类毛细导水材料排水及抑制土体冻融效果研究

为解决季节性冻土地区路基土中水分积累引起的路基冻害问题,以商用高岭土为对象,通过对使用类毛细导水材料处理后的高岭土单元试样分别进行排水和冻融试验,研究类毛细导水材料排水及抑制土体冻胀的效果. 结果表明,类毛细导水材料可以在土体非饱和条件下将其中水分排出,使土样中水分含量降低20%~30%;类毛细导水材料包裹试样侧面时的排水效果优于将其埋设于试样中,且试样初始含水率越大,类毛细导水材料的排水性能发挥越充分;冻融试验中,土样初始含水率越高,其冻胀量和融沉量也就越大,类毛细导水材料能够使土样在冻胀融沉过程中的体积变化率降低5%~15%,从而有效抑制土体冻害.     

黄土路基毛细水上升规律试验模拟研究

针对黄土地区高等级公路路基有害毛细水问题,使用改进后的竖管法对压实度大于90%黄土土柱毛细水上升规律进行了试验研究,得到了毛细水上升高度与干密度的关系.使用滤纸法和水平入渗法测量土样的基质吸力、土水扩散系数与含水率的关系,并用Geostudio软件对毛细水上升进行模拟.试验和模拟结果表明:基质吸力的确定应该同时考虑含水量和密度2种因素;土壤的压实可以有效减缓土壤非饱和水分的运动速度;随着压实度的增加,毛细水上升速度变小;压实度为98%、95%和93%的黄土土柱,在105 d后毛细上升高度分别为74 cm、80 cm和94 cm.Geostudio软件可以用于路基毛细水运动的模拟.     

豫东黄泛区粉砂土的水稳定性研究

为研究水对豫东黄泛区粉砂土性能的影响,进行了击实试验、无侧限抗压强度试验、冻融试验、直接剪切试验、毛细水上升及控制试验.结果表明:粉砂土最大干密度为1.84g/cm3,最佳含水率为11.5%;随着含水率的增加,无侧限抗压强度呈下降趋势;粉砂土的黏聚力随含水率的变化而变化,在含水率达到11.4%之前,黏聚力随含水率增大而增大,之后黏聚力随含水率增大而减少;在含水率达到14.1%之前,内摩擦角变化不大,之后内摩擦角迅速减小;经过16d的观测,在120cm高度内粉砂土处于潮湿或过潮湿状态.总之,粉砂土中毛细水上升高度较大,毛细水引起土的含水率增加,导致路用性能降低.     

毛细水对粉砂土路基边坡稳定性影响研究

毛细水上升会引起路基含水率变化,进而影响路基边坡稳定性.因此,设计制作3个坡度变化的路基模型,填筑开封粉砂土,边坡采用未处理、硬化及绿化3种工况,进行毛细水上升实验,研究毛细水上升高度、速度,分析毛细水上升引起的土的含水率变化;建立有限元模型,分析不同工况时含水率对路基竖向位移的影响.实验表明:坡度1∶1.8路基毛细水上升高度最低,土的含水率最小;毛细水作用下,边坡硬化及绿化后土的含水率变大,而未处理边坡土的含水率最小.数值分析表明:路基竖向位移随着含水率的增大而增大;在含水率小于15%时坡度1∶1.8的路基竖向位移最小,在含水率大于18%时坡度1∶2的路基竖向位移最小.总之:毛细水对坡度1∶1.8的路基含水率影响较小,此时路基竖向变形最小.     

水分迁移对高山草甸区非冻结路基土的影响

高山草甸区域内道路冻胀、翻浆等病害大量发生,水分迁移是产生冻胀翻浆病害的主要原因.为了研究初始含水率、细颗粒含量及入流通量对非冻结路基土中水分迁移的影响.依托拉妥至芒康公路改建工程,进行室内试验.结果表明:当土体处于最佳含水率时,不同细颗粒含量的土样毛细水上升高度不同;在一定细颗粒含量范围内,土体总入流量及入流通量随细颗粒含量的增加而增大;当初始含水率为11％时,细颗粒含量为19％的土样总入流量随时间变化曲线表现为"S"形,而细颗粒含量为22％的土样却表现为拱形,说明土样总入流量随时间变化曲线随着细颗粒含量的增加,土样同样出现滞后现象.土体总入流量及入流通量与初始含水率成反比,总入流量随时间变化曲线由拱形变化为"S"形.结果表明高山草甸区的最低路基填筑高度控制在1.5 m以上,能有效防治路基冻胀翻浆.研究成果可对西藏高山草甸区公路建设与养护提供科学的依据和指导意义.     

