不同根系分布模式下的土坡抗剪性能研究

以香根草根系及其所在土壤构成的根-土复合体为研究对象,通过室内直剪试验,探讨不同含水率和垂直压力条件下,不同根系分布方式对复合体抗剪性能的影响。结果表明:根系数量和径级相同时,在土壤天然含水率和2～3 m土层压力下,当所有根系均垂直于剪切面时,根系分布越集中,对根-土复合体抗剪强度的提升越明显;当根系以不同的空间角度均匀分布时,根-土复合体抗剪强度相对于素土的增长率大小顺序为根系全部垂直的分布方式(M_a)根系全部呈45°倾斜的分布方式(M_b)根系一半倾斜45°一半垂直的分布方式(M_c)。在天然含水率条件下,随着垂直压力的增大,根-土复合体的抗剪强度增长率呈现先减小后增大的趋势;随着含水率增大,土体内摩擦角先增大后减小,黏聚力总体呈减小趋势。     

南水北调渠道工程焦作段弱膨胀土改良研究

针对南水北调中线焦作2段渠道弱膨胀土能否作为堤身填料这一问题,通过控制初始含水率、干密度对重塑弱膨胀土进行了室内试验研究,研究表明:随着干密度的增加,土体的抗剪强度增大,压缩性降低,膨胀性增强,随着初始含水量的提高,土的抗剪强度减小,压缩性增大,膨胀率减小。讨论了非膨胀土包盖和掺入非膨胀土改良、水泥改性弱膨胀土胀缩性可行性。     

干湿循环效应对风化砂改良膨胀土抗剪强度影响研究

将风化砂按10%,20%,30%,40%,50%比例掺入膨胀土中,分别进行0~5次干湿循环,然后采用四联直剪仪进行直剪试验,研究干湿循环作用对风化砂改良膨胀土抗剪强度的影响。试验结果表明:①内摩擦角在第1次干湿循环之后有小幅度的提高,随着干湿循环次数的继续增大,内摩擦角逐渐减小,最后趋于稳定;黏聚力随干湿循环次数的增加,呈二次函数形式衰减;②抗剪强度随着干湿循环次数的增加而衰减,且在第2、第3次循环过程中,衰减幅度最大,之后逐渐减小最后趋于稳定。综合考虑干湿循环次数以及掺砂比例对抗剪强度指标的影响,当掺砂比例为30%时,膨胀土抗剪强度最高,且可有效抑制膨胀土由于干湿循环效应所导致的抗剪强度的衰减,能够达到路基填筑用土的标准,更重要的是降低改良后土体对季节气候变化的敏感性,抑制其在干湿循环效应下抗剪强度的降低,确保工程建设的安全。     

高羊茅根系对河滩地土壤强度的影响分析

从根系与土壤所组成的复合材料(简称"根土复合体")出发,将根系与土壤看成是一种天然的复合材料,将土壤中的根系看成是一种类似于纤维的加筋材料,研究根系的存在对河滩地土壤强度的增强作用。结果表明:在土壤中根系的密度一定时,根土复合体的抗剪强度随着土层深度的增大而减小;在土层深度一定时,土壤的抗剪强度随着根系的密度增大而增大,即高密度根系的土壤抗剪强度最大。不同根系密度的土壤的黏聚力与内摩擦角随着土层深度的增大而减小,且同一土层深度情况下,高密度根系根土复合体大于低密度根系根土复合体。植草密度增加1倍,对不同土层根土复合体的黏聚力的增加率在21.7%~59.6%之间。     

不同温度下红黏土胀缩性试验研究

为了探究温度对红黏土胀缩性的影响,通过不同温度下红黏土的胀缩性试验(膨胀变形和收缩变形试验),以初始含水率和干密度为对比变量,分析红黏土胀缩性;并通过红黏土的收缩变形试验分析温度对红黏土体缩率、最终线缩率和收缩系数的影响规律。试验结果表明:膨胀率随着初始含水率的变化而变化,干密度最大的试样的膨胀率增幅最明显,干密度最小的试样的膨胀率却随着初始含水率的增加而减小;随着温度的升高,膨胀率总体呈增大趋势, 膨胀率在80 ℃之前缓慢增长,超过80 ℃时增长较快; 随着温度的升高,线缩率、体缩率、收缩系数总体呈现递减的趋势;不同温度下红黏土随着含水率的降低,收缩曲线大致可以分为斜直线阶段、外凸阶段和直线稳定阶段共3个阶段,各阶段的收缩速度和收缩变化幅度不同。研究成果可为研究红黏土胀缩性的岩土工程技术人员提供参考。     

