堰塞湖相沉积细粒类土固结系数试验研究

固结系数cv是一种土体固结特性的参数,其大小反映土体固结快慢的程度,是进行土层地基沉降变形分析的重要参数。以拉哇水电站坝址区堰塞湖相沉积细粒类土的固结系数为研究对象,通过室内重塑样的压缩固结试验,研究其河床覆盖层中堰塞湖相静水沉积细粒类土的固结系数特性。研究结果表明:当垂直荷载≤400 kPa时,其cv-P基本呈线性负相关;当垂直荷载400 kPa时,cv随着P的增大而变化不大;粉土质砂、砂质粉土、粉土、黏土等细粒类土的固结系数cv均满足随固结压力P增大而迅速减小之后趋于稳定;细粒类土的固结系数基本上是粉土质砂砂质粉土粉土或黏土。说明拉哇水电站坝址区堰塞湖相沉积细粒类土重塑样的固结系数基本上均位于i×10-3cm2/s量级。     

基于分形理论的饱和土孔隙水压力计算模型

孔隙水压力是一种作用于土体孔隙间的应力,其定量分析对于探究土体的抗剪强度等力学性能有着至关重要的作用。传统的孔隙水压力计算方法忽略土体内部孔隙中流体流动及流量变化对孔隙水压力的影响,导致计算结果偏小。为修正此计算误差,基于孔隙数目-尺寸分形模型,推导出土颗粒材料孔隙度与分形维数之间的演化公式,并结合孔隙水流动方程及压力方程推导出饱和土孔隙水压力与分形维数、孔隙水压缩模量及孔隙间流量变化之间的函数关系。并使用此孔隙水压力计算公式对饱和黏土边坡进行数值分析验证公式准确性及实用性。所得公式可用于饱和土体的有效应力及抗剪强度计算修正,并可应用于饱和土体宏观-微观的多尺度液相-固相耦合渗流分析。     

湿地湖泊相黏土一维固结压缩特性宏微观试验研究

湿地湖泊相黏土是一种特殊的区域性软弱土,其物理力学性质和压缩性质与一般软土的物理力学性质和压缩性质有很大区别。为探究湿地湖泊相黏土的固结压缩特性及其机理,对湿地湖泊相黏土进行一维固结压缩试验,同时采用扫描电镜和计算机图像处理软件,提取不同固结压力下土体的微观结构参数,对土体微观结构的变化进行定性和定量分析。结果表明:湿地湖泊相黏土具有较明显的结构强度;由于结构强度的影响,原状土的压缩性明显小于重塑土的压缩性;当固结压力超过结构屈服应力后,原状土的结构强度逐渐丧失;在固结压缩过程中,微观结构参数的变化规律在固结压力达到结构屈服应力前后发生改变,曲线形态呈“二段折线”形式;在固结压力达到结构屈服应力前后,湿地湖泊相黏土土骨架的动态重组是土体压缩性发生改变的根本原因。在固结压缩过程中,孔隙的形态特征和定向排列特征变化较大,而颗粒的形态特征变化较小但定向排列特征变化较大,颗粒和孔隙通过不同的方式对土的压缩性产生影响。研究成果可为相关地区的地基处理工程提供借鉴参考。     

北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究

北疆某工程穿越膨胀土区域,自运行以来发生多次滑动破坏,为深入探讨其破坏机理,通过对膨胀土进行室内直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验,从宏观角度分析其力学特性,微观上揭示其物理机制。宏观分析表明:随含水率增加,黏聚力降低,内摩擦角呈先增后减趋势,在最优含水率时达到峰值;随干密度增加,黏聚力增加,内摩擦角呈逐步增大的趋势;随含水率增加,稳定孔隙比呈下降趋势,表明土体的压缩性增强;随干密度增加,初始孔隙比减小,稳定孔隙比趋于定值。电镜扫描结果显示:随固结压力增加,土体的结构类型由絮凝结构逐渐向紊流和层流状结构演化,孔隙数量与大小均下降,颗粒聚集效应明显,膨胀土压缩性降低;膨胀土在低固结压力下渗透性较强,在较高压力（200~1 600 kPa）下较小,渗透系数量级为10?6~10?8,与孔隙比呈正相关,可用幂函数的形式表达;随固结压力增加,松散堆积结构转变为紧密结合的层流状结构,孔隙面积减少,渗透系数显著降低。     

