土体抗拉张力学特性研究现状与展望
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岩土工程中的土体力学特性研究土体力学是岩土工程中一项重要的研究领域,主要关注土壤和岩石等地质材料在外力作用下的力学行为。
深入研究土体力学特性对于岩土工程设计、施工和监测具有重要的意义。
本文将从不同角度探讨土体力学特性的研究内容与应用。
一、土体力学特性的研究内容1. 土体物理性质分析土体力学研究的首要内容是对土体的物理性质进行分析。
物理性质包括土体的颗粒大小与分布、密实度、孔隙结构等。
通过物理性质的研究,可以了解土体的基本构成和排列方式,为力学性质的研究和设计提供基础数据。
2. 土体的力学性质研究土体的力学性质研究主要包括强度、变形及应力—应变关系等方面。
强度是土体抵抗外力破坏的能力,变形研究涉及土体的压缩、剪切、蠕变等性能。
应力—应变关系则描述了土体在外力作用下的应变响应规律。
3. 土体的渗透性质研究土体的渗透性质研究是研究土壤或岩石的渗透能力和水分传导特性。
渗透性质的研究对于地下水的排泄、土体的稳定性分析以及地下建筑物的设计与施工等具有重要的意义。
二、土体力学特性的应用1. 岩土工程设计土体力学特性的研究对于岩土工程设计具有重要的指导作用。
通过分析土体的强度、变形以及渗透性等性质,可以预测土体在不同外力作用下的响应,从而合理设计岩土工程结构,确保工程的安全性和稳定性。
2. 地质灾害预测与防治土体力学特性的研究对于地质灾害的预测与防治也具有重要的意义。
通过分析土体的力学特性,可以判断土体的稳定性,预测地质灾害的发生概率,并采取相应的措施进行防治,减少地质灾害对人类生活和财产安全的威胁。
3. 土体的工程监测土体力学特性的研究在土体工程监测中也发挥着重要作用。
通过监测土体的力学性质变化,可以及时掌握土体的变形情况,为工程的维护和管理提供依据。
同时,可通过监测评估土体工程的安全性,采取相应的维护措施,确保工程的长期稳定运行。
三、土体力学特性研究方法1. 实验室试验实验室试验是研究土体力学特性的主要手段之一。
岩土工程中土壤力学特性研究岩土工程是土木工程领域中一门重要的学科,涉及到岩石和土壤的力学性质以及它们在不同工程环境中的行为。
土壤力学特性的研究对于工程建设的设计、施工和运营具有重要意义。
本文将围绕岩土工程中土壤力学特性的研究展开讨论。
首先,岩土工程中土壤力学特性的研究内容包括土壤的物理性质、力学性质以及与其他环境因素的相互作用等。
土壤的物理性质包括颗粒大小、颗粒分布、孔隙比和容重等参数。
这些参数决定了土壤的密实度、渗透性和水分传导能力等。
力学性质方面,土壤的强度、变形特性和荷载传递能力是研究的关键内容。
此外,土壤与水、气、温度等环境因素的相互作用也是重要的研究内容之一。
土壤力学特性的研究方法多种多样,其中最常用的方法包括现场试验和室内实验。
现场试验包括钻孔、取样和试验等操作,旨在获取土壤的实际力学特性数据。
室内实验则通过对土壤样品的试验,可以更加精确地研究土壤的物理性质和力学性质。
室内实验通常包括压缩试验、剪切试验、三轴试验和渗透试验等。
研究土壤力学特性的目的在于为岩土工程的设计和施工提供可靠的理论依据和技术支持。
通过深入研究土壤力学特性,可以分析土壤的荷载响应、变形行为和安全性能等。
例如,在基础工程设计中,需要根据土壤的强度参数来确定合适的基底尺寸,以确保结构的稳定性。
此外,在挖掘和坑道工程中,需要研究土壤的变形特性和侧桩阻力等,以保证工程的安全和可持续性。
土壤力学特性的研究对于环境保护和灾害防治也具有重要意义。
