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。     

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。     

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.     

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。     

不同脱湿环境下高含水率膨胀土微观结构变化特性试验研究

膨胀土普遍发育有微孔隙与微裂隙形成特殊的微结构,在不同环境条件下脱湿,其内部微观结构会发生剧烈变化。采用扫描电镜法和压汞法相结合的方法,对相同初始状态重塑膨胀土样在不同环境下脱湿前后内部孔隙变化进行研究,探讨不同环境条件对膨胀土微观结构变化规律,主要得出以下结论:1膨胀土样脱湿干燥时孔隙收缩,土中的大孔隙变为小孔隙,导致小孔隙和超微孔隙增多,土样中的总孔隙体积减小;2烘箱环境下高温脱湿时土体表面和内部会出现微裂隙,不同孔隙孔径分布曲线为三峰曲线;冻干法干燥过程中不会导致土体中的孔隙收缩,基本不改变土样内部结构;风干法脱湿时不同孔隙孔径分布曲线为三峰曲线,但峰值明显低于高温脱湿;恒温恒湿条件下脱湿时主要表现为小孔隙,孔径大于1μm的孔隙体积极小;3膨胀土在不同脱湿环境下脱湿后总孔隙累积体积大致是随温度升高而增加,其中孔径小于1μm孔隙体积占总孔隙的比例随温度升高而减少,而孔径大于1μm孔隙占总孔隙的比例随温度升高而增加;4电镜实验表明重塑膨胀土的孔隙主要是黏土集聚体之间的孔隙和黏土集聚体内部片状矿物的叠聚而形成的微小孔隙,表面特征复杂,孔隙之间的连通情况不好,脱湿前结构单元体呈片状且连接紧密、片状表面平直,脱湿后颗粒边缘更加清晰可见、片状呈卷曲状,且片状连接有脱离的迹象。     

南阳膨胀土土水特征曲线试验研究

为研究南阳膨胀土土水特征曲线,采用美国Soil moisture公司生产的陶土板进气值为15 bar的压力板仪对原状样和重塑样进行了研究;其中原状样进行了不同高度或面积系列下的研究,重塑样进行了不同干密度或含水率系列下的研究;并采用控制变量法来得出结论。研究结果表明:1面积增加对原状试样的持水特性没有影响,但是高度对土水特征曲线的影响很大,高度增加使得在相同吸力下土样含水率增加,脱水难度增大;2对于重塑样,在相同干密度条件下,低吸力条件土样含水率随初始含水率的增加而增加,随着吸力的增加,从某一吸力值开始,含水率随吸力的增加而降低,初始含水率越高,这个值越低;3在相同的初始含水率条件下,低吸力条件干密度越低含水率越高,随着吸力增加,干密度越低,土样的含水率下降的越快,各试样的含水率开始接近,最后低干密度试样的含水率趋于一致;4考虑体积变化的影响对土水特征曲线进行修正并进行模型拟合,最后表明VG模型能够较好地模拟原状膨胀土的土水特征曲线。     

竖向应力及干湿循环对黄土土-水特征曲线的影响

土-水特征曲线是描述非饱和土水力特性的重要参数之一。本文利用非饱和土固结仪对2组5个压实非饱和黄土试样进行土-水特征试验,研究了不同的竖向应力和干湿循环对压实非饱和黄土土-水特征曲线的影响。试验表明,随着竖向应力的增大,压实黄土的进气值和脱湿率逐渐增大;在一个干湿循环中,同一基质吸力下脱湿曲线所对应的含水率大于增湿曲线所对应的含水率,脱湿率大于增湿率;第2次干湿循环所产生的滞回圈大小小于第1次干湿循环;滞回圈大小随竖向应力的变化而变化。     

