含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。     

不同含水率花岗岩残积土-格栅界面剪切特性

花岗岩残积土可作为回填土应用于加筋土结构,含水率对结构的稳定性具有重要影响。以广州市增城区花岗岩残积土为研究对象,通过室内大型直剪试验,研究了不同含水率（13%、19%、25%、32%）、竖向应力（50、100、150、200kPa）对花岗岩残积土-格栅界面剪切特性曲线、抗剪强度、体变特性的影响。试验结果表明：含水率为13%、竖向应力为50kPa时,残积土-格栅界面剪应力随着剪切位移的增大先升后降,降幅较小,其余条件下剪应力随着剪切位移的增大而升高;格栅加筋能够缓解花岗岩残积土剪应力达到峰值后大幅降低的剪切软化趋势;筋土界面抗剪强度随着含水率的升高而大幅降低,界面抗剪强度系数整体上随着含水率的升高先增加后降低,含水率为19%和25%时格栅加筋的增强效果最佳;筋土界面黏聚力随着含水率的增加先增大后减小,界面内摩擦角随着含水率的升高而降低;13%、19%含水率下筋土界面在50kPa竖向应力作用下发生了剪胀,其余条件下体积应变以剪缩为主。     

膨胀土-混凝土界面剪切特性研究及界面系数修正

为对不同含水率下与不同法向应力下的膨胀性土的界面抗剪强度-界面剪切位移曲线进行分析,通过设计室内膨胀土-混凝土界面直剪试验,研究各含水率对膨胀土-混凝土界面各力学性质的影响。结果表明：不同含水率条件下的应力应变曲线均无应变软化现象,基本符合应变硬化模型;含水率的增长,对界面抗剪强度有较为明显的劣化影响,应力应变曲线的峰值也随之愈发滞后;同一含水率的界面抗剪强度与法向应力较好地符合摩尔-库伦强度准则,随着含水率的逐渐增长,界面抗剪强度也呈现递减态势;界面黏聚力先呈增长态势,后呈逐渐减小态势;界面等效剪切模量呈现下降趋势,同时通过微观角度对界面黏聚力和界面内摩擦角引起的界面强度变化规律进行了机理性的分析。界面内摩擦角则随着含水率增加逐渐地呈现反比例函数降低态势,引入界面摩擦系数,进一步细致分析界面摩擦力学性质,同时修正了界面黏聚力和法向应力对界面摩擦带来的较大影响,针对于浅层边坡土体与桩基础的摩擦估算,考虑到法向荷载对于界面摩擦系数影响较为合理。     

掺加硅灰和石灰条件下的超盐渍土抗剪特征研究

为了揭示石灰和硅灰胶结超盐渍土的抗剪强度规律,对采自宁夏平罗县姚伏镇的超盐渍土分别掺入硅灰和石灰进行超盐渍土固化,其中,硅灰掺量分别为1%、3%、5%,石灰掺量分别为硅灰掺量的20%、40%、60%。并利用三轴仪对7、28 d龄期固化的超盐渍土进行抗剪强度指标测定。试验结果表明:7 d龄期,1%硅灰掺量的固化超盐渍土的摩擦角随石灰掺量的增加呈现先增加后减小的变化趋势,28d龄期,1%硅灰掺量的超盐渍土的摩擦角随石灰掺量的增加而减小;7、28 d龄期,3%、5%硅灰掺量的固化超盐渍土的摩擦角和黏聚力随着石灰掺量的增加而增加。鉴于超盐渍土的抗剪强度由摩擦角和黏聚力共同决定,而随硅灰和石灰掺量的增加,固化超盐渍土的摩擦角和黏聚力的变化趋势不一致,为了易于确定固化超盐渍土中硅灰和石灰土最佳掺量,文中给出了抗剪强度临界深度的判断公式,可依据判别公式来确定硅灰和石灰的最佳掺量。     

