补水条件下压实黄土的二维冻融变形特性

为探索压实黄土的二维补水冻融变形特性,固定饱和度为60%,变化压实度依次为0.86、0.90、0.94和0.98,及固定压实度为0.94,变化饱和度依次为30%、40%、50%和60%,用定饱和度法进行了压实黄土在20次冻融循环内的二维补水冻融试验。二维补水冻融试验结果表明:试样竖向为冻胀和融沉,水平向为冻胀和融胀;随冻融次数的增加,试样冻结后的高度呈先迅速增大后缓慢减小的趋势,竖向融沉由小于竖向冻胀逐渐转化为大于竖向冻胀,数次冻融后试样的高度小于初始高度,试样的宽度持续增大,水平融胀是竖向融沉增大的主要原因;相同饱和度条件下,试样的冻胀率、融沉系数和体变率在某冻融次数前随压实度增大而减小,之后随压实度的增大而增大,压实度可以延滞冻融变形的发展,但会加大冻融变形的稳定值;相同压实度条件下,试样的冻胀率、融沉系数和体变率随饱和度的增大而增大,但体变率随着循环冻融次数的增加有趋同性;压实度不仅影响体变率达到稳定值的冻融循环次数,而且影响稳定值的大小,饱和度仅影响体变率达到稳定值的冻融循环次数。研究结果对季节性冻土地区压实黄土岸坡工程的冻害评价与防治有重要意义。     

非补水条件下同心压实黄土的冻融特性

为揭示宁夏压实黄土在非补水条件下的冻融特性,结合当地地域特点,设计正交试验方案,采用封闭系统一维单向冻融试验方法,研究了宁夏压实黄土的冻胀融沉变形随压实度、饱和度和冻融循环次数变化的规律,建立了冻胀率、融沉系数与压实度、饱和度和冻融循环次数的关系模型。结果表明：非补水条件下,冻融循环对压实黄土的冻融变形有明显影响,饱和度越大,影响越明显;饱和度<40%时,试样表现为冻缩融胀现象,且压实度越大,冻缩融胀越明显;冻胀率与融沉系数均随压实度的增大而减小,随着饱和度的增大呈非线性增大;压实度和饱和度对冻融变形的影响非常显著,尤其是饱和度的影响,饱和度由40%增加至85%,冻胀率最大增量约5%;建立的冻胀率和融沉系数的模型显著性高,与各因素有很好的相关性,可用于预测封闭系统非补水条件下压实黄土的冻融变形。     

冻融对粉砂土力学性能影响的试验研究

为了解深季节性冻土区粉砂土在反复冻融条件下的力学性能,对不同冻融次数、压实系数、含水量、围压下粉砂土的静力特性进行了试验研究.试验结果表明:经历多次冻融后,粉砂土的应力-应变关系呈现加工硬化型,其破坏形式以塑性破坏为主;冻融作用对粉砂土极限强度和弹性模量的影响尤为明显,且经历20次冻融后,粉砂土的力学指标趋于稳定;粉砂土的极限强度与含水量呈负相关性,与围压和压实系数呈现正相关性;粉砂土的黏聚力随冻融次数的增加而降低.     

冬灌区粉砂的反复冻融效应

结合宁夏当地气候和冬灌区粉砂的区域特点,以含水率和冻融循环次数为因素,应用封闭系统一维冻融试验方法,研究了粉砂冻胀、融沉和压缩性的冻融效应,分析了压缩性的冻融效应与冻融变形的相关性。结果表明:粉砂的冻胀率、融沉系数和压缩系数增量均随冻融循环次数的增加而增大,在前几次冻融循环内变化剧烈,随后趋于平缓,一定冻融循环后达到稳定。其达到稳定的冻融循环次数与含水率有关,随含水率的增大而增大。含水率使冻融循环效应增大,冻融循环使含水率效应提高。压缩系数增量与冻融变形率间存在非常好的线性相关性,且与理论分析吻合。研究结果对宁夏冬灌区砂土地基工程冻害评价与防治具有重要的指导意义。     