台州某填埋场覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线研究

目的得到台州市某垃圾填埋场覆盖层粉质黏土的土-水特征曲线,通过土-水特征曲线对该覆盖层的防渗性进行研究,在此基础上对影响覆盖层防渗性的因素进行分析.方法采用蒸汽平衡法研究相同干密度土样在20℃、40℃、60℃条件下的吸力,并分别对稳定后土样的含水率、饱和度以及孔隙比进行测定,分别绘制S-ω曲线、S-Sr曲线及S-e曲线来表征土样的土-水特征曲线.结果在S-ω曲线及S-Sr曲线中,脱湿曲线位于吸湿曲线上方,在低温及低吸力环境下曲线中脱湿曲线与吸湿曲线间的滞回现象明显;在S-e曲线中,吸湿曲线位于脱湿曲线上方,且温度对于土样孔隙比的影响不大.结论温度与吸力将会对覆盖层粉质黏土的持水能力产生影响,吸力会对覆盖层内部的孔隙分布产生影响,而土样的持水能力及孔隙分布将会影响到覆盖层材料的防渗性,所得结论可以为填埋场生物覆盖屏障的设计提供参考.     

非饱和重塑弱膨胀土微观结构及土−水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响以及膨胀土孔隙结构改变对土?水特征曲线(SWCC)的影响,以新疆哈密重塑膨胀土为研究对象,借助压汞技术和热力学关系模型对不同压实程度下重塑土样的孔隙结构和孔径分布进行分析,基于毛细管原理和滤纸法试验分别得到可考虑压实程度影响的膨胀土土?水特征曲线三参数模型和F?X(Fre...     

非饱和弱膨胀土土−水特征曲线拟合与渗透系数模型预测

以新疆哈密地区高速铁路弱膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样微观孔隙结构的影响,采用压力板仪和滤纸法试验测定不同干密度下重塑土样的土?水特征曲线,并基于Fredlund&Xing模型对土?水特征曲线进行拟合分析,采用变水头法测量重塑土的饱和渗透系数,基于土?水特征曲线和Childs&Collis-Gerog...     

川西地区典型非饱和红黏土土水特性细微研究

为揭示川西地区红黏土的非饱和特性,本文分别取不同孔隙比和颗粒级配的重塑土,进行了Geo-experts自平衡压力板试验和滤纸法试验。试验发现,脱湿与吸湿曲线闭合而成的滞回圈形状受孔隙比影响较大,其面积随孔隙比减小而减小。分析数据,认为Feng-Fredlund模型能较好的反应土样的非饱和特性,但残余含水率θr和拟合参数b随孔隙比的变化规律并非完全相同。另一方面,受颗粒级配影响,对不同黏粒含量土样的试验结果将不均匀系数Cu和曲率系数Cc两个参量引入模型进行拟合,探讨两者对SWCC曲线的影响程度。结果表明,脱湿过程中参数a和b均对Cc较敏感,但吸湿过程中,a对Cu较敏感。     

崇启大桥接线工程下部软土孔隙结构分析

利用压汞法对崇启大桥接线工程下部海陆交互相沉积软土不同深度原状样及某一深度流变样进行了孔隙结构分析.结果表明:接线工程沿线下部软土以颗粒间微孔隙为主,孔径范围在0.02～5 μm之间,其中21,26和30 m深处原状土微孔进汞孔径的峰值分别为0.865,0.351和1.3 μm;其次是少量的团粒内和团粒间大孔隙,孔径在5～200 μm之间,呈多级分布特征.软土孔隙结构特征与其埋深有关,30 m深处原状样中仅含极少量的团粒内和团粒间大孔隙.经历固结压缩和蠕变变形后,软土的孔隙结构进行了重新分布,原状土中大孔隙含量明显减少.软土流变样微孔部分所对应的进汞孔径峰值减小,流变样内包含少量的颗粒内孔隙.     

干湿循环条件对膨胀土强度指标的影响

以引江济淮试验段工程项目为研究对象,分析膨胀土抗剪强度指标在不同循环次数、脱湿温度、循环幅度、制样方式及高、低法向应力段下的变化规律.研究结果表明:循环次数、脱湿温度、循环幅度对膨胀土强度指标影响显著.相较于脱湿温度,循环幅度对黏聚力影响较小,对内摩擦角则基本无影响;原状样与重塑样强度指标变化规律虽然相似,但二者强度指...     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

