大气作用下非饱和土路基湿度及影响因素分析

基于水、蒸汽的流动方程及热能的扩散方程建立路基模型,分析了大气作用下路基湿度变化规律,通过改变相关的气相参数及土壤特性参数,研究了不同气候环境影响下的非饱和土路基湿度变化规律.结果表明：大气对非饱和土路基湿度的影响显著,但其影响的深度范围有限;太阳辐射量对路基湿度的影响最大,相对湿度次之;此外,路基填土的渗透系数及土水特性对路基的湿度影响较大,路基填土的初始含水量越高,则蒸发强度越大,路基的失水程度越高;在长时间小雨的降雨模式下,雨水更容易侵入路基,从而改变路基湿度.
     

非饱和粉土力学特性的大型直剪试验

以LG-8200M型室内大型直接剪切仪为基础,针对非饱和粉土的抗剪强度及变形特性问题展开实验研究.研究结果表明:(1)低含水质量分数的重塑非饱和粉土试样在高垂直压力下剪切峰值不明显,呈现明显的应变硬化特性,在低垂直压力(0.1 MPa)下剪应力-剪切位移关系存在剪切峰值,达到峰值后曲线趋于平缓.(2)相同含水质量分数的重塑非饱和粉土试样,其剪切面抗剪强度随法向应力的增大而提高,随剪切速率的增大而降低,剪切速率每增加0.4 mm/min,其抗剪强度减少约20%~30%.(3)不同含水质量分数的重塑非饱和粉土试样,其抗剪强度指标(c,φ)随含水质量分数的增大呈现先升高后减小的变化趋势,且含水量超过临界值后,粉土的抗剪强度会急剧衰减,内摩擦角比粘聚力衰减速度更为明显.     

既有铁路开行大轴重列车路基的动力稳定性

为研究既有铁路开行大轴重列车路基的变形和强度稳定性,选取既有线典型路基土,借助动三轴仪,试验研究了重载下路基土的累积塑性应变和临界动应力,建立了路基土累积应变的预估公式;在此基础上,通过动力有限元分析得到了重载下路基的动应力,并基于分层总和法的思想计算了路基的动力附加变形.研究表明,当路基压实系数低、饱和度高时,路基动力附加变形随列车轴重增加迅速增大,且轴重超过27 t,增大速率明显加快,但当路基压实系数大于一定条件,轴重增加对路基附加变形的影响较小;重载下路基动力附加变形的影响深度主要在2.5 m内,且显著影响深度约为1.0 m;重载下路基未发生动强度破坏情况下也会产生不能接受的永久变形.可通过提高路基压实系数(或强度)显著减少重载下路基的附加变形量和变形达到稳定的时间.     

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.     

重复荷载作用下路基土粘弹塑性永久变形预估

为准确描述重复荷载作用下路基土3阶段永久变形特性,在五元件粘弹塑性体蠕变方程的基础上,通过把正弦荷载转化为恒定荷载,推导出重复荷载作用下路基土永久变形理论预估模型;进行了路基土重复加载动三轴试验,获得了路基土永久变形发展曲线,并采用理论模型对试验曲线进行了回归。结果表明:在重复荷载作用下,路基土永久变形发展明显呈现3个阶段;理论模型可以较准确地描述路基土3阶段永久变形特性。     

含水率及吸力对非饱和下蜀土强度特性影响试验研究

为研究含水率及吸力对非饱和下蜀土强度特性的影响,以镇江某边坡的下蜀土为研究对象,通过非饱和直接剪切试验,对不同含水率及吸力下的下蜀土强度特性进行了研究.研究结果表明:非饱和下蜀土的强度特性受含水率及吸力影响较大,同时存在一界限含水率,在界限含水率上、下土体的强度特性不同;在低吸力水平下,土体黏聚力与土体内摩擦角随含水率的增大表现出相反的变化规律;在高吸力水平下土体黏聚力随含水率增大迅速下降,但内摩擦角的降低幅度较小;吸力对土体黏聚力及内摩擦角的影响在界限含水率上、下表现为不同趋势.研究结果可为下蜀土边坡的养护治理提供理论支撑,具有实际工程意义.     