土壤的渗透性和水分传导能力等特性直接关系到地下水的污染风险和自然灾害的防治问题。
研究土壤力学特性可以帮助我们了解土壤的水文特性,并采取相应的措施来减少地下水的污染和防治地质灾害。
同时,岩土工程中土壤力学特性的研究还面临一些挑战。
首先,土壤作为一种复杂的多相介质,在力学特性研究中存在很多不确定性。
其次,土壤的力学性质受到多种因素的影响,包括土壤类型、含水量、应力状态和孔隙结构等。
因此,准确地测定土壤的力学性质是一项具有挑战性的任务。
土工材料的力学性能研究土工材料在工程建设中发挥着重要作用,其力学性能是制约其工程应用的关键因素之一。
本文将对土工材料的力学性能进行研究和探讨。
一、土工材料的分类土工材料,是指在土地中应用的具有特定功能、具有一定强度和稳定性的工程材料。
一般可分为三类:地基处理材料、边坡防护材料和隧道支护材料。
其中,地基处理材料又可分为固结材料、增强材料、改良材料;边坡防护材料主要是土工织物及其成品材料;隧道支护材料是指由聚合物、钢材、水泥等材料组成的复合材料。
二、土工材料的力学性能土工材料的力学性能主要有以下几个方面:1. 抗拉强度土工材料在一些特殊情况下需要承受拉应力,例如钢帘布和钢丝绳等土工材料。
因此,抗拉强度成为了考量土工纤维材料性能的一个重要指标。
2. 抗压强度土工材料在施工过程中需要受到施工人员或设备的重压,在使用过程中也需要承受荷载和抗挤力。
抗压强度是考量土工材料承受外力的关键指标。
3. 抗剪强度土工材料在实际工程中受剪应力的情况较为复杂,例如剪切、滑动等。
由于土工材料的剪切性质与材料内部结构有关,因此,抗剪强度是考量土工材料整体性能的重要指标之一。
4. 抗环压强度土工材料在实际使用中,可能需要经受较大的环压力,例如在垃圾渗滤场的填埋覆盖中。
抗环压强度是衡量土工材料能否承受外部环境作用的重要参数。
5. 滤水性能土工材料在水工工程中,作为一种重要的抗渗透材料,具有良好的滤水性能。
滤水性能的好坏直接影响到土工材料的防渗效果。
因此,在土工材料的力学性能测试中,滤水性能的测试也十分重要。
三、土工材料的力学性能测试为了研究土工材料的力学性能,需要进行一系列的实验测试。
常见的技术手段包括:拉伸试验、压缩试验、剪切试验、环压试验、渗透试验等。
在实验测试中,需要保证测试基准的准确性,保证实验测试的可重复性和稳定性。
四、土工材料的应用土工材料在地基处理、边坡防护、隧道支护等工程建设中发挥着重要的作用。
例如,在水闸堤防、堤坝护坡、支挡结构、隧道坑口等项目中,都广泛使用了土工材料作为防护或增强材料。
岩土工程中的土壤力学特性研究与分析摘要:岩土工程中的土壤力学特性是该领域的核心研究内容之一。
本文旨在探讨土壤力学特性的重要性,以及如何通过研究和分析这些特性来提高工程设计和施工的质量与安全性。
我们强调了土壤力学特性对基础工程、坡地稳定性和地下结构的重要性。
然后,我们通过以下三个方面的深入分析来展示如何研究和应用土壤力学特性,以解决岩土工程中的各种挑战。
关键词:土壤力学特性,岩土工程,基础工程,坡地稳定性,地下结构。
引言:土壤力学特性是岩土工程中的核心概念,它们直接影响到工程设计和施工的质量和安全性。
在现代岩土工程中,我们面临着各种复杂的土壤条件,包括不同类型的土壤和岩石,以及地下水位的影响。
因此,深入了解和分析土壤力学特性对于确保工程的成功至关重要。
一、土壤力学特性的重要性土壤力学特性的重要性在岩土工程领域无法被低估,它是确保工程结构稳定性和安全性的关键因素之一。
本文将深入探讨土壤力学特性的重要性,包括土壤的强度、变形、渗透性等方面,以及它们在不同岩土工程应用中的作用。
