哈密弱-中膨胀性土微观结构研究

本文用孔结构仪对哈密弱-中性膨胀土原状试样、重塑试样和风干重塑试样,进行了微观结构对比试验,获得大量珍贵的膨胀土微观结构照片。对哈密膨胀土微观结构对比试验数据和照片分析研究可得:膨胀土的特殊微观结构可能是膨胀土膨胀特性的又一重要影响因素;不同干密度、含水率的重塑土样微观结构具有一定的规律,含水率越大、干密度越小,土样表面孔隙面积越大,孔隙越多,孔隙直径越大,孔隙直径分布越分散;原状样孔隙主要为0~0.1 mm的孔隙,重塑土大多为0~0.2 mm的以0.1 mm为峰值的孔隙。     

基于干湿变形效应的压实红黏土土水特征

将初始含水量为4%粉末状红黏土分别压制成干密度为1.3 g/cm~3和1.5 g/cm~3的压实土样;在侧限条件下吸水饱和,测定土样轴向膨胀变形量;然后通过气相法控制逐级增加吸力,测定不同吸力阶段试样的饱和度与孔隙比,获得土水特征曲线和干缩变形规律。研究结果表明:压实红黏土在饱和湿化过程中,膨胀应变随着饱和度的增加而增加,且初始干密度越大,其膨胀应变越大。在控制吸力干燥过程中,压实红黏土的孔隙比随着吸力增大而减小;同一吸力阶段,密度大的试样具有较小的孔隙比和较大的饱和度。基于不同干密度压实红黏土土水特征曲线,建立了考虑变形效应的土水特征曲线改进模型,计算结果与试验值吻合较好。     

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。     

考虑体积变化的膨胀土土—水特征研究

为研究考虑体积变化的膨胀土土—水特征,分析了体积含水率与重力含水率及孔隙比的理论关系,提出了考虑膨胀土体积变化的土—水特征曲线求解方法。以合肥膨胀土为研究对象,采用渗析法试验及滤纸法试验测定了重力含水率与基质吸力的关系,采用收缩试验测定了孔隙比与重力含水率的关系;根据本文方法,求得了考虑体积变化的合肥膨胀土土—水特征。结果表明:由渗析法及滤纸法可以分别获取土体在低吸力段及高吸力段的土—水特征曲线;收缩曲线可以用分段函数表示;膨胀土在吸水过程中体积发生了很大变化,不考虑这种体积变化将会高估膨胀土的体积含水率,且吸力越低,这种误差越大;采用van Genuchten模型对试验结果进行了曲线拟合,得到了试验土体考虑体积膨胀的土—水特征曲线拟合参数值:a=40.21,n=1.52,m=0.09;土样的初始干密度越大,同一吸力对应的含水率也越大。     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配关系试验研究

为了研究非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配之间的关系,通过控制曲率系数和不均匀系数配制5种不同级配的粗粒土土样,采用自行设计的模型装置进行降雨入渗试验,并根据试验结果绘制基质吸力与含水率关系拟合曲线,得到满足试验条件的函数关系式,从而得到土-水特征曲线方程。研究结果表明:不均匀系数越大,土样初始含水率越小,达到饱和状态时含水率越小,且土样达到饱和所需的时间越长;随着脱水过程的进行,土样不均匀系数越大,其含水率的下降速度越慢,残余含水率也越大;初始基质吸力随着土样不均匀系数增大而不断提高,同时,土样的残余基质吸力随着不均匀系数增大而增大;利用Van Genuchten模型对实测土-水特征曲线进行拟合可获得拟合参数,从而得到可应用于数值分析的土-水特征曲线方程。     

陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线试验

为研究陇东地区非饱和黄土广义土水特征曲线,利用非饱和土三轴仪,研究初始干密度和净平均应力对非饱和黄土土水特征曲线的影响.结果表明:基质吸力相同时,试样的含水率随着净平均应力的增大而减小;初始干密度越大,试样减湿率越小,最终含水率越大.利用van Genuchten模型对试验数据拟合发现:残余体积含水率θ_r随着净平均应力的增大逐渐减小;拟合参数α和n随净平均应力的增大数值变化不是很大;初始干密度对土水特征曲线的影响主要表现在参数θ_r和参数α上,而参数n受其影响不大.     