非充分补水条件下冬灌区压实黄土的冻融变形特性

结合宁夏的气候和黄土区域特点,以压实度和饱和度为因素,设计正交试验方案,用维持饱和度不变的一维单向冻融试验方法,研究压实黄土在非充分补水条件下的冻胀和融沉特性,分析其作用规律,建立冻胀率、融沉系数与饱和度、压实度及冻融循环次数间的关系模型.结果表明,非充分补水条件下,压实黄土的冻胀率和融沉系数均随冻融循环次数的增加而增大,在约12次时趋于稳定,且冻融循环效应随压实度或饱和度的增大而提高.冻胀率随饱和度的增大而增大,随压实度变化的规律与冻融循环次数有关,在7次冻融循环内随压实度的增大而减小,之后随压实度的增大而增大.融沉系数随压实度的增大而减小,随饱和度的增大而增大.压实度和饱和度对压实黄土的冻融变形影响显著,均是重要的影响因素.建立的关系模型预测结果准确,可用于预测非充分补水条件下压实黄土的冻融变形.     

冬灌区黄土压缩性的反复冻融效应

结合宁夏气候和黄土的区域性特点,应用封闭系统一维单向冻融试验方法,研究了冬灌区黄土压缩性的冻融效应,分析了压缩性的冻融效应与冻融变形的相关性。结果表明:冻融引起的压缩系数增量随冻融循环次数的增加而增大,在12次冻融循环前变化剧烈,一定冻融循环后趋于稳定。压缩系数增量达到稳定的冻融循环次数与含水率和初始干密度有关,冻融循环使密实度和含水率对压缩性的冻融效应增大。含水率为定值14.0%时,压缩性的冻融效应随初始干密度的增大而增大。初始干密度为定值1.45 g/cm3时,压缩性的冻融效应随含水率的增大而提高。压缩系数增量与冻融变形率间存在良好的线性相关性,可用二者间的相关性模型预测宁夏黄土压缩性的冻融效应。     

封闭系统条件下压实黄土的二维循环冻融变形特性及其评价

道路、渠道和土石坝等工程的冻融为二维冻融,为探索土在二维循环冻融作用下的变形规律和评价方法,以宁夏同心黄土为对象,压实度和饱和度为因素,试验研究了压实黄土在封闭系统条件下的二维循环冻融变形特征,变化规律,分析了因素的作用机理和显著性,提出了二维冻融变形评价方法。试验结果表明:封闭系统条件下,压实黄土的二维循环冻融变形以水结冰膨胀效应为主导,竖向表现为冻胀和融沉,水平表现为冻胀和融胀。水平和竖向冻胀变形的比值随冻融循环次数的增加而增大,最大比值约2倍。水平融胀明显地小于竖向融沉,二者的比值平均约0. 43。较一维封闭系统竖向冻融,二维冻融的竖向融沉变形占竖向冻胀变形的比例大,竖向冻融变形波动明显,且冻融体变率高。压实度和饱和度对压实黄土二维冻融变形的影响均非常显著,是主控因素。评价指标合理,能直接或间接表征冻融对土的几何、物理和力学性能的影响。研究结果对宁夏压实黄土岸坡工程的冻害评价与防治具有重要的现实意义,对土二维冻融效应的深入研究具有引导和促进作用。     

水、干湿及冻融循环作用下水泥改良黄土路基稳定性

为了揭示水泥改良黄土路基稳定性影响因素,研究了不同水泥剂量、压实系数、养生龄期下改良黄土水稳系数、干湿残留强度比及冻融残留强度比的变化规律。结果表明：水泥剂量≥4%,改良黄土水稳系数增长曲线平缓,改善改良黄土路基水稳定性较小;压实系数由0.92提高至1.00,90 d水稳系数提高了21.6%~25.6%,水稳定性显著提高;前14 d水稳系数增长速度明显快于后期水稳系数增长速度,养生龄期由14 d延长至90 d,水稳系数约提高了7.4%。干湿、冻融作用下改良黄土抗压强度分别随水泥剂量增加或压实系数提高呈线性增长;随循环作用次数增加,改良黄土抗压强度逐渐减小,干湿循环次数≥15次后的抗压强度趋于稳定值,干湿15次的残留强度比约为44%;当干湿循环次数≥12次后,水泥剂量≥3%下改良黄土抗压强度逐渐减小至稳定值,冻融12次的残留强度比平均为42%。     

