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。     

不同压实度和初始含水率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他基本相同,约为4×10-4cm/s。     

气候环境影响下的膨胀土裂隙试验研究

膨胀土边坡裂隙的发育对边坡的稳定性有重要影响,在自然环境中,膨胀土边坡或地基所处的环境(环境温度、湿度、光照度等)在不断地发生变化,随着环境的变化,土体的裂隙非线性开展.通过在室外堆建的膨胀土试验模型,研究在自然环境下,随着周围温度、湿度等环境的变化,膨胀土沿失水面的裂隙开展规律;并利用灰度方法统计定量化研究了不同环境条件下裂隙的面积变化.研究发现:蒸发环境是决定裂隙最终形态的主要因素,在裂隙产生的过程中,裂隙开展的速率并不是随着时间单调变化的,而与周围环境直接相关.研究成果可为膨胀土边坡稳定分析提供参考.     

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。     

蒸发−降雨条件下膨胀土边坡裂隙演化模拟

为探究大气作用下膨胀土边坡裂隙的演化规律,以南阳地区膨胀土为研究对象,首先,通过室内单元试验测定南阳膨胀土的胀缩系数;其次,采用有限元法分析不同大气条件下膨胀土边坡的非饱和土渗流问题;最后,基于室内试验与有限元计算结果,采用离散元法模拟蒸发?降雨作用下膨胀土边坡裂隙的演化过程.研究结果表明:表层土体的含水率受气候影响较...     

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。     

基于图像处理的压实红黏土裂隙特征

通过室内试验研究了内蒙古压实红黏土在不同干燥温度条件下干缩裂隙的发展规律,探讨了红黏土产生裂隙时含水率的变化情况,采用图像处理技术定量分析了压实红黏土在干燥过程中裂隙的几何特征(平均裂缝宽度、裂缝总长度、裂隙率)与分形特征(分形维数).结果表明:不同干燥温度下,试样含水率随干燥时间的变化趋势相似,试样在初始干燥阶段失水较快,呈线性变化趋势,随着干燥时间的延续,水分蒸发速率逐渐减缓,最终达到稳定;温度对试样收缩裂隙的发展影响显著,温度越高试样裂隙发育达到稳定状态所需时间越短,且裂隙几何特征值与分形维数越大,温度低则相反;裂隙分形维数与裂隙长度、裂隙平均宽度以及裂隙率呈指数函数关系.     

路基土水分扩散和冷凝迁移的室内模拟

为研究水分扩散和冷凝迁移引起的路基软化机理及影响因素,设计制作模拟路基竖向水分冷凝迁移和水平方向水分扩散迁移的试验装置。首先,模拟竖向温差条件,通过室内试验研究不同压实度路基土在温度梯度作用下的竖向水分冷凝迁移高度和迁移速率变化规律;然后,模拟晴雨交替和连续降雨条件,对不同晴雨交替循环、不同压实度和不同边坡坡度路基土的水分扩散迁移变化进行试验研究,得到了晴雨交替与连续降雨、不同土样压实度以及边坡坡度对路基土水分扩散迁移的影响规律。研究结果表明:路基土的压实度、路基边坡坡度以及晴雨交替循环等因素会对路基边坡的水分扩散迁移速率及迁移范围产生显著影响。路基土的水分扩散迁移是引发高填方路基含水率升高及路基软化的主要原因。     

膨胀土表面裂隙对降雨入渗的影响研究

为了研究膨胀土土体表面裂隙率的发展规律及表面裂隙与渗流的关系,以湖北省宜昌市某地膨胀土为例,利用称重、拍照以及Matlab编写图像处理程序等技术,开展了循环降雨入渗蒸发试验.结果表明,土体表面在干湿循环反复作用下,裂隙率逐渐增大,最终达到一个稳定值;雨水入渗的速度随着裂隙率的增加而加快;随着干湿循环次数的增加,土体变得疏松且饱和含水率逐渐增加.研究结果为降雨入渗引起的膨胀土边坡失稳的研究以及对滑坡灾害的预测预防提供了理论依据.     

