裂隙膨胀土室内降雨入渗试验研究

在大气降雨和蒸发的作用下,膨胀土体收缩产生大量无序破裂裂隙,水分易向土体深部渗透,裂隙性膨胀土比同类非开裂土体具有更大的渗透性,容易使膨胀土地区的边坡滑坡。常规试验中采用完整的土样进行渗透试验,量测出的渗透系数与实际裂隙存在的膨胀土渗透性有数量级上的差异,为反映裂隙膨胀土的真实渗透性,对不同初始含水率相同压实度、相同初始含水率不同压实度的两组裂隙膨胀土样进行室内模拟降雨实验,研究其在降雨入渗条件下的渗透规律,得出以下结论：(1)不同压实度膨胀土样脱湿后都形成以宽、细裂隙构成的裂隙网络,表面裂隙形态各不相同,总体上随压实度降低土样主裂隙有由开放向连通闭合的趋势,高、低压实度土样表面裂隙率比中等压实度(75%)土样低;(2)不同初始含水率土样裂隙脱湿后表面裂隙形态差异大,初始含水率从高到低土样宽裂隙趋向于均匀、且细裂隙明显增多,主裂隙曲线形状随初始含水率降低由圆弧状向直线转变,高初始含水率土样表面裂隙率大,初始含水率降到一定程度时土样表面裂隙率基本相当;(3)不同压实度下裂隙膨胀土初始入渗率随压实度增大而增大,近于线性关系,其后短时间内急骤衰减,压实度大的土样衰减速率较慢,稳定后入渗率都处于10-4数量级;(4)不同初始含水率土样初始入渗率数量级相同,不同土样入渗率变化区别极大,入渗率衰减阶段的衰减速率与持续时间明显不同,初始含水率高的土样衰减速率较低、持续时间长,土样稳定后平均入渗率除极高初始含水率土样外其它基本相同,约为4 E-04cm/s。     

南阳膨胀土裂隙扩展及室内降雨入渗实验研究

膨胀土在含水量降低时发生干缩开裂,给工程带来了极大的危害,其中降雨条件下裂隙膨胀土渗流问题是一
个典型的膨胀土工程问题。制备6 个相同的南阳重塑膨胀土样,在相同的环境下分别脱湿96,79,63,48,39,30 h,通
过数码拍照得到不同时刻试样表面裂隙图片,通过分析得到试样表面裂隙率;为了衡量裂隙在深部方向的发育情况,
使用煤油进行渗透实验,得到煤油入渗系数与脱湿时间、平均含水率、表面裂隙率的关系曲线;在油渗实验结束后进行
室内模拟降雨入渗实验,得到裂隙膨胀土入渗率的变化规律。通过对实验数据整理分析发现试样脱湿时间、试样平均
含水率、试样表面裂隙率、煤油入渗系数、降雨入渗实验径流开始时间、试样入渗率之间有良好的相互关系,降雨入渗
实验初期入渗率较大,入渗率随时间衰减很快,在15 min 内降低了两个数量级,脱湿时间越长的样初期入渗率越高,
衰减的也越快;入渗率在较短的时间内就开始趋于稳定,稳定后的入渗率随试样表面裂隙率线性增长,增长到一个峰
值后迅速降低。     

膨胀土裂隙电导特性

为了解膨胀土裂隙发育时所对应的电导变化规律,在室内进行了4组模拟裂隙发育位置、长度、深度、数目变化下电导随之变化的试验,采用人工方法模拟裂隙的展开.试验结果表明:通过监测土体电导能够发现裂隙发育位置;裂隙间的电导值随裂隙的长度、深度、数目的增加而减小.     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

膨胀土裂隙三维空间分布特征试验研究

膨胀土裂隙性研究多集中在土体表面裂隙,然而实际工程中裂隙是沿三维空间上扩展,土体内部裂隙较土体表面裂隙要复杂得多,针对这一情况采用高精度工业三维CT技术对南阳膨胀土原状样进行扫描;采用医用CT对膨胀土试样裂隙发育过程进行CT扫描实验,研究膨胀土裂隙的三维空间分布扩展规律;采用Poremaster33高压孔隙结构仪进行压汞实验研究土体内部裂隙发育微观机理。从宏观三种尺度进行研究,结果表明:膨胀土原状样三维空间裂隙发育极为复杂,样品中存在几条交错的主裂隙,并延伸出细小裂隙裂隙将整个土样分割得极为破碎;重塑膨胀土样裂隙总是首先出现在土体表层,土样裂隙发育最剧烈的部位是与土体表面有一定距离处,与现场情况相吻合;初始含水率越高试样收缩越明显,脱湿后整体性越强;初始含水率降低土体内裂隙增多,土体被裂隙分割得愈破碎;原状土试样脱湿前后微观结构变化较剧烈,总孔隙体积急剧减小,但大孔隙所占相对比例急剧增加;重塑土样脱湿前后变化明显,脱湿后不同孔隙孔径分布曲线相对于脱湿前的最大区别在于曲线中的波峰被降低削減,波峰向大孔径方向移动。     