垂直荷重对不同材料改良膨胀土抗剪强度影响研究

通过不同垂直荷重下的直剪试验,探究石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土的内摩擦角、黏聚力以及抗剪强度随垂直荷重级数的改变而变化的规律,验证不同材料改良时的抗剪强度曲线与莫尔-库伦强度理论的相符程度。研究表明,在改良材料及掺量一定时,随着垂直荷重的增加,改良膨胀土内摩擦角逐渐减小,黏聚力逐渐增大。粉煤灰改良时内摩擦角减小幅度最大,黏聚力增长幅度最小;水泥改良时内摩擦角减小幅度最小而黏聚力增长幅度最大;石灰改良时内摩擦角及黏聚力的变化幅度居中。当垂直荷重级数相同时,掺3种材料对膨胀土抗剪强度提高幅度依次为:水泥、石灰、粉煤灰。当垂直荷重级数相同时,掺石灰对膨胀土内摩擦角的提高幅度最大,而对黏聚力的提高来说,掺水泥效果最好;掺石灰改良时,试验所取的垂直荷重对抗剪强度指标的影响程度较大,而粉煤灰改良时,抗剪强度与垂直荷重的关系接近库伦定律,垂直荷重的取值对抗剪强度指标的影响较小。     

废旧轮胎橡胶颗粒掺量对吹填软土抗剪强度的影响

废弃轮胎橡胶颗粒按不同掺量与吹填软土均匀混合,配置成混合土样,进行不同固结压力下的直接剪切试验,得到相应的剪应力与剪切位移的关系,分析了废弃轮胎橡胶颗粒掺量对吹填软土抗剪强度的影响,提出不同掺合比下供参考的抗剪强度指标。结果表明:随着废弃轮胎橡胶颗粒掺量的增加,吹填软土-橡胶颗粒混合土的内摩擦角呈现先减小后增大的趋势;而黏聚力呈现先增大后减小的趋势。但抗剪强度的总趋势是随橡胶颗粒掺量增加而增大,剪切位移达到3~5mm之后,剪切强度基本保持不变。     

含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响

采用SRS-150型动态环剪仪,对甘肃通渭地区黄土重塑并进行室内环剪试验,分析含盐量与纤维长度、掺量对聚丙烯纤维加筋土抗剪强度的影响,并通过扫描电镜试验分析其微观作用机制.结果表明,加筋土抗剪强度随含盐量的增加,表现为先减小后增大的趋势,含盐量的界限值为6%左右;当纤维掺量取0.2%、 0.4%、 0.6%时,加筋土峰值强度有明显提升,但对其残余强度影响不大;纤维长度越长,加筋土黏聚力越大,当纤维长度增长到9 mm以上时,黏聚力减小或增长变慢;在纤维掺量低于0.4%的情况下,加筋土内摩擦角受纤维长度的变化影响很小,当纤维掺量高于0.4%之后,纤维长度越长,内摩擦角越小;含盐量的增加会使土颗粒的双电子层厚度减小,使土颗粒间的黏结力增大,从而土体中颗粒聚集体越来越多,最终促使加筋土的抗剪强度发生变化.试验表明含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响均存在一个界限值,这些可控因素对纤维加筋黄土边坡的加固及防护影响巨大,在实际工程应用中可围绕试验中的界限值进行相应调整.     

不同土工合成材料加筋土界面的静动力直剪特性

为研究不同加筋材料对筋-土界面在静力、动力作用下的剪切特性的影响, 采用大型直剪仪对土工编织布、土工无纺布、土工膜加筋的加筋土界面进行了一系列单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验, 并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行对比分析. 结果表明：单调直剪试验中, 界面剪应力-剪切位移关系由于加筋筋材力学特性与结构特征不同, 呈现出较大差别, 其中筋材在较大竖向应力的剪切过程中容易发生变形; 在循环剪切过程中, 土工编织布、土工无纺布界面抗剪强度发生了软化现象, 而土工膜界面抗剪强度则发生了硬化现象.     

石灰掺量对分散性土工程性质的时效影响分析

为研究不同石灰掺量和龄期对新疆某地分散性土长期力学性能的影响,通过改性研究和力学性质试验,探讨不同石灰掺量和龄期下改性土的变形与强度变化规律。结果表明：随石灰掺量增加,分散性抑制效果越好,最大干密度逐渐降低,内摩擦角增大,黏聚力和无侧限抗压强度先增大后减小,压缩系数先减小后增大,最后趋于稳定;随龄期延长,压缩系数减小,黏聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度增大。当石灰掺量为3%时,分散性土改性为非分散性土,无侧限抗压强度达到峰值,龄期为3d、28d时,其强度提高48.24%、252.74%;当掺量为5%时,黏聚力取得极大值,龄期3d和28d的改性土黏聚力分别增加14.67%、50.05%。龄期越长,强度越高,改性土越脆,适应变形能力减弱。     