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.     

复合改良粉砂土性能实验研究

为了探究水泥、粉煤灰、石灰三掺料改良粉砂土路基填料的工程特性,采用静力性能实验、毛细水上升实验、动三轴实验相结合的方法,揭示粉砂土掺入改良剂前后静态指标与毛细水上升高度的变化.分析了水泥掺量6%、粉煤灰掺量2%和石灰掺量7%改良粉砂土作为路堤填料,在各工况下累积动应变曲线特征.研究结果表明：粉砂土改良后,内摩擦角增加了约25%、黏聚力提升约50倍、28 d无侧限抗压强度提高约8.6倍;改良土毛细水上升高度比天然土降低约89%;含水率对土体累积动应变发展影响较大,含水率过高时黏聚力损失应变增加更为明显;围压和压实度增加使改良土体强度增加,土体累积动应变发展速率变小;振动频率增大改良土体的累积动应变发展速率降低;拟合了理想填筑状态不同路基深度土体累积动应变曲线关系式.     

压实黄土状粉土毛细特性试验研究

基于压实黄土状粉土的基本性质,利用一维土柱仪进行毛细作用模型试验。数据分析、图形拟合后,得到了压实黄土状粉土毛细水上升规律。试验结果表明,毛细水上升的速率随毛细上升高度的增加而逐渐衰减。当毛细水到达某截面时,该截面处的基质吸力先平缓变小,后急剧下降,随之渐趋于稳定;该截面处的体积含水率先平缓上升,后急剧增大,随之渐趋于稳定。对毛细水上升高度随时间变化曲线、体积含水率与基质吸力关系进行拟合统计。通过对比三组不同土柱高度的试验结果,表明当土柱长细比为4.68和9.54时,毛细水上升规律基本一致,故证明当长细比大于4.68时,可按一维毛细作用考虑。     

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。     

改性黄土垂直方向毛细水上升作用研究

黄土中极易发生毛细水上升的现象,毛细水的上升作用会影响黄土的含水率、强度和土体的结构,造成土体稳定性下降,弱化黄土地基。石灰和水泥作为常用的改性材料被广泛应用于黄土改良。试验研究了黄土以及石灰、水泥不同配比下的改性黄土在毛细水上升作用50 d过程中的含水率变化,推算出毛细水在黄土和改性黄土中上升高度和速率,以及50 d后密度、干密度及无侧限抗压强度等参数的变化规律。评估了3%石灰改性土、5%石灰改性土和3%水泥改性土改善黄土中毛细水上升作用的可行性;并对三者的改性作用进行比较。试验结果表明:三种改性土都可以有效地减缓毛细水上升高度和速度(从黄土的160 cm最低降低到60 cm左右),提高强度(水泥土50 d后土水接触面处试件无侧限抗压强度为0.86 MPa,为同高度处黄土强度值的3倍)和密度。试验最后得出,石灰能够有效降低土体内的含水率,且随着含量的增加,吸水作用越明显,而水泥对于土体内部结构的改性作用更大,提升土体强度和遇水稳定性,阻碍毛细水上升作用显著。     

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。     

寒区路基土锅盖效应气态水迁移试验研究

锅盖效应是指土中的水汽迁移被覆盖层所阻挡,水汽在冷凝或凝华作用下在覆盖层下聚集的现象.为了研究寒区路基土的锅盖效应气态水迁移规律并分析其作用机理,利用自行研制的锅盖效应试验设备,采用取自北京大兴国际机场的粉质黏土试样进行了一系列试验,研究了温差、初始含水率和试验时间对于锅盖效应的影响.试验结果表明:土样上下边界存在温差时,水汽会向低温区迁移,使土样上部含水率增加,温差越大,土样上部水分增加量越大,且水汽越容易补充进土样;土样顶部为正温时,含水率只在覆盖层下出现最大值,土样顶部为负温时,含水率不仅在覆盖层下出现最大值,而且在冻结锋面处也会出现峰值;初始含水率较低时,土体中的水分迁移以气态水迁移为主,较高时以液态水迁移为主,初始含水率适中时,以混合态水迁移为主,气态水迁移时,试样能够从水源吸收水汽使土样总水量增加;进行了试验时间为30 d的冻结条件下的气态水迁移试验,发现试验过程中水汽不断补充进土样,土样上部水量和总水量均持续增加,试验结束后覆盖层下产生了凝华冰层,含水率接近饱和.试验结果说明锅盖效应可以造成寒区实际路基土的含水率大幅提高,使之存在工程病害隐患.     

