滨海氯盐渍土溶陷及盐胀特性

为了深入研究滨海氯盐渍土的溶陷和盐胀特性,在不同初始含水量、含盐量及上覆荷载条件下,进行了室内溶陷试验研究,完成了４次降温 升温循环下的盐胀试验,得到了不同含盐量试样的冻融循环盐胀规律,并通过改变荷载条件,对比分析了无荷和有荷情况下的盐胀规律。研究结果表明:影响氯盐渍土溶陷性质的主要因素是初始含水量和含盐量,初始含水量较小时,土样溶陷的敏感度更强,其溶陷系数较大;随着含盐量增大,不同荷载条件下的溶陷系数均表现为抛物线趋势,当含盐量为１０％时,溶陷系数曲线出现明显的峰值;５ ℃～－１０ ℃的降温区间是盐胀量迅速增大期;冻融循环条件下,盐渍土出现残余盐胀量,并表现盐胀累加性,累加性随着冻融循环次数的增多而减弱;上覆荷载对盐胀有明显的抑制作用,荷载作用使起胀温度大大提高,说明荷载对盐胀的发展有延缓作用。     

冻融循环条件下黄土状盐渍土在不同应力路径下的力学特性研究

为了研究冻融循环次数、应力路径对黄土状盐渍土的力学特性与微观结构的影响,本文利用SLB-1型应力-应变控制式三轴仪对青海海东季节性冻土地区黄土状盐渍土进行固结不排水条件下的常规三轴、等压三轴、减压三轴应力路径试验,并对试验前后的土样进行电镜扫描。结果表明：应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土的力学特性产生了明显影响,3种应力路径的抗剪强度峰值均随着冻融循环次数的增加而降低,应力路径与冻融循环作用对黄土状盐渍土抗剪强度指标中的黏聚力(c)的影响较大,对内摩擦角(φ)的影响不太明显。从微观层面分析,卸荷应力路径下,颗粒破碎程度较高,土体结构疏松,粒间孔隙较大,胶结能力较弱。综上,冻融循环作用与卸荷应力路径对土体内部结构产生了不可恢复的破坏。     

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。     

冻融循环作用对碳酸盐渍土单轴抗压强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对碳酸盐渍土单轴无侧限抗压强度的影响,取吉林省长春市农安县的盐渍土为研究对象,对不同含水率及含盐量的试样进行冻融循环处理后,在常温下进行单轴无侧限抗压强度试验.试验结果表明:在经历0~10次冻融循环过程中,试样含水率越高,其抗压强度越低,且试样抗压强度均会大大衰减,在经历10次冻融循环之后,试样抗压强度下降较缓慢,慢慢趋于平稳甚至会略有增加.含水率较低时,试样含盐量越高,其抗压强度越低;含水率较高时,盐的影响并不是很明显.含盐量一定时,含水率对抗压强度的影响较大.可见,水分和盐分的含量都会对试验结果产生影响,且影响并不是单一的,而是彼此联系、相互制约的.     

冻融作用下氯盐渍土变形与强度特性试验研究

在\"一带一路\"倡议背景下,盐渍土的冻胀和融沉问题对南疆地区的交通建设及其长期稳定运行产生了不利影响,以喀什-阿图什铁路段盐渍土为研究对象,研究不同含盐量盐渍土在冻融循环作用下的压缩变形和直剪强度特性的变化规律。试验结果表明:相同的含盐量条件下,随着冻融循环次数的增加,试样压缩系数逐渐增大,压缩模量逐渐减小,黏聚力和内摩擦角整体上呈减小趋势;相同冻融次数条件下,随着含盐量的增加,试样压缩系数逐渐增大,压缩模量逐渐减小,黏聚力整体上呈先增后减趋势,摩擦角整体上呈减小趋势;但冻融过程的水分和盐分迁移对直剪试验结果即黏聚力和内摩擦角的演化规律有一定的影响。此研究结果可为南疆地区交通建设提供指导。     