河南安阳第三系黏土岩胀缩特性研究

从膨胀、收缩、胀缩循环3方面对黏土岩进行了试验研究,结果表明:无上覆荷载时,重塑黏土岩随初始含水率的增大膨胀率直线减小,且无侧限约束时,膨胀率不及有侧限时的一半;重塑黏土岩的有荷膨胀率随上覆荷载和初始含水率的增大而减小;重塑黏土岩的收缩特性与膨胀土类似,缩限随初始含水率的增大而增大,且增长速率越来越慢,最终趋于稳定值;重塑黏土岩的胀缩特性随胀缩循环次数的增加而减弱,膨胀稳定时的高度越来越低,收缩稳定时的高度越来越高,其胀缩特性削弱得较快。     

植被护坡中根土复合土体抗剪强度分析

针对植被护坡的稳定性难以界定和直剪仪大小限制试验素材大小的问题,为探索植被护坡中根土复合体的抗剪强度与树根和土体间组合方式的关系,选取乔木根和红黏土为材料,运用自行研制的大型直剪仪进行了大量根和土不同组合形式的直剪试验,并将根和土的力学模型推广到三维模型。结合试验数据和公式推导,研究发现:竖直布置根系并不能够让根土复合体的抗剪强度得到最大发挥;在设定的土质和含水量的条件下,试验结果和力学模型都显示,三维空间内单根沿滑坡方向呈62°时能更充分的发挥根系的作用,单根条件下提升根土复合体的强度最大为15.1%;根系穿过滑裂面时,将阻碍边坡的滑动,固坡效果明显。因此,树根能够限制边坡的侧向变形,使挡土墙内应力分布更平均,降低应力集中的可能。研究成果为拓展乔木根系对增强边坡抗剪强度的应用提供了依据。     

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。     

废旧轮胎橡胶颗粒与黏土混合土的剪切特性

采用Shear Trac-II型直剪仪,对废旧轮胎橡胶颗粒与黏土混合土的剪切特性进行了研究,探讨了橡胶颗粒掺量、粒径对黏土混合土抗剪强度的影响,建立了抗剪强度指标与橡胶颗粒掺量及粒径之间的关系,并通过轻型压实法分析了混合土的压实指标。结果表明:混合土的最大干密度与最优含水率均随橡胶颗粒掺量增加逐渐减小,当掺量高于15%后,其减小趋势明显减弱。当橡胶颗粒掺量为40%时,混合土的抗剪强度最高,其抗剪强度较黏土提高了20%~40%。橡胶颗粒掺量低于20%时,增大橡胶颗粒粒径可使混合土的抗剪强度显著提高。混合土的黏聚力随掺量增加先增大后减小,内摩擦角则逐渐增大。在剪切过程中,试样表现出先剪缩后剪胀的特性,且在低压力、掺入大粒径橡胶颗粒时,其剪胀特性较明显。     

干湿循环下红黏土斜坡裂隙性和水土响应试验研究

为研究干湿条件下红黏土裂隙发展规律,分析斜坡变形破坏机制,进行红黏土边坡室内干湿循环模拟试验。结果表明：(1)红黏土斜坡在干湿条件下裂隙率呈阶梯状增加,坡面和坡顶裂隙发展存在一定差距,4次循环期间坡面裂隙率逐渐由3%增加至14%,而坡顶最终裂隙率仅7%;(2)红黏土斜坡初始阶段渗透性极低,基本不透水,干湿循环过程中土体裂隙极大地增强了斜坡渗透性;(3)干湿循环使斜坡土体反复胀缩,土壤含水率变化量由5%增至20%,基质吸力增至350 kPa,胶结物质的流失及结构的破坏造成土体强度不可逆性降低;(4)裂隙的产生破坏了斜坡的整体性,降雨期间随着土壤含水率的增加,基质吸力减小,强度迅速降低,在雨水浸润下斜坡裂隙逐渐软化形成潜在滑面,从而引发局部失稳破坏。     

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。     

根系参数对根土复合体抗剪力学特性的影响

河岸带土体的抗剪力学特性是评判河岸稳定的关键因素。为了研究黄河源区河岸带的根系参数对土体抗剪力学特性的影响,以华扁穗草为试验材料,通过开展不同根长和含根量的重塑根-土复合体直剪试验,分析根长和含根量对抗剪强度指标的影响。试验结果表明:植被根系能够显著提高土体的抗剪强度,当含根量从3%增至24%时,根长为2、4、6 cm的根-土复合体分别在含根量为15%、18%和21%时达到抗剪强度峰值,分别为23.78、21.44、21.75 kPa;根土复合体的黏聚力值较素土分别增加了19.2、16.9、17.2 kPa;根-土复合体内摩擦角的最大值对应的含根量分别为15%、12%和15%;当根-土复合体中含根量小于9%时,根长越长,根系增强土体黏聚力的效应越强。     

