不同冻结温度条件下膨胀土冻融循环试验

为了研究冻融循环次数与冻结温度对膨胀土物理力学性质的影响规律,以南阳中膨胀土为试验对象,在不同冻融循环次数和冻结温度条件下对膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验结果表明:膨胀土试样在冻融循环过程中体积变化表现为"冻缩融胀",随着冻融循环次数的增多,试样的冻缩量和融胀量渐趋稳定,不同的冻结温度会改变试样的残余孔隙比。冻融循环作用对膨胀土的力学性质有着显著的影响,其第一次最为强烈,在冻融循环过程中,膨胀土试样的应力应变曲线形态显得越来越"瘦小",破坏应变、无侧限抗压强度和弹性模量等参数均逐渐减小,当冻结温度为-10℃时,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响最大。     

冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究

为探究季冻区恶劣气候对不同含水率下渠基膨胀土的胀缩变形和物理力学性质的影响,以北疆阿勒泰地区膨胀土为研究对象,室内模拟了北疆地区实际气候条件的冻融循环试验。基于此,对含水率为12%、16%和20%的膨胀土进行体积变形试验、无侧限抗压强度试验和SEM电镜扫描试验,着重分析了冻融循环作用对膨胀土体积变形和力学特性的影响规律。结果表明:冻融循环过程中,随含水率的增加,试样的体积变形由冻缩融胀向冻胀融缩转变。应力-应变曲线特性与冻融循环次数和含水率都有较大的关系。试样的无侧限抗压强度随着含水率和冻融循环次数的增加而降低,其中以第1次冻融循环最为明显,3次后趋于稳定。函数拟合发现,试样的无侧限抗压强度与冻融循环次数呈明显的自然指数关系。含水率越大,冻融循环作用对土体微观结构的影响越大;土体的孔隙度随冻融循环次数的增加逐渐增大,第1次冻融循环作用最为明显,宏观上表现为冻融循环作用对土体力学性质的劣化影响。     

冻融循环下废旧轮胎颗粒改性膨胀土无侧限抗压强度试验

为了研究膨胀土的无侧限抗压强度与橡胶颗粒含量、冻融循环次数之间的关系,在控制含水率一定的条件下,对经历冻融循环的废旧轮胎颗粒改性膨胀土试样进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明在膨胀土中加入橡胶颗粒可在一定程度上提高膨胀土的无侧限抗压强度,并能降低其刚性;在同一冻融循环次数下,改性膨胀土的无侧限抗压强度随着橡胶颗粒含量的增大呈现先增大后减小的趋势,当橡胶颗粒含量为3%时,橡胶颗粒改性膨胀土的无侧限抗压强度最大;在同一橡胶颗粒含量下,改性膨胀土的无侧限抗压强度以及单次冻融循环对试样强度削弱作用均随冻融循环次数的增加而减小;当含水率为20%时,冻融循环条件下,改性膨胀土试样的尺寸变化率随橡胶颗粒含量的增大总体呈增大趋势;橡胶颗粒含量较低情况下(≤7%),膨胀土尺寸变化规律为“冻缩融胀”;橡胶颗粒含量较高情况下(9%),膨胀土尺寸变化规律为“冻胀融缩”。     

复杂边界条件下膨胀土的体变特性与抗压强度研究

季节性冻土地区的渠基土易受现场复杂环境的影响,从而影响渠道安全运行。以北疆典型渠道为背景,开展湿干、冻融及其耦合循环条件下渠基膨胀土的体变特性和抗压强度试验研究,探讨不同循环边界条件、不同循环次数下渠基土的变形特征和强度特性。试验结果表明:在湿干循环过程中,试样体积变幅在4次湿干循环后趋于恒定;在冻融循环过程中,试样的体积变幅随冻融循环次数的增长而逐渐减小;在耦合循环过程中,试样的体变特性受湿干效应和冻融效应的综合影响,发生“冻胀融沉”和“冻缩融胀”的临界饱和度约为70%,同时耦合循环中的湿干过程对试样在后续冻结、融化过程中的体变有一定的弱化作用。耦合循环条件下试样的抗压强度衰减最为显著,7次耦合循环后,试样的抗压强度降低了46.9%~59.1%。湿干循环和冻融循环条件下试样的抗压强度衰减程度则与饱和度相关。研究结果可为北疆膨胀土输水渠道的建设与维护提供参考。     

水泥混掺粉土改性风积沙冻融特性分析

为探究水泥混掺粉土改性风积沙冻融特性,开展了常规5％水泥掺量与不同含量粉土混掺条件下改性风积沙冻融循环试验,研究冻融条件下其强度衰减与质量体积变化规律.结果表明:经过2次冻融循环,改良风积沙抗压强度及峰值应变与粉土掺量呈正相关关系;随冻融循环次数增加,高粉土掺量与低粉土掺量改良风积沙抗压和抗破坏变形能力下降均较明显;1...     