非饱和南阳膨胀土的剪切强度及其预测

膨胀土是一种随含水率变化而具有吸水膨胀、失水收缩特性的特殊土,与普通黏土相比,含水率对其强度特性影响更为显著.为了探讨含水率对膨胀土强度的影响,对压实南阳膨胀土进行了一系列直剪试验,得到了在相同干密度及不同含水率条件下的抗剪强度.试验结果表明,南阳膨胀土的抗剪强度和黏聚力均随含水率的增大而减小,内摩擦角受含水率的变化影响不大.此外,把宏观饱和度引入Bishop非饱和土强度公式中,对试验结果与修正强度公式的计算值进行比较,结果表明修正后的Bishop非饱和土强度公式可以较为精确地预测出非饱和膨胀土的强度.     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

基质吸力作用下非饱和粉土强度特性研究

为研究豫东高速公路路基填筑粉土的非饱和力学特性,采用四联非饱和土直剪仪进行控制吸力条件下的强度特性试验,着重分析吸力对非饱和粉土强度的贡献,并对其干密度效应进行了探讨.结果表明,豫东黄河冲积粉土颗粒级配较为集中在0.005~0.075 mm的粉粒组.击实曲线出现了不对称的"双驼峰"现象,但两个干密度峰值相差较大,工程应用中需注意最大干密度的准确获得.非饱和粉土的抗剪强度与固结应力呈线性相关关系.干密度和吸力对粉土的黏聚力c均有影响,但影响规律不同.黏聚力c随吸力的减小呈抛物线变化,在最佳含水率附近黏聚力达到峰值.粉土干密度越大,其黏聚力越大.粉土内摩擦角随吸力增加呈增大趋势,吸力大于100 k Pa后基本趋于稳定,影响幅度在5°以内.基质吸力对抗剪强度的影响呈非线性关系.粉土的内摩擦角φ'与吸力相关,φ~b则受吸力与固结应力共同影响,φ'与φ~b均非常数,在τ_f—(u_a-u_w)—(σ_n-u_a)空间中,摩尔库伦破坏面呈双向弯曲形态.     

降雨作用下第四系堆积体路堤稳定性

满足一般路基要求在稳定的第四系堆积体上的低路堤在运营中出现了变形破坏,以饱和与非饱和渗流理论、FREDLUND非饱和土双应力变量强度理论为基础,建立路堤填筑前后计算模型,分析了四川阆中沟溪村某道路工程一段第四系堆积体路堤填筑前后的稳定性。研究结果显示, 路线通过处第四系堆积体地质条件简单,原始斜坡在最不利的降雨工况下也保持了稳定,路堤填筑高度仅4m,符合一般路基的要求;堆积体路堤在最不利降雨工况下随着降雨过程稳定性系数不断降低,当降雨达到11小时,稳定性系数小于1.0,此时路堤发生破坏,与路基失稳破坏的现象一致。在山区公路建设过程中,稳定的第四系堆积体上填筑低路堤虽然满足路基设计规范对一般路基的要求,不需要进行单独验算,但在长期降雨作用下其稳定性会持续降低,极可能出现失稳破坏。因此,在工程设计与施工中应当验算其长期降雨作用下的稳定性,以保证工程的安全。     

温度对季冻区粉质黏土强度及变形特性的影响

为研究温度变化对天然状态及饱和状态下粉质黏土强度以及变形的影响,以典型季冻区广泛分布的粉质黏土为研究对象,通过GDS非饱和土三轴测试系统对天然状态下非饱和土以及GDS温控式静/动三轴测试系统对饱和粉质黏土,在不同温度条件下进行三轴试验。对试验结果进行研究分析可得：非饱和以及饱和粉质黏土的应力-应变曲线均呈现出应变硬化的特性。非饱和粉质黏土的黏聚力随温度降低表现出不断增加的趋势,而内摩擦角随温度降低逐渐减小,但整体变化趋势较小。饱和土的黏聚力与非饱和土变化趋势相同,随温度的降低其黏聚力逐渐增加,但相同温度时其黏聚力小于非饱和土,其内摩擦角则呈先减小后增加的转变趋势。无竖向压力作用时,相同围压条件下,非饱和与饱和粉质黏土轴向变形量随温度降低而增加,相同温度条件下,两者的轴向变形量随围压的增加会有所减小。试验成果可为季冻区粉质黏土地层工程的设计施工提供理论依据。     

击实土单轴抗拉强度试验研究

黏性土体内的裂缝产生与其抗拉强度有关.在分析土石坝心墙水力劈裂、地基裂缝等问题时,考虑抗拉强度对深入研究土体应力变形特性有重要意义.对3种不同土料的击实试样进行了抗拉强度试验,其中,1种土料为塑性相对较高的黏土,另2种为砾质黏土.通过试验,研究了各种土料在不同击实功、试样由非饱和变化到饱和状态、不同制样含水率时的抗拉强度.结果表明,黏性土的抗拉强度随着击实功的增大而增大;试样由非饱和变化到饱和状态后,其抗拉强度大幅降低;在同一击实功下,土体的抗拉强度随着制样含水率的增加而减小.     