膨胀土边坡稳定性研究进展

主要归纳总结了关于膨胀土工程性质及边坡稳定性研究的新成果。对膨胀土的胀缩特性及其物理力学指标进行了概括;对膨胀土裂隙的产生原因、定量表达及裂隙对工程的不利影响等方面分别进行了概述;对非饱和膨胀土强度方面的研究成果进行了归纳;对膨胀土边坡稳定性研究方法、影响膨胀土边坡稳定性的因子及其参数研究成果进行了总结。     

膨胀土单向浸水膨胀时程特性试验与应用研究

通过膨胀土单向浸水膨胀试验，研究了单向浸水条件下膨胀土的膨胀时程特性，并运用神经网络方法对试验拟合参数进行了预测。结果表明：膨胀土的膨胀过程可分为吸水膨胀、加速膨胀和缓慢膨胀3个阶段，各阶段膨胀速率与时间呈半对数关系；试验拟合参数与初始干密度及含水量有关；利用修正的分层总和法可计算单向浸水边界条件下的膨胀土层任意时刻的膨胀变形量；通过裂隙两侧土体随时间膨胀过程的计算，可刻画出裂隙逐渐愈合的过程。     

多效应耦合作用下膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙是影响膨胀土工程建设的决定性因素,研究膨胀土裂隙扩展规律有利于揭示膨胀土边坡失稳机理.目前的研究中仅关注了单一因素对膨胀土裂隙扩展的影响,而忽略了多种因素耦合作用下的作用机理.基于研制的可控制环境温、湿度的裂隙扩展试验系统,开展了16组不同环境湿度、温度及土样厚度下的裂隙扩展正交试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程和裂隙动态发育过程,得出了膨胀土试样含水率变化特征及裂隙扩展规律.并基于多因素方差和极差分析方法,得出以下结论：水分蒸发对膨胀土裂隙扩展起决定性作用,水分蒸发速率变化过程包含稳定阶段、减速率阶段和残余阶段;不同因素影响下膨胀土裂隙扩展过程有统一的规律,不同条件下面积裂隙率随时间变化过程均符合logistic规律;裂隙总长度、裂隙平均宽度、面积裂隙率和体积裂隙率受土样厚度影响最大,受环境湿度影响次之;稳定阶段蒸发速率受环境湿度影响最大.     

膨胀土边坡裂隙发育机制与电阻率法动态测试技术研究

文章通过对主要地区所取的典型土样进行了室内土工试验,得出了淠史杭灌区膨胀土的一系列参数;从多方面分析了影响膨胀土裂隙发育的因素及其发育机制,并通过系统的室内试验与理论分析,研究了膨胀土的电阻率法测试技术。     

膨胀土路基填料的土工试验方法研究

对掺石灰处理膨胀土的掺灰率,无侧限抗压强度,试样饱和对其力学性质的影响以及膨胀力等问题进行了试验研究,根据试验结果比较,提出了不同龄期的掺灰率应用不同ＥＤＴＡ耗量标准曲线的建议及用三轴仪量测膨胀力的改进方法,供公路路基土试验参考。     

膨胀土强度指标的试验研究及变异性分析

文章以合肥市某工程的重塑膨胀土为研究对象,进行了大量的快剪试验及固结快剪试验,研究了膨胀土的强度指标与含水率的关系,并对这些强度指标进行了数理统计,分析了强度指标的变异性。研究结果表明:随着含水率的增加,膨胀土的剪切破坏方式由脆性破坏逐渐过渡到塑性破坏;强度指标随着含水率的增加而减小,两者之间的关系可以用线性公式或指数公式表示;固结快剪试验的强度指标大于快剪试验的相应值。对于快剪试验及固结快剪试验,黏聚力的变异性大于内摩擦角的变异性,黏聚力和内摩擦角间的相关系数在多数情况下为负值;强度参数的变异性及参数间的相关系数越大,抗剪强度的变异性也越大。     

