基于含水率及干湿循环膨胀土强度研究

以阜阳地区膨胀土为例,通过常规室内直剪试验,分别探究了不同含水率和等幅干湿循环作用对膨胀土强度的影响。对试验现象进行了解释,得到了相关拟合关系曲线;并对干湿循环过程中裂隙的发展进行了分析。试验结果表明:含水率和干湿循环对膨胀土强度都有重要影响;抗剪强度指标c、φ与含水率有良好的线性关系;强度指标与等幅干湿循环次数有良好的指数关系,多次干湿循环后土体强度逐渐接近于残余强度;裂隙的发展是干湿循环作用下膨胀土强度下降的主要原因,裂隙破坏了土体的结构使得黏聚力下降,而裂隙的张开使得咬合摩擦力降低。     

膨胀土边坡稳定性研究进展

主要归纳总结了关于膨胀土工程性质及边坡稳定性研究的新成果。对膨胀土的胀缩特性及其物理力学指标进行了概括；对膨胀土裂隙的产生原因、定量表达及裂隙对工程的不利影响等方面分别进行了概述；对非饱和膨胀土强度方面的研究成果进行了归纳；对膨胀土边坡稳定性研究方法、影响膨胀土边坡稳定性的因子及其参数研究成果进行了总结。     

干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的裂隙及强度特性研究

膨胀土具有湿胀干缩的特性,在干湿循环作用下土体会产生裂隙,裂隙的发育会破坏土体结构,对土体强度产生影响。通过开展室内膨胀土干湿循环试验和无侧限抗压强度试验,采用数字图像处理技术分析试样表面裂隙,研究膨胀土在干湿循环作用下的开裂特性和纤维加筋对裂隙发育的抑制作用以及强度随裂隙开展的变化规律。结果表明:膨胀土表面裂隙率以及裂隙长度、宽度和分维数等定量指标随着干湿循环次数增加呈双曲线型增大,经历5次循环之后趋于稳定;无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加呈双曲线型衰减,经历5次循环之后强度也趋于稳定;强度指标随裂隙率的增加而降低,二者呈线性递减关系。试验过程中纤维土各裂隙指标均小于素膨胀土,而强度均大于素膨胀土,体现了纤维加筋减小膨胀土裂隙性、提高土体强度和整体性的良好效果。     

冻融循环下荆门膨胀土剪切试验研究

为研究膨胀土在冻融循环条件下的力学特性,对不同含水率的荆门膨胀土进行0,1,2,4,8,12次的冻融循环试验,探究冻融循环对膨胀土力学性能的影响,从而揭示偶发霜冻地区膨胀土的强度衰减模式.研究发现,荆门膨胀土在剪切过程中表现出应变硬化的趋势,且增长趋势接近指数函数曲线;膨胀土的粘聚力在冻融循环过程中先升后降,内摩角则逐渐降低,且含水率对膨胀土剪切强度影响较大.     

基于加权Voronoi图法的土表裂隙网络模拟方法

膨胀土在气候作用下产生的裂隙网络会对边坡等工程构筑物稳定产生不利影响。在室外环境下进行了膨胀土开裂试验,采用数码摄影和数字图像处理技术,获取了实际膨胀土表二维裂隙网络图像。利用Matlab编制程序提取膨胀土表面裂隙网络图像中土体块区形心坐标、裂隙隙宽分布及块区面积分布等参数,并计算裂隙率。基于加权Voronoi图法重新构建土表二维裂隙网络。经检验,基于加权Voronoi图法模拟的二维裂隙网络的分布参数与实际较为接近,验证了该方法在膨胀土表二维裂隙网络生成应用中的可行性,为研究带裂隙膨胀土的力学性质和渗流特性提供有效的模型基础。     

