,着重对土体龟裂的力学机理及相关理论模型研究进展进行了归纳和总结,并依据各模型的理论基础及其特点进行了分类和评价,得到如下主要认识:学界关于龟裂的形成机理尚未有统一认识,主流观点认为龟裂是土体张拉破坏的一种表现形式,张拉应力和抗拉强度是控制龟裂形成的两个关键力学指标,但上述力学机理不能解释所有的土体龟裂现象。与土体龟裂相关的理论模型总体上可以分为4大类:(1)以断裂力学为理论基础的模型:代表性的有线弹性断裂力学模型、弹塑性断裂力学模型和基于线弹性断裂力学的有限元模型;(2)以张拉破坏为理论基础的模型:代表性的有线弹性力学模型、剪切破坏模型、弹性力学模型和黏性开裂模型;(3)以土体干缩变形过程为基础的含水率-体积变化模型;(4)以土体固结理论为基础的应力路径分析模型。在此基础上,进一步对各模型的适用条件及不足之处进行了评价。最后,笔者对该课题今后的研究重点和方向提出了建议,包括:蒸发过程中土体微观结构变化及微观力学分析;蒸发过程中孔隙水的迁移过程、分布特征及赋存状态研究;土体收缩研究;土体抗拉强度研究;裂隙发育宽度及深度预测理论模型研究;龟裂发育几何形态特征预测理论模型研究。; 刘昌黎唐朝生孙凯强李昊达徐士康冷挺; 关键词：非饱和土基质吸力

界面粗糙度对土体龟裂影响的试验研究被引量：9: 2017年; 土体在蒸发干燥的过程中会产生龟裂现象,从而极大地改变其工程性质,引发各种工程地质灾害。为了研究界面粗糙度对土体龟裂的影响,设计了两组龟裂试验,分别在试样容器底部涂抹凡士林(S1)和粘贴砂纸(S2)来改变试样与容器界面的粗糙度。试验过程中,定期对土体裂隙发育情况进行拍照记录,并采用数字图像技术对裂隙几何形态特征进行定量分析,得到不同界面粗糙度条件下土体龟裂的动态发展过程及相关参数,结果表明:(1)土体蒸发过程可分为3个典型阶段:常速率阶段、减速率阶段和残余阶段;(2)龟裂发育过程也可分为3个典型阶段:主干裂隙生成阶段、次级裂隙生成阶段和裂隙扩展稳定阶段;(3)界面粗糙度对龟裂发育过程有重要影响。对于基底相对光滑的界面,土样呈整体向中心收缩趋势,表面几乎不产生裂隙。对于粗糙的界面,受基底摩擦作用,土样表面发育纵横交错的裂隙网络。在不同的裂隙发育阶段,界面粗糙度对裂隙率增长速度影响不同。界面粗糙度越高,最终稳定时的表面裂隙率越低。; 刘昌黎唐朝生李昊达孙凯强施斌; 关键词：界面粗糙度图像处理

土体抗拉强度试验研究方法的进展被引量：23: 2016年; 理论上土体的抗拉强度与抗压和抗剪强度一样是描述土体力学性质的重要指标之一,也是研究土体张拉破坏特性的基础。由于土体抗拉强度在数值上相对较小,且难以准确测量,在岩土工程领域常常被忽视。随着工程中的张拉破坏问题越来越突出,土体抗拉强度特性引起许多学者的关注,相关研究成果也越来越多。文中对土体抗拉强度试验研究方法进行了系统的归纳和总结,对比分析了各种方法的优缺点,认识到,(1)土体抗拉强度试验方法总体上可分为直接法和间接法两大类,直接法是在试样两端直接施加拉力直到试样发生张拉破坏,根据破坏时的最大拉力及对应的破裂面面积计算出土体的抗拉强度。间接法主要通过一些理论假设,把压应力转换成相应的拉应力并基于一些理论公式计算土体抗拉强度;(2)按试样受力条件,直接法可分为单轴拉伸和三轴拉伸,一般都需要开发专门的拉伸试验设备,以实现拉力荷载的施加及其在试样内的有效传递。常用的方式有粘结、锚固、模具夹持及摩擦力传递等,都各有优缺点,但模具夹持法相对而言更具操作性。间接法中比较有代表性的有巴西劈裂试验、土梁弯曲试验和轴向压裂试验等,一般较适应于刚度较大的土体如化学固化土。最后,笔者提出了今后该课题的研究重点,包括制定土体抗拉强度试验方法规范及标准,研发简单易操作的土体拉伸试验设备,拉伸试验过程中土吸力的测量及控制方法,土体拉伸过程中应变场的准确获取方法及土体张拉特性的数值模拟研究等。; 李昊达唐朝生徐其良刘昌黎冷挺施斌; 关键词：抗拉强度单轴拉伸

