上覆荷载作用下胀缩性土干湿循环过程中胀缩变形规律研究

进行了限制侧向膨胀、允许侧向收缩时压实膨胀土、压实红黏土在不同上覆荷载作用下干湿循环试验,定量分析了在干湿循环过程中膨胀土、红黏土的胀缩变形规律.研究结果表明:在相同的干湿循环次数下,膨胀土、红黏土试样的胀缩变形幅度随上覆荷载的增加而逐渐减小,上覆荷载的作用能够不同程度地抑制膨胀性土的胀缩变形.     

上覆荷载作用下红黏土干湿循环试验研究

针对江西红黏土进行了施加不同上覆荷载、限制侧向膨胀、允许侧向收缩时的干湿循环试验,定性和定量地分析了干湿循环过程中红黏土裂隙发展规律.研究结果表明:对于任意一定次数的干湿循环,红黏土的裂隙分布密度、长度比、平均宽度均随着上覆荷载的增加而减小;随着上覆荷载的增加,试样经历7次干湿循环后裂隙分布密度、长度比、平均宽度减幅均很明显;上覆荷载越大,上覆荷载对裂隙的抑制作用越明显;当上覆荷载大于等于土体膨胀力时,试样不产生裂隙.     

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%。     

干湿循环与持续浸泡下老黏土强度与变形特性变化

为探究重塑老黏土强度与变形受干湿循环与浸泡作用影响规律,系统开展大量三轴压缩试验,结合数理统计方法建立重塑老黏土强度与变形受干湿循环、浸泡作用劣化模型.研究结果表明:随干湿循环次数增加黏聚力呈指数衰减,前期衰减幅度较大,衰减趋势不断减缓逐渐趋于稳定;干湿循环过程中裂隙由试样四周向中间发展,裂隙增长、增大、增多,裂隙发育是强度衰减的根本原因之一;试样呈应变硬化现象,抗剪强度随干湿循环增加显著降低.同时,黏聚力随浸泡时间增加亦呈指数衰减,前期衰减最明显,浸泡1,2d衰减幅度最大.受端部效应影响,试样近端部变形微弱;横向变形随干湿循环次数、浸泡时间的增加呈增大趋势,集中于距离顶端40~50mm处.干湿循环对土体强度、变形的劣化作用明显强于浸泡作用.     

干湿循环下掺根率对膨胀土开裂的影响

为了研究干湿循环条件下根系对膨胀土的开裂和强度的影响规律,将狗牙根根系分别以掺根率(根土质量比)0、0.06%、0.14%和0.22%掺入膨胀土进行制样,通过室内试验及计算机图像处理技术,定量化分析根系改良膨胀土的效果和机制。结果表明：裂隙发育程度随干湿循环次数的增加而增加,其中第3次干湿循环对掺根试样开裂的影响最大。土体中根系的含量越高,土体裂隙网络的发育程度就越低。土体的抗剪强度随干湿循环次数的增加而减小,土体的掺根率越高,多次干湿循环中强度指标的降幅越小;经6次干湿循环作用后,掺根率0.22%的试样的黏聚力及内摩擦角比素土试样分别大51.59 kPa和8.25°。根系与土颗粒缠绕连结,有效抑制了裂隙开展,显著地保持了土体完整性。研究成果可为膨胀土性质的改良以及膨胀土边坡生态防护的推广应用提供参考。     

木质素改良红黏土的抗剪能力及动剪切特性研究

针对红黏土具有高含水率、高塑性、高孔隙比等不良工程性质，不宜直接作为路基填料这一现象，采用静三轴、动三轴试验方法研究了干湿循环下木质素改良红黏土抗剪强度指标(黏聚力和内摩擦角)及动剪切模量变化规律。结果表明，木质素可以显著提高红黏土的抗剪强度指标和动剪切模量，抗剪强度指标及动剪切模量随木质素掺量的增加先增加后减小，最佳掺量在9%～12%。木质素改良红黏土动剪模量与动应变关系可用H-D模型表示。改良土与素土最大动剪切模量与木质素掺量关系可以用三次函数表示。素土与改良土最大动剪切模量与围压关系可以用过原点的线性函数表示。经历相同次数的干湿循环，改良土抗剪强度指标及动剪切模量均较素土有明显提高，抗剪强度指标与干湿循环次数关系可以用倒数函数表示。建议在实际工程中木质素掺量为9%,养护时间为1 d。     

干湿循环效应对纤维膨胀土抗剪强度室内试验研究

为探究干湿循环效应对纤维膨胀土抗剪强度的影响,本文进行了大量的干湿循环和直剪试验,纤维含量按0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%来设计,干湿循环次数为0～6次。试验结果表明：1)随着干湿循环次数的逐渐增加,内摩擦角先是小幅度提高,然后逐渐减小并趋于稳定;随着干湿循环次数的逐渐增加,黏聚力则是逐渐减小并趋于稳定,其衰减规律基本符合二次函数。2)随着干湿循环次数的增加,抗剪强度逐渐减小,在干湿循环1～3次的时候衰减幅度较大,之后逐渐减小并趋于稳定。3)适当的增加上覆荷载能够有效的抑制纤维膨胀土在干湿循环过程中强度的衰减。综合比较干湿循环效应对纤维膨胀土内摩擦角和黏聚力的影响,当纤维含量在0.3%时,对纤维膨胀土在干湿循环过程中抑制抗剪强度的衰减作用明显。     