水玻璃改良膨胀土的室内试验研究

为研究水玻璃改良膨胀土不利工程特性的实际效果,本文以芜申线航道整治工程中南京高淳地区的膨胀土滑坡治理为研究背景,通过室内试验对改性土的界限含水率、击实特性、膨胀特性、裂隙开展特性、力学强度展开了研究。研究结果表明：随着水玻璃掺量的增加,改性土的塑限逐步提高,液限逐步降低,可塑性降低,土中粘粒含量、亲水性矿物减少;改性土的最大干密度逐渐降低,最优含水率逐渐增加,击实曲线渐趋平缓;改性土的膨胀特性得到明显抑制;改性土强度随水玻璃掺量的增加有明显提高。可见掺入一定量水玻璃改良膨胀土在工程中是可行的。     

石灰改良膨胀土路基施工控制参数

为了解决石灰改良膨胀土最优施工含水率现行确定方法存在不足的问题,以某边坡膨胀土为研究对象,在对现行石灰改良膨胀土施工控制参数常用方法分析的基础上,进行了石灰改良膨胀土的强度和膨胀性能的相关试验。研究结果表明:石灰改良膨胀土的最优施工含水率在wop+(2%~4%)之间,石灰改良膨胀土的强度在7d内增长最快,以后逐渐趋于稳定,合理地掺加石灰对石灰改良膨胀土的强度增长影响较大;随着石灰掺量的增加塑性指数减小,自由膨胀率先减小后增大,掺石灰对膨胀土膨胀性质的改善作用非常迅速,在最初的24h内就已基本完成,继续增加龄期对其影响不大。结合强度及膨胀性试验的结果,提出了以膨胀性指标作为主要控制指标,强度指标作为验证指标的路基施工参数确定方法。     

多效应耦合作用下膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙是影响膨胀土工程建设的决定性因素,研究膨胀土裂隙扩展规律有利于揭示膨胀土边坡失稳机理.目前的研究中仅关注了单一因素对膨胀土裂隙扩展的影响,而忽略了多种因素耦合作用下的作用机理.基于研制的可控制环境温、湿度的裂隙扩展试验系统,开展了16组不同环境湿度、温度及土样厚度下的裂隙扩展正交试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程和裂隙动态发育过程,得出了膨胀土试样含水率变化特征及裂隙扩展规律.并基于多因素方差和极差分析方法,得出以下结论：水分蒸发对膨胀土裂隙扩展起决定性作用,水分蒸发速率变化过程包含稳定阶段、减速率阶段和残余阶段;不同因素影响下膨胀土裂隙扩展过程有统一的规律,不同条件下面积裂隙率随时间变化过程均符合logistic规律;裂隙总长度、裂隙平均宽度、面积裂隙率和体积裂隙率受土样厚度影响最大,受环境湿度影响次之;稳定阶段蒸发速率受环境湿度影响最大.     

膨胀土边坡失稳机理分析及基于完全软化强度的边坡极限平衡计算方法

通过有荷膨胀率试验、干湿循环试验和强度试验,研究裂隙发育对土体强度及坡体渗流条件的影响;基于温度场、湿度场等效理论模拟吸湿膨胀;分别采用干湿循环强度和完全软化强度计算膨胀土边坡安全系数;综合考虑边坡土层分区、土体强度参数取值、浸润线等因素,提出基于完全软化强度的膨胀土边坡滑动稳定性极限平衡分析方法,模拟膨胀土边坡浅层渐...     

干湿循环作用对合肥膨胀土的影响

文章对干湿循环作用下合肥地区膨胀土的表观形态和工程特性开展研究,采用图像分析、直剪试验等手段研究干湿循环条件下各指标的变化特征。试验结果反映强度指数随含水率的增加呈下降趋势,在高含水率条件下,强度主要由黏聚力提供;干湿循环过程中裂隙的发展可分为微裂缝-主裂隙-破碎3个阶段,试样的抗剪强度随着表面裂隙率指标增加呈均显著衰减趋势。分析表明,膨胀土临界破坏时,其强度主要由黏聚力提供。最后探讨了干湿循环作用形成裂隙与土中水在破坏膨胀土土体过程中的相互关联。     

