粉煤灰改良花岗岩残积土试验研究

以福州地区花岗岩残积砾质粘性土为试验研究土料,与粉煤灰进行不同比例的混合,形成以粉煤灰改良的花岗岩残积土,采用击实、直剪、渗透和湿化试验,研究粉煤灰改良花岗岩残积土的工程特性,得到养护时间和粉煤灰掺量的不同对花岗岩残积土抗剪强度、渗透性和水稳定性的影响规律. 研究表明,掺入粉煤灰可有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,降低其渗透系数和崩解率,且龄期越长越明显.     

黏粒含量对黏性土渗透性影响的试验研究

渗透性是土体的重要工程性质之一,在诸如垃圾填埋场防污、水利大坝防渗、基坑支护防漏等工程项目中,运用各种方法提高土体的抗渗性是施工的最终目的。基于此,制备不同黏粒含量的黏性土试样;并开展渗透及相关试验,以分析黏粒含量对渗透性的影响。试验结果表明随着黏粒含量的增加,黏性土的塑性指数呈线性增加,而渗透系数呈非线性减小,可用指数函数式拟合。另外,颗分曲线显示高黏粒含量试样的不均匀系数变小,其堆积方式以小粒径颗粒接触为主,孔隙通道直径小,易出现不连通孔隙,导致渗透系数减小,所得成果可供工程实践参考。     

微生物固化含黏粒花岗岩残积土的强度机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以改善花岗岩残积土的工程力学特性,但其固化效果受黏粒含量的影响较大。在花岗岩残积土中掺加不同黏粒进行MICP固化试验,对固化后的土样测定其碳酸钙含量,并进行无侧限抗压强度试验,研究不同黏粒含量对固化效果的影响。在此基础上,开展了固化后试样的核磁共振试验(NMR),从细观角度研究黏粒含量对花岗岩残积土的固化机理。结果表明：微生物固化土样的强度主要包括土体骨架强度和碳酸钙胶结强度两部分,前者受土体自身孔隙率影响,后者则通过碳酸钙晶体的沉积量影响固化土样的强度;随着黏粒含量的提高,试验土样内孔隙率缩小,碳酸钙的沉积量也随之减小,固化后的强度提高不明显;掺加适量的红黏土(最优黏粒含量为60%),在不改变土样其他性能条件下可以获得较高的固化强度。     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

过渡型细粒土击实特性及基质吸力试验研究

级配呈现过渡特征的土被称为过渡土.路基填料中过渡型细粒土的击实特性不同，且力学性能受基质吸力的影响较大.根据试验标准(ASTM D698-12),进行标准击实试验，得到最优含水率和最大干密度.对试验土样，分别使用露点水势仪和高量程吸力计量测击实前后土样的基质吸力.结果表明：过渡土中黏粒含量的增加使路基填土压实特性不同，过渡土的最大干密度随着黏粒含量的增加而减小，过渡土的最优含水率随着黏粒含量的增加而增大；在击实曲线湿侧时击实土的基质吸力接近于0;击实后过渡土的基质吸力呈现过渡特征，当认为过渡土中的水分被黏粒完全吸收后，过渡土的吸力-含水率可以拟合为一条曲线，即吸力-黏土含水率曲线；在压实前的松散土颗粒的吸力量测中，也得到近似的试验结果.     

粉砂土抗剪强度黏粒含量效应

为分析黏粒含量对遗址土抗剪强度特性的影响规律及其形成机理,以遗址粉砂土为研究对象,用常规直剪仪开展不同黏粒含量的慢剪试验,并对部分土样进行微观试验.直剪试验结果表明,黏粒含量从0增至25％的过程中,抗剪强度显著提高,黏聚力呈两段折线型增长(拐点位于黏粒含量10％处)特征,高、低应力段的差值逐渐减小直至基本相同,而内摩擦角则随黏粒含量增加而减小;在试验干密度和黏粒含量范围内,粉砂土按照规范法拟合所得低应力段的抗剪强度大于实测值,用于土遗址稳定性等分析时偏于不安全.结合扫描电镜试验结果,认为造成土样黏聚力随黏粒含量呈折线型变化的主要原因是,当黏粒含量大于10％后,遗址土土性从"类砂土"向"类黏土"转变,受力骨架由砂颗粒向"黏粒网架"过渡.     

