冻融循环对结构性黄土构度指标影响研究

为研究冻融循环对结构性黄土构度指标的影响,以山西阳曲一号隧道黄土为研究对象,基于综合结构势和构度概念为理论基础,对不同含水率黄土进行了不同冻融循环次数的无侧限抗压试验。试验表明:原状土样和重塑土样在含水率变大的过程中,单轴抗压强度均减小,且呈现出相同的变化趋势,而原状土样的无侧限单轴抗压强度均高于同含水率重塑土的无侧限单轴抗压强度,有着明显的结构强度。黄土的无侧限抗压强度和构度随着含水率和冻融循环次数的增加而减小的主要原因是由于黄土的结构性被土中水和冻融循环综合作用破坏的结果,该研究可为季节性黄土地区隧道建设提供科学依据。     

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。     

增湿-冻融劣化原状黄土结构强度试验研究

黄土结构强度是由内部颗粒的空间构型而产生的一种胶结性的联结强度。该强度极易受外界环境的扰动,如增湿、冻融等,引起体积和孔隙变化,削弱黄土的结构强度,进而又会影响路堤、边坡、护栏等黄土构筑物的稳定性。本文选取陕西临潼Q_3原状黄土为研究对象。首先,通过室内模拟增湿和冻融循环作用,分析不同含水率和冻融循环次数下黄土的体积和孔隙的变化规律。其次,通过侧限压缩试验数据绘制出含水率和冻融循环次的关系曲线,并得出黄土在增湿和冻融情况下的压缩变形特征。最后,依据该关系曲线定义黄土结构强度、剩余结构强度,和劣化因子等概念,采用数理统计方法拟合出三者之间的数值表达式,并应用本试验数据计算出所有工程作业对黄土的扰动劣化值,从而得出在增湿和冻融作用下的原状黄土结构强度的劣化规律。     

冻融循环作用下吕梁地区马兰黄土性质研究

以山西省吕梁地区原状马兰黄土为研究对象,通过对该地区Q_3黄土开展不同初始含水量,不同冻融循环次数下的静三轴剪切试验和微观结构试验,探讨了冻融作用对黄土力学性质的影响。结果表明:随着冻融次数的增加,含水率会有不同程度的降低。冻融循环作用会使土体在剪切时更容易屈服,在围压和含水率一定时,土体的破坏应力随冻融循环的叠加呈整体下降趋势。含水率对偏应力增长的影响要大于冻融循环作用。黄土的强度参数随冻融循环作用表现为黏聚力随冻融循环次数呈指数函数型降低,内摩擦角几乎没变化。同时,随着冻融循环次数的增加,大颗粒破碎为小颗粒和碎屑集合体,孔隙比增大。这一研究成果可为吕梁地区由于冻融作用引起的滑坡发生机理研究提供参考。     

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.     

冻融黄土无侧限抗压强度的析因实验

自然界的黄土时刻经历着含水率、温度、围压、含盐量等多因素改变的耦合作用,为了明确多因素对黄土力学指标的影响关系。采用统计学原理及黄土力学试验的方法,对影响黄土无侧限抗压强度的因素进行析因实验,来研究多因素交互作用的效应性。通过不同含水率、冻融循环次数和冻结温度三因素的改变,试验黄土无侧限抗压强度的变化,依据析因设计原理进行显著性分析。结果表明:黄土在10次冻融循环后强度只有未冻融的50%～70%之间,冻结温度作用下应变值基本处于2%～4%时,应力峰值都更早的出现。析因设计结果显示对无侧限抗压强度影响的显著性从大到小依次是冻融循环次数、含水率、冻结温度、含水率×冻融循环次数、二级交互作用、含水率×冻结温度、冻融循环次数×冻结温度。研究冻融循环对黄土力学指标的影响时,应模拟真实情况下的黄土环境,综合考虑多因素之间的交互作用。     

冬灌区黄土压缩性的反复冻融效应

结合宁夏气候和黄土的区域性特点,应用封闭系统一维单向冻融试验方法,研究了冬灌区黄土压缩性的冻融效应,分析了压缩性的冻融效应与冻融变形的相关性。结果表明:冻融引起的压缩系数增量随冻融循环次数的增加而增大,在12次冻融循环前变化剧烈,一定冻融循环后趋于稳定。压缩系数增量达到稳定的冻融循环次数与含水率和初始干密度有关,冻融循环使密实度和含水率对压缩性的冻融效应增大。含水率为定值14.0%时,压缩性的冻融效应随初始干密度的增大而增大。初始干密度为定值1.45 g/cm3时,压缩性的冻融效应随含水率的增大而提高。压缩系数增量与冻融变形率间存在良好的线性相关性,可用二者间的相关性模型预测宁夏黄土压缩性的冻融效应。     