土壤力学特性是指土壤在外力作用下的响应和性质,它们对于岩土工程具有至关重要的影响。
以下是几个方面的重要性:1. 基础工程设计在建筑物和结构物的基础工程中,土壤的承载能力是一个关键因素。
如果未正确评估土壤的承载能力,可能导致结构物的沉降、倾斜或崩塌,造成严重的安全隐患。
通过了解土壤的强度特性,工程师可以选择适当的基础类型和设计参数,确保基础工程的稳定性和安全性。
2. 土坡稳定性分析在坡地工程中,土壤力学特性对坡体的稳定性分析至关重要。
了解土壤的抗剪强度和内摩擦角等参数有助于工程师评估土坡的稳定性,并采取必要的措施来防止坡体滑动或坍塌。
在山区公路、坡地开发和挖掘工程中,这项工作尤为重要。
3. 地基处理与加固土壤力学特性还直接影响地基处理和加固工程的设计。
在软土地基中,了解土壤的压缩性、固结性和渗透性等特性是确保地基处理有效的关键。
工程师可以通过改良土壤、预压地基沉降等方式来增强地基的承载能力和稳定性。
土力学的回顾1) 土力学学科的形成一般认为,土力学自太沙基在1925年发表《土力学原理》后才成为一门独立的学科。
但是,关于土的理论并非在l925年才有。
实际上,1925年以前,土力学的某些规律和理论已经被发现、创立和运用。
按太沙基的说法,土力学始于1776年库仑土压力理论的发表(比1925年早149年)。
此外,反映水在多孔介质中流动规律的达西定律、描述土体极限平衡状态的理论等等也都是土力学早期理论上成就的突出例子。
太沙基认为,就土力学原理来说,它是两门早已确立的工程学科分科——材料试验和应用力学的派生物。
可见土力学不仅来自自身的实践,而且也充分地借鉴了相关学科的成就。
不难看.在太沙基之前,人们对土实际上早已有相当的认识,提出了诸多关于土的理论和规律。
但当时这些理论和规律还是零散的、不系统的,对土的认识也还仅仅是局部的或者是唯象的。
可以说当时土力学的发展还缺乏许多反映土的本质和真实面目的东西,因此尚未形成一门独立的学科。
太沙基主要功绩之一,是他将当时已有的孤立的规律、原理或理论,按土的特性将它们联系和系统化起来,总结提出了土的3个特性,即“粘性”、“弹性”和“渗透性”,并且凭借丰富的实践经验和深邃的洞察力发展了土力学原理,拓宽了土力学领域,使之形成一门独立的学科。
其中有几个重要的贡献是特别值得提出的。
首先他强调土的分类,并依据其物理力学性质将“粘土”和“砂土”区别开来。
他认识到“砂土”的强度属纯摩擦材料的强度,而“粘土”的强度则是其“粘性”所致。
虽然用现在的眼光看,这样的认识似乎太简单化,但它毕竟是从土本身特性出发的,不再是简单地借用别的学科的原理。
这样,土力学就具有了自己的个性;其次是建立了有效应力原理和一维固结微分方程。
如果说一维固结微分方程可能与太沙基曾作为热传导教授的经历有关,从而带有热传导方程的某些痕迹的话(诚然,这种借鉴别的学科成就来丰富本学科内容的做法也是学科发展的必由道路之一),那么有效应力原理则完全是从土的本性出发,确切地反映了土的力学性状本质的。
土体的单轴抗拉强度-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分应该简要介绍本文的主题和研究内容。
在撰写概述时,可以从以下几个方面入手:1. 引入土体的重要性和广泛应用:土体是地球表面最为普遍和重要的自然材料之一,它广泛应用于基础工程、建筑结构、道路交通等各个领域。
了解土体的力学性质对于设计和施工具有重要意义。
2. 引出单轴抗拉强度研究的背景:土体的单轴抗拉强度是评估土体抗拉性能的重要参数,它直接影响土体的稳定性和承载能力。