无纺土工织物渗透淤堵试验研究

无纺土工织物作为滤层在工程实践中已广泛应用,但因淤堵而存在滤层失效的隐患,开展无纺土工织物渗透淤堵试验研究很有必要。文章通过系列考虑土样黏粒含量、密实程度因素的不同等效孔径无纺土工织物渗透淤堵试验,总结了梯度比、渗透系数以及织物单位体积含土量变化规律,探讨了淤堵机理。结果表明:土样黏粒含量、密实程度以及织物等效孔径均会对土工织物的渗透淤堵特性产生影响;当土样黏粒含量较低、织物等效孔径较大时,淤堵易发生在织物内部;而当土样黏粒含量较大、织物等效孔径较小时,淤堵易发生在织物表面。     

地基土液化机理的研究

通过室内动三轴试验和扫描电镜试验对不同级配、不同黏土矿物成分、不同黏粒质量分数、不同干重度的重塑土进行了系统的试验研究与微观分析，得出不论所含何种黏土矿物、也不论干重度及粗颗粒级配如何，黏粒质量分数为9％左右抗液化强度最低的原因。     

干湿循环下花岗岩残积土胶结物溶蚀-微结构演化规律与力学行为

花岗岩残积土中的游离氧化铁粒间胶结作用使其具有高结构性和水敏性. 因此，在干湿循环过程中，粒间胶结氧化物被溶蚀，残积土表现出结构崩解重组和复杂的剪切变形特性. 为进一步研究干湿循环过程中花岗岩残积土中游离氧化铁溶蚀造成的土体组构变化及其对力学性能弱化的影响，进行一系列的宏微观试验以揭示不同干湿循环次数（0、1、2、4）下残积土的复杂力学特性. 研究结果表明，随着干湿循环次数的增加，花岗岩残积土的应力-应变关系将由弱应变硬化型逐渐转变为应变软化状态. 微观分析表明游离氧化铁会促使黏土颗粒胶结形成团聚体，随着干湿循环的进行其含量逐渐降低最终趋于稳定. 此外，原状残积土粒度分布（PSD）曲线呈现明显的双峰，然后在干湿循环或去除氧化铁后转变为单峰曲线. 反复干湿循环会削弱残积土的胶结结构特性，进而导致土体出现明显的软化特征. 在剪切过程中，残积土首先表现出剪切收缩特性，随后出现明显的扩张趋势. 随着干湿循环次数增加，残积土的有效黏聚力逐渐减小，但有效内摩擦角呈现逐渐增加的趋势. 干湿循环过程中花岗岩残积土复杂的力学性能特点是不可逆的体积收缩和胶粒含量的变化以及微裂缝发展之间的耦合效应.     

砂土中黏粒含量对渗透性的影响

边坡滑动、地基液化等灾害现场土体中都含有一定含量的黏粒,且黏粒对砂土液化影响显著,因此研究不同黏粒对砂土力学特性的影响具有重要的工程意义。通过常水头渗透与变水头渗透试验,测定了纯砂及掺入不同黏粒后砂土的渗透系数。探讨了干密度、孔隙比与渗透系数之间的关系,分析了不同种类黏粒的砂粒间孔隙比对砂土渗透系数的影响。结果表明:黏粒含量越大,砂样的渗透系数越小;膨润土较高岭土对砂土渗透系数的影响更为显著;含黏粒的砂土砂粒间孔隙比随着黏粒含量的增加而增大。     

水泥改良花岗岩残积土的强度和崩解特性研究

直接将花岗岩残积土用作路基填筑,易产生溜坍、滑坡等病害.为了消除花岗岩残积土不良特性,对湖南省南岳地区花岗岩残积土粒径级配进行研究,得出该地区花岗岩残积土为砂质粘性土,为了提高其填筑路基的性能,采用不同掺入量的水泥对其进行改良,在压实度均为90%的条件下,利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪和自制崩解仪对各组试样分别进行三轴试验和崩解试验.改良的花岗岩残积土的抗剪强度和崩解试验结果表明,随着水泥掺量的增加,其抗剪强度逐步提高,遇水崩解状况得到逐步改善,当水泥掺入量达到6%时,能大幅提高花岗岩残积土的抗剪强度,其耐崩解性也得到了大幅度的提高和改善,可达到实际工程中改良当地花岗岩残积土的目的.     

