膨胀土增湿和干燥过程中的细观结构变化研究

为了研究水分对膨胀土裂隙演化的影响,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的湿干循环试验,并在试验过程中对土样进行CT扫描,跟踪试样裂隙生成以及闭合情况。研究结果表明:无约束条件下增湿和干燥都能引发裂隙的产生的和闭合;在增湿过程中小裂隙会闭合而大裂隙会扩展;在干燥过程中小裂隙会扩展而大裂隙会收缩。基于CT细观数据定义了损伤变量,建立了湿干循环过程中土的损伤演化方程。     

贵阳红黏土介-微观结构对力学特性影响试验研究

为阐明贵阳红黏土宏观力学强度与变形特性的介-微观机理,同时考虑不同围压、不同干密度下贵阳重塑红黏土宏观力学特性之间的差异,通过不固结不排水三轴剪切试验、N2吸附测试及电镜扫描(SEM)测试,研究了原状和重塑土样因颗粒形态、孔隙结构与分布等不同所产生的宏观力学特性之间的差异。试验结果表明:不固结不排水三轴剪切试验条件下贵阳红黏土原状样应力-应变曲线表现出具有驼峰状的应变软化特性;重塑样则呈现出明显的应变硬化现象。随着干密度的增加,一定围压下重塑样强度曲线硬化现象加强;随围压增加,强度不断增强。原状和重塑土样氮气吸附-脱附等温曲线均表现出明显的Ⅳ型、H3滞后环,曲线整体均呈反“S”型。不过,在平均孔径、比表面积、总孔容积等指标上有差异,反映出原状样孔隙主要由中大孔构成,含部分微小孔;经重塑后大孔和微孔有所减少,介孔呈增多趋势。扫描电镜(SEM)下原状样较重塑样介-微观结构更加复杂,介-微观结构形态参数更加优化,表现出明显的原生结构、更强的力学强度。     

原状膨胀土损伤演化的三轴CT试验研究

本文利用和计算机断面成像CT机配套使用的非饱和土三轴仪，对非饱和原状膨胀土在三轴剪切试验过程内部结构的变化进行了动态、定量和无损地量测，得到了土样内部损伤结构演化的清晰的CT图像和相应的CT数据.试验结果表明：原状膨胀士内部存在裂纹、空洞、裂隙面和软弱面等结构缺陷，初始损伤程度较大；剪切引起的损伤演化明显，且土样所受的吸力和净围压均对损伤演化有影响；原状膨胀土在吸力和净围压较低时的剪胀和软化特性主要是由于结构损伤的演化引起.     

宁波市杭州湾上更新统黏土结构特性试验研究

宁波市杭州湾上更新统黏土埋深为52～60 m,属于高孔隙比、高含水量、高液限的黏土,静力触探锥尖阻力为2.26 MPa,物理力学指标严重不匹配。为了深入研究该土层的结构性,进行了12组原状土样和4组重塑土样的固结试验,将原状土与重塑土的压缩曲线进行比较。结果表明:杭州湾上更新统黏土灵敏度高;在应力超过结构屈服应力后,具有高压缩性,压缩指数为0.86;原状土压缩指数是重塑土压缩指数的2.33倍;结构屈服应力时的附加孔隙比为0.57,原状土在超过结构屈服应力后的回弹指数是结构破坏前回弹指数的1.57倍。研究成果对深化海相沉积结构性土力学性质的理解有一定的指导意义。     

原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验研究

利用应变控制式静力三轴剪切仪，对3组原状饱和粉土试样进行了不同围压下固结不排水剪切试验；在此基础上，又采用干装法和控制固定含水率的湿装夯实法制备了相同干密度的重塑饱和粉土试样，对两种方法制成的试样进行了同样的对比试验研究。通过对原状试样与不同成样方法的重塑试样的应力-应变关系、应力路径、抗剪强度指标等试验结果的对比分析，探讨了两种室内成样方法制备重塑试样的试验结果与原状试样结果的差别及其产生的原因。试验结果表明：在3组对比试验中，两种重塑样之间、重塑样与原状样之间的应力-应变关系和应力路径均差异较大；湿装重塑样的抗剪强度指标均低于干装重塑样，两种重塑样抗剪强度指标均低于原状样。固结后的密实程度并不是导致试验结果差异的根本原因。原状样和重塑样固结过程的孔压消散曲线及正常固结线均有所不同，说明原状样和重塑样的结构不同，是导致试验结果不同的根本原因。     