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。     

黏性土土水特征曲线基本参数的确定

利用压力板法和饱和盐溶液蒸汽平衡法测试了广吸力范围内上海原状黏土的土水特性,由吸力与饱和度关系曲线确定土样的进气值约为580 kPa,残余吸力值约为13.8 MPa.提出一种利用吸力与含水率关系,并考虑脱湿过程中的变形后确定进气值和残余点的方法.将此方法应用于上海原状黏土,可确定其进气值约为600 kPa,残余吸力值约为13 MPa,与用吸力与饱和度关系曲线确定的值基本吻合.对黏土土样在非饱和化过程中体积变化较大或者体变难以量测的情况,可以利用该方法准确地确定进气值和残余点.该方法简单实用,避开了因试样体积量测不准确而影响其进气值和残余点的准确确定的问题.     

磐安结构性黄土的构度及动强度衰减特性

 以磐安黄土为样本,基于无侧限单轴抗压试验得到的磐安黄土构度指标,分析了原状黄土与重塑黄土的结构性差异;通过动三轴试验,对原状黄土、重塑黄土在天然含水率、饱和含水率条件下的动强度衰减特性进行了对比研究。结果表明,天然含水率的原状黄土及重塑黄土均具有较强的结构性,原状黄土的结构性更强,其动强度明显高于重塑黄土的动强度;虽然饱和过程使得原状黄土的动强度大大降低,但饱和原状黄土的动强度仍高于饱和重塑黄土的动强度,且饱和原状黄土的动孔压增长趋势明显慢于饱和重塑黄土;具有较强结构性的黄土,其动强度曲线不会出现归一化。     

非饱和黄土土水特性与湿陷性关系分析

黄土的湿陷并不是饱和状态,即吸力为零时黄土所表现出的特性,而是受其含水状态,即吸力的显著影响。室内外的试验研究表明,在竖向应力不变的情况下,含水量的增加或吸力的减少会引起非饱和黄土的湿陷。利用压力板仪测试了非饱和原状黄土的土水特征曲线,采用非饱和土三轴仪得到相应土的湿陷变形,分析了土水特性曲线对原状黄土湿陷变形的影响。结果表明,非饱和黄土的渐变湿陷特性和土水特性曲线的形式和参数之间存在密切关系。本文的分析为采用类似土水特性曲线的预测模型来预测非饱和黄土随吸力变化的湿陷系数奠定了基础。     

冬灌区黄土湿陷性的反复冻融效应

为了探索冻融循环对冬灌区黄土湿陷性的作用规律,结合宁夏气候和黄土区域性特点,应用封闭单向冻融法,试验研究了冬灌区黄土湿陷性的反复冻融效应。试验结果表明:冻融使黄土的湿陷性增大,冻融引起的湿陷系数增量随冻融循环次数的增加而增大,在冻融循环12次后基本达到稳定,二者间存在相关性很好的双曲线关系。在含水率为定值14.0%时,黄土湿陷系数的冻融效应随干密度的增大逐渐增大;在干密度为定值1.45 g/cm~3时,黄土湿陷系数的冻融效应随含水率的增大呈先增大后减小的趋势,最不利含水率约为22.0%。湿陷系数的冻融效应存在最不利含水率,黄土工程应尽量避免在最不利含水率下受冻,尤其是密实度大的压实黄土。     

复合改性水玻璃固化黄土冻融特性试验研究

在我国季节温差变化较大的西北地区广泛分布着大量的黄土地层,强烈的冻融作用引起土体结构发生破坏,导致路基和边坡失稳;因此探求在冻融环境下新型岩土加固方式具有重大意义。研究了冻融循环条件下复合改性不同波美度水玻璃固化黄土的无侧限抗压强度、质量损失和微观结构等力学特性的变化。探讨了冻融循环对复合改性水玻璃固化黄土工程特性的影响。试验结果表明:复合改性水玻璃与未改性水玻璃固化黄土样的质量损失、强度损失与冻融循环次数存在一定相对值。冻融循环初期,冻融作用对复合改性水玻璃固化样强度有一定的补强作用;随着冻融循环次数的增多,强度随之减小;多次冻融循环后,试样微结构中部分骨架颗粒或晶体出现断裂,微结构出现损伤或破坏,固化样强度降低,甚至丧失。     

冻融循环对黄土电阻率及水分迁移影响的试验研究

电阻率为土体的固有特性,与土中水含量、颗粒排列和链接方式有着密切的关系。为了研究冻融循环次数对黄土的电阻率的影响,对经历不同冻融循环次数的不同含水状态黄土的电阻率进行了试验研究,分析了黄土电阻率与含水量、冻融循环次数的关系,建立了考虑含水量、冻融循环次数的非饱和土电阻率模型。试验结果表明:干密度一定时,电阻率随着含水量的增高而快速降低,当含水量达到26%后,电阻率变化规律逐渐趋于稳定;当冻融循环次数少于5次时,电阻率随着冻融循环次数的增加缓慢增长;冻融循环次数超过5次后,电阻率值逐渐趋于稳定。通过对冻融前后土样不同区域的含水量值的比较可知,冻融循环作用后,土中水总体呈现出从中心向四周的扩散的迁移规律。     