福建省花岗岩残积填土的水力与热物理参数分析

为确定花岗岩残积填土的水力、热物理参数,以福建省典型花岗岩残积土为例,采用土壤湿度自记仪进行水平吸渗试验及变水头渗透试验测定水力参数,同时推导热物理参数计算公式.结果表明:福建省花岗岩残积土的水分扩散率、非饱和导水率与饱和度之间呈现显著的幂函数关系;饱和导水率与压实度呈非线性关系,压实效果对土的饱和导水率影响较为显著,同时存在一个临界压实度,当压实度达到该临界值时,一味通过提高压实度增强路堤的防渗能力效果不明显;考虑土体压实度和含水率的比热容计算式,及综合考虑颗粒组成、压实度和含水率的热导率计算式更符合花岗岩残积土的热物理参数特性.     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

高液限粘土压实性能的试验

通过室内试验,分析高液限粘土的压实性能和最佳压实状态,结合路基工艺实验成果,提出直接利用高液限粘土修筑公路路基的质量控制标准.以福建厦门集美大道高液限粘土为例,经室内试验和现场工艺试验系统分析认为,浸水加利福尼亚承载比(CBR)大于3,只适用于下路堤的填筑,其压实度标准K≥94%.按6种击实功组合,对不同含水量的高液限粘土进行了系列化浸水CBR试验.结果表明,在最佳压实状态下,随着水质量分数的逐渐增大,所采用的击实功宜相应减小,通过水的质量分数和击实功的适当控制,高液限粘土可用于拟建道路的下路堤填筑.     

粘性土的波动传播特性分析

为研究剪切波在细粒土中的传播特性,针对不同含水率的粘土试件进行了室内重型击实试验,并测其剪切波速值。大量试验结果表明：剪切波速与干密度和含水率有很好的相关性,同时分析了干密度和孔隙水对剪切波速的影响机理。研究结果为剪切波速测试分析技术评价压实质量提供参考。     

击实土单轴抗拉强度试验研究

黏性土体内的裂缝产生与其抗拉强度有关.在分析土石坝心墙水力劈裂、地基裂缝等问题时,考虑抗拉强度对深入研究土体应力变形特性有重要意义.对3种不同土料的击实试样进行了抗拉强度试验,其中,1种土料为塑性相对较高的黏土,另2种为砾质黏土.通过试验,研究了各种土料在不同击实功、试样由非饱和变化到饱和状态、不同制样含水率时的抗拉强度.结果表明,黏性土的抗拉强度随着击实功的增大而增大;试样由非饱和变化到饱和状态后,其抗拉强度大幅降低;在同一击实功下,土体的抗拉强度随着制样含水率的增加而减小.     

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型.然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性.研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0.随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响.压实度为90％、100％、110％花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征.     

聚丙烯纤维红黏土渗透性与剪切特性试验研究

通过三轴压缩试验研究了聚丙烯纤维红黏土的渗透性与力学特性.击实与渗透试验结果表明,纤维含量变化时,纤维红黏土的最大干密度变化较小,而最优含水率变化较大.在0.25%～0.80%含量下,纤维红黏土可保持较低渗透性.三轴固结不排水试验结果表明,纤维红黏土的抗剪强度随着轴向应变增加而增大,具有典型的加工硬化特征,且随纤维含量与长度增加而增加,同时围压显著影响纤维红黏土的剪切特性.当纤维含量较小时,破坏模式为鼓胀型;当纤维含量较大时,尽管试样轴向应变较大,但未发生破坏.