广西典型膨胀土三向膨胀规律室内试验

采用自制的三向膨胀仪,以及与之相应的原状土取样器、重塑土制备器,以广西南宁、宁明4种典型膨胀土为研究对象,开展膨胀土三向膨胀率及膨胀力试验.试验结果表明:膨胀土三向吸水膨胀时程曲线分为快速、缓慢及趋于稳定3个阶段,并且3 h可完成膨胀的80%~90%;膨胀率及横向、竖向膨胀力存在明显差异,并随干密度增大而增大;在相同初始条件下,原状膨胀土与重塑膨胀土三向膨胀率存在明显差异,在相同初始水的质量分数条件下,竖向与横向膨胀力之比R₀随着干密度的增大而增大;试样吸水膨胀后水的质量分数均匀,试验方法可行,仪器测试数据可信.     

淮安膨胀土的土水特性

以淮安膨胀土为研究对象, 使用压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法等3 种不同的控制或量测吸力的试验方法, 分别对其压实土样进行土水特性试验, 得出了吸力范围为 0∼378 MPa 的土水特征曲线. 试验结果表明, 在初始干密度相近的情况下, 低吸力范围内脱湿曲线和吸湿曲线有明显的滞回现象, 且当吸力大于100 MPa 时, 滞回现象基本消失; 滤纸法测出的土水特征曲线落在主脱湿和主吸湿曲线的滞回圈内. 由蒸汽平衡法所得的高吸力范围土水特征曲线 可以看出, 吸力接近于1 000 MPa 时含水率接近于零. 滤纸法的试验结果表明, 在土水特征曲线用饱和度和吸力关系表示的情况下, 当吸力较小时, 干密度大的土水特征曲线处于干密度小的右上方; 当吸力较大时, 干密度对土水特征曲线的影响不大.     

围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响

为研究围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响,以及进一步确定不同围压及不同含水量与重塑膨胀土抗剪强度的计算公式,分别对含水率为8.5%、10.0%、12.0%的新疆哈密地区膨胀土进行围压为100、150、200 k Pa的不固结不排水三轴直剪试验(UU)。试验结果表明:干密度和含水量一定时,围压越高,重塑膨胀土抗剪强度越大,围压越低,抗剪强度越小。干密度一定时,含水率越高,重塑膨胀土的抗剪强度指标越小,抗剪强度越低,含水率越低,重塑膨胀土的抗剪强度指标越大,抗剪强度越高。通过对试验结果的进一步分析发现黏聚力、内摩擦角和含水率呈良好的线性关系,得出含水率、围压和重塑膨胀土抗剪强度计算公式,计算值与试验值有较高的相符程度,为新疆哈密地区重塑膨胀土的施工提供了一定的理论依据。     

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.     

杭州湾浅层储气砂土的持水特性试验研究

杭州湾嘉甬跨海高铁大桥遇到的储气砂土是一类特殊的非饱和土,以往砂土类主要以重塑样进行持水特性试验,而实际工程中,原状样的结构性对持水特性具有显著影响。以杭州湾储气砂土为研究对象,基于压力板仪试验研究了不同初始孔隙比砂土原状样与重塑样的持水特性,对比分析Brooks-Corey模型、Van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对砂土土-水特征曲线(soil water characteristics curve, SWCC)的适用性;利用等粒球状颗粒的不同排列方式分析了产生基质吸力差异的机理。结果表明:Van Genuchten模型更适用于描述和预测杭州湾储气砂土SWCC;对于相同孔隙比下的砂土原状样与重塑样,重塑样比原状样的失水斜率更小,但重塑样与原状样的进气值基本一致。原状砂土与重塑砂土不同的颗粒排列结构是造成其SWCC差异性的主要原因之一,重塑砂土比原状土具有更加均匀的孔隙分布,原状砂土结构性对SWCC的影响不可忽略,采用原状储气砂样的Van Genuchten模型可为实际工程提供更精准的预测和参考。     