了解单轴抗拉强度的特点和影响因素,可以为土体工程的设计和分析提供基础。
3. 突出本文的目的和重要性:本文旨在深入探讨土体的单轴抗拉强度,并分析影响单轴抗拉强度的关键因素。
通过对土体单轴抗拉强度的研究,可以为土体力学行为的预测和工程应用提供参考依据。
4. 概述文章结构和内容安排:本文主要包含引言、正文和结论三个部分。
引言部分将对土体的单轴抗拉强度作简要介绍和背景阐述;正文部分将详细阐述单轴抗拉强度的定义和影响因素;结论部分将总结研究结果并展望未来的研究方向。
通过以上几点的介绍,可以清晰而简洁地概括出本文对土体单轴抗拉强度的研究意义和目的,为读者带来整体的文章框架和内容安排的预期期望。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构部分旨在介绍本文的整体结构,为读者提供清晰的导读。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将对土体的单轴抗拉强度进行概述,并介绍本文的目的和文章结构。
正文部分主要包括两个方面的内容:单轴抗拉强度的定义和影响单轴抗拉强度的因素。
在单轴抗拉强度的定义中,将阐述土体在单轴抗拉条件下的强度表现。
这一部分将介绍单轴抗拉强度的概念和计算方法,以及与其他抗拉强度指标的关系。
在影响单轴抗拉强度的因素中,将重点探讨土体内部结构、土体成分、应力状态等因素对单轴抗拉强度的影响。
具体包括土体孔隙结构、土体粒径分布、水分状况以及外部荷载等因素的分析和讨论。
结论部分将对全文进行总结,概括本文的主要内容和研究结果。
岩土工程中的土体力学特性分析与试验研究与应用岩土工程是土木工程的一个重要分支,通过对土壤和岩石的力学性质进行分析和试验研究,为工程设计和施工提供理论依据和实践指导。
土体力学特性是岩土工程中的关键问题之一,对于土壤和岩石的稳定性、承载能力以及变形性态等方面有着重要的影响。
本文将详细探讨岩土工程中土体力学特性分析与试验研究的应用。
一、岩土工程中的土体力学特性分析土体力学特性分析是岩土工程研究的核心内容之一,通过对土壤和岩石的力学性质进行分析,可以了解其稳定性、变形特性以及承载能力等重要参数。
1.1 岩土体组成分析岩土体是由土壤和岩石组成的材料,了解其组成的成分对于进一步分析其力学性质至关重要。
通过现场勘探和实验室测试等手段,可以确定土壤和岩石的主要成分及其含量,从而为土体力学特性的分析提供详细的基础数据。
1.2 土体密实度分析土体的密实度是指土壤或者岩石颗粒之间的空隙度量,对土体力学性质有着重要的影响。
通过密实度的测定和分析,可以了解土体的孔隙性质、压缩性能以及液体和气体的渗透性等特性。
1.3 土体强度分析土体的强度是指土壤或岩石材料抵抗外力(如压力、剪切力等)破坏的能力。
在岩土工程中,土体强度的分析是非常关键的,它对于土体的稳定性和承载能力具有重要的指导意义。
通过试验研究和理论分析,可以确定土体的强度特性,为工程设计和施工提供基础数据。
1.4 土体变形性态分析土体在受到外力作用时会产生一定的变形,了解土体的变形特性对于工程的安全性和稳定性有着重要的影响。
通过变形性态的分析,可以评估土体的稳定性、变形速度以及变形模式等特性,在岩土工程中发挥着重要的作用。
二、岩土工程中的土体力学试验研究岩土工程中的土体力学试验研究是为了深入了解土体的力学性质,通过一系列的实验手段对土体进行力学性能的测定和分析,为工程设计和实际应用提供可靠的数据支持。