粉煤灰改良粉砂土动静力学特性研究

为探究不同粉煤灰掺量粉砂土的动力特性和粉煤灰改良粉砂土的改性机理,本文以绥化至大庆高速公路路基填土为研究对象,开展无侧限压缩试验和动三轴试验,分析粉煤灰掺量对粉砂土静力学特征影响情况,以及围压、动荷载加载次数和粉煤灰掺量对改良粉砂土动强度的影响规律。结果表明：围压相同的情况下,土体的无侧限压缩强度和动强度,均随粉煤灰掺量增加先升高后降低;加载次数相同时,围压越大,土体动强度越大;选取加载次数为100次动强度进行拟合分析,得出粉煤灰掺入量与动剪切强度对应关系的经验公式。为改善路基强度,加快粉煤灰综合利用进程,结合试验结果与数据分析,建议在粉砂土路基掺加质量比15%粉煤灰进行路基施工。15%粉煤灰掺入量的改良粉砂土对比素土,存在颗粒紧凑,孔隙更小,结构相对致密,骨架更强等优点,可为东北地区粉砂土改良等工程建设提供参考。     

非饱和土有效应力原理的探讨

通过对饱和土和非饱和土的有效应力原理的对比分析，以及非饱和土的土颗粒模型研究，总结了非饱和土的Bishop有效应力公式在理论上和应用上的不足。提出应当分别考虑外加应力和吸力对土样变形与强度的影响，推导出非饱和土的广义有效应力原理，并提出试验验证的基本思想。     

Experimental Study on Riprap Air-Cooled Roadbed of Qinghai-Tibet Railway

The riprap air-cooled roadbed and common roadbed experimental project were designed and carried on in Qingshuihe test filed, an area of warm permafrost category with the fine frozen soil along Qinghai-Tibet Railway, to decide the temperature field of the roadbed after railway construction. Based on ground temperature variation of natural hole, left and fight shoulder＇ s hole, the maximum thawing depth, and the deformation in these two kinds of roadbed were analysed comparatively. It showed that the riprap air-cooled roadbed had better effect of lowering ground temperature, lifting the maximum frozen-thawing depth obviously and decreasing deformation than that of the common roadbed. Therefore, the riprap air-cooled roadbed was a positive frozen soil protection measure for it effectively decreased ground temperature and protected permafrost.     

广深珠高速公路深圳段淤泥的工程地质特性

文章论述了作为高速公路路基淤泥层的力学特性,变形性具有高塑性的特点,次固结效应明显,强度指标低。上述特点的产生主要是由该淤泥有机质含量高、孔隙多而且大和高含水率决定的。路基的沉降变形、固结过程和承载力计算可直接提供给设计参考。     

降雨影响下紧邻桥梁软土基坑围护结构受力变形研究

某基坑受连续降雨影响,基坑围护结构及其紧邻桥梁桩基受力变形影响较大,施工安全风险大增。为此,本文基于饱和与非饱和土体强度参数变化规律和线性内插法对坑内土体力学参数进行计算,结合现场实测数据,采用有限元模拟分析了坑内降水及开挖所引起的围护结构受力变形规律及紧邻桥梁桩基变形规律,并探讨了降雨时长对基坑围护结构变形影响。结果表明,基坑开挖至坑底,围护结构发生“踢脚”大变形,易引起第一道混凝土支撑受拉脱落,最大水平位移发生在围护结构底部;桥梁桩基减弱了因开挖引起的基坑周围土体滑移,造成围护结构两侧受力不对称,导致其远离桩基侧变形过大;降雨引起坑内部分土体软化,使得围护结构水平位移进一步增大;在基坑非饱和区范围内且降雨强度一定时,围护结构水平位移量随降雨时长呈非线性加速增长趋势。     

消石灰改良膨胀土室内试验研究

膨胀土因其显著的胀缩特性不能直接用作路基填料,基于某铁路项目,将3%、5%、7%的消石灰掺入膨胀土中进行改良,研究了不同掺量的改良膨胀土不同龄期的自由膨胀率、胀缩变形以及抗剪强度参数随干湿循环次数的变化规律.结果表明:3%以上掺量的消石灰即可有效地抑制膨胀土的自由膨胀率;5%以上掺量则可有效抑制干湿循环过程中膨胀土裂隙的发展,大幅减少每次干湿循环的胀缩变形,保证抗剪强度不被削弱.     

客运专线黄土路基填料石灰改良试验研究

基于高速铁路对路基强度和工后沉降的严格要求,路基填料改良已成为黄土地区修建客运专线必须解决的关键技术问题。通过大量土工试验及理论分析,研究不同配合比下石灰改良黄土的物理力学性质、击实特性、压缩特性、强度特性及主要影响因素,确定出最佳石灰配合比,为黄土地区客运专线路基填料的选择和应用提供了参考依据。