重塑黄土的湿陷性与微观试验研究

黄土广泛分布于中国西北地区。随着人类社会的发展,越来越多的工程项目需要在黄土地区展开。黄土的特殊性质导致其具有水敏感性,这种水敏感性的典型表现便是湿陷;而黄土的湿陷与其微结构的变形过程紧密相关。以重塑黄土为研究对象,在反复湿陷试验的基础上,对不同含水量、不同湿陷次数的重塑黄土试样进行CT扫描与电镜扫描等微观试验,结合IPP图像处理软件对微观试验结果进行定性与定量分析,得到重塑黄土湿陷性与其微结构的关系。认为:(1)黄土的自重湿陷系数主要受其含水量的影响,即含水量越小,越容易湿陷;且当含水量为6%时试样具有二次湿陷性;不同含水量的试样随着湿陷次数的增加,湿陷系数逐渐减小,且经过3次湿陷后其自重湿陷系数均趋于一个稳定的值;(2)随着湿陷次数的增加,土体中大的团粒与大孔隙逐渐消失,土体密度逐渐均匀,颗粒丰度逐渐变大,孔隙颗粒面积比逐渐减小,颗粒定向角度逐渐趋于水平;(3)黄土发生湿陷的主要原因是水的浸润或溶滤作用导致其结构强度的弱化,使大的团粒逐渐崩解成小颗粒填充到孔隙中造成土体压密。     

灌溉条件下黑方台黄土湿陷特征及其内在机理

基于室内试验,系统分析了不同初始含水量、增湿-减湿循环交替、渗透溶滤等多个条件下黑方台黄土的湿陷特性.基于微观结构定性和定量分析,探讨了黑方台黄土湿陷的内在机理.研究发现,黑方台黄土湿陷终止于饱和度52%~65%的非饱和状态;增湿-减湿循环交替4次后,黄土湿陷变形微弱;易溶盐淋滤时黄土湿陷变形持续.湿陷变形后的微观结构变化揭示出黑方台黄土湿陷的本质是黄土内架空大孔隙和支架小孔隙塌落.毛细管作用、孔隙压密作用、盐分溶解作用均对黑方台黄土湿陷有所贡献.但是盐分溶解作用的贡献远小于前二者,并且盐分溶解作用以易溶盐溶解为主.毛细管作用和孔隙压密作用的贡献大小取决于黄土中孔隙的分布和湿陷变形的发展阶段.     

非饱和黄土土水特性与湿陷性关系分析

黄土的湿陷并不是饱和状态,即吸力为零时黄土所表现出的特性,而是受其含水状态,即吸力的显著影响。室内外的试验研究表明,在竖向应力不变的情况下,含水量的增加或吸力的减少会引起非饱和黄土的湿陷。利用压力板仪测试了非饱和原状黄土的土水特征曲线,采用非饱和土三轴仪得到相应土的湿陷变形,分析了土水特性曲线对原状黄土湿陷变形的影响。结果表明,非饱和黄土的渐变湿陷特性和土水特性曲线的形式和参数之间存在密切关系。本文的分析为采用类似土水特性曲线的预测模型来预测非饱和黄土随吸力变化的湿陷系数奠定了基础。     

基于塑性理论的湿陷性黄土本构模型

基于塑性理论,推导出湿陷性黄土湿陷变形本构模型,给出其矩阵表达式.基于ADINA分析软件,开发湿陷性黄土湿陷变形本构模型,给出湿陷性黄土湿陷本构模型开发方法及步骤.结合工程案例进行湿陷变形计算和固结分析,并用实测结果与大型非线性有限元软件ADINA模拟值进行比较.结果说明,该湿陷本构模型用于大厚度湿陷性黄土地区的分析和湿陷变形计算是可行的.     

尖点突变模型在湿陷性黄土微结构失稳中的应用

根据湿陷性黄土的特点,从稳定性角度出发,分析黄土湿陷的多种湿陷机理.对已建立的湿陷性黄土结构失稳突变模型给出一个完整的尖点突变模型的计算过程.利用突变理论揭示湿陷性黄土发生湿陷的变形机制和规律.通过尖点突变模型的计算推导得出:当应力满足突变模型分叉点集方程时,其相对应孔隙的微结构将发生失稳坍塌.此外,由于突变模型的控制变量随着k(含水量ω的函数)值的增大而减小,说明土体浸水湿化是土体发生湿陷的重要影响因素.     

