干湿交替环境下黄土边坡坡表变形演化规律模型试验

黄土地区一般为干旱半干旱区,在此环境下发育的黄土常具有疏松多孔、对水敏感的特性,使得黄土边坡坡表在降雨-干燥循环下很容易发生破坏。设计了可控降雨强度和干燥强度的模型箱;介绍了光纤光栅(FBG)传感器的基本原理;封装了适用于坡表变形监测的FBG传感器;按照实际工程坡高比,以模型比尺1∶100堆填了黄土边坡模型;模拟了干湿循环次数和幅度对边坡坡表变形的影响。实验结果分析表明:干湿循环过程中,在重力、渗透力等的作用下,坡面开始承受较大的拉应变,后逐渐转变为压应变。在经过几个循环后,坡面发生较大的变形,表明黄土边坡在破坏时存在一个关键节点;干湿循环次数与幅度均会对黄土边坡坡面产生比较严重的影响,随着循环次数的增加,边坡坡面向下滑动的趋势增大,多次低幅度的干湿循环会使边坡发生缓慢的变形,高幅度的干湿循环会使边坡发生比较急剧的变形;FBG能够适用于黄土边坡坡面的监测,在实际工程中的应用还需要进一步研究。     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。     

干湿循环作用下膨胀土开裂和收缩特性试验研究

膨胀土的变形特性包括裂隙性和胀缩性,其中开裂和收缩特性对于膨胀土边坡变形研究具有重要的作用。取陕西汉中十天高速公路边坡膨胀土进行室内干湿循环试验,研究不同干湿循环次数下脱湿过程中膨胀土的开裂、收缩特性,观察脱湿完全后裂隙的扩展特性,探讨收缩的方向性随干湿循环次数和初始含水率的变化规律。结果表明:前2次干湿循环脱湿过程中,裂隙与收缩开展剧烈;脱湿过程中裂隙面积率先增大后减小,第1次干湿循环的裂隙面积率峰值最小,且出现时间较早;脱湿过程中收缩面积率先增大,后趋于平缓,随着干湿循环次数的增加,收缩面积率逐渐增大直至第三次干湿循环趋于稳定,前2次干湿循环其差值最大;随着干湿循环次数的增加,试样的变形量逐渐增大,收缩比开裂更早趋于稳定;裂隙的宽度和长度近似正态分布,裂隙面积概率随着裂隙面积增加逐渐减小;膨胀土的收缩具有明显的各向异性性质,初始含水率越高,各向异性表现越明显。     

干湿循环下花岗岩残积土裂隙演化及边坡稳定性

为研究干湿循环作用下花岗岩残积土边坡的稳定性,开展两种干湿幅度5次循环次数的边坡模型试验.拍摄裂缝图像获得裂隙演化规律,得出裂隙面积与干湿循环次数近似成正比;结合坡内土体直剪试验结果,提出干湿循环下黏聚力和裂隙度的关系式,推导裂隙深度计算公式.以此数值建模分析裂隙影响下的残积土边坡稳定性,结果表明：随着干湿循环次数和幅度的增大,裂隙度增加,裂隙深度增大,渗透性增强,土体强度降低,导致坡体饱和区扩展;滑裂面上滑点位于张裂隙处;3次干湿循环后边坡安全系数降幅最大,之后趋于稳定.研究认为干湿循环作用下裂隙的扩展加快雨水浸润,缩短了边坡失稳时间,为残积土边坡的及时合理处治提供理论指导.     

制样方法和干湿循环对粉质黏土土-水特征曲线影响

基于压力板仪实测了粉质黏土击实试样和泥浆固结试样的脱湿土-水特征曲线(SWCC)以及泥浆固结试样在经历不同次数干湿循环后的SWCC,研究了制样方法和干湿循环对SWCC的影响;同时利用扫描电镜观测了泥浆固结试样干湿循环前后的微观结构特征.试验结果表明:泥浆固结三轴试样的SWCC位于三轴击实试样的上部;干湿循环使得试样的SWCC左移,泥浆固结试样的SWCC在经历2~3次干湿循环后趋于稳定.Van Genuchten模型能够很好地拟合不同干湿循环次数下的实测脱湿SWCC,其参数随干湿循环次数的变化规律可用指数函数进行描述.     