膨胀土细观结构变化及与声波波速的关系

采用CT技术和TH204型非金属超声波仪测试,探讨了干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其平均纵波波速的变化规律,并运用损伤力学的研究方法定义基于CT数的损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的细观结构变化与平均纵波波速变化之间的关系。研究结果表明第1~4次干湿循环对膨胀土细观结构变化影响较大,内部微裂隙发育明显,第7~8次干湿循环对细观结构影响甚微;膨胀土的平均纵波波速随着循环次数的增加呈非线性衰减,并最终趋于稳定;随着干湿循环次数的增加,膨胀土损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土平均纵波波速与基于CT数的损伤变量具有良好的指数衰减关系。     

安哥拉红砂湿陷性影响因素试验研究

湿陷性是安哥拉红砂的典型工程特性，研究其影响因素对红砂地区岩土工程勘察评价具有重要意义。基于安哥拉红砂原状土与重塑土的室内压缩试验，探讨了压力、含水率、结构性、干密度和细粒土含量对红砂湿陷性的影响规律。试验结果表明：试验压力>100 kPa时，红砂重塑样湿陷系数约是原状土的2.0倍；红砂湿陷系数与试验压力和细粒土含量呈正相关关系，随压力和细粒土含量增加而增加但存在峰值压力和峰值细粒土含量，峰值压力为300 kPa,峰值细粒土含量为60%～80%;红砂湿陷系数与干密度和含水率整体上呈反比关系，原状红砂湿陷性消除和完全丧失的界限含水率分别为9%和13%;重塑土湿陷性消除和完全丧失的界限含水率分别为11%和13%,界限干密度分别为1.80 g/cm³和1.90 g/cm³,对应的压实系数分别为0.92和0.97。湿陷性红砂地区工程建设可通过提高干密度消除其湿陷性。     

昆明原状与重塑红黏土剪切特性对比分析研究

以昆明红黏土为研究对象,分别研究在不同粒径级配和含水率的影响下,原状与重塑红黏土剪切特性的差异性.结果表明,在不同粒径级配和含水率下,原状与重塑红黏土在剪切特性方面有着明显差异.根据试验结果,基于数理统计分析,得出黏聚力和内摩擦角在上述影响因素下的量化模型,并通过所得量化模型进行数据修正,在一定程度上提高了原状土样的物...     

黄土剪切损伤演化及其力学特性的CT-三轴试验研究

利用应力控制式CT-三轴仪研究了非饱和Q3原状黄土与扰动黄土三轴剪切变形特性,并利用CT技术对其内部结构变化进行了无损量测,得到内部结构演化的CT图像和相应的CT数据,从细观上解释了结构性黄土三轴剪切破坏细观结构演化规律。结果表明:随围压的增大,黄土三轴剪切偏应力轴应变关系曲线由弱软化型逐渐转变为弱硬化型,原状黄土的体应变无论是剪缩还是剪胀均大于扰动黄土。剪切变形呈应变弱软化型黄土平均CT数与轴向应变关系曲线先经历一个小幅增长后逐渐减小。剪切变形呈应变弱硬化型黄土平均CT数与轴向应变关系曲线在剪切初期快速增长,随后在剪切过程中缓慢增长。扰动黄土剪切破坏过程中试样中部相比全区剪切破损较小,裂纹主要在试样外围衍生;原状黄土胶结区表现为逐渐破损,空洞区由于周围土颗粒的滑移而逐渐被压密。CT技术使土的细观结构研究达到定量阶段,为建立土的结构演化方程和结构性本构模型提供了试验基础。     

原状Q2黄土结构损伤演化的细观试验研究

利用和CT机配套的多功能土工三轴仪，对原状Q2黄土在三轴剪切过程中内部结构的变化进行了动态、定量和无损的量测，得到了软化破坏土样内部结构演化的CT图像和相应的CT数据，从细观上解释了软化破坏过程。试验结果表明，原状Q2黄土内部存在大量孔隙、裂隙、姜石等结构缺陷，初始损伤明显且具有各向异性。原状Q2黄土软化破坏细观变形可大致分为4个阶段，即微压密阶段，损伤开始阶段，损伤快速发展阶段和损伤减缓发展阶段。剪切过程呈现以局部变形为主的细观变形特点，但整体上CT数减小，方差增大。用CT数和方差均可较好的描述原状Q2黄土软化破坏的损伤演化规律，随着含水率和固结围压的增大，CT数和方差变化率越小。     