冻融循环下南阳膨胀土直剪试验

我国南水北调中线工程沿线的部分膨胀土渠道处在季节性冻土地区。为了探究冻融循环对膨胀土抗剪强度和体积变化的影响规律,对经历冻融循环的膨胀土和非膨胀性黏土试样进行尺寸测量和直剪试验。试验结果表明:在冻融循环初始阶段,土体抗剪强度的降低较为明显,随后由于含水率的降低,土体的强度逐渐增强;在冻融循环的过程中,非膨胀性黏土的体积变化表现为"冻胀融沉",而膨胀土的体积变化表现为"冻缩融胀"。干密度的改变不影响膨胀土的抗剪强度和体积变化的规律形态,干密度大的膨胀土最终体缩量较小。采取防蒸发措施的膨胀土在冻融循环前3次抗剪强度逐渐减小,随后趋于稳定,其最终体积几乎不受干缩的影响。     

基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域,易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象,对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现,含水率对膨胀土力学性质影响较大,含水率越高,强度与弹性模量衰减量越大;冻结温度对试样体积有较大影响,尤其是-10 ℃。根据显著性分析理论,研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素间交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明,含水率对膨胀土力学性质影响最明显,含水率和冻结温度间的交互作用对强度影响较为显著;冻结温度对膨胀土体积变化影响最大,含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时,不仅要考虑单一因素的影响,还应综合考虑各种因素交互作用的影响。     

石灰、水泥及砂改性膨胀土工程特性的试验研究

膨胀土灾害治理一直是岩土工程界的重要课题之一,掺加改性材料是改善膨胀土工程特性的重要方法。制作掺加不同比例的石灰、水泥以及砂的改性膨胀土试样,通过物理性质试验、膨胀性试验和强度试验结果的比较,确定三种改性材料的最佳掺比。在此基础上,进一步比较三种改性材料最佳掺比下对膨胀土的改性效果。试验结果表明,水泥和石灰比砂能更好地减小膨胀土的膨胀率,提高膨胀土的强度。研究结果为工程实践中改性材料的合理选择提供了重要参考。     

北疆供水一期工程膨胀土不同循环模式条件下的胀缩特性

为深入探讨北疆供水一期工程膨胀土渠坡胀缩机理,通过对膨胀土进行了3种不同循环模式条件下的无荷膨胀率、有荷膨胀率和收缩试验,从宏观角度分析了其胀缩特性规律,并采用扫描电镜试验从微观上揭示其物理机制。结果表明：膨胀土的膨胀变形随时间的延长可分为快速、匀速及稳定3个阶段,膨胀变化主要集中在快速膨胀阶段,上覆荷载越大,有荷膨胀率越小,上覆压力抑制了膨胀土的吸水膨胀作用;随着循环次数的增加,无荷膨胀率、有荷膨胀率和线缩率均呈逐渐减小的趋势,第5次循环后逐渐趋向于稳定值,其中干湿-冻融循环减小幅度最大,干湿循环次之,冻融循环最小。微观机制方面,试样经过循环后,土体孔隙和颗粒总数呈逐渐增大趋势,颗粒总面积等微观指标逐渐减小;土颗粒大小及含量是影响胀缩性的主要因素,循环作用影响黏土颗粒的大小、含量及排列等因素的变化,其中干湿-冻融循环颗粒总面积变化程度最大,膨胀土试样胀缩变化程度最大,冻融循环对微观结构影响最小,膨胀土试样胀缩变化程度最小。     

冻融循环作用后水泥土及粉煤灰土的力学性能试验研究

对水泥土及粉煤灰土进行了冻融循环作用后的单轴抗压试验研究,探讨并对比了冻融循环次数、养护龄期、干湿冻融对两种改良土力学性能的影响规律,并分析了冻融循环对改良土的破坏机理。结果表明:冻融循环对削弱水泥土抗压强度的影响随着冻融次数的增加越来越明显,然而对粉煤灰土抗压强度的影响仅在冻融循环初期较显著。改良土的抗冻性能随着养护龄期的增长有不同程度的提高。干冻、湿冻对改良土抗压强度影响明显,相同冻融次数下干冻改良土的抗压强度高于湿冻条件下的抗压强度。通过对水泥土和粉煤灰土破坏机理进行分析,发现粉煤灰掺料的颗粒粒径小于水泥掺料的颗粒粒径,因而填充土体细小孔隙效果更优。由于结冰温度随着毛细孔径的减小而降低,导致粉煤灰土的抗冻性能优于水泥土的抗冻性能。在实际工程中,应根据工程所处环境的不同选取不同的冻土改良方法从而达到工程要求。     

