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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

振动压实黄土路基变形特性与预测模型

为揭示列车荷载作用下黄土路基变形规律及其影响因素。以西韩城际铁路沿线黄土为例,选择适当的试验参数,研究振次、路基深度和含水率对振动压实黄土路基弹性变形和累积塑性变形的影响和变形量,并提出累积塑性变形预测模型。结果表明：振次增加变形减小,在大于2000后趋于稳定;深度增加变形减小,深度从0.5m增加到3.5m,弹性应变、塑性应变分别减小了87%、94%;含水率增加会增大黄土路基变形7%以上;不同层位的黄土路基累计变形预测模型与实测值相关性超过90%。因此,黄土路基应注重防水排水措施,减少路基不均匀沉降,提升整体稳定性。     

改性黄土的冻融特性

研究冻融循环前后不同水泥石灰粉煤灰配比下改性黄土的无侧限抗压强度、渗透系数和微观结构等物理力学特性的变化。综合考虑强度、渗透性和抗冻融性能,提出改性黄土改性剂的最优配比,探讨冻融循环对改性黄土工程特性的影响。结果表明:在考虑冻融循环的条件下,4%~5%的水泥与6%的石灰及10%的粉煤灰的掺入不仅能有效地提高改性土的抗压强度,降低渗透系数,而且能够避免改性黄土因为刚性太大而引起的抗冻融能力下降的情况。3种改性剂的联合作用改变了黄土颗粒的排列和连结方式,从而能够提高改性黄土的强度和抗冻融能力。     

黄土振动压实特性分析

为揭示黄土振动压实机理,优化黄土压实作业参数,对压应力时域信号及其傅立叶频谱进行研究,分析压应力在黄土各层的分布与传递规律及压实能量的分布与吸收状况。结果表明:黄土内各层压应力随碾压遍数的增加逐渐增大,随土体深度增加而减弱;试验用黄土在30 Hz振动频率下的压实能量较其他频率更充分,振动压实效果最好;土体各层吸收的振动能量随土体密实度增加而减小,上层比中下层可获得更高的能量,并先趋于密实状态。     

压实黄土压缩特性研究

压实黄土广泛应用于实际工程中,其压缩特性是黄土路基工程、地下工程、边坡工程设计计算的重要参数.进行了一系列控制干密度和含水率的固结压缩试验,研究了压力、干密度和含水率对压实黄土的压缩特性的影响.试验结果表明:压力增大,压实黄土的压缩模量增大;含水率一定,随干密度的增加,压缩模量逐渐增大,压缩模量增量在含水率较小时,随干密度增大呈先减小后增大趋势,在含水率较大时,随干密度增大呈逐渐减小趋势;干密度一定,随含水率的增加,压缩模量减小,减小幅度随着含水率的增大而逐渐减小;并且干密度越大,趋势越明显.压实黄土的压缩模量-含水率关系可以用指数函数Es=aebw来表达.     

侧向卸荷条件下不同含水率原状黄土变形特性分析

为研究原状黄土的侧向卸荷变形特点,选取陕西地区具有代表性的不同含水率Q₃原状黄土,进行不同固结压力下的分级侧向卸荷试验。试验结果表明：原状黄土在侧向卸荷下应力应变曲线为硬化型;初始固结压力较低的试样无明显破坏且轴向应变最终趋于稳定,固结压力较高的试样则发生破坏且轴向应变持续增加,对于低固结压力试样,含水率越高,最终稳定时的轴向应变越大;提出原状黄土的临界轴向应变比值,并通过拟合得出指数函数表达式,以计算各种情况土体卸荷达到塑性破坏时的围压值;根据试验结果拟合得到初始切线模量的经验公式,从而推导出不同含水率原状黄土在卸荷时的变形模量计算公式。     

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.     

重塑黄土变形特性

为了研究黄土路堤的沉降特性,基于室内一维固结试验,从流变角度分析了重塑黄土的变形特性;在此基础上,从简单的Kelvin模型入手,引入非线性应力、应变关系的割线模量,利用变参数法建立了描述重塑黄土变形特性的非线性模型,并进行了计算值与实测值的比较分析.结果表明:随着时间的增加,各应力水平下的应变逐渐趋于稳定,不会出现破坏现象,且基本呈双曲线关系;变形属非线性衰减型,且非线性程度随着应力水平的提高而增强;非线性模型中含有4个土性参数,均可由室内一维固结试验得出;计算值与实测值吻合较好,表明该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路堤沉降特性提供了有力依据.     