干湿循环作用下红砂岩堆石料力学性能研究

为研究红砂岩堆石料在干湿循环作用下的力学性能,以干湿循环次数为主要变量,开展常规三轴压缩试验。研究结果表明:不同干湿循环次数下,红砂岩堆石料应力-应变曲线变化规律基本一致,整体呈现出明显的应变软化。应力-应变曲线在初期快速增加,直至出现峰值,而后开始降低,最后趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样破坏强度随围压增大而逐渐增长;相同围压,破坏强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,破坏强度与干湿循环次数呈现指数关系;当干湿循环次数增加时,试样强度指标黏聚力逐渐减小,从125.9 kPa降低到62.3 kPa,黏聚力降幅约50%,且黏聚力与干湿循环次数之间成负线性关系;与之相似,另一强度指标内摩擦角逐渐减小,但降低幅度较小,减小幅度为15%左右,与干湿循环次数呈现指数关系。     

干湿循环下红黏土回弹模量对路面结构影响

利用室内承载板法分析干湿循环作用下压实红黏土回弹模量变化规律,以壳牌设计软件BISAR3.0为计算工具,计算了干湿循环下红黏土回弹模量对路面结构的力学特性影响。结果表明:压实红黏土回弹模量值随干湿循环次数的增加而衰减,其中第1次衰减很大,经过3~5次干湿循环作用后,回弹模量基本都在10~15 MPa。面层层底弯拉应力、应变随红黏土土基回弹模量的减小而减小,基层、底基层层底拉应力、应变随红黏土土基回弹模量的减小而增加。底基层层底弯拉应力、应变与红黏土土基回弹模量的关系可用对数来拟合。结构层厚度随红黏土土基回弹模量的减小而增大,经第1次干湿循环其结构层厚度增加19.32%,当回弹模量稳定后其厚度增加21.59%。     

红黏土CBR值影响因素分析

路基填料的承载比(CBR值)(California Bearing Ratio)是土体局部抗剪切强度(潜在强度)的反映,是评价路基土和路面材料强度特性的主要依据。采用路面材料强度试验系统从试样制备方法、浸水方式、上覆压力和干湿循环等因素对红黏土的CBR值进行了试验。结果表明,三种成型方式(静力压实、重型击实和振动压实),红黏土CBR值在最佳含水率处最大。振动压实效果优于击实,击实效果优于静力压实。侧向浸水条件下红黏土的CBR值比上部浸水的要大,红黏土侧向浸水效果优于上部浸水。无论哪种成型方式,不管是侧向浸水还是上部浸水,红黏土CBR值均不能满足高速公路、一级公路对路床填料CBR值的要求。增大试件上覆压力可提高其CBR值,减小膨胀量。不同干湿循环路径下,红黏土CBR值随循环次数的增加而降低,第一次循环降低幅度较大,其后趋于稳定。建议在红黏土路基路面设计中应充分考虑对土层的防水保湿措施。     

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.     

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.     

干湿循环作用对合肥膨胀土的影响

文章对干湿循环作用下合肥地区膨胀土的表观形态和工程特性开展研究,采用图像分析、直剪试验等手段研究干湿循环条件下各指标的变化特征。试验结果反映强度指数随含水率的增加呈下降趋势,在高含水率条件下,强度主要由黏聚力提供;干湿循环过程中裂隙的发展可分为微裂缝-主裂隙-破碎3个阶段,试样的抗剪强度随着表面裂隙率指标增加呈均显著衰减趋势。分析表明,膨胀土临界破坏时,其强度主要由黏聚力提供。最后探讨了干湿循环作用形成裂隙与土中水在破坏膨胀土土体过程中的相互关联。     

高铁堑坡粉质黏土原位强度特性与应力历史效应

针对高速铁路堑坡防护工程不同施工工序中坡体强度参数选取问题,基于原位孔内剪切试验,依托哈佳高速铁路工程,通过成孔后施加不同法向应力水平的固结剪切和先施加较高法向应力(这里称为预加荷载pr)后卸载至某一应力水平再固结剪切等工况下的现场试验,获取堑坡粉质黏土强度特性随荷载施加方式的演化规律.结果表明:粉质黏土原位应力-位移曲线总体上呈弱硬化变形特征;应力历史对粉质黏土的抗剪强度影响显著,主要体现在黏聚力上,预加荷载由0 kPa增加到400 kPa时,土体黏聚力显著增加,增幅在18.7～51.8kPa之间;内摩擦角降幅甚微.粉质黏土的黏聚力和施加预加荷载后的黏聚力增量均与含水率呈线性负相关,但随着含水率的增加,支护荷载存在临界值.黏聚力与预加荷载呈线性正相关,在实际工程中,可根据工程要求达到的安全系数,通过黏聚力和预加荷载的关系反推出所需预加荷载大小,从而为实际工程设计与施工提供借鉴参考.     