冻融作用下水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构

为了解水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构,以凹凸棒土为外掺剂,通过室内试验的方法研究了冻融循环作用下固化土的无侧限抗压强度、质量损失率及T2谱分布曲线.结果表明:养护28 d后,随外掺剂掺量增加,固化土的强度逐渐降低;随冻融循环次数增加,固化土的强度先增长后降低;掺加外掺剂固化土相比无外掺剂固化土,其强度明显降低;掺加外掺剂、无外掺剂和无苯酚无外掺剂三类固化污染土的累计质量损失率随循环次数的增加而增大,且呈相似的变化规律;在冻融循环3次时,固化土的孔隙减小且孔径变小,冻融循环5次和10次时,固化土的孔隙增加且孔径变大.由此可见,凹凸棒土虽使固化土强度降低,但因特殊的性质,对污染物的固化稳定化效果增强;固化土的强度变化与其内部孔隙和孔径有关.     

青藏高原片麻岩宏微观冻融损伤特性试验研究

为研究青藏高原等高寒山区岩体在冻融循环作用下的损伤特性,对西藏林芝地区分布广泛的片麻岩开展了不同循环次数下的冻融试验：通过扫描电镜与核磁共振试验,分析了岩样微观孔隙结构的扩展发育特征;采用单轴压缩试验结合声发射技术,获得了岩样宏观力学特性的劣化规律。结果表明：片麻岩微观结构的冻融损伤主要表现为颗粒剥落与微裂纹扩展两种模式,且同一位置处的损伤程度随冻融循环次数的增加先增强后减弱;片麻岩的孔隙度随冻融循环次数的增加而增大,但不同孔径孔隙的变化规律表现出一定的差异性;冻融损伤片麻岩在单轴压缩试验中的声发射活动均可以分为平静期、增长期与陡增期三个阶段,各阶段的声发射信号密度随冻融循环次数的增加而变大,但累计振铃计数和累计能量随着冻融循环次数的增加呈现先增加后减小的趋势;片麻岩试件表面颗粒大面积脱落的阶段与其抗压强度明显降低的阶段相对应。     

干湿循环和吸力对非饱和下蜀土力学特性影响的试验研究

为研究干湿循环和吸力共同作用对非饱和下蜀土力学特性的影响,选取镇江某边坡的下蜀土为研究对象,通过非饱和直剪试验,对不同干湿循环次数及吸力水平下下蜀土力学特性的变化规律进行了研究.结果 表明:随着干湿循环次数的增加,下蜀土表面裂隙明显增加并具有不可逆性;下蜀土的抗剪强度经短暂增大后逐渐降低,并在第4次干湿循环作用后趋于稳定;下蜀土的黏聚力在经历短暂提高后逐渐降低并趋于稳定,而其内摩擦角则随干湿循环次数的增加变化幅度较小,呈上下波动态势;相同干湿循环次数下,吸力的存在对于下蜀土的黏聚力具有提升作用,而对土体内摩擦角的影响则不明显.研究结果可为干湿循环作用下下蜀土边坡的稳定性分析提供计算参数,具有实际工程意义.     