基于湿陷性和震陷性的黄土微结构

试验通过对原状及湿陷和震陷土样的微结构SEM图像的观测和分析,定量研究力和水两个外因作用下黄土的孔隙大小,数量及其分布规律的变化,通过不同外因的作用效果分析黄土结构特性.结果表明黄土震陷后孔隙较湿陷后大,认为胶结作用极易因浸水而软化破坏,胶结作用愈强,黄土发生湿陷的可能性愈大;但是胶结作用可以抵御外力作用,使黄土不容易...     

黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

黄土湿陷系数的偏最小二乘回归分析与模型

应用偏最小二乘回归分析方法,以黄土湿陷变形的结构理论为依据,在讨论分析了影响黄土湿陷变形的主要因素后,选取湿陷性黄土的天然含水量、干重度、天然孔隙比、饱和度和塑性指数5个基本物理指标作为自变量,通过回归分析建立了黄土湿陷系数的预测方程,并阐述了该方程中各回归系数所对应的物理意义.     

西宁地区不同湿陷程度黄土的微观结构分析

为防止由于黄土的湿陷性导致道路不均匀沉降问题,通过采用单线法测定不同压力下西宁地区强、弱湿陷性黄土的湿陷变形量,并利用扫描电子显微镜、压汞仪对其内部结构特征进行研究分析,探讨黄土内部结构与宏观湿陷变形的相关性,对路基高度进行合理设计。研究结果表明:(1)随压力增大,强、弱湿陷性黄土湿陷变形均表现为"显著—平缓—稳定"三个阶段,且强湿陷性黄土较弱湿陷性黄土的湿陷量变化增长斜率较陡,发展变形速度快;(2)弱湿陷性黄土较强湿陷性黄土浸水前后的颗粒由松散易被挤密,孔隙也被细小的集粒填充且连通性变差,由间接接触为主的连接方式变为直接接触;(3)强湿陷性黄土较弱湿陷性黄土浸水前后的孔隙面积比例下降幅度较大,孔隙有序性差且孔隙圆形度减小,颗粒易被压碎且集团化程度较弱,孔隙进汞量大,20μm孔径分布含量较高,与其宏观湿陷性具有较好的相关性。     

单向固结时黄土的应力与湿陷变形的关系

本文在对黄土的力学强度特性和温陷变形机制分析研究的基础上,对国内外黄土工程地质学界研究的重要课题——单向固结时黄土的应力与湿陷应变的关系获得了解决.该成果为黄土地基湿陷变形的计算和评价提供了理论依据和办法.     

增湿减湿对黄土湿陷性的影响研究

黄土湿陷性的研究主要局限于狭义浸水饱和后的最终沉降量;但实际工程中常遇到的是不同增湿减湿含水率产生的广义湿陷,所以研究不同增湿减湿含水率对黄土湿陷性的影响更具实际意义。通过验测定由同一土桶制备的原状、增湿和减湿试样的含水率、湿陷系数和压缩量,并结合现有相关理论对数据进行统计、对比和分析,得出不同含水率的增湿、减湿对黄土湿陷性的影响规律。结果表明:在相同条件下,湿陷系数随增湿后含水率的增大而有明显的减小,初始含水率较低比初始含水率较高对湿陷性影响大;试验所取土样的峰值压力为100 k Pa左右,增湿界限含水率大概为26%;在相同条件下,增湿减小了黄土的湿陷量,却增大了压缩量;减湿减小了黄土的压缩量却增大了湿陷量。     

陇东庆阳西峰地区黄土湿陷性分析

黄土的湿陷性是一个复杂的物理化学变化过程,其影响因素也是多方面的,其中黄土特殊的物理力学性质与其湿陷性就有着密切的关系。首先对陇东庆阳西峰地区某场地布置的探井所揭露的地层条件进行了概述,然后选取部分探井内扰动黄土样做了矿化成分试验。结果发现研究区黄土中易溶盐总含量很少,对研究区黄土湿陷性基本无影响。接着通过对研究区多组原状黄土样的室内试验数据进行大规模的统计分析,总结了研究区黄土的不同物理力学性质指标随黄土埋藏深度的变化规律;并根据所取土样的湿陷性试验结果对该区黄土进行了湿陷性评价。最后在此基础上对该区黄土湿陷系数与其不同物理力学性质指标间的关系作了探讨,认为这些指标反映了黄土的物质成分、结构特征和当前的赋存状态等属性,对研究区黄土湿陷性有不同程度的影响,这也为该区黄土场地的建设提供一定的理论指导参考。     