循环荷载作用下花岗岩残积土累积变形与湿化特性试验研究

基于花岗岩残积土的矿物成分特殊、压实机理复杂、水理作用显著的实际情况,对土样采用X线衍射试验分析土样中的矿物成分;采用土工试验分析土样物理力学性质;采用压缩实验和平板载荷试验对比,研究循环荷载作用下累积变形与湿化规律,以便现场压实控制.研究结果表明:样品的白云母-伊利石质量分数为35％,高岭石约占27％;土样属于细粒土质砾,级配不良;填土的压缩曲线呈上凸型,回弹曲线呈下凹型;第i+1次压缩-回弹曲线均位于第i次曲线下方,线形相似;随着等载压实遍数增加,沉降增量递减,累积沉降增大;超载压缩曲线回归到首次压缩曲线的延长线上,具有记忆效应;荷载越大,某次压缩总变形和永久变形也越大;循环荷载作用后的压实填土遇水产生湿化沉降;湿化土的压缩和回弹曲线均呈下凹型,超载越高,在相同压力作用下的变形越小;现场压实过程中,增加压路机能量比增加压实次数可取得较好的压实效果.     

红砂岩物理力学性质及其路基压实功研究

为了研究红砂岩的工程性能及其路基压实功的变化规律,以浙南地区G60沪昆高速公路改扩建路基工程为例,首先开展了室内试验分析红砂岩的成分、崩解性和抗剪强度,然后通过现场压实试验分析压实遍数、速度、压实功与压实度之间的关系,最后对压实完成的红砂岩路基进行强度检测以验证全过程。结果表明：红砂岩的一次循环和二次循环耐崩解指数分别约为64.68%、13.71%,其耐崩解性属于最低等级,应用于路基填筑需要消解处理;当红砂岩消解破碎后粒径小于1.25 mm的颗粒占比达到95%以上时,便趋于稳定,不易继续崩解;崩解后形成的红砂土抗剪强度比一般土体高,其内摩擦角和黏聚力分别为31.95°、22.39 kPa;经过现场试验研究分析得到了在同一工况下压实功与压实度之间存在指数函数关系,因此在该工况下可通过压实功来判断路基的压实度。可见,将红砂岩应用于路基填筑工程并通过压实功初步判断路基压实度的方法是可行的,本技术方案可为后续路基工程压实度检测方面提供技术参考。     

非饱和砂土有效应力增量的试验研究

为了解土层有效应力增量对地基沉降的贡献程度,进行了非饱和砂土在不同轴向荷载和围压作用下的饱和试验、静载试验和莫尔-库伦应力分析,得到了砾砂土和圆砾土在饱和状态下的天然重度、黏聚力及内摩擦角等主要物理力学指标,利用这些指标计算得到有效应力增量值及其沉降贡献量.试验结果表明:与砾砂相比较,圆砾土的饱和度更易达到100%,其饱和重度较砾砂大,孔隙率和含水量却较砾砂小.对于饱和砂土,由有效应力法计算出来的主应力值大于由总应力法计算出来的主应力值,所得内摩擦角和黏聚力比用总应力法得出的结果更加合理.另外,有效应力增量对基底沉降的贡献不可忽略.     

TG固化土经冻融作用的变形与力学特性研究

为使TG固化剂石灰土能更好的应用于东北等季冻区二级及二级以下公路的底基层,通过室内试验研究得到TG固化剂石灰土的合理配比,以代表强度与变形特性的典型试验为依据,对TG固化剂石灰土的变形与力学特性受冻融作用的影响规律进行详细探究。研究结果表明:力学特性方面,经历冻融循环作用以后,TG固化剂石灰土的无侧限抗压强度降低,随着冻融循环次数的增加最大损失率不超过50%;抗压回弹模量随含水率增加而减小,随压实度增大而增大,在经历冻融循环作用后抗压回弹模量降低。变形特性方面,经历冻融循环作用后干缩性能有提高,且压实度越小,干缩应变越大。冻融循环作用对TG固化剂石灰土的强度与变形特性有双重效应。     