2.1 压缩试验压缩试验是用来测试土体在受到垂直应力时的变形特性和强度特性的试验方法。
岩土工程中的土体力学特性分析与试验研究岩土工程是土木工程领域的一个重要分支,主要研究土壤和岩石的力学性质和行为规律,为工程设计提供可靠的依据。
而土体力学特性的分析与试验研究则是岩土工程中不可或缺的环节。
本文将深入探讨岩土工程中的土体力学特性分析与试验研究的重要性、主要内容和方法。
一、土体力学特性分析的重要性土体力学特性分析是岩土工程设计和施工的基础,具有以下重要性:1. 确定工程地质条件:通过分析土体力学特性,可以了解地质构造和地下水位等因素对工程的影响,以及工程所处地区的地质特征,为工程设计提供可靠的地质数据。
2. 确定地基承载力和变形特性:通过分析土体力学特性,可以评估土体的承载能力和变形特性,从而为工程的基础设计和地基处理提供依据。
3. 预测土体的稳定性:分析土体力学特性可以预测土体的稳定性,如土体的抗剪强度、抗压强度等参数,以及土体的失稳和破坏机制,为工程的设计和施工提供可靠性评估。
二、土体力学特性分析的主要内容土体力学特性分析包括以下主要内容:1. 土体的物理性质分析:包括土壤颗粒的大小、形状、密实度、含水量等物理性质的测定和分析,以及岩石的岩性、岩层的分布和结构等方面的分析。
2. 土体的力学性质分析:包括土壤的抗剪强度、抗压强度、弹性模量等力学性质的测定和分析,以及岩石的岩石力学特性等方面的分析。
3. 土体的变形特性分析:包括土壤的压缩性、膨胀性、黏聚性、内摩擦角等变形性质的测定和分析,以及岩石的变形特性等方面的分析。
三、土体力学特性分析的试验研究方法土体力学特性分析通常需要进行试验研究,以获取土体的相关参数。
常见的试验研究方法包括:1. 直剪试验:通过对土样进行正应力和剪应力作用下的试验,测定土样的抗剪强度和剪切变形特性。
2. 压缩试验:通过对土样施加垂直应力并测量土样的变形,得出土样的压缩性和恢复性等参数。
3. 弹性模量试验:通过对土样施加静载荷并测量土样的应变,得出土样的弹性模量和应力-应变关系。
土体邓肯—张非线性弹性模型参数反演分析《土体邓肯张非线性弹性模型参数反演分析》是一项重要的科学研究,在这项研究中,研究人员将利用非线性弹性模型的参数反演分析技术,来研究土体的张拉性能。
对于土体的张拉性能,其抗拉强度、塑性性能和力学特征都具有较强的不确定性。
为了克服这种不确定性,非线性弹性模型的参数反演分析技术提供了一种有效的手段,可以在试验过程中获取到准确的参数模型,并进一步深入研究土体的张拉性能。
一、非线性弹性模型的概述非线性弹性模型是一种利用实验测量的参数,结合物理模型的理论模型,用来研究弹性反应的内部结构和行为的模型。
它可以用来描述弹性物质的非线性物性,以及土体张拉时的力学特性。
典型的非线性弹性模型包括邓肯张模型、兰氏莫尔斯模型、HarrisYarwood模型、RiceVangenuchten模型等,其中邓肯张模型是最常用也是最具代表性的模型。
邓肯张模型是一种非线性弹性模型,其物理模型以弹性超塑性为基础,以土体张拉过程中的变形量、压实率及应力量的关系为参数,描述土体张拉过程中的行为特性。
二、参数反演分析技术参数反演分析技术是一种基于回归模型的参数估计的数学方法,可以利用与实验数据相关的模型参数,经过迭代优化,最终得到最佳匹配的参数模型。
非线性弹性模型的参数反演分析技术由实验中获取的非线性参数和迭代优化模型结合而成,可以对非线性弹性模型的参数进行更为准确的反演分析,实现对土体张拉特性和参数之间联系的准确描述。
三、土体邓肯张非线性弹性模型参数反演分析非线性弹性模型的参数反演分析,可以通过试验确定土体张拉过程中的力学特性,并反演出最佳的张拉参数,以深入了解土体的张拉性能。