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。     

海口红黏土大型单剪试验研究

利用自制的大型单剪仪对海口红黏土重塑土样进行了不同含水率条件下的大型单剪试验,并用所获得的抗剪强度指标与直剪进行比较,大型单剪仪能更好地观察土体的变形特征及剪切破坏带。分析了红黏土抗剪强度指标在直剪、大型单剪试验中的异同,及其与含水率的变化关系。结果表明,海口红黏土的抗剪强度及其抗剪强度指标与含水率负相关,且含水率与黏聚力、内摩擦角的关系均能用二次函数进行拟合。其中,含水率对黏聚力的影响较大。此外,红黏土在单剪试验中的剪切破坏带随含水率的变化而变化,而直剪试验中的剪切面是人为固定的,这是造成红黏土单剪抗剪强度与内摩擦角低于直剪的原因。     

含水率对不同状态红黏土抗剪强度的影响研究

本文以云南省红河州个旧至元阳高速工程项目为依托,研究含水率对不同状态红黏土抗剪强度的影响。试验统计了坚硬、硬塑、可塑和软塑四种状态的红黏土试样分别25件、25件、17件和12件,并进行直剪试验。根据最小二乘法原理,将不同状态红黏土的黏聚力、摩擦角与含水率进行回归分析,并对试验数据进行综合分析。研究结果表明:坚硬、硬塑、可塑及软塑含水率分别小于34%、34%、41%及35%时,随着含水率的增加,黏聚力分别以2.0、1.01、0.456及0.235的斜率减小,当大于此界限含水率后,黏聚力减小速度减缓,逐渐趋于收敛;随着含水率的增加,硬塑→坚硬→可塑→软塑红黏土的内摩擦角下降速度逐渐变小,对含水率的敏感程度也逐渐减小,其中软塑状红黏土的内摩擦角随着含水率的变化几乎不变;不同状态红黏土相邻一级的黏聚力差值推荐取值10～15 kPa,内摩擦角差值推荐取值1.8～2.5°。     

连云港地区绿片岩夹层力学性质试验研究

为了探究含水率和干湿循环变化对连云港地区软岩力学性质的影响,以该区发育的绿片岩为研究对象,在室内制备含水率分别为0%、10%、15%、20%、25%,以及干湿循环次数分别为1、3、5、7、9的绿片岩重塑样各4个,通过对每组试样进行法向压力分别为100、200、300、400 kPa的室内直接剪切试验,分析试样的内摩擦角、黏聚力以及抗压强度在不同状态下的变化规律.试验结果表明:从干燥到吸水过程中,试样的黏聚力和内摩擦角大幅降低,且随着含水率的增加,黏聚力及内摩擦角均表现为逐步降低.试样吸水后抗剪强度出现陡降且随着含水率的降低而降低.此外,试样的抗剪强度随着干湿循环次数升高而降低,但循环次数到达7次后,力学性质变化出现缓和.这对阐释暴雨工况下因绿片岩夹层出现遇水软化而导致边坡整体失稳的情况具有重要意义.     

青海湖典型粉土抗剪强度的干湿循环影响研究

青海湖周边的水草地粉土层是典型的区域不良深厚软土.本文以青海湖西岸典型粉土为研究对象，研究干湿循环作用对重塑粉土的抗剪强度的影响规律.通过室内干湿循环试验及直剪试验，对不同含水率、经过8次干湿循环的粉土土样的直剪试验结果进行对比分析.研究结果表明：干湿循环作用对粉土的抗剪强度指标有劣化影响；多次循环后，粉土的残余黏聚力约为4 kPa,残余内摩擦角在10°～13°范围；随着干湿循环次数的增加，含水率的变化对粉土的抗剪强度指标的影响逐渐降低，最终基本可以忽略.     

影响胶粒三趾马红黏土的关键因素分析

三趾马红黏土的持水特征使其作为路基填料时容易导致一系列工程问题。通过四因素二次正交旋转试验设计,选取影响抗剪强度的四个主要因素含水率、压实度、胶粒粒径、胶粒掺量作为试验因子,以黏聚力c和内摩擦角φ作为指标进行三轴试验。研究发现含水率、压实度、胶粒掺量与c和φ间的关系可通过多项回归方程式进行表征。胶粒粒径对三趾马红黏土的c和φ未产生显著作用。当含水率处于5%~25%,压实度处于87%~99%,胶粒掺量处于5%~25%范围内,三趾马红黏土的c和φ随着含水率的减小,压实度的增加逐渐增加;但胶粒掺量越高,c越小,φ越大。压实度和含水率、压实度和胶粒掺量对三趾马红黏土的c和φ存在交互作用的影响;而含水率与胶粒掺量仅对三趾马红黏土φ的影响具有交互作用。此外,以c或φ为响应面的模型能较好的反映试验的实际情况。