川西地区典型非饱和红黏土的土水特性

为揭示川西地区红黏土的非饱和特性,分别取不同孔隙比和颗粒级配的重塑土,进行了Geo-experts自平衡压力板试验和滤纸法试验。试验发现,脱湿与吸湿曲线闭合而成的滞回圈形状受孔隙比影响较大,其面积随孔隙比减小而减小。分析数据,认为Feng-Fredlund模型能较好地反应土样的非饱和特性,但残余含水率θ_r和拟合参数b随孔隙比的变化规律并非完全相同。另一方面,受颗粒级配影响,对不同黏粒含量土样的试验结果将不均匀系数C_u和曲率系数C_c两个参量引入模型进行拟合,探讨两者对SWCC曲线的影响程度。结果表明,脱湿过程中参数a和b均对C_c较敏感,但吸湿过程中,a对C_u较敏感。     

考虑密度与干湿循环影响的黄土土水特征曲线

采用Ku-pF非饱和导水仪和压力膜仪实测不同干密度和不同干湿循环状态下重塑黄土的土水特征曲线,给出黄土土水特征曲线的进气值与残余含水率等特征值,同时利用环境扫描电镜观测黄土试样的微结构特征,统计黄土孔隙结构的变化情况,从宏观和微观2方面分析干密度和干湿循环作用对黄土土水特征曲线的影响,并利用已有模型对实测曲线进行拟合。研究结果表明:干密度对黄土的土水特征曲线有显著影响;干密度大的土样具有较低的初始饱和含水率、较高的进气值和良好的持水性能,土水曲线形态平缓,土体进气值的对数随干密度增大呈线性增长规律;干湿循环作用促使土中胶结物被溶蚀,孔隙贯通或扩张,大孔隙增多,土体的持水性能降低;Van Genuchten模型可以很好地描述和预测非饱和黄土的土水特征曲线。     

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.     

苏州黏土的力学特性

为了研究结构性对土的力学特性的影响,对苏州黏土的原状样和人工制备样进行等向压缩试验、三轴固结排水剪切试验和不排水剪切试验.试验结果表明：在固结压力相同时,原状样比人工制备样具有更大的孔隙比、压缩指数C_c和膨胀指数C_s;剪切时的围压对人工制备样的应力比-应变曲线没有影响,而对原状样的应力-应变曲线有影响,即剪切围压小的试样得到的应力比较高;排水剪切围压相同时,人工制备样的强度高于原状样的强度,这是由于原状样的孔隙比大于人工制备样的孔隙比;孔隙比相同时,原状样的强度比人工制备样的要高.     

初始基质吸力对原状黄土水敏特性影响研究

选取延安市典型Q_2原状黄土为研究对象,利用自制装置开展其非饱和状态下的水敏特性研究,定量评价初始基质吸力对黄土水敏特性影响规律.结果表明,非饱和状态下Q_2黄土水敏特性变化差异显著,Q_2黄土基质吸力随含水率增大而减小,吸湿、脱湿路径下的土水特征曲线滞回效应明显;随初始基质吸力增大,Q_2黄土吸水速率及崩解速率均增大,表明其吸水能力及崩解性也逐渐增强.随着初始基质吸力不断降低,Q_2黄土抗剪强度逐渐降低,强度呈现由硬脆性向软塑性转变规律,且抗剪强度曲线滞回效应显著,脱湿强度大于吸湿强度,脱湿样的抗剪强度参数大于吸湿样.     

地裂缝区黄土和充填土持水曲线的测试与计算

为评价地裂缝区域黄土和充填土持水性能差异及微观机理,实测了两者持水曲线,根据微观结构计算了持水曲线和进气值,根据孔隙分布分析了实测持水曲线的特征.研究结果表明,实测的黄土持水曲线在低吸力段位于充填土之上并在高吸力段接近重合,曲线均存在滞回性;基于孔隙分布计算得到的持水曲线与实测曲线形状相似,并能反映一定的滞后现象;实测和Schubert理论所得进气值分别接近于本文公式所得进气值的下限和上限,而由计算持水曲线间接所得进气值位于上、下限之间;黄土大孔隙体积较充填土多而微小孔隙分布相近是两者持水曲线产生差异的原因;双孔隙结构是导致持水曲线中间存在平缓段的微观原因.