冻融循环对黄土电阻率及水分迁移影响的试验研究

电阻率为土体的固有特性,与土中水含量、颗粒排列和链接方式有着密切的关系。为了研究冻融循环次数对黄土的电阻率的影响,对经历不同冻融循环次数的不同含水状态黄土的电阻率进行了试验研究,分析了黄土电阻率与含水量、冻融循环次数的关系,建立了考虑含水量、冻融循环次数的非饱和土电阻率模型。试验结果表明:干密度一定时,电阻率随着含水量的增高而快速降低,当含水量达到26%后,电阻率变化规律逐渐趋于稳定;当冻融循环次数少于5次时,电阻率随着冻融循环次数的增加缓慢增长;冻融循环次数超过5次后,电阻率值逐渐趋于稳定。通过对冻融前后土样不同区域的含水量值的比较可知,冻融循环作用后,土中水总体呈现出从中心向四周的扩散的迁移规律。     

干湿循环作用下陕北Q2黄土强度及水土特性试验研究

为研究不同干湿循环次数下陕北Q2黄土水土特性及其强度的变化规律,利用真空饱和仪制备不同干湿循环次数的土样,采用直剪试验、滤纸法测定其非饱和抗剪强度参数及土水特征参数。研究表明：随着干湿循环次数的增加,陕北Q2黄土的脱湿速率与进气值不断减小,持水能力逐渐增强,且脱湿速率与进气值降低速率逐渐减小,第二次脱湿时最大脱湿速率降幅约30%,进气值约降低1/3;剪应力-剪切位移曲线峰值越发明显,应变软化特性逐渐增强;得到土水特征参数、非饱和抗剪强度参数随干湿循环次数变化的预测拟合公式,且较为精确的预测了第4次干湿循环次数下土样的土水特征参数。     

复合改性水玻璃固化黄土冻融特性试验研究

在我国季节温差变化较大的西北地区广泛分布着大量的黄土地层,强烈的冻融作用引起土体结构发生破坏,导致路基和边坡失稳;因此探求在冻融环境下新型岩土加固方式具有重大意义。研究了冻融循环条件下复合改性不同波美度水玻璃固化黄土的无侧限抗压强度、质量损失和微观结构等力学特性的变化。探讨了冻融循环对复合改性水玻璃固化黄土工程特性的影响。试验结果表明:复合改性水玻璃与未改性水玻璃固化黄土样的质量损失、强度损失与冻融循环次数存在一定相对值。冻融循环初期,冻融作用对复合改性水玻璃固化样强度有一定的补强作用;随着冻融循环次数的增多,强度随之减小;多次冻融循环后,试样微结构中部分骨架颗粒或晶体出现断裂,微结构出现损伤或破坏,固化样强度降低,甚至丧失。     

冻融循环下纳米黏土改性滨海水泥土的微观结构

为探究冻融循环下纳米黏土对滨海水泥土微观结构的改性效果,通过扫描电子显微镜微观测试对土体微观结构变化规律进行分析,探讨了土体的微观结构定量化参数与宏观力学特征的关联性.以纳米滨海水泥土为对象,利用扫描电子显微镜和Image Pro Plus软件获取土体在0、1、5、7、9、11次的冻融循环下的微观结构特征和量化参数.结果表明:①在未冻融的环境下,纳米黏土改善滨海水泥土微观结构效果明显,孔隙明显减小.②在冻融环境下,纳米黏土在冻融循环初期对滨海水泥土微观结构的改性效果好,表现在冻融循环0～5次内孔隙面积平均减少14.3％,而冻融循环7～11次时仅平均减少4.3％的孔隙面积.通过概率密度函数的分布可知纳米黏土抑制了滨海水泥土超大孔隙的发育.③纳米滨海水泥土的压缩系数对颗粒面积变化比较敏感,颗粒的数量、不均匀系数等微观结构参数对压缩系数的影响较小.     

初始含水量及冻融循环对黄土微结构的影响

冻融循环作用是季节性冻土地区工程病害发生的主要致灾因子。在冻融循环作用下,土体结构性逐渐丧失、强度不断劣化,最终导致灾害的发生。以延安市延安新区黄土为研究对象,配置不同初始含水量试样,经历0、1、3、6、10、15次冻融循环,通过SIGMA500扫描电子显微镜观察试样微观结构的演化规律。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,试样内部裂纹、裂缝不断发育演化,水分迁移通道不断扩展;初始含水量高的试样裂纹裂缝发育演化越明显;冻融循环作用使得试样内部大颗粒分解为若干小颗粒、颗粒表面的棱角不断磨圆、表面起伏不断减小;当冻融循环10次以后,颗粒大小、颗粒形状、表面起伏趋于稳定,试样颗粒尺寸趋于统一,试样大孔隙减小,小空隙增多,总体孔隙率增大。试样颗粒间的胶结强度随着冻融循环次数的增加不断减小,破碎作用产生的小颗粒造成粒间的接触点增多,致使试样的内摩擦角增大。     