青海地表砂性氯盐渍土溶陷特性试验

为研究氯盐渍土的溶陷特性及其影响因素,以青海地区铁路沿线砂性氯盐渍土为依托,以初始含水率、氯盐含量、压实度及起始溶陷压力为四个主要影响因素,进行了室内正交试验。探究了以上四个影响因素对溶陷的影响程度;并通过三维曲面散点图对其进行拟合,定量分析了这四种影响因素对氯盐渍土的影响关系;论证了青海地区锡铁山到北霍布迅地区铁路沿线地表土在铁路路基中的适用性。试验结果表明:氯化钠含盐量对溶陷影响最大,初始含水率次之,起始浸水压力和压实度影响最小;得到了地表土溶陷系数随初始含水率、含盐量、压实度、浸水荷载和溶陷系数的Rational Talor关系式。当列车时速不超过250 km·h~(-1)时,地表土可用作铁路路基填料;当车速超过300 km·h~(-1)时,不可用作高速铁路路基填料。     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性,采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明,未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线,在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性;冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势,200 kPa围压时,初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时,初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律,轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大,8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大;应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。     

高速公路盐渍土地基溶陷特性离心模型试验

为了研究盐渍土地基的溶陷特点,采用室内模拟潜蚀溶陷变形的离心模型试验方法,在最佳含水率条件下,向典型天然盐渍土中添加不同含量的氯化钠盐,研究典型天然盐渍土和不同氯离子含量的盐渍土溶陷系数的特点,以及在相同氯离子含盐量条件下不同温度对于盐渍土溶陷系数的影响。试验结果表明:向典型天然盐渍土中添加氯离子的含量(质量分数)由3.48%增加到5.31%时,其对应的最大溶陷率分别为0.83%、1.65%;当氯离子含量增加到9.59%时,其对应的最大溶陷率达到1.58%,溶陷系数呈现先增大后减小的规律;温度对氯盐引起的盐渍土溶陷特性影响甚微;浓度与时间关系曲线、浓度与滤液关系曲线均符合幂函数。     

冻融循环条件下英安岩的物理力学特性试验研究

通过模拟高寒地区自然条件,对西藏某电站坝址英安岩进行饱水条件下冻融循环试验、电镜扫描试验和单轴、三轴抗压强度试验。通过对冻融循环条件下英安岩的物理特性(质量变化、声波变化、微观裂隙发展)和力学特性的研究,发现冻融循环作用会导致岩石内部裂隙扩展和颗粒析出,且后者劣化程度明显弱于前者,但最终均趋于稳定;同时,随冻融循环次数的增加,岩石强度参数值逐渐减小、抗冻性减弱,而围压的增加却能够弱化冻融循环对英安岩的损伤。     

考虑水盐运移的分散性盐渍土冻融破坏机制

为探究冻融循环过程中土体冻-盐胀破坏机理,结合冻结温度试验和扫描电子显微镜进行研究,分析了不同循环次数、不同盐的种类和不同含水率条件下的冻融循环对土体结构和性质的影响,得到了不同循环次数下的冻结温度变化曲线和不同含水率条件下冻土的SEM电镜扫描图片,并基于经典传热理论和水盐运移方程,建立数值模型,再现了冻融过程中的水盐运移过程,在此基础上结合试验对水盐运移过程中土体的破坏机制进行分析研究。研究结果表明:由于研究区土体的分散性,其冻结过程只存在恒定阶段和递降阶段,且随着冻融循环次数的增大,土体的冻结温度会先升高然后在某一温度保持稳定,这与冻融循环过程中土体粒度大小和颗粒排布的方式改变相关,内部的微裂隙逐渐贯通; 土体在冻融循环过程所发生的水盐迁移是土体强度和结构发生变化的重要原因,且随着冻融循环过程的进行,土中的水盐成分会在温度梯度和溶质梯度的影响下产生迁移和积累; 相较于碳酸氢钠,硫酸钠在冻融过程中对于土体结构的改变更为显著,具体表现在冻结过程中硫酸钠结晶析出体积变为原来的3.18倍,导致冻融循环后土体膨胀。本研究有助于揭示季节性冻土区含盐冻土工程的冻融破坏机制。     