干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素

为研究干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的抗裂效果，分别开展了素土和剑麻纤维加筋膨胀土的干湿循环试验，并采用图像处理技术提取试样表面裂隙参数，分析了剑麻纤维含量及长度、干湿循环次数、试样含水率对裂隙发育的影响.结果表明：1）剑麻纤维加筋膨胀土具有较好的抗裂性能，且剑麻纤维的掺入对膨胀土的裂隙率和裂隙平均宽度影响较大，相较于素土试样，最优加筋土试样的裂隙率和裂隙平均宽度均比素土试样减小了约1/2. 2）纤维长度相同时，随着纤维含量的增大，裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均呈先减小后增大的趋势，且纤维含量为0.4%时各参数值最小；纤维含量相同时，纤维长度对各裂隙参数影响不大.3）随着干湿循环次数的增加，加筋土和素土试样裂隙参数均呈逐渐增大趋势，但纤维加筋土裂隙率和裂隙平均宽度的增大幅度均比素土小；从第5次干湿循环开始，各裂隙参数增长趋缓.4）单次脱湿过程中，试样含水率由20%降至10%时，裂隙急剧发育，且素土裂隙的发育对含水率的变化更加敏感，含水率低于10%时，随着含水率的减小，试样裂隙率变小并趋于稳定；相同含水率条件下，剑麻纤维加筋土具有更好的抗裂性能.5）剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂机理主要表现在两方面，一方面是剑麻纤维的掺入增大了膨胀土的渗透系数，促进了试样内水分的均匀分布，减小了试样各处的胀缩差异；另一方面纵横交错的剑麻纤维约束了聚集体之间大孔隙的收缩.     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法研究

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

裂隙膨胀土渗流中裂隙模型建立方法

考虑裂隙对膨胀土渗透性的影响建立膨胀土裂隙模型,对于研究因降雨而形成的浅层滑坡灾害具有十分重要的意义。裂隙模型既要考虑符合现实情况也要考虑实施的可能性,为此提出一种结合现场裂隙图片、土体含水率和室内实验成果建立裂隙模型的方法。这种方法从达西定律出发建立了裂隙介质渗流的数学模型,基于裂隙膨胀土降雨实验对裂隙膨胀土降雨入渗过程进行简化,最后根据室内脱湿实验数据结果进行数值曲线拟合建立裂隙模型。将模型应用于Geostudio软件中,发现降雨入渗在裂隙膨胀土中的深度远大于无裂隙的情况,裂隙的存在对渗流场的影响主要表现为增大土体入渗边界,扩大降雨入渗的范围以及提高土体地表的入渗率。     

膨胀土表面裂隙对降雨入渗的影响研究

为了研究膨胀土土体表面裂隙率的发展规律及表面裂隙与渗流的关系,以湖北省宜昌市某地膨胀土为例,利用称重、拍照以及Matlab编写图像处理程序等技术,开展了循环降雨入渗蒸发试验.结果表明,土体表面在干湿循环反复作用下,裂隙率逐渐增大,最终达到一个稳定值;雨水入渗的速度随着裂隙率的增加而加快;随着干湿循环次数的增加,土体变得疏松且饱和含水率逐渐增加.研究结果为降雨入渗引起的膨胀土边坡失稳的研究以及对滑坡灾害的预测预防提供了理论依据.     

