膨胀土变形特性的影响因素分析

为了更好地预防和减少因膨胀土在实际工程中所引发的危害,总结了膨胀土变形特性的研究现状,归纳分析了初始含水率、干密度和上覆荷载对于膨胀率和膨胀力的变化规律影响,并分析了初始含水率、干密度和上覆荷载间的相互耦合作用对膨胀率的影响,以及初始含水率和干密度两者的耦合作用对于膨胀力的影响。强调了对膨胀土变形特性的重要性,并指明了今后膨胀土的研究方向。     

膨胀土增湿变形规律及计算公式

通过对仪器改进实施了不同程度增湿对膨胀变形影响方面的试验,结果表明:无荷及有荷膨胀率均与增湿程度有关,呈近似线性正相关关系。对影响膨胀土胀缩变形的起始干密度、起始含水率及上覆压力水平分别作了试验研究及相关性分析,得到了各影响因素单独变化时膨胀率的变化规律及其公式,并给出了各因素综合影响的膨胀土增湿变形的一般性建议公式。     

重塑膨胀土膨胀特性变化规律的试验研究

对南水北调中线南阳中膨胀土重塑样进行了不同初始含水率和干密度下的膨胀力试验和有荷条件下的膨胀率试验,研究了南阳中膨胀土极限膨胀力与初始含水率和干密度、膨胀率与上覆压力之间的规律关系,并建立了能够系统考虑初始含水率和干密度耦合变化的膨胀力与允许膨胀变形关系的计算公式,对科学认识膨胀土性质、优化相关设计具有重要的理论和实践价值。     

冻融循环下风化砂改良膨胀土有荷膨胀率试验及模型预估

为研究风化砂改良膨胀土的有荷膨胀率与风化砂掺量、冻融循环次数之间的关系,通过向膨胀土中分别掺入0、10%、20%、30%、40%、50%的风化砂,经过0,1,3,6,9,12次冻融循环后,利用杠杆式固结仪进行25,50 k Pa下有荷膨胀率测试。试验结果表明:在同一掺砂比例下,风化砂改良膨胀土的有荷膨胀率随冻融循环次数的增大而减小,但变化的幅度各不相同;在同一冻融循环次数下,风化砂改良膨胀土的有荷膨胀率随掺砂比例的增大呈先增大后减小的变化趋势,且均在掺砂比例为10%时,有荷膨胀率达到最大。在同一掺砂比例下,当上覆荷载为25 k Pa时,风化砂改良膨胀土的有荷膨胀率与冻融循环次数之间呈对数函数衰减,当上覆荷载为50 k Pa时,风化砂改良膨胀土的有荷膨胀率与冻融循环次数之间呈线性下降关系。     

非饱和膨胀岩饱和度及胀缩特性试验研究

膨胀岩变形破坏导致的工程灾害时有发生,深入研究膨胀岩的变形破坏机制很有必要。通过室内膨胀及收缩试验,并结合吸力理论,对南宁非饱和强膨胀岩原状样饱和度及胀缩特性进行研究,探讨膨胀岩胀缩变形机制。膨胀试验分为不同初始含水率下的无荷载膨胀率试验和不同垂直荷载下的有荷膨胀率试验,收缩试验在试样充分饱和后自然风干条件下进行。研究结果表明:非饱和膨胀岩吸水膨胀过程中,无荷载及荷载小于膨胀力条件下,饱和度和膨胀率均呈三阶段模式增长,前者饱和度和膨胀率之间呈指数渐进递增关系,后者饱和度和膨胀率之间呈非线性增长趋势,膨胀率变化均滞后于饱和度,即先达到饱和状态;等于膨胀力的有荷载膨胀时,膨胀岩吸水体积不变但饱和度变化直至饱和状态;膨胀岩吸水初期饱和度变化趋势受初始含水率影响,缩限附近的初始含水率的影响尤其显著,膨胀稳定后的饱和度对上覆荷载不敏感;收缩试验的饱和度呈三阶段衰减模式发展,饱和度与线缩率间呈负相关关系;对南宁非饱和膨胀岩,饱和度在80%～90%时,主要发生饱和度变化。研究成果可为合理构建膨胀岩胀缩本构模型提供科学依据,也可为非饱和膨胀岩工程稳定性的评估提供参考。     

初始干密度对风化砂改良膨胀土有荷膨胀试验研究

本文以宜昌某一级公路改建项目路段的膨胀土为研究对象,利用普通杠杆式固结仪,通过对上覆荷载分别为25kPa和50kPa下不同初始干密度对风化砂改良膨胀土膨胀变形的系统研究,得出了不同初始干密度和掺砂比例对有荷膨胀量的影响结果。研究表明:在上覆荷载和掺砂比例一定时,改良膨胀土的有荷膨胀量随着初始干密度的增加迅速增大;在上覆荷载和初始干密度一定时,改良膨胀土的有荷膨胀量随着掺砂比例的增加先增大后减小,总体上显著增大;同时,上覆荷载为25kPa时的膨胀量与初始干密度成很好的对数关系,在路基的填筑过程中,增大上覆荷载和控制好压实度可以有效抑制膨胀土的膨胀变形。     