基于低黏土矿物含量泥岩的膨胀力试验研究

针对某高速铁路地基中低黏土矿物泥岩进行不同初始含水率与不同干密度条件下的膨胀力试验,结果表明:规范中判定为无膨胀性的泥岩实质上是具有一定的膨胀性;在干密度不变的条件下,膨胀力随着初始含水率的增大而减小;在初始含水率不变的条件下,膨胀力随着干密度的增大而增大。并且根据试验结果拟合出适用于低黏土矿物泥岩的考虑干密度与初始含水率的膨胀力公式。     

南宁灰白重塑膨胀土三向膨胀室内试验研究

膨胀土是一种具有强胀缩性的特殊粘土。掌握其三向膨胀规律对于合理分析膨胀土边坡变形失稳具有重要意义。以南宁灰白膨胀土为试验对象,开展了不同条件下的三向膨胀率和膨胀力试验,揭示了干密度,初始含水率和外部荷载对于膨胀率和膨胀力的影响规律。试验表明,三向膨胀率和膨胀力均表现为：两个水平方向基本一致,竖向大于水平方向;干密度相同时,均随初始含水率的增大而减小,初始含水率相同时,均随初始干密度的增大而增大;膨胀率横、竖向比值均随干密度和初始含水率的增大越趋近于1;三向膨胀率均与三向荷载呈对数线性关系,荷载对膨胀具有抑制作用;横向膨胀力与控制横向膨胀率呈良好的指数关系,说明土体膨胀力将因为膨胀变形释放而大幅减小。     

基于体积压力板仪及压力膜仪法的土水特征曲线研究

土水特征曲线是解释非饱和土工程现象的一项基本本构关系,它的研究有助于解决工程实践中非饱和土的试验研究既费时又费力的问题。土水特征曲线特性（SWCC）表示了土中含水量与吸力之间的关系。本文针对非饱和土干–湿循环过程中的吸力变化特征,采用体积压力板仪与Tempe仪开展试验研究,测得某土样的进气值与残余含水量。     

粉煤灰改良膨胀土脱湿过程裂隙发展规律与影响因素研究

环境温度、初始含水率、粉煤灰掺量和干密度均对膨胀土的幵裂有重要影响,为了分析初始含水率和粉煤灰掺量对膨胀土裂隙发展过程、发育规律、发展机制的影响进行了多组脱湿过程裂隙开展试验;并进行了定量分析。结果表明试样裂隙可分为三神:一条主裂隙加上多条次裂隙、三岔口型裂隙、环状裂隙其中掺有粉煤灰试样大多数出现第三种裂隙未掺粉煤灰的试样出现第一、二种裂隙。随着试样含水率減少脱湿过程可分为三个阶段:无裂隙阶段、裂隙产生和发展阶段、稳定阶段。裂隙度随初始含水率的增大而增大随粉煤灰掺量的增加而减小。粉煤灰掺量对未养护试样的临界含水率影响不大养护后其临界含水率增大。     

库水位变动条件下土-水特征曲线对滑坡稳定性计算结果的影响研究

库区滑坡的稳定性受库水涨落影响较大,为了分析库水位变动对滑坡稳定的影响,基于非饱和理论的有限元软件进行数值模拟,并需要用到非饱和土的相关参数,特别是土水特征曲线对滑坡稳定性的计算结果影响较大.文中一个实际算例采用不同土-水特征曲线时,计算所得结果相差较大,为了探究土-水特征曲线对滑坡影响的大小及原因,计算了当滑坡土体饱和含水量、饱和渗透系数相同时,3种典型土的土-水特征曲线所对应的稳定性系数,并得到以下结论:库水的升降作用对非饱和土质滑坡的稳定性有较大影响;由黏性土质滑坡的土体特性及计算说明表明:黏性土质滑坡在库水位变动作用下较粉土及砂土滑坡稳定,土-水特征曲线对考虑非饱和特性的滑坡安全系数影响较大,即同一含水率条件下基质吸力越大的土体滑坡的稳定性越好.