土体水分蒸发模型研究进展被引量：5: 2017年; 土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一,对土体的工程性质有重要影响。尤其是近些年来,受全球气候变化影响,极端干旱性气候频繁发生,与蒸发相关的岩土和地质工程问题越来越突出,逐渐成为国际研究的热点。建立土体水分蒸发模型是该课题研究的首要目标,对准确评估和预测气候作用下土体水分场信息有重要理论和现实意义。着重对国内外学者近几十年来围绕土体水分蒸发模型所取得的研究成果进行了归纳和总结,依据各种模型的理论基础进行了分类,总体上可分为表面能量平衡模型、水量平衡模型、质量传输模型、阻力模型、温度-风速模型及吸力模型等六大类别。在此基础上,分别阐述了各类模型的研究进展,并对其中一些代表性模型进行了详细介绍,对比分析了各个模型之间的联系与区别,并探讨了它们的优缺点和适应条件。总体而言,现有的模型存在重气象因素而轻土性因素的特点,对砂土和饱和土具有较好的适应性,而对黏性土和非饱和土的适应性较差。基于此,结合本学科的特色和研究背景,提出了今后该课题的研究重点,包括非饱和土的蒸发模型问题研究、黏性土水分蒸发模型研究、考虑土体裂隙参数的土体水分蒸发模型研究、构建通用型的土体水分蒸发模型等几个方面。; 徐士康唐朝生李昊达冷挺刘昌黎; 关键词：土体蒸发模型吸力非饱和土

膨胀土干燥过程中收缩应力的测试与分析被引量：19: 2019年; 膨胀土在膨胀过程中会产生膨胀应力,收缩过程中亦会产生收缩应力。探究膨胀土在干燥过程中收缩应力的变化规律对理解收缩变形机制有重要意义。为了掌握膨胀土在干燥过程中内部收缩应力与含水率及吸力之间的关系,在控制相对湿度条件下开展了一系列干燥试验。试验中共配置了3组初始饱和的泥浆样,将试样分别置于装有不同过饱和盐溶液的保湿器中,并在恒温20℃的条件下进行干燥,实时记录试样含水率的变化。此外,在试验过程中,通过在试样内部植入微型压力传感器来测定土体收缩应力随干燥时间的变化。试验结果表明:①在不同相对湿度条件下,土体内水分蒸发特性不同,如相对湿度越小,土体水分蒸发的越快,且蒸发结束后,土体残余含水率越低;②干燥过程中,土体内收缩应力呈现明显的阶段性变化特征。干燥前期,收缩应力随时间的推移增加缓慢,但当达到临界时间点ts或临界含水率ws以后,收缩应力随着干燥的持续开始急剧增加,并且蒸发速率越大,ts和ws越小;③干燥结束后,土体内部收缩应力与环境相对湿度呈负相关,与对应吸力呈正相关。; 曾浩唐朝生刘昌黎林銮徐金鉴王东伟施斌; 关键词：膨胀土相对湿度收缩应力吸力

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刘昌黎

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