干湿循环作用下石膏岩劣化效应的试验研究

选取巴东十字垭隧道的石膏岩为研究对象,室内完成了0,1,3,6,12次干湿循环试验,测得了循环过程中吸水率、孔隙度和单轴压缩的试验数据。试验表明:石膏岩的吸水率和孔隙度与干湿循环次数呈对数函数形式,并随着干湿循环次数的增多而不断增大,但吸水率、孔隙度的增加量却逐渐减少;同样,石膏岩的单轴抗压强度和弹性模量随着干湿循环次数的增多而减小,并随着循环次数的增多,单轴抗压强度和弹性模量的减少量逐渐减少。通过分析对比石膏岩劣化参数变化率,得到干湿循环作用对石膏岩各个参数的劣化效果是不同的,其排序为:吸水率＞弹性模量＞单轴抗压强度＞孔隙度。     

混凝土受不同浓度水平硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究

本文通过微观和宏观观测综合揭示了干湿循环作用下混凝土受不同浓度水平硫酸盐侵蚀的劣化规律，微观观测包括用热分析方法进行侵蚀产物分析和用改进硫酸钡重量法（化学滴定法）测量由表及里不同深度处硫酸根含量，宏观观测主要包括抗压强度、劈裂抗拉强度等基本力学性能。干湿循环作用下，湿状态下混凝土受到钙矾石、石膏等膨胀性侵蚀产物的作用，干状态下又叠加Na2SO4.10H2O结晶压力的损伤。当侵蚀溶液浓度比较高时，湿状态下硫酸根更容易扩散进入混凝土内部，干状态下生成的Na2SO4.10H2O晶体数量多，导致混凝土受侵层厚度比较大，表现为宏观上的强度劣化程度就严重。研究成果可为进行干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀的评估和预防提供依据。     

再生混凝土在硫酸盐与干湿循环耦合作用下的耐久性能研究

为了研究再生混凝土在硫酸盐与干湿循环耦合作用下的耐久性能及寿命预测,以再生粗骨料取代率、水胶比、粉煤灰掺量为影响因素,通过试验的方法,将试件放入浓度为5%的Na₂SO₄溶液中浸泡3 d,然后取出置室内环境下晾干3 d,为一个干湿循环。分别在干湿循环0,5,10,20,30,40,50,60次时,测定其立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、质量损失率,以此判定再生混凝土在硫酸盐与干湿循环耦合作用下的耐久性能,并基于质量损失率考虑再生粗骨料取代率、水胶比、粉煤灰掺量的影响,预测再生混凝土在硫酸盐与干湿循环耦合作用下的使用寿命。结果表明,无论是抗压强度还是劈拉强度均随着水胶比的增大而降低;相比未掺粉煤灰的再生混凝土,当粉煤灰掺量在20%~30%时,可以改善再生混凝土的抗硫酸盐干湿循环侵蚀性能;当粉煤灰掺量在40%时,达不到很好的抗硫酸盐干湿循环侵蚀效果;当再生粗骨料取代率为70%、水胶比为0.3、粉煤灰掺量为30%时,能达到比较好的抗硫酸盐干湿循环侵蚀效果,并将此条件代入预测模型求得T=128 a,相比重要建筑物设计使用年限为100 a,认为耐久性良好。     

干湿循环作用下压实黄土三轴剪切特性试验研究

为研究干湿循环引起的压实黄土结构损伤对其应力-应变特征及三轴剪切强度的影响,对最优含水率条件下压实到干密度为1.7 g/cm~3的黄土试样进行不同路径的干湿循环试验和三轴剪切试验。结果表明:干湿循环对压实黄土的三轴剪切特性影响显著,随着干湿循环次数的增加,压实黄土的应力-应变曲线先急剧下移,再逐渐上移,最后趋于稳定;干湿循环对压实黄土三轴剪切强度具有劣化作用,存在临界干湿循环次数n_c,当干湿循环次数小于临界干湿循环次数时强度指标急剧减小,等于临界干湿循环次数时强度指标最小,大于临界干湿循环次数时强度指标逐渐增大并趋于稳定;分段函数能够较好反映三轴剪切强度指标的劣化规律和劣化过程;受干湿循环幅度影响,压实黄土存在干湿循环最劣含水率w_w,可以根据压实完成后黄土的瞬时含水率是否接近或等于最劣含水率来评价干湿循环对三轴剪切强度的劣化程度。     