本文以著名的邓肯张非线性弹性模型为例,通过实验过程,获取相关参数,建立非线性弹性模型,并以最小二乘法、Simplex法等为基础,进行参数反演分析。
经过迭代优化,最终获取到准确的非线性弹性模型参数,从而对土体的张拉性能更为准确的描述。
土体抗拉张力学特性研究现状与展望:传统非饱和土力学认为来源于土壤学或土壤物理学中的基质吸力就是非饱和土的粒间吸力,下面是小编搜集整理的一篇探究抗拉张力学特性试验的论文范文,供大家阅读参考。
1、引言在传统工程地质环境及土力学性质的研究中,土体通常不主动作为抗拉材料使用,认为土的抗拉强度很小或几乎视为零[1,2],实际工程中土体的抗拉强度常常被忽略,多侧重于抗压和抗剪,对抗拉张的研究较少[3,4].然而,许多工程问题中的土体会发生开裂现象,诸如红色问题土中常见的崩岗[5]、滑坡以及黄土中常见的滑塌[6]等地质灾害孕育过程中坡顶几乎都产生的张拉裂缝[7,8],其破坏模式是拉张和剪切的耦合,都与其抗拉张力学特性密切相关。
抗拉张强度是评价非饱和土的崩岗、崩塌及土坝、堤防、路基、垃圾填埋场等边坡的稳定性的重要参数,黄文熙[9]早就指出抗拉张是黏性土的一个比较重要的力学性质。
试验研究表明[4,10]天然非饱和黏性土的抗拉强度一般可达到十几到几十千帕,从抗拉力学角度,土体的抗拉强度几乎相当于同等面积内2m×3m间距锚杆的抗拔力。
可见,抗拉强度在土体稳定性中起着相当重要的作用,忽略土的抗拉张强度显然是对土的强度认识上的不全面。
本文从土体抗拉张力学特性的实验研究和理论分析2个角度出发,介绍并对比分析了国内外土体抗拉张力学特性的试验以及理论方面的最新研究,通过总结分析历史上大量的岩土破坏试验抽象概括出了土体的8种破坏模式,随后认为土体变形破坏的实质是拉剪耦合的渐进性发展过程,并指出研究非饱和土抗拉特性的核心问题就是要弄清土体抗议与粒间吸力之间的关系,最后总结了研究现状中存在的主要问题,展望了今后的研究与发展方向。
2、抗拉张力学特性试验研究土体的抗拉张力学特性的测试主要在室内进行,分2类:一类是直接测定法,即单轴拉伸试验和三轴拉伸试验方法;另一类是间接测定方法,包括径向压裂试验、弯曲梁试验和环状试样法等。
比较土体抗剪特性及理论的研究,土体抗拉张特性的研究程度无论从试验手段还是从理论方面都还是远远落后的。
例如,至今仍没有统一规范并获得业界普遍认同的土体抗张特性测试仪器。
不过,当前抗拉张的新型试验仪器及间接测试方法不断涌现,不少学者开始重视土体抗拉张力学特性的研究,这些极大地促进了土体抗拉张特性的试验和理论研究。
土体的抗拉张特性试验的研究始于20世纪50年代,20世纪50~70年代,抗拉张特性的研究主要在于探索土的抗拉强度基本测试方法上[11~19].1951年,Haefeli[11]首先用直接拉伸试验,研究了饱和黏性土在不同围压下的抗拉强度和破坏形式,拉开了研究土体抗拉强度的序幕。
随后Tchbotarioff等[12]亦采用单轴拉伸试验方法,对矿物组成不同的黏性土开展了试验研究,得出了主要几种黏土矿物抗拉强度的基本特性。
Vomocil等[13]采用离心机方法测试了5种砂土的抗拉强度随含水量和密度的变化规律。
Farrell等[14]采用无侧限压力的直接拉伸试验测试了重塑黏土在不同的土水吸力条件下的拉应力,试验结果显示拉应力随含水量的增加而呈抛物线性减小,与Vomocil等[13]的研究结果相似。
1960年,Parry[18]首先采用三轴拉伸试验研究黏性土的抗拉强度,试验结果表明土的拉伸应力应变特性受围压、超固结比以及排水条件的影响。