延安地区压实Q2、Q3黄土变形特性分析

本项研究针对延安地区压实Q₂、Q₃黄土做了大量的室内侧限压缩固结试验.针对压实黄土变形特性的影响因素,建立适用于表征侧限条件下压实黄土应力-应变关系的最佳拟合模型.在此基础上分析了最优含水率条件下割线模量与垂直压应力及割线模量与压实度的关系,提出了普遍适用的压实黄土加载本构模型.研究结果表明:压实Q₂黄土固结完成之后土体密实度高,含气量少,渗透性小,外加荷载作用下附加变形量小,是良好的地基填筑材料.Gunary模型适用于表征侧限条件下压实Q₂、Q₃黄土的应力-应变关系,拟合精度高,稳定性好.由Gunary模型转化后得到的割线模量与垂直压应力的关系式涵盖了低压实度情况下的线性关系和高压实度情况下的非线性关系两种情况,具有更好的适用性.     

填埋场压实粘 土衬垫防干裂试验研究

对加不同砂量的粘土、砂土混合土料进行颗粒分析试验、击实试验、三轴渗透试验和体积收缩试验,研究加砂量对渗透第数、体积收缩率的影响。试验结果表明：当粘土中加砂量30%～40%时,混合土料击实后可同时获得透水性和低收缩势,从而可较好地解决填埋场施工过程中压实粘衬垫的干裂问题,当土料防渗、收缩特性在低压实能下不能满足要求时,可通过提高压实能加以改善。     

粗粒盐渍土大型冻融循环剪切试验

针对冻融循环后粗粒盐渍土的强度将直接影响盐渍土地区路堤的稳定性,而采用常规剪切试验将导致粗粒盐渍土的颗粒效应问题,基于西北地区粗粒盐渍土的冻融特点和剪切试验原理,设计研发了将冻融循环试验和剪切试验结合的大型粗粒土冻融循环剪切试验装置,可有效测试在不同温度条件下材料的强度特性。依托某公路盐渍土试验段项目,采用天然粗粒盐渍土模拟下路堤,测试其在经过冻融循环后的强度变化特点,并利用测试数据进行实际工况的数值计算。结果表明：随着冻融循环次数的增加,靠近冷端土体的粘聚力逐渐增大,内摩擦角先减小后增大;靠近暖端的土体强度逐渐减小,9次冻融循环后,靠近暖端的土体内摩擦角有一定增大;采用该天然粗粒盐渍土填筑的下路堤的强度变化量较小,路堤强度基本稳定。     

冬灌区黄土湿陷性的反复冻融效应

为了探索冻融循环对冬灌区黄土湿陷性的作用规律,结合宁夏气候和黄土区域性特点,应用封闭单向冻融法,试验研究了冬灌区黄土湿陷性的反复冻融效应。试验结果表明:冻融使黄土的湿陷性增大,冻融引起的湿陷系数增量随冻融循环次数的增加而增大,在冻融循环12次后基本达到稳定,二者间存在相关性很好的双曲线关系。在含水率为定值14.0%时,黄土湿陷系数的冻融效应随干密度的增大逐渐增大;在干密度为定值1.45 g/cm~3时,黄土湿陷系数的冻融效应随含水率的增大呈先增大后减小的趋势,最不利含水率约为22.0%。湿陷系数的冻融效应存在最不利含水率,黄土工程应尽量避免在最不利含水率下受冻,尤其是密实度大的压实黄土。     

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.     

长期降雨对路堤填土变形和压实度影响分析

针对潮湿多雨地区典型路基填土,在京台高速公路高液限路堤填土试验研究的基础上,选取典型断面利用Geo Studio有限元软件开展数值模拟研究,考虑非饱和路堤填土的应力和渗流耦合进行固结分析,研究在长期降雨工况下路基沉降变形规律,进而分析长期降雨对变形和压实度的影响规律以及压实度与路基沉降之间的关系。研究表明:对于不同含水率填土路堤,无论是连续施工和间歇施工,竣工期的沉降量占了总沉降量的绝大部分,竣工时和沉降稳定后路堤的最大沉降量都随含水率的增大而增大。当遇长期降雨时,竣工和沉降稳定时路堤的沉降量都比无降雨时大;长期降雨情况下路堤沉降稳定时压实度增量比无降雨时大。