压汞法在研究饱和软土孔隙分布中的应用

采用压汞法对广州软土单轴压缩过程中的不同固结压力下的试样进行了试验研究。结果表明:原状淤泥土孔隙较大,孔隙分布以小孔为主,随着固结压力的增大,土体中孔隙体积显著减少,土中团粒发生塌陷、滑移,团粒内的孔隙被压密,孔隙分布逐渐向微孔和超微孔发展;当固结压力达到800 kPa时,孔隙分布结构发生显著变化,孔隙结构完全以微孔和超微孔为主。     

固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述

利用扫描电镜(SEM)研究软黏土固结前后的微观结构,采用数字图像技术研究软黏土固结过程中微孔隙的大小、数量及其分布的演化规律.基于Sierpinski地毯的分形概念,结合量测数据给出了描述孔隙结构的Sierpinski分维数并研究其差异性.图像分析表明,随着固结压力的增大,软黏土的孔隙度和孔径趋于减小,孔径范围变窄,土体固结过程对孔隙级配具有一定的调节作用.分形研究表明,分维数的数值大小反映了软黏土固结过程中的孔隙度变化,固结压力愈大,孔隙度愈小,分维数愈大.分维数与孔隙度、固结压力、压缩量之间存在较为显著的线性回归关系,并能反映软黏土的结构性特点.研究结果揭示了土体宏观变形与微孔隙结构分形特性之间存在的相关关系,分维数可为软黏土固结变形预测提供依据.     

黏-砂混合土压缩特性与微观结构特征关系研究

黏-砂混合土在吹填土地基中广泛应用,混合土地基变形与微观结构息息相关。为探讨黏-砂混合土压缩变形的微观机制,以黏土与砂不同配比的混合土为研究对象,利用压缩、扫描电镜(SEM)试验和图像处理技术(IPP)对固结前后试样的颗粒排列、孔隙分布进行定性和定量分析,从微观层面探讨了混合土微观结构随固结压力变化的演变机制。结果表明:随着含砂量的增大,混合土孔隙比呈先减小后增大的趋势,压缩系数不断减小;大、中孔隙随着含砂量增大明显增多,颗粒间接触方式从以边-面、面-面接触为主向点-点、点-面接触过渡;固结作用提高了颗粒排列的密实性和有序性,孔径分布向小孔径范围移动,大孔隙面积占比最大降幅达31.39%,中孔隙面积显著增加,对微、小孔隙影响不明显;土体颗粒的定向概率熵与和含砂量呈正线性相关,与压缩系数a_1-2呈负线性相关,含砂量越大,混合土颗粒排列越混乱,定向概率熵越大,其压缩性越低。由此可见,固结压力和配比不同引起的颗粒、孔隙微观结构参数变化是导致混合土压缩特性差异的内在原因。     

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。     

弱膨胀土在浸水膨胀过程中的微观结构变化特征

为探究膨胀约束条件对膨胀土水化稳定后微观结构的影响,对河南一处膨胀土开展了不同荷载下室内一维膨胀变形试验,并采用真空冷冻干燥法对初始和膨胀稳定后的土样脱湿,然后进行扫描电镜试验和压汞试验,测定土样微观结构类型和孔隙分布的情况。扫描电镜试验结果表明:重塑膨胀土呈紊流结构,颗粒排布没有明显的方向性;在允许体积膨胀的条件下,颗粒中的伊蒙混层羽翼状边缘被充分水化,边缘更为光滑,粒间连接也变弱,土体从紊流结构逐渐过渡为粒状堆叠结构。压汞试验结果表明:不同荷载下土样的孔径分布曲线均为三峰曲线,土中的孔隙按照等效孔径大小可以分为大孔隙、小孔隙、微孔隙和超微孔隙。与初始土样相比,恒体积膨胀条件下,土样中的小孔隙被压缩成微孔隙。在上覆荷载为0 kPa和50 kPa的侧限膨胀条件下,由于上覆荷载小于土的膨胀力,土颗粒能够推开其旁边的颗粒,所以土中各类型孔隙的体积含量均增多。     