Bishop等[19]的三轴试验结果进一步表明黏土的抗拉强度与小的围压变化几乎没有关系。
而后不久,混凝土抗拉强度间接测试方法---巴西劈裂法试验也被引进用于研究含水率对土体抗拉强度的影响[20].Krishnayya[21]在径向压裂试验中设计了一种特殊的电测工具,使得径向压裂法能够同时测出黏土的抗拉强度和应力应变关系曲线。
抗拉张试验方法的多样性,使得人们有条件来对比研究不同试验方法对土体抗拉张力学特性的影响规律。
Yoginder[22]开创了抗拉强度对比试验的先河,对比黏性土三轴拉伸试验和单轴拉伸试验中的抗拉特性。
Kezdi[23]和Ajaz等[24]采用单轴拉伸、无侧限压缩和土梁弯曲试验,对比研究了土体的3相物理组成对土的抗拉强度的影响。
我国开展抗拉张力学特征的研究起步稍晚,始于20世纪70年代初。
1973年,清华大学土石坝抗裂研究小组比较了单轴拉伸试验和土梁弯曲试验测试的结果,得出土体抗拉强度和拉伸变形模量均随含水量的增大而降低及随干密度的增大而增高的认识[25].20世纪80年代开始,国内外的研究在土体抗拉强度测试方法创新及完善过程中[26],进入了抗拉强度力学基本特性研究阶段。
Fang等[27]采用无压渗透技术新方法测试土体的抗拉强度,指出拉伸强度与土体的液塑限、活性指数、韧性指数、无侧限抗压强度、凝聚力及内摩擦角具有相关性。
现场试验测试土体抗拉张强度开始于20世纪80年代初[28].这时期新的试验内容和试验方法也不断出现。
钮泽明等[29]试验研究了循环加卸荷载、干容重与含水量、加荷速率几个因素对黏性填土单轴抗拉强度的影响规律。
Mosaid[30]采用空心圆柱内牙劈裂试验测试了压实黏性土的特性参数。
Snyder等[31]采用气动断裂法新技术测量了非饱和土的拉伸强度。
20世纪80年代后期到20世纪末,国内外学者对土体抗拉强度的研究记载突然少见,几乎有十余年的断层,只是零星地开展了一些抗拉强度方面的研究,如Nearing等[32]通过试验测试土体抗拉强度特征,证明土体扰动后抗拉强度为原状土抗拉强度的33%;骆亚生等[33]通过单轴拉伸试验,对黄土的抗拉强度与含水量、干密度、饱和度及基质吸力间的关系进行了探讨,取得了几项较为明显的规律。
进入21世纪后,随着各种试验仪器、设备更加完善,又迅速有了更广泛和更深入的新发展,更重视土的成分、物性和结构等因素对抗拉张强度的影响。
此阶段,抗拉张的测试方法不断探索,涌现出了大量的新测试方法和测试仪器[34~44].例如,Tang等[34]采用应变控制式加载方式利用单轴拉伸试验研究了非饱和黏性土的抗拉特性,Tamrakar等[35]研制的在直剪仪上改制卧式单轴拉伸试验仪以测试断裂韧度的方法,党进谦及其带领的团队[36~41]研发了新型卧式单轴土工拉伸仪,李晓军等[42,43]研制的可以配合计算机层析(CT)扫描的圆环内壁施加径向压应力的拉裂法[44].这一时期国际上,抗拉张试验方法比较创新、理论比较成熟、操作亦比较简单的测试方法有以下3种:(1)Kim等[45]改进了Perkins[46]研制的土样直接拉伸试验装置,测试了3组不同密度和4组不同含水量的重塑土的抗拉强度,土样盒(178mm×178mm×178mm)由2个对称的半盒子组成,盒子内部固定了4个三角楔形以利于试验时试样从断面最短处断开。
之后,Arslan等[47]进一步用此装置测试了月壤的抗拉张特性,Kim等[48]亦根据需要改进了此装置,然后测试了非饱和砂性土由毛细吸力引起的抗拉强度。