袋装膨胀土组合体渗透特性大型模型试验

为探究袋装膨胀土组合体的渗透演化规律,研制了大型渗透试验模型箱,针对土工袋排列方式、袋体缝间填土、渗透水流方向和渗透水头大小等实际修复工程关注的主要因素开展渗透试验。试验结果表明:袋装膨胀土组合体的水平向渗透系数大于竖向渗透系数,入渗的水分能够沿土工袋水平层间缝隙快速排出,不易进入下卧层的压实膨胀土渠坡;袋装膨胀土组合体的渗透性主要取决于袋间缝隙的大小,排列方式对袋装膨胀土组合体结构渗透性的影响实质是改变了袋间缝隙的数量和形状大小;袋装膨胀土组合体的袋间缝隙填土后,竖向的渗透系数变化较小,而水平向的渗透系数明显减小;袋装膨胀土组合体在实际运行时,若不在缝间填土,则对水平向层间排水有利。     

基于热力学模型的粉砂土改良膨胀土孔隙结构分形模型

为了减少膨胀土对土木工程的危害,降低工程的经济损失。对粉砂土改良膨胀土进行试验研究,通过对粉砂土掺量为0、10%、20%、30%、40%的膨胀土进行压汞试验,测得进汞压力同累计进汞量关系、孔径同累计孔隙体积关系、孔径与进汞增量关系;并选取热力学模型表征改良膨胀土孔隙结构特征,获取改良膨胀土孔隙分形维数。结果表明：掺加粉砂土会使得土体孔隙有所增加,孔隙类型发生了变化,随着粉砂土掺量的增加,孔径在1～1×10⁴ nm降低,在1×10⁴～1×10⁶ nm升高;基于热力学模型分析改良膨胀土孔隙分形特征时,分形维数2.410 83～2.580 32变化,线性相关系数在0.984 95～0.997 7,表明热力学模型能较好地表征粉砂土改良膨胀土孔隙的结构特征。     

基坑支护技术在膨胀土地区的应用初探

在膨胀土地区进行基坑施工时,要尽量保持土体的原始应力状态和物理性质,密切注意地表水和地下水的分布及活动状况,尽可能缩短临空面土体暴露时间,以免水土相互作用,给工程带来极大危害.土钉墙是由土钉(包括网面)与土体共同作用而形成的复合土体,较完备地保持了墙后土体原有的结构整体性,从而有效遏制了膨胀土的侧膨胀压力,该技术运用于膨胀土地区基坑支护是行之有效的.     

皖西压实膨胀土膨胀特性试验研究

依托周集-六安高速公路,采集典型弱、中膨胀土样开展了系统的试验研究,探讨了膨胀土的膨胀性指标随含水率和干密度的变化规律.试验表明,膨胀土的膨胀性取决于土样的初始含水率和密度.在常见的压实度范围内,50 kPa荷载下膨胀量随含水率的增加而近似线性降低;弱膨胀土无荷膨胀量随干密度的增加而近似线性增加,而中膨胀土无荷膨胀量随含水率的增加而线性降低;膨胀力则随干密度的增加而近似线性增加.利用回归分析得到了皖西中、弱膨胀土膨胀性指标随含水率和干密度变化的关系式.     

新型膨胀土膨胀力测试仪器的研制及测试应用

膨胀土的膨胀力导致的工程事故是迄今为止尚未解决的世界性技术难题之一,膨胀力作为评价膨胀土力学性质的重要指标之一,提高其测量的准确性具有重要意义.文中研制了一种无扰动、可控制饱和的膨胀力测试仪器,克服了传统方法中难以严格控制试样饱和、在反复的压缩和膨胀过程中体积不能保持恒定而导致的试样扰动和测试过程复杂等缺点.研制的新型膨胀压力测试仪器具有可主动控制饱和、能严格控制体积恒定、测试耗时少、结构简单、操作方便和数据可靠等特点.通过新型膨胀力测试仪进行了膨胀力的测试验证和分析,结果表明：在相同干密度条件下,膨胀土的最大膨胀力随初始含水量的增加而降低,膨胀土的最大膨胀力随初始含水量呈幂函数相关关系.     

剪切荷载对裂隙渗透性影响研究现状

综述了剪切荷载对裂隙岩体渗流特性影响的研究现状,认为:目前这方面的研究主要采用室内试验和数值模拟2种方法.室内试验方法可以准确地得到剪应力和裂隙渗透系数的关系,但对试验仪器精度的要求比较高,试样的制作比较复杂,试验的可重复性差;数值模拟方法能够定性地模拟出剪应力对裂隙渗透性的影响,但裂隙的宽度、走向、密度和长度等参数较难确定.总结了剪切过程中裂隙岩体渗透系数的变化规律,即:剪胀发生前,裂隙渗透系数随剪切位移的增加而减小;剪胀发生后,裂隙渗透系数随剪切位移的增加急剧增大,达到峰值位移后裂隙渗透系数趋于稳定甚至会减小.指出了需要进一步研究的问题:剪切荷载作用下裂隙变形和破坏规律;不同法向荷载作用下剪切荷载对裂隙渗透性的影响;裂隙岩体本构关系;等等.