干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素

为研究干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的抗裂效果，分别开展了素土和剑麻纤维加筋膨胀土的干湿循环试验，并采用图像处理技术提取试样表面裂隙参数，分析了剑麻纤维含量及长度、干湿循环次数、试样含水率对裂隙发育的影响.结果表明：1）剑麻纤维加筋膨胀土具有较好的抗裂性能，且剑麻纤维的掺入对膨胀土的裂隙率和裂隙平均宽度影响较大，相较于素土试样，最优加筋土试样的裂隙率和裂隙平均宽度均比素土试样减小了约1/2. 2）纤维长度相同时，随着纤维含量的增大，裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均呈先减小后增大的趋势，且纤维含量为0.4%时各参数值最小；纤维含量相同时，纤维长度对各裂隙参数影响不大.3）随着干湿循环次数的增加，加筋土和素土试样裂隙参数均呈逐渐增大趋势，但纤维加筋土裂隙率和裂隙平均宽度的增大幅度均比素土小；从第5次干湿循环开始，各裂隙参数增长趋缓.4）单次脱湿过程中，试样含水率由20%降至10%时，裂隙急剧发育，且素土裂隙的发育对含水率的变化更加敏感，含水率低于10%时，随着含水率的减小，试样裂隙率变小并趋于稳定；相同含水率条件下，剑麻纤维加筋土具有更好的抗裂性能.5）剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂机理主要表现在两方面，一方面是剑麻纤维的掺入增大了膨胀土的渗透系数，促进了试样内水分的均匀分布，减小了试样各处的胀缩差异；另一方面纵横交错的剑麻纤维约束了聚集体之间大孔隙的收缩.     

膨胀土基坑边坡降雨入渗的一维数值模拟

应用非饱和膨胀土一维降雨入渗模型,模拟膨胀土边坡在降雨入渗条件下的水分运移规律,通过数值计算, 求得边坡在任意时刻任意位置的体积含水率;并分析了降雨强度、水分扩散率以及导水率变化对边坡水分运移的 影响.计算结果可以用矩阵的形式和三维空间曲面的形式表示出来,方便应用.     

基于新型防渗护壁材料的膨胀土边坡抗入渗及抗冲刷特性

为有效防护膨胀土边坡在降雨?蒸发循环作用下的失稳破坏,采用新型防渗护壁材料防护膨胀土边坡,但其抗入渗、抗冲刷性能及工作机理尚不清晰.为此,制作未防护、防渗护壁材料防护和三维植被网+防渗护壁材料防护3组膨胀土边坡模型,研究降雨?蒸发循环作用下边坡体积含水率、孔隙水压力、径流量、土体冲刷量、坡面冲蚀过程以及裂隙的变化规律,...     

粉砂土改良膨胀土的干湿循环特性实验研究

膨胀土是一种广泛分布且胀缩性明显的特殊土,其裂隙的发育及扩展受到诸多因素的影响.通过30％的粉砂土改良膨胀土进行干湿循环后的直剪实验,采用MATLAB开发的图像处理技术及定量分析裂隙的程序,研究不同含水率的改良土随干湿循环作用的抗剪强度及裂隙的发育规律.研究结果表明:前3次干湿循环作用时,黏聚力下降较迅速,裂隙发育较快...     