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。     

温度变化对高速公路盐渍土地基变形的影响分析

为了解决西北盐渍土地区高速公路出现的季节性冻胀和沉陷等变形问题,通过对G215线柳园至敦煌高速公路地基进行温度、湿度的现场监测,分析地基土中的温湿度随时间的变化规律。在此基础上,开展室内不补水冻融循环试验,对氯盐渍土的变形特性进行分析研究。结果表明：全年监测期间,地基土的温度敏感深度为85 cm,25~85 cm深度内地基中的含水率较高。在室内冻融循环试验中,含盐量为0.71%的土样冻胀变形大于融沉变形,体积累加变形量最大;压实度为95%的土样体积增加率达到1.14%,较85%压实度土样大0.7%,压实度越大的土样其冻胀变形大于融沉变形,土样体积累加变形量与压实度大小具有相关性;含水率为19.32%的土样体积增加率为7.70%,较27.32%含水率土样大7.44%,含水率小的土样融沉变形小于冻胀变形,土样体积累加变形量与含水率大小呈负相关。该研究结果能为盐渍土地区高速公路的病害分析提供参考。     

层状构造土体中毛细水上升的试验研究

针对河套灌区设置风积砂隔断层路基的层状构造,通过室内土柱试验,模拟研究有地下水位条件下换填路基毛细水上升规律.结果表明,粉土柱下部(0～80cm)和风积砂柱下部(0～40cm)含水率呈现接近饱和状态,与上部土体含水率逐渐降低的分布性质迥异.即毛细水在土体中的分布存在明显的分区.在不同的区域风积砂层对毛细水上升的影响有很...     

长春地区季节冻土水分迁移实验研究

对长春地区的水分迁移进行了实验研究。首先对长春地区温度场分布进行了介绍。然后利用毛细水上升实验研究了长春地区季节冻土的冻结和融化特征。采用自制的水分迁移仪,选取了两个地点的土样,对不同压实度的试样进行了冻结状态下的水分迁移实验。结果表明,本区冻结过程中水分迁移的主体是薄膜水。当压实度低于90%时,土体中毛细水的上升高度随着压实度的增加而增大;但是当土体的压实度超过90%时,则有相反趋势。     

柴油污染改良土的击实特性及微观机理

为研究柴油污染对水泥改良后花岗岩残积土压实特性的影响,通过室内击实试验,以柴油和水为介质,得到了单一水介质和油水混合介质时土样的击实曲线.发现污染土样的最优含水率呈下降趋势,而最大干密度却呈一定幅度的上升趋势.同时通过液限和塑限联合测定法得到土样的稠度界限,发现其塑限变化趋势与最优含水率相似,即土样的液限、塑限以及塑性指数都是先增大再减小,并且在含油率为6%时达到峰值.最后通过SEM扫描电子显微镜进行观察,分析并得到柴油污染改良土击实特性微观结构.微观视角下,水泥和柴油会发生物理胶结作用,填充了土颗粒之间的孔隙,导致单位体积下土样的孔隙率减小,从而密度增大.     

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。     

冻融过程中重塑土水盐迁移的试验研究

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。     

毛细导水土工材料调控路基水分场现场试验研究

为探究毛细导水土工材料调控路基水分场的能力与效果,在季冻区开展现场试验研究,通过传感器监测与钻孔取样的方法分析了路基水分场变化与路基不同深度处水分的分布情况,并结合扫描电镜分析了毛细导水土工材料的抗淤堵能力.结果 表明,毛细导水土工材料在路基中稳定地发挥了吸水与排水作用,使路基土质量含水率在1 a内降低约5％.毛细导水...