基于SEM图像处理的天然硅藻土分形特征分析

为探讨天然沉积硅藻土的微观结构及变形机制,对硅藻土样进行了SEM电镜扫描、压汞试验和高压三轴试验。采用图像分割原理及最佳阈值法分析了天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形特征和孔隙结构特征参数,探讨了硅藻土分形维数和各向等压固结压力之间的关系。结果表明,硅藻土体多孔隙,具有很强的结构性。土中孔隙孔径大多在0.1~1.0 μm之间。在固结压力达到屈服压力后,孔径大于1 μm的较大孔隙随固结压力的增加而减少,硅藻颗粒破坏,孔隙结构坍塌。获取了灰度阈值及二值化后的SEM图像。得到天然沉积硅藻土在不同固结压力下的分形盒子数和盒维数。结果还表明分形盒维数随固结压力增加而增加,天然沉积硅藻土在固结压力下的微观结构性及孔隙分布可通过分形盒维数来反映。     

堆石料的临界状态探讨

高应力水平时堆石料的颗粒破碎对其强度和变形机理有重要影响。为此,本文对堆石料进行了固结应力从400kPa到4MPa的18组固结排水和固结不排水常规三轴压缩试验,及6组等向压缩试验。结果表明:(1)围压低时颗粒破碎轻微,固结排水时试样剪胀,固结不排水时孔压先增加后稍有降低;围压高时颗粒破碎严重,固结排水时试样剪缩,固结不排水时孔压也是先增加后降低;等向压缩时随着平均有效应力增加颗粒逐渐破碎,但不明显;(2)不同的固结应力时,在排水条件和不排水条件下试样都趋于临界状态;(3)堆石料的临界状态在q-p′平面和e-lgp′平面均为非线性变化。最后提出了堆石料的临界状态的数学描述并较好地验证了试验结果。     

饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。     

黄土单向固结试验微观非连续变形分析

黄土骨架颗粒的架空结构体系控制着其主要力学行为,应用非连续变形分析方法可从微观揭示其力学行为的本质。采取陕西省泾阳南塬的L5(Q₂)黄土原状样,进行各种土力学试验,测定其物理力学性质参数;采用光学显微镜和图像处理软件得到土样的微观结构图像,描绘颗粒形态,建立该土样的非连续变形分析微观结构模型,并模拟了土样在1.0,12.5,25.0,50.0,100.0,200.0,400.0 kPa荷载作用下的压缩变形。结果得到:土样在压缩过程中,微观结构变化图像及压缩曲线和室内固结试验结果较为接近,说明采用非连续变形分析方法模拟黄土的微观变形特性是可行的。研究结果为分析黄土的微观物理力学性质提供了一种思路。     

饱和流塑淤泥的次固结特性研究

以辽宁大连瓦房店输水工程饱和流塑淤泥层地段管道施工难题作为分析对象,选取关键地段代表性土样开展试验研究,研究饱和流塑淤泥的次固结特性,并将变形与孔压消散规律的实验结果和太沙基固结理论计算结果进行对比。结果表明:饱和流塑淤泥的次固结系数与固结压力无关,相同固结压力作用下经过预压的淤泥的次固结系数比没有经过预压的淤泥的次固结系数大大减小。     

考虑应变软化的单桩桩周土固结解

基于一维固结理论,假定桩壁为不透水边界,引入了考虑应变软化和桩径大小影响的超静孔隙水压力的解析解作为初始条件,并考虑了弹性区超静孔隙水压力对桩周土固结的影响,采用数学物理方法推导出桩周土的固结解。理论计算值和现场孔压监测成果吻合较好,表明该解析解对预测沉桩后桩周土中孔压消散过程具有一定实用价值。     

某路基土非饱和固结试验及研究

路基土在非饱和条件下的强度特性研究对路基设计与施工具有较大的指导意义。为研究某路基土在不同干湿状态下的非饱和变形及强度特性,该文通过非饱和吸力控制及固结压缩试验研究了某路基土重塑样的非饱和性能。试验结果表明该路基土饱和膨胀变形很小;通过气相法对土样进行吸力控制得到不同吸力控制条件下土样的体变特征,土样随着吸力的增大孔隙比减小;基于非饱和压缩固结试验的到了不同吸力状态下土样的屈服应力,随着吸力从0增大到110 MPa 土的屈服应力从200 kPa增大到1．05 MPa;通过经典模型对实验结果进行了验证,结果表明本文非饱和路基土的压缩固结试验结果能通过Alonso等在1990年提出的非饱和土BBM模型来描述。     

条形荷载下饱和深厚土体Biot固结性状研究

本文通过研究Biot固结理论,利用大型非线性有元软件Adina进行数值分析,得出了条形荷载下饱和深厚土体Biot固结的数值解;从孔压、应力和位移三个方面分析总结了条形荷载下饱和深厚土体的Biot固结性状.