纳米CaCO3对冻融循环水泥土力学性能影响的试验研究

在广阔的冻土区,水泥土抗冻性差是限制水泥土应用的一个关键性问题;在这些地区,如何提高水泥土的抗冻性是实际工程中面临的一个重大课题。通过对不同纳米CaCO_3掺量的水泥土进行冻融循环试验和无侧限抗压试验,探讨了纳米水泥土的抗压强度变化规律。试验表明:随着纳米CaCO_3的掺量的增加水泥土的抗压强度表现出先提高后降低;且对提高水泥土强度有一个最优掺量。通过冻融循环试验得到水泥土的无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加而逐渐降低,两者之间几乎成线性关系。在冻融循环次数相同的情况下,随着纳米CaCO_3掺量的增加,水泥土的抗压强度损失率先减小后增大;同样对降低水泥土的强度损失率也存在一个最优掺量。综合考虑水泥土试验和在实际工程中的应用,建议纳米CaCO_3掺量范围10‰~20‰。     

冻土单轴压缩损伤特征与细观损伤测试

基于冻土单轴压缩的CT动态测试,提出冻土单轴压缩下的损伤由完全不同的两个阶段组成：其一是塑性硬化下的塑性损伤,其二是由于新产生的裂隙造成的微裂纹损伤。对两种不同损伤阶段下冻土微结构变化特征进行了讨论,给出了各阶段损伤计量计算公式。采用该方法分别对饱水冻土试样和未饱水冻土试样的损伤量进行了计算,得到了塑性损伤和微裂纹损伤阶段的损伤量及总附加损伤量。得出饱水冻土的塑性损伤和微裂纹损伤产生的应变条件门槛值分别为0．75％和5．0％,未饱水冻土的分别为0．70％和4．5％。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

冻融循环对改良软粘土压缩特性的影响

为了研究改良土的长期力学性能,以为改良土地基处理工程的施工提供可靠技术指导,制备了初始含水率不同的试样,开展了水泥改良软粘土的压缩试验,探讨了冻融循环作用对改良土压缩性能的影响。结果表明,在多次冻融循环作用后,改良土的压缩系数会有不同幅度的增加;饱和度会影响改良土的压缩性能,且饱和度越高则压缩性越差。试样压缩模量的最终损失率随含水率的增加而增大,含水率高于32.5%时压缩模量损失率急剧增大。因此,考虑到土样的后期强度损失,地基处理工程中此类改良粘土填筑含水率应尽量偏低,不宜超过32.5%。     

普通混凝土在冻融循环后的力学性能研究

采用快速冻融方法,对不同水灰比的普通混凝土分别进行0,25,50,75次冻融循环以及单轴压等5种比例加载路径的双轴压试验,测得了混凝土的峰值应力和应变。根据试验结果,探讨了冻融循环后,不同水灰比的混凝土在各种比例加载下的强度和变形等力学性能,为处于复杂应力状态下的混凝土的抗冻融设计提供了理论依据。     

冻融循环对结构性黄土构度指标影响研究

为研究冻融循环对结构性黄土构度指标的影响,以山西阳曲一号隧道黄土为研究对象,基于综合结构势和构度概念为理论基础,对不同含水率黄土进行了不同冻融循环次数的无侧限抗压试验。试验表明:原状土样和重塑土样在含水率变大的过程中,单轴抗压强度均减小,且呈现出相同的变化趋势,而原状土样的无侧限单轴抗压强度均高于同含水率重塑土的无侧限单轴抗压强度,有着明显的结构强度。黄土的无侧限抗压强度和构度随着含水率和冻融循环次数的增加而减小的主要原因是由于黄土的结构性被土中水和冻融循环综合作用破坏的结果,该研究可为季节性黄土地区隧道建设提供科学依据。     

花岗岩超低温冻融循环后力学特性研究

对花岗岩进行-20,-30,-40,-50℃条件下的冻融循环处理,再进行单轴压缩试验,观察花岗岩经历不同冻结温度的冻融循环后的破坏模式,并分析弹性模量变化规律、应力应变曲线变化规律、单轴抗压强度和峰值应变变化规律以及冻融系数的变化.根据冻融处理后花岗岩的损伤数据,推广了花岗岩冻融循环后的总损伤变量的公式.研究结果表明,冻融循环后花岗岩的破坏模式主要为锥形破坏模式和柱状劈裂模式,揭示了花岗岩冻融循环后的力学特性与冻结温度的关系.根据总损伤变量与应变的关系可以预测,随着冻结温度的下降,应变存在一个临界值,超过临界值时试块破坏.