干湿和冻融循环作用下泥质白云岩宏观劣化研究

水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩的力学特性劣化规律及扩容研究,取得了一定的成果。结果表明：(1)泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化。60次循环作用下,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大。(2)冻融循环作用60次的岩样的抗压强度的总劣化度会随围压的增大而增大。(3)干湿和冻融循环作用下,屈服点(扩容点)与峰值点的应力比-围压呈线性关系。(4)60次循环作用下,低围压时,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比,高围压时,冻融循环下岩样变形模量大于干湿循环下岩样的变形模量。     

硫酸钠-干湿-冻融共同作用对水泥土性能的影响

为解决宁夏水泥土受到盐类侵蚀和干湿-冻融循环作用性能劣化的问题,以宁夏同心水泥黄土为研究对象,试验设置不同压实度和水泥掺量,考虑盐浓度作用,并结合宁夏地区干湿性、季冻性等区域性特点对水泥土进行不同浓度溶液浸泡下的干湿-冻融循环试验,探究多重因素影响下试样外观、质量、波速、强度、电阻率、含盐量等变化情况。结果表明：压实度和水泥掺量越大,试样的质量、波速、强度也越大。随着干湿-冻融循环次数增加,水泥土试样在硫酸钠作用下均表现电阻率下降,含盐量上升,质量先增后减、表面脱落受损,峰值强度和残余强度指数下降、波速下降。硫酸钠劣化作用随着浓度升高而增强。     

冻融循环作用下白云岩边坡的稳定性分析

为了探究季冻区白云岩边坡在冻融循环作用下的失稳机理,通过白云岩完整岩样的室内快速冻融循环试验、声速测试试验和单轴压缩试验,获得了不同循环次数后岩块的物理力学性质参数,结合广义Hoek-Brown岩体强度准则,利用冻融岩样的纵波波速量化冻融裂隙岩体的地质强度指标GSI和冻融扰动因子Dn,实现了将岩块的冻融力学参数向边坡裂隙岩体冻融力学参数的转化,并分析比较了岩体各参数的冻融劣化效应,最后以河北省北部山区某白云岩高边坡为背景,利用FLAC3D分析了边坡在冻融效应下的循序破坏机理。结果表明：边坡岩体的各项力学性质参数在冻融作用下均呈指数型下降趋势,其中岩体破碎度的冻融劣化效应最强;剪切塑性区主要在边坡的冻融层中产生和扩展,坡脚处的受损和变形最严重,边坡冻融破坏模式主要为表层碎裂岩块的崩落和沿冻融交界面的浅层滑塌。可见,冻融白云岩边坡的防护方案宜优先考虑从提升岩体完整性的角度入手并选用施工扰动较小的支护体系,以避免因施工扰动而造成浅层风化堆积体的滑塌。     

裂隙砂岩冻融循环变形特征初探

采取汶马高速边坡砂岩预制裂隙后进行冻融循环试验;并进行冻融循环全过程裂隙的应变量监测,得到了在一次冻融过程中裂隙的应变过程经历了6个阶段,发现了岩样在冻融循环中的裂隙扩展由弹性变形转变为塑性变形,最终产生了残余应变。每一次初始的应变值即为上一次的残余应变值,而随着冻融循环次数的增多裂隙越来越大,呈对数增长的趋势。裂隙砂岩在冻融循环过程中,随温度变化,岩石的裂隙会产生新增或原裂隙扩展,宏观上表现为冻融损伤。