直根系根-土复合体抗剪强度简易计算方法

为了简化直根系根-土复合体抗剪强度的计算,基于根-土相互作用机理,考虑复合土体中根系的破坏模式,对直根系根-土复合体进行受力分析,推导了根-土复合体抗剪强度计算公式,将计算结果与现场实测值进行对比,并对折减系数、含根量、植物种类根-土复合体抗剪强度的主要影响因素进行了参数分析。结果表明:根-土复合体黏聚力是土层深度的指数函数;法向应力不变时,复合土体的抗剪强度随折减系数的增大而增大,折减系数在0.84~0.86之间取值时,结果较接近实测值;且复合土体的抗剪强度随含根量的增大呈先增大后减小的趋势,存在一个使复合土体抗剪强度最大的最优含根量;法向应力增大时,直根系复合土体的抗剪强度也随之增大,采用理论公式计算的抗剪强度值与实测值相对误差在10%以内。研究成果可为边坡生态防护的设计和计算提供理论参考。     

含水率对木纤维加筋土抗剪强度的影响

以红黏土为研究对象,木纤维为加筋材料,采用ZJ型应变控制式直剪仪对纤维加筋土进行不固结不排水快剪试验,研究含水率对木纤维加筋土抗剪强度的影响规律。结果表明:纤维加筋红黏土的抗剪强度都高于素土的抗剪强度,且5%木纤维含量复合土的抗剪强度最大;加筋土的抗剪强度和粘聚力随着含水率的增大逐渐减小的,与内摩擦角相比,纤维对粘聚力的影响更大,研究结果为岩土工程高倾角边坡治理提供了依据。     

根土复合体依赖根系含量的力学特性及非线性破坏准则

为研究植物根系对根土复合体力学特性的影响,开展不同根系含量下的根土复合体三轴试验,分析了根土复合体依赖根系变化的力学特性,建立了根土复合体非线性破坏准则。研究结果表明：根系通过提供抗拉能力来提高土体抗剪强度,根主要影响土体黏聚力,对内摩擦角影响较小;当根系含量为0.36%时,黏聚力增加了64.91%;主应力差随应变的增加显著,当轴向变形>2%时,主应力差变化缓慢;试样破坏时表现为剪胀破坏,产生纵向裂缝;随着围压的增大,根土复合体破坏的剪胀效应减弱;初始切线模量随围压及含根量的增大而增大;根土复合体破坏应力比最大值为0.99,最小值为0.63;基于含根量的变化,非线性强度破坏准则反映了根土复合体的破坏特性,破坏包络线在低围压下表现为非线性,高围压下为线性,线性与非线性变化的临界应力与围压的大小有关。     

多花木蓝根-土复合体抗剪强度试验研究

为最大程度地提高边坡稳定性,选用多花木蓝和紫色土的根-土复合体为研究对象,设置了60 cm3含根量分别为0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 g共9个梯度对多花木蓝根-土复合体进行了直剪试验。结果表明:多花木蓝根-土复合体服从摩尔-库伦强度破坏准则,且含根试样的抗剪强度均大于无根系试样,说明根系的加入增加了土体的抗剪切强度;在法向应力不变的情况下,根-土复合体的抗剪强度随着试样含根量的增加而呈现先增大后减小的趋势;在60 cm3含根量为0.3~0.5 g的区间内存在一最优值,使得多花木蓝根-土复合体的抗剪强度出现最大值。通过试验研究,探讨了不同含根量对土体抗剪强度的影响,对三峡库区紫色土稳定性维持以及库区边坡生态修复工程提供了一定的参考。     

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。     

干湿循环对膨胀土强度特性的影响

为探讨干湿循环和压实度以及不同压实条件下干湿循环对膨胀土强度特性的影响,文中对不同压实度和干湿循环次数的膨胀土进行直接剪切试验。结果表明,随干湿循环次数增大,膨胀土抗剪强度越低;随压实度增大,干湿循环后抗剪强度下降越明显;膨胀土摩尔-库伦抗剪强度参数随压实度增大而增大,随干湿循环次数增大而减小。     

不均匀含水率对红黏土抗剪强度的影响研究

红黏土是一种典型的特殊土,与其他土有着不一样的力学性质。为研究不均匀含水量条件下不同含水率对红黏土抗剪强度的影响,取红黏土制备不均匀含水量试样,运用直剪试验仪研究了不同失水程度下红黏土的力学性质。试验结果表明:经过烘干处理后的土样,含水量分布不均匀与含水量分布均匀试样相比,水量主要集中在试样内部,即外干内湿;试样的抗剪强度指标(黏聚力/内摩擦角)随含水率减小呈先减小后增大;含水率对内摩擦角和黏聚力的影响具有区间性;黏聚力随含水率的增大衰减速度分为2个阶段,而内摩擦角衰减的速度分为3个阶段。     

干湿循环下膨胀土胀缩性能试验

采用压缩仪和收缩仪,对重塑膨胀土进行了无荷条件下的反复膨胀和收缩试验。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样的最终膨胀率和最终收缩率逐渐减小;膨胀变形明显减小,而收缩变形减小的幅度不大;试样的最终高度均呈现减小趋势;收缩系数不断减小,最终趋于稳定;采用绝对膨胀率、相对膨胀率、绝对收缩率和相对收缩率等参数可以合理描述干湿循环作用下膨胀土的胀缩变形特征。