冻融循环对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度影响研究

研究了风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度与风化砂掺量、冻融循环次数之间的定性和定量关系。在膨胀土中分别掺入0,10%,20%,30%,40%,50%的风化砂,在经过0,1,3,6,9,12次冻融循环后,在万能试验机上进行无侧限抗压强度测试。试验结果表明在同一冻融循环次数下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随掺砂比例的增大总体呈现先增大后减小的趋势,当掺砂比例为10%时,风化砂改良膨胀土试样的无侧限抗压强度最大;在同一掺砂比例下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的增大而减小,其降低的幅度随冻融循环次数的增大也呈减小的趋势;对试验数据进行回归分析,建立无侧限抗压强度与冻融循环次数之间的数学模型,二者之间表现出良好的自然对数关系,且无侧限抗压强度与冻融循环次数的自然对数呈线性负相关关系。     

水泥改性膨胀土基本特性试验

通过无侧限抗压强度试验、收缩试验、X射线衍射(XRD)试验、压汞(MIP)试验、扫描电镜(SEM)测试,从宏观力学特征、物相构成演变以及微观结构特性三方面,对水泥改性膨胀土进行系统研究。结果表明:掺入水泥可以有效改善膨胀土的土体强度和胀缩特性;掺入水泥使得膨胀土微观结构发生显著变化,随水泥掺入量的增加,水化反应产生的C-S-H凝胶态产物总量逐渐增多,将土体颗粒粘联胶结形成较大的絮状体,优化土体孔隙结构,改性膨胀土土体内孔径小于100 nm的微细孔体积分数逐渐增大,说明水化产物的总量是决定水泥改性膨胀土微观孔隙结构特征、土体强度及收缩特性的关键因素。     

冻融循环对玄武岩纤维水泥土力学性能的影响试验

对素水泥土及玄武岩纤维水泥土进行了冻融循环作用前后的无侧限抗压、劈裂抗拉试验,探讨并对比了冻融循环次数、养护龄期、水灰比、纤维掺量等因素对两种水泥土力学性能的影响规律。结果表明:掺入玄武岩纤维后水泥土的冻融强度损失率降低;水泥土的冻融强度损失率随水灰比的增大而增大,随龄期的增大而减小;冻融后水泥土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度与其受到的冻融循环次数之间的关系可用双曲线拟合;水泥土的劈裂抗拉强度与无侧限抗压强度的比值在14%～17%之间。     

水泥改性土削坡弃料利用问题研究

水泥改性土换填处理膨胀土边坡施工时,需要超填形成台阶状边坡再按照一定坡比削坡成型,由此,将产生大量的水泥改性土削坡料,如果直接废弃,既会造成浪费又会大量占地.为解决水泥改性土削坡弃料的再利用的问题,在南水北调中线工程水泥改性土填筑施工现场,分别对中膨胀改性土料(水泥掺量6％)和弱膨胀土改性土料(水泥掺量3％)的削坡弃料...     

水泥改性膨胀土干密度与自由膨胀率试验研究

掺加一定比例的水泥对膨胀土进行改性是目前处理膨胀土的主要方法之一,通过在南水北调中线一期工程总干渠膨胀土试验段工程（南阳段）施工现场进行室内不同水泥掺量比的系列试验,研究不同水泥掺量、击实试验前后掺加水泥的膨胀土放置时间对水泥改性土干密度、自由膨胀率的影响,用以更好的指导工程施工。试验表明,随着水泥掺量的增大,水泥改性土的最大干密度逐渐减小;随着水泥改性土放置时间的增长,自由膨胀率逐渐变小并最终趋于稳定,水泥对膨胀土膨胀性的改良是一个渐进的、长时间的过程。     

湿干冻融耦合循环及干密度对膨胀土力学特性影响的试验研究

为探讨北疆高寒地区恶劣气候对不同干密度下渠基膨胀土力学特性的影响,利用自行设计的单向环境边界加载装置,设计了满足现场渠基膨胀土压实程度、符合北疆地区实际气候条件的三轴压缩试验,研究了湿干冻融耦合循环次数及干密度对膨胀土应力-应变关系、孔隙水压力、有效抗剪强度指标等力学特性的影响。试验结果表明:低围压(σ3=100 kPa)下试样应力-应变曲线的应变硬化程度随干密度的增加逐渐降低;湿干冻融耦合循环作用下干密度较高试样的体积整体呈增大趋势,而干密度较低试样则呈逐渐降低;耦合循环次数的增加促进了试样在不排水条件下偏应力向孔隙水压力的转化,且不同干密度试样的内部土骨架结构强度随循环次数增加存在相互转化现象;耦合循环作用下高干密度试样弹性模量的衰减速率明显低于干密度较低情况;干密度的增加抑制了试样有效黏聚力的衰减,但对有效内摩擦角的衰减却起到加剧效果。