基于冻融-干湿作用的非饱和重塑黄土强度试验

冻融循环和干湿交替作为两种典型的风化作用,对土体强度有着显著的影响.为了探讨二者对土体强度影响的差异及吸力机制,对不同含水量的非饱和重塑黄土开展冻融及冻融干湿耦合作用下的直剪试验,同时测试基质吸力.结果表明:冻融条件下,黏聚力随冻融次数呈指数函数减小,内摩擦角随冻融次数呈指数函数增大,抗剪强度随冻融次数增加而增大.冻融干湿耦合下,黏聚力和内摩擦角均随着冻融干湿耦合次数呈指数函数减小,抗剪强度随冻融干湿耦合次数增加而减小;干湿路径对抗剪强度具有一定的影响,先吸湿后脱湿的抗剪强度和强度参数大于先脱湿后吸湿的抗剪强度和强度参数.基于试验数据分别给出黏聚力和内摩擦角随冻融-干湿耦合次数变化的定量表达式.     

纤维煤矸石改良膨胀土强度特性及邓肯-张模型参数

为了改善膨胀土胀缩性能和强度特性,本研究以煤矸石和纤维为固土材料,研究聚丙烯纤维和煤矸石对膨胀土的强度影响及本构关系。首先将不同质量比的煤矸石掺入到膨胀土中,通过无荷载膨胀率试验和收缩试验,分析煤矸石掺量对膨胀土胀缩性的影响,确定煤矸石的最佳掺入比为40%;在此基础上掺入不同掺量的聚丙烯纤维,进行三轴固结排水试验,研究纤维对煤矸石改良膨胀土强度及其邓肯-张模型参数的影响。研究结果表明,掺入纤维后改良土的抗剪强度随着纤维掺量的增加呈先增大后减少的趋势,最佳纤维掺量为0.3%,并且周围压力越高,纤维对改良土强度提高越显著;通过对纤维煤矸石改良膨胀土应力应变的分析,得到了材料的邓肯-张模型参数,采用Matlab软件获取纤维掺量和围压对模型参数a,b的拟合函数,将其代入邓肯-张模型中,模型能较好地模拟试验获得的应力-应变数据。     

粉煤灰-镁渣改良超盐渍土的工程性质研究

利用宁夏平罗县的超盐渍土,分别掺入20%、25%、30%粉煤灰和镁渣替代6%、8%、10%的粉煤灰进行固化处理。通过7 d、28 d龄期的三轴试验表明,相同粉煤灰掺量的超盐渍土的黏聚力随着镁渣掺量的增加呈先减小后增加的趋势;7 d龄期的试件,相同粉煤灰掺量的超盐渍土的摩擦角随着镁渣掺量的增加呈先增加后减小的趋势。28 d龄期的试件,相同粉煤灰掺量的超盐渍土的摩擦角随着镁渣掺量的增加基本呈现增加的趋势。粉煤灰、镁渣固化的各组超盐渍土,随着龄期的变化,黏聚力和摩擦角的平均变化幅度在4.2%以内,各组试样的抗剪强度变化不明显,粉煤灰、镁渣加固盐渍土的机理主要表现为物理加固,在工程中利用粉煤灰、镁渣固化超盐渍土时,只需考虑两者的物理加固作用。     

磷尾矿改良合肥膨胀土强度试验研究

以合肥某公路工程膨胀土为原材料,在保持含水率和干密度不变的情况下,将磷尾矿按不同质量比掺入膨胀土中,对改良后土体进行无荷膨胀率、无侧限抗压强度及三轴压缩试验。试验结果表明,随着磷尾矿掺量的增加,改良土的膨胀率逐渐降低,磷尾矿可有效减小膨胀土的膨胀性;主应力差峰值随着磷尾矿掺量的增加,呈现先增大后减小的趋势,在掺量为6%时,抗剪强度达到最大;黏聚力随着磷尾矿掺量的增加而减小,内摩擦角先增大后减小。     

机械粉磨对煤矸石-水泥体系颗粒群特征及力学性能的影响

采用了煤矸石单独粉磨后取代水泥、煤矸石与水泥混合后共同粉磨(先混后磨)、煤矸石与水泥分别单独粉磨后混合(先磨后混)(三者均按w(煤矸石):w(水泥)=30:70的比例)3种不同的机械粉磨方式研究粉磨对煤矸石-水泥体系的颗粒群特征以及力学性能的影响.研究结果表明:煤矸石单独粉磨掺入体系与煤矸石和水泥"先混后磨",不同粉磨时间的混合体系的颗粒群具有相似的级配组合特征;煤矸石与水泥"先磨后混"形成的颗粒群特征不同于"先混后磨";对于相同的粉磨时间,煤矸石与水泥"先混后磨"的粉磨制度优于"先磨后混";不同的煤矸石-水泥体系的颗粒群特征对于体系的力学性能产生不同的影响.     