昆明呈贡石灰岩及玄武岩上覆红黏土干缩裂隙对比试验研究

为了对比昆明2种不同红黏土的干缩裂隙性,通过室内干燥试验,研究昆明呈贡石灰岩及玄武岩上覆红黏土饱和泥浆样的水分蒸发、干缩裂隙的形成和演化、表面干缩裂隙结构形态。结果表明：石灰岩上覆红黏土(S1)及玄武岩上覆红黏土(S2)的蒸发曲线分为4个阶段,干缩裂隙的形成和演化分为5个阶段;S1的最大蒸发速率、常速率阶段的平均蒸发速率比S2的大,S1的常速率阶段、干燥完成时间比S2的短,减速率阶段比S2长,S1的最终含水率比S2的小;S2的开裂速度快,更容易开裂,但S2的表面裂隙率比S1的小;S1的裂隙条数、裂隙总长度、裂隙平均长度、裂隙平均宽度、土块数比S2的大,S1的土块平均面积、土块最大面积和平均干缩厚度比S2的小。结果表明,2种红黏土的干缩开裂过程有相似之处,但石灰岩上覆红黏土干缩裂隙的发育程度比玄武岩上覆红黏土显著,后者的裂隙形态比前者复杂。     

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。     

不同气候条件下膨胀土路堤特征参数的室内模拟实验

为了探索不同气候条件下膨胀土路基的含水量、土压力、温度、竖向胀缩变形等特征参数的基本变化规律,分别选取湖南省高速公路建设中经常遇到的弱膨胀土和中等膨胀土作为实验土样,按90%的压实度填筑,在不同排水边界条件模拟路堤在4种不同气侯条件下2组膨胀土路堤模拟实验,结果表明,膨胀土路堤中含水量、土压力、温度和胀缩变形等均受大气影响,且与路堤土的类型、密实度、排水边界条件关系密切:①埋藏较浅,含水量的变化受大气影响越大,路基中含水量越高,受气候条件影响越明显;②膨胀土路堤中的土压力变化是膨胀土路堤中含水率和气候条件综合作用的结果:③对路基温度变化影响最大的是日照,其次是降雨,阴天影响最小;④竖向胀缩变形主要发生在路堤基顶积水阶段.因此,在具体工程建设中,防渗保湿和合理设计排水系统是防治膨胀土路基遭受破坏的关键.     

降雨-蒸发作用下膨胀土边坡的非饱和渗流分析

针对非饱和膨胀土边坡问题,考虑降雨、地表水入渗、地下水径流、地表蒸发、植被蒸腾等因素的作用,运用二维非饱和渗流模型求解不同气候条件下膨胀土边坡孔压、体积含水量的变化情况,通过分析得到如下结论:①持续降雨后,坡体内吸力减小,其中坡脚处的孔压最先达到正值,其次是坡中,最后是坡顶,因此持续降雨可扩大饱和区的范围,使边坡安全度降低;②坡脚、坡中及坡顶处体积含水量的差异除与土体孔压相关外,还与土体的水分特征曲线参数相关;③降雨-蒸发的干湿循环促使膨胀土滑坡内部土体的孔压、含水量的变化,从而形成裂隙,减小强度,降低边坡的安全度.     

某缓倾角膨胀土滑坡的成因机制及稳定性的分析

以成都凤凰山滑坡为地质原型,通过成因机制及数值模拟分析,再现了一个近水平层状的膨胀土斜坡的变形破坏过程.研究结果表明:膨胀土斜坡的失稳破坏主要受坡体内部发育的裂隙以及降雨入渗的影响,裂隙的发育使降雨入渗向坡体深部发展,并使土体的强度随降雨过程不断降低,而滑坡后缘裂隙的充水对坡体产生了较大的静水压力.在这两种因素的影响下,斜坡发生了类似于平推式滑坡的失稳破坏.     

毛细多孔物料降速干燥阶段的水分蒸发机理

基于毛细管内水分蒸发特性和毛细孔隙分布规律，分析含湿毛细多孔物料干燥过程中水分蒸发机理，得出以下结论：在典型毛细多孔物料的降速干燥阶段，蒸发过程只在物料内部的某一蒸发间进行，并建立了描述蒸发区间位置的微分方程，得到了蒸发区间内蒸发强度的计算式，并讨论了毛细多孔体隙大小分布对蒸发区间和蒸发强度的影响。     

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。