(2)Ibarra等[49]采用液压机和土样车床把原圆柱形土样重塑并制成计时沙漏形,然后在自制的拉伸装置上测试了不同含水量和密度的重塑黏土的抗拉强度。
(3)Akagawa等[50]采用Tamrakar等[51]论述过的力学性状较好的横“8”字形土样,测试了0~-2℃的冻土的抗拉强度,试验结果表明土孔隙中冰的结构是冻土相对非冻土具有高抗拉强度的主要原因。
在国内,进入21世纪后也涌现了不少具有创新性的新测试方法和测试仪器。
孙萍等[52~54]采用卧式单轴拉伸土工拉伸仪(属应力控制式),所用试样直径39.1mm、高80mm,试验结果表明不同含水率的原状黄土在拉伸过程中均没有明显的颈缩现象,断裂面粗糙,基本垂直于拉应力方向,属于脆性断裂,与邢义川等[55]的试验结果相同。
李荣建等[56]和宋焱勋等[57]通过电动控制加载的土梁弯曲试验机采用土梁弯曲试验测试了原状黄土和重塑黄土的抗拉强度,其中原状土梁试样通过原状土梁削样器制备,重塑土梁试样通过重塑土梁压样器制备,试样尺寸为240mm×30mm×30mm(长×宽×高)的长方体土梁试样。
试验结果表明通过Mohr-coulomb强度线的反向延长线确定的抗拉强度明显夸大了土体的实际抗拉强度(超过了3倍以上)。
胡海军等[58]对原有的动三轴仪器进行改造,使设备能够实现轴向施加拉力(应力控制式),改装的仪器不仅能够实现单轴抗拉强度试验,而且能实现带围压的三轴减载伸长试验,其试验结果表明,层面会对重塑黄土的抗拉强度强度产生影响。
李春清等[59]用兰州市九州开发区的重塑黄土,用轴向压裂法系统研究了黄土在不同的加载速率、试样高度、制样方法、加载圆柱直径时的抗拉强度。
试验结果表明,静压制样优于击实制样且其抗拉强度较大,抗拉强度测试值随加载圆柱体直径呈线性增大,高径比为1∶1的试样的抗拉强度最稳定。
张绪涛等[60]针对现有土工直接拉伸试验装置的不足,研制了一套卧式直接拉伸试验装置,该装置由拉伸加载系统、数字液压伺服控制系统和数据采集分析系统3部分组成。
试验装置可开展多种易成型材料的直接拉伸试验,能精确测试材料的抗拉强度并能给出拉应力-应变曲线;巧妙设计了加载夹具,解决了试验材料与拉伸装置的连接难题;能精确连续控制试验拉力,并能获得材料抗拉强度峰后段的拉应力-应变曲线。
与此同时,抗拉强度的研究范围逐渐拓宽甚至出现交叉学科研究领域。
Rahimi等[61]的平行试验表明有机物含量越高,土体抗拉张强度越大,这个结论值得今后研究重视,因为抗剪强度与有机质含量一般恰好成反比。
Kavdir等[62]的试验表明,土的拉伸强度和团聚体的稳定性可成为土体结构质量指标,可用于确定土地利用类型。
Zeh等[63]对基质吸力和土体结构影响下压实土的抗拉强度试验结果表明,在压实过程中,孔隙的大小、颗粒排列等对抗拉强度影响很大。
在近几年抗拉强度研究中,干密度、前期固结压力、含水率、无侧限抗压强度、拉伸速度、土-水特征曲线、Mohr-Coulomb参数、围压及其他非饱和土参数等重要影响因素得到试验研究[64,65].3、抗拉张力学特性理论研究除少数土体以外(淤泥、饱和软黏土等),自然界土体大多为非饱和土,所以土体抗拉张特性的理论研究理应集中于非饱和土。
非饱和土的抗拉强度主要来源于颗粒间的粘结和分子引力形成的凝聚力、胶结物质的形成胶结力和表面张力形成颗粒间的吸附力等3种作用力[36].宏观上,经常有学者将摩尔-库伦的负半轴作为土体的抗拉强度[66],实际上由于负半轴的高度非线性,直接将负半轴包络线作为抗拉强度是严重高估了非饱和土的抗拉强度的[67,68].一般来讲,颗粒间的吸力越大,粒间的胶结强度越高,非饱和土抵抗拉张应力的能力越强。