基于冻融作用的固化硫酸盐渍土-混凝土界面力学行为

冻融作用下固化盐渍土强度发生劣化并影响土体与结构的相互作用。鉴于此,开展了不同固化剂对硫酸盐渍土力学特性的影响研究并得知石灰+硅灰双掺改良效果显著;在此基础上,探索了石灰-硅灰双掺固化剂、含盐量、冻融次数等因素对非饱和固化硫酸盐渍土-混凝土接触面力学性能的影响。结果表明, 石灰-硅灰固化硫酸盐渍土与混凝土界面内摩擦角随着冻融循环次数的增加先增大后减小再增大,黏聚力随着冻融次数的增加逐渐减小,接触面抗剪强度随着冻融次数的增加先增加后逐渐减小并趋于稳定;在相同的冻融次数下,接触面的内摩擦角及黏聚力均随着含盐量的增大先增大后减小,两者含盐量阈值分别为3%和2%。在本试验范围内,5%石灰+10%硅灰对含盐量为2%~3%的硫酸盐渍土改良效果较好;冻融前后,固化盐渍土-混凝土接触面剪应力-剪切位移曲线分为四个阶段：弹性变形阶段、强化阶段、软化阶段及流动阶段。     

粉状和砾状煤系土的水敏感性及边坡稳定性分析

煤系土具有遇水软化的特点,强度随着含水率的增加而降低。以分布在广梧高速公路沿线的粉状和砾状煤系土为试样,通过常规直接剪切试验测定了不同含水状态下粉状和砾状煤系土的抗剪强度,对比分析了两者的水敏感性,并以此为基础采用强度折减法研究了含水率对粉状和砾状煤系土边坡稳定安全系数的影响。结果表明,起始含水率越大粉状和砾状煤系土的抗剪强度越小。随着含水率的增大,粉状煤系土黏聚力和内摩擦角分别呈指数函数以及线性函数关系形式减小;砾状煤系土黏聚力变化表现出明显的分段性:先小幅减小而后急剧减小,其内摩擦角则随着含水率的增加先小幅增加,后逐渐减小;粉状和砾状煤系土边坡的稳定安全系数都近似呈现直线型减小。粒组成分和风化作用的不同是粉状和砾状煤系土水敏感性不同的主要原因。研究结果为营运期广梧高速公路煤系土边坡的养护提供了建议。     

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。     

膨胀性泥岩抗剪强度与含水率相关性机理

为探讨膨胀性红层泥岩在不同含水率状态下抗剪强度的变化规律,分别对不同含水率的重塑样、黏土单矿物样、配土样进行直剪试验.依据抗剪强度参数值的变化规律及微结构特征对其相关性进行分析,得出以下结论:①重塑泥岩黏聚力随含水率的增加,呈先增大后减小的趋势;内摩擦角随含水率的增加呈非线性递减的趋势.②蒙脱石随含水率增加,抗剪强度呈先增大后减小的趋势,含水率在22％附近出现抗剪强度峰值;伊利石和绿泥石在含水率分别为18％和19％时,黏聚力出现峰值,而两类黏土矿物的内摩擦角受水的影响相对较小.③蒙脱石含量在30.42％时,基本体现该类矿物的抗剪特征;绿泥石含量达到18.3％时,对试样内摩擦角的主控作用相对较强.④孔隙数量越多,膨胀性相对减弱;结构越密实,胶结度越好,其黏聚力值相对增大.     

掺加煤矸石的玻化微珠保温混凝土早期强度试验研究

为了探讨煤矸石玻化微珠保温混凝土结构的施工措施,确保其在施工过程中有很好的质量和安全性能,对其早期抗压强度进行了研究。试验采用强度等级为C35的混凝土配合比,以煤矸石代替部分碎石进行试验。试验结果表明:煤矸石玻化微珠保温混凝土的早期强度随时间发展较快,为该混凝土结构的应用提供了安全性保障;基于普通混凝土早期抗压强度计算公式,探讨了适用于煤矸石玻化微珠保温混凝土的早期抗压强度计算公式,提出了该混凝土早期抗压强度计算方法。