黄土室内振动压实特性试验

室内振动压实是室内击实成型试件的一种新方法,能较好地模拟振动压实的特点.研究了静面压力、频率、激振力和振幅等振动压实参数对黄土压实效果的影响规律,提出了一组压实效果好并且与现有振动压路机的技术参数相符的黄土振动压实的推荐参数;对黄土的振动成型方法和成型后的物理、力学性能进行了探讨,并与击实试验做了对比分析.研究结果表明:振动压实黄土得到的最佳含水质量分数、最大干密度均比室内击实的要小,振动压实黄土的回弹模量比室内击实黄土的回弹模量要大;不同成型方式对材料的物理、力学性能影响很大.     

不同含水量下原状黄土的动力变形特性

通过在不同固结应力条件下对不同湿度西安原状黄土的动三轴实验,研究了不同湿度原状黄土的动应力应变关系、动模量、阻尼比特性。实验结果表明:①在不同固结应力条件下,不同湿度原状黄土的动应力应变关系符合双曲线模型,固结应力条件、含水量变化对动应力应变关系有明显的影响,但对动剪切模量比与动剪应变比关系基本没有影响;②不同含水量下模型中起始动剪切模量、最大动应力两个参数和固结平均主应力与固结应力比两者之积之间均有良好的幂函数关系,且对不同固结应力状态可以归一,而此幂函数关系式的系数与含水量之间也呈幂函数关系;③原状黄土的动阻尼比随动应变的增大而呈逐渐上升的趋势,阻尼比与动应变关系在半对数坐标系中呈线性关系,且对不同固结应力条件和不同含水量可以近似归一。     

高层建筑下饱和黄土地基的固结变形特性

文中对高层建筑下饱和黄土地基进行了弹塑性固结变形有限元分析,并与实测资料作了对比分析。最后对高层建筑下饱和黄土地基设计中若干问题作了一定的探讨,可供设计与施工参考.     

压实黄土力学特性室内试验研究

对山西吕梁某地黄土状填土进行室内试验研究,分析其工程力学特性,对比不同击实能下的击实曲线,表明随击实能增大,最大干密度增大而最优含水量减小.进行室内侧限压缩试验,分析含水量和击实能对压实黄土孔隙比和压缩系数的影响,试验结果表明：含水量越大压缩系数越大,随压力的增加含水量越大的压实黄土孔隙比减小越快;含水量和竖向压力相同时,随着击实能增大,土样孔隙比减小,压缩系数减小.     

压实黄土力学特性室内试验研究

对山西吕梁某地黄土状填土进行室内试验研究,分析其工程力学特性,对比不同击实能下的击实曲线,表明随击实能增大,最大干密度增大而最优含水量减小.进行室内侧限压缩试验,分析含水量和击实能对压实黄土孔隙比和压缩系数的影响,试验结果表明:含水量越大压缩系数越大,随压力的增加含水量越大的压实黄土孔隙比减小越快;含水量和竖向压力相同时,随着击实能增大,土样孔隙比减小,压缩系数减小.     

高含水率条件下压实黏性土路基永久变形

对上海地区3条公路的黏性路基土样进行室内动三轴重复加载试验,以考察潮湿多雨、高地下水位地区黏性土路基高含水率(通常大于最佳含水率)状态对其永久变形特征的影响。研究结果表明:含水率的较小幅度变化可引起黏性土永久变形成倍增加;Chai-Muria模型的拟合曲线表现出与试验值非常高的一致性,R2均保持在0.90以上,均大于Tseng-Lytton模型的拟合接近程度;使用路基土基本物性指标对Chai-Muria模型中的参数进行了回归分析,具有较好的预估效果。     

压实黄土应力-应变-时间特性

为研究压实黄土应力-应变-时间的关系,对比分析了Singh-Mitchell、Mesri、Lin-Wang等经验模型,在甘肃省陇西Q3压实黄土的室内一维固结试验基础上,利用参数变异法推导出适用于压实黄土的Singh-Mitchell修正模型.其中应力-应变关系与应变-时间关系都用幂次关系模拟.模型中3个参数物理意义明确,均可由室内一维固结试验得出,并分析了干密度与含水质量分数对参数的影响规律.研究结果表明,模型计算结果与实测结果一致,为研究压实黄土应力-应变-时间特性提供了一种新方法.