干湿循环对岸坡粉砂岩劣化作用试验研究

三峡库区30 m消落带的岩质岸坡是一个脆弱敏感地带,其岸坡岩体质量及其劣化规律日益成为人们研究的重点。选取三峡库区消落带巴东段某典型岸坡的紫红色粉砂岩为研究对象,通过现场钻探取芯、室内试样加工和“烘干-饱水”循环试验手段,对红层粉砂岩试样进行了单轴压缩和耐崩解试验研究。试验成果表明:研究区粉砂岩属于较坚硬岩,其单轴压缩强度随干湿循环次数增加而降低,经过20次干湿循环后,粉砂岩强度软化呈较软岩特征;粉砂岩具有高耐崩解性,耐崩解性指数I_d与循环次数N呈对数关系,I_d随N的增加而降低,I_d下降速率随N的增加呈放缓趋势发展;相同循环次数条件下,高程越高的粉砂岩试样其I_d越低。试验研究成果对三峡库区消落带岸坡岩体的劣化机理和岸坡稳定性分析等具有一定的参考价值。     

膨胀岩抗剪强度特性研究

通过直剪试验对新疆某地区典型膨胀岩重塑土在不同含水率干密度,以及干湿循环状态下的强度指标进行研究,研究发现膨胀岩的强度指标随着含水率的增加,出现先增加后减小的趋势,粘聚力和内摩擦角都存在最佳含水率使强度指标达到最大值,当含水率相同,膨胀岩的强度指标随着干密度的增加,粘聚力增加,内摩擦角的变化不大。在干湿循环的作用下强度指标随着干湿循环次数的增加而减小,但是在一定次数以后,强度指标下降已不明显,最后逐渐趋于稳定。     

饱水-失水循环作用下岩石劣化特性试验研究

合徐高速公路位于江淮地区,夏季周期性的降雨作用使得合徐高速公路下覆浅埋岩层长期处于被雨水饱和-失水-再饱和的交替过程。为研究江淮地区泥岩和砂岩在水岩相互作用下的劣化特性,对取自合徐高速公路浅埋地层的泥岩和砂岩试样进行了抗剪、抗压强度实验以及电镜扫描实验,从宏观和微观的角度共同揭示了不同饱水-失水周期作用下岩石的孔隙结构与岩石强度软化的对应关系及相互映证规律。实验结果表明:水岩相互作用对泥岩和砂岩的抗剪、抗压强度参数及孔隙参数影响显著。岩石内聚力、内摩擦角随循环次数的增加而迅速衰减,当循环次数达到某一值之后,两种岩石的抗剪、抗压强度参数基本稳定。孔隙的数量、总面积、最大孔隙的面积、直径以及岩石表面孔隙率均随着循环次数的增加而增加。基于实验结果,探讨了水岩相互作用对岩石特性影响的劣化机制,为研究岩石劣化特性以及合徐高速公路工程稳定性提供了依据。     

干湿循环条件下干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响

以大连地区典型粉质黏土为研究对象,对经历不同干燥应力历史的粉质黏土试样在饱和条件下进行了固结不排水三轴剪切试验。通过对各组试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试验结果的对比分析,探讨了干燥应力历史对粉质黏土饱和力学特性的影响。固结不排水三轴剪切试验结果表明:干湿循环过程中粉质黏土在饱和条件下的力学特性变化与历史干燥应力有关,历史干燥应力越大,土体在饱和条件下的力学特性变化越明显。相同围压条件下,干湿循环试样的初始剪切刚度比未经历干湿循环的原始试样要高,历史干燥应力越大,初始剪切刚度增长越明显。随着历史干燥应力的增加,干湿循环试样的应力-应变曲线逐渐由应变硬化转变为应变软化,孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长,有效应力路径逐渐由"S"型转变为向左下方发展。干湿循环过程引起了土体的不可逆体积压缩和微裂隙的发展,进而影响土体的饱和力学特性。