水泥改良膨胀土抗剪强度室内试验研究

为研究水泥改良膨胀土抗剪强度的变化规律,本文以宜昌市小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程为背景,采用宜昌三峡牌水泥改良膨胀土用作路基填料,并对不同水泥掺量改良膨胀土进行了直接室内剪切试验,深入分析了不同水泥掺量对改良膨胀土的抗剪强度指标的影响及影响规律。研究结果表明:水泥改良膨胀土能明显地提高膨胀土的抗剪强度,掺入水泥之后,内摩擦角和粘聚力均明显提高;随着水泥掺量的增加,改良膨胀土的内摩擦角先逐渐增大,且增大趋势先快后慢,最后逐渐趋于平稳;随着水泥掺量的增加,改良膨胀土的粘聚力逐渐增大,增大的趋势先慢后快,然后逐渐减慢,当水泥掺量从3%增加至5%时,粘聚力增加幅度最大。     

粉砂土改良膨胀土的干湿循环特性实验研究

膨胀土是一种广泛分布且胀缩性明显的特殊土,其裂隙的发育及扩展受到诸多因素的影响.通过30％的粉砂土改良膨胀土进行干湿循环后的直剪实验,采用MATLAB开发的图像处理技术及定量分析裂隙的程序,研究不同含水率的改良土随干湿循环作用的抗剪强度及裂隙的发育规律.研究结果表明:前3次干湿循环作用时,黏聚力下降较迅速,裂隙发育较快...     

膨胀土纵波波速与裂隙率关系试验

采用室内干湿循环试验和超声波测试方法,利用工业CT扫描仪和非金属声波检测仪,对干湿循环后的压实膨胀土进行裂隙图像采集和声波测试,探讨纵波波速与裂隙率之间的关系。研究结果表明,在控制含水率一定的条件下,纵波波速随裂隙率的增大而逐渐减小。超声波在膨胀土中的传播速度可以间接反映膨胀土的内部结构,是一项重要的声学参数,因此可以利用波速的变化来反映膨胀土内部裂隙的发育情况。     

干湿循环下粉砂土改良膨胀土强度特性分析

干湿循环作用对膨胀土地基有较显著的影响,以黄泛区粉砂土改良膨胀土为研究对象,为研究改良膨胀土的强度受干湿循环作用的影响,设计并进行了不同含水率和干湿循环次数对改良膨胀土作用的直剪试验。试验发现：反复的干湿循环作用后,土体由于干缩产生裂隙,试件结构被破坏,整体稳定性下降,强度降低。改良膨胀土的抗剪强度和干湿循环次数呈负相关;前三次干湿循环作用时,土体粘聚力下降较迅速,随后几次干湿循环粘聚力下降幅度较小;随干湿循环次数的改变,内摩擦角基本没有较大幅度的变化。     

干湿循环下掺根率对膨胀土开裂的影响

为了研究干湿循环条件下根系对膨胀土的开裂和强度的影响规律,将狗牙根根系分别以掺根率(根土质量比)0、0.06%、0.14%和0.22%掺入膨胀土进行制样,通过室内试验及计算机图像处理技术,定量化分析根系改良膨胀土的效果和机制。结果表明：裂隙发育程度随干湿循环次数的增加而增加,其中第3次干湿循环对掺根试样开裂的影响最大。土体中根系的含量越高,土体裂隙网络的发育程度就越低。土体的抗剪强度随干湿循环次数的增加而减小,土体的掺根率越高,多次干湿循环中强度指标的降幅越小;经6次干湿循环作用后,掺根率0.22%的试样的黏聚力及内摩擦角比素土试样分别大51.59 kPa和8.25°。根系与土颗粒缠绕连结,有效抑制了裂隙开展,显著地保持了土体完整性。研究成果可为膨胀土性质的改良以及膨胀土边坡生态防护的推广应用提供参考。     

某缓倾角膨胀土滑坡的成因机制及稳定性的分析

以成都凤凰山滑坡为地质原型,通过成因机制及数值模拟分析,再现了一个近水平层状的膨胀土斜坡的变形破坏过程.研究结果表明:膨胀土斜坡的失稳破坏主要受坡体内部发育的裂隙以及降雨入渗的影响,裂隙的发育使降雨入渗向坡体深部发展,并使土体的强度随降雨过程不断降低,而滑坡后缘裂隙的充水对坡体产生了较大的静水压力.在这两种因素的影响下,斜坡发生了类似于平推式滑坡的失稳破坏.