模糊信息优化方法在黄土湿陷性评价中的应用

目的 用模糊信息优化方法中的信息扩散原理建立黄土湿陷评价方法。方法 收集黄土高原地区68组黄土湿陷性的土工试验资料，选取含水量、孔隙比和压缩系数等重要影响因素，采用模糊信息优化处理中的信息扩散原理及一、二级模糊近似推论，建立了各评价指标与湿陷系数之间的模糊关系。结果 形成一套用信息扩散原理建立的黄土湿陷性评价方法，对10组黄土湿陷资料进行了非母体验证，效果良好。结论 该方法简单、快速、实用，能使更多影响黄土湿陷的因素真实地参与评价，可应用在黄土高原区域性的城镇防灾规划、城镇工程地质图集的编制和黄土区域湿陷性分析等方面。     

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。     

不同碳酸钙掺量压实黄土的力学性能试验研究

为探讨碳酸钙改良黄土强度和湿陷性的可行性,针对陕西洛川黄土抗剪强度和湿陷特性,采用0、5%、10%、20%和25%质量比的碳酸钙粉末掺入黄土的方式,进行固结慢剪试验和湿陷性试验。结果表明:改良黄土试样的脆性随碳酸钙掺量增加而增大,当碳酸钙含量较低时,试样剪应力-剪切位移曲线为应变硬化型,碳酸钙掺量达到20%时应力-应变曲线呈软化型;在81%、87%、93%压实度下,不同掺量碳酸钙改良黄土的抗剪强度均显著提高,粘聚力和内摩擦角均随着碳酸钙掺量的增加而增大;而对黄土湿陷性的改良效果与压实程度有关,湿陷系数随压实度的增大显著减小,达93%压实度时碳酸钙改良黄土试样的湿陷性全部消除。因此,使用碳酸钙进行黄土的改良,能够取得填筑黄土抗剪强度增大、湿陷性降低的显著效果,而且绿色环保。     

黄土的湿陷性与显微结构特征研究——以咸阳市区为例

对咸阳市区黄土湿陷性与微结构的系统研究,发现咸阳市区黄土的湿陷性与微结构特征随地貌单元有不同的变化.渭河三级阶地黄土地层厚度大,湿陷性较强,黄土微结构以支架大孔半胶结结构为主;二级阶地湿陷性次之,黄土微结构以支架大孔-镶嵌微孔半胶结结构为主;一级阶地湿陷性最弱,黄土微结构较为致密,以镶嵌微孔胶结结构和絮凝胶结结构为主.黄土的湿陷性与微结构特征关系密切,支架大孔半胶结结构的黄土湿陷性较强,镶嵌微孔半胶结结构的黄土湿陷性较弱,镶嵌微孔胶结结构和絮凝胶结结构的黄土不具湿陷性.     

压实黄土的湿陷性与微观结构的关系

由于黄土特殊的工程性质和内部结构的复杂性，黄土地区高等级公路出现了一些湿陷破坏事故。采用扫描电镜、图像处理系统和能谱仪，对压实黄土在湿陷前后的孔隙特征、化学组成等微观结构进行研究，得出压实黄土的湿陷性与微观结构的关系。结果表明：大、中孔隙含量是黄土产生湿陷的主要原因，其与黄土湿陷系数具有定量关系，湿陷后黄土的主要化学元素含量发生了变化。     

西部黄土山区开采沉陷变形数值模拟研究

西部黄土山区开采沉陷变形规律远比平原地区复杂多变。以陕西铜川厚黄土山区采矿地质条件构建不同斜坡组合与平地条件的计算模型,通过FLAC-3D数值模拟分析了单一斜坡、凸形和凹形组合斜坡条件下地表侧向滑移引起的水平移动和下沉分布特征,并绘出了地表开采沉陷与斜坡侧向滑移分布曲线。进一步分析表明,当开采沉陷引起的水平位移及其变形与斜坡向下坡方向的滑移变形方向一致时,在地表形成两者的叠加,增大了斜坡体的变形;当两者方向相反时则导致2种变形部分"抵消"。上述采动斜坡中开采沉陷与坡体侧向滑移的"叠加"效应,导致了黄土山区地表沉陷变形规律的复杂性。