基质吸力对原状非饱和黄土强度与变形特性的影响

为研究基质吸力和净围压对原状非饱和黄土的变形、强度特性的影响,采用非饱和土三轴仪对延安新区的原状Q_3黄土及原状Q_2黄土做了2组共18个三轴固结排水剪切试验.研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力-应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性演变为硬化型,且试样在试验过程中一直处于剪缩状态;原状Q_2黄土的偏应力-应变曲线表现为软化型,吸力、净围压较小的试样,体变由剪缩逐渐变为剪胀;原状Q_2黄土的结构性比原状Q_3黄土更为显著;基质吸力对非饱和黄土的强度特性、起始杨氏模量有显著的影响;表观黏聚力c及参数k均随着吸力的增加而增大,而吸力对有效内摩擦角φ′及参数n的影响并不显著;提出考虑吸力和净围压影响的原状非饱和Q_3、Q_2黄土的切线杨氏模量的修正计算公式.     

干湿循环作用下陕北Q2黄土强度及水土特性试验研究

为研究不同干湿循环次数下陕北Q2黄土水土特性及其强度的变化规律,利用真空饱和仪制备不同干湿循环次数的土样,采用直剪试验、滤纸法测定其非饱和抗剪强度参数及土水特征参数。研究表明：随着干湿循环次数的增加,陕北Q2黄土的脱湿速率与进气值不断减小,持水能力逐渐增强,且脱湿速率与进气值降低速率逐渐减小,第二次脱湿时最大脱湿速率降幅约30%,进气值约降低1/3;剪应力-剪切位移曲线峰值越发明显,应变软化特性逐渐增强;得到土水特征参数、非饱和抗剪强度参数随干湿循环次数变化的预测拟合公式,且较为精确的预测了第4次干湿循环次数下土样的土水特征参数。     

单轴抗压强度和圆锥贯入度条件下的构度指标

为深入研究黄土处于初始状态下的结构性状态量—构度指标,分别对基于单轴抗压强度试验的构度指标和试锥贯入度试验的构度指标进行了不同结构性黄土的试验对比研究.得到了两种试验确定的构度指标与含水率和强度之间变化规律以及对于含水率变化的敏感性,论述了两种试验方法确定的构度指标的合理性和适用性.结果表明:构度指标与单轴强度之间具有较好的相关性.构度随含水率的增大而降低,且在含水率较小时,这种变化更为明显.当高于天然含水率时,构度指标受含水率的影响变化不大.单轴抗压强度试验的构度指标作为土体初始结构性的状态量,反映土体除密度、粒度、湿度之外的固有物理力学性质,具有更好的合理性和优越性.     

冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化试验研究

黄土地区冻融现象时常发生,这一气候现象对土体强度劣化显著,影响工程安全建设和正常使用。针对黄陵地区Q2黄土开展不同条件下的三轴剪切试验,探讨含水率、初始围压等因素对黄土抗剪强度的影响规律。结果表明:黄土土样处于相同的含水率和围压的条件下,冻融循环次数对土体内部应力值有较大的影响;土体的黏聚力随着冻融循环次数的增加不断减小,且变化幅度逐渐变小,而土体内摩擦角变化不大。获得冻融次数、含水量和黏聚力三者之间的曲线关系,得到三者之间的拟合公式。试样破坏特征显示:试验后土样的破坏形式主要为剪胀、劈裂和剪切三种类型,随冻融循环次数的增加,破坏形式从剪胀破坏过渡到劈裂破坏。     

冻融循环对阳曲隧道黄土细观损伤演化规律影响研究

为了研究冻融环境对黄土工程特性的影响,对山西阳曲1号黄土隧道施工过程进行了监测,可知冻融循环会通过对土中水的作用改变黄土特性,从而导致黄土工程特性的改变。以山西阳曲1号黄土隧道掌子面黄土为研究对象,运用损伤力学的研究方法,对土样进行了冻融循环后的CT扫描试验并分析,结果表明:冻融循环会造成土样原孔隙扩展、伸长、分叉、贯通;冻融循环对试件的破坏作用与初始孔隙分布密切相关;冻结过程发生水分向低温端(由内向外)迁移,土样发生明显的冻胀密减现象;随着冻融循环次数的增加,黄土CT数均值减少,方差增大,当15次冻融循环后,CT数均值趋于平缓。总体上来看,土样ME随冻融循环次数的增加而降低,SD随冻融循环次数的增加而增加。     

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。