压实膨胀土吸湿体变特征的试验研究

使用不同初始状态的压实膨胀土,笔者在单轴固结仪上开展了不同加载路径下的吸湿变形试验。初始状态由含水率和孔隙比控制;加载路径分为两种:1无荷状态下浸水吸湿→加载压缩→卸载回弹;2加载压缩→浸水吸湿→卸载回弹。结合膨胀土双孔隙结构模型分析,得到以下结论:(1)压实膨胀土的自由膨胀变形会明显地随着初始含水率、孔隙比的降低而增大;(2)应力状态对压实膨胀土浸水吸湿变形特征有很大影响:无荷状态下浸水吸湿表现出明显的膨胀,而当上覆荷载较大时(本文为200 k Pa),则表现出明显的湿陷(压缩)变形;(3)两种加载路径下,初始含水率对膨胀土的吸湿变形都有显著的影响,初始含水率越小,浸水后变形(膨胀或压缩)量都越大;初始孔隙比对无荷状态下吸湿后膨胀土的压缩指数和回弹指数影响很小;(4)膨胀土双孔结构中,"团粒结构"的吸力(含水率)状态会对"宏观孔隙"的变形产生较大影响,吸湿过程中吸力增量越大,宏观孔隙的变形越大。     

低黏土矿物含量泥岩浸水膨胀变形的试验研究

针对兰新二线地基中低黏土矿物泥岩分别进行了现场原位和室内原状及重塑样的浸水-加荷膨胀变形试验,得到了现场0.7 m浸水深度下上覆荷载与膨胀变形的关系以及室内不同上覆荷载下泥岩原状和重塑试样的膨胀变形特性。试验及分析结果表明:此处地基泥岩虽无蒙脱石,但具膨胀性;在不同上覆荷载(9.75,38.99,58.49,77.99 k Pa)下的现场原位泥岩浸水试验过程中,泥岩地基的膨胀变形表现出二次曲线特性;上覆荷载为9.75 k Pa时,地基膨胀变形量最大为40.94 mm。在不同上覆荷载情况下的室内泥岩浸水试验中,室内原状土样膨胀变形规律也近似为二次曲线;在无上覆荷载情况下,原状土样最大膨胀变形值为1.98 mm。由于土样内部结构受到扰动,重塑土变形特性与原状土差异很大;在无上覆荷载情况下,重塑土随着干密度增大,膨胀变形增大;随着含水率减小,膨胀变形增大;在无上覆荷载时,含水率为8%、干密度为1.7 g/cm3时的最大膨胀变形值最大,为1.37 mm;在一定荷载情况下,重塑土直接表现出压缩固结的变形特性。     

重金属污染膨胀土膨胀变形试验研究

通过不同初始含水率、初始干密度和不同重金属离子(Pb2+、Zn2+、Cu2+)含量的无荷载膨胀变形试验,研究南阳膨胀土无荷载膨胀率与初始含水率、初始干密度以及重金属离子含量的关系。研究结果表明,膨胀土无荷载膨胀率随初始含水率的增加而减小,随初始干密度的增加而增大,回归分析发现,无荷载膨胀率与初始含水率和初始干密度成线性关系;重金属污染膨胀土中Pb2+、Zn2+、Cu2+含量存在界限值,当重金属离子含量小于界限值时重金属污染膨胀土无荷载膨胀率随重金属离子含量增加而增大,当重金属离子含量大于界限值时无荷载膨胀率随重金属离子含量增加而减小,但污染膨胀土无荷载膨胀率始终大于未污染膨胀土。     

膨胀土地基膨胀变形计算方法研究

含水率增加会引起膨胀土地基膨胀变形。室内试验和现场测试结果表明,膨胀率和膨胀力随含水率的增加呈线性增大,大气影响深度范围内膨胀土地基含水率变化随深度呈线性减小,膨胀率与上覆压力可用椭圆形曲线表示。在推导膨胀率计算公式的基础上,建议采用分层总和法计算膨胀土地基膨胀变形。计算表明,计算结果与模型试验结果较吻合,而规范方法计算结果偏大。     

三向应力下膨胀土含水量与膨胀率关系研究

膨胀土具有吸水膨胀的工程特性,因而通常采用的有侧限膨胀试验具有一定局限性。采用应变控制式三轴仪来实现对膨胀土试样压力的连续施加,使土样在合理的受力和吸水环境下,膨胀变形至剪切破坏;并根据相关物理性质指标转换公式,得到试样在连续性吸水过程中不同含水量与体积膨胀率的关系。改进后的三轴膨胀试验合理地模拟了膨胀土在一定埋深条件下其吸水膨胀的真实过程,科学地解决了分阶段有侧限膨胀试验不能实现同一试样吸水膨胀的连续性过程问题,试验结果更为准确,使得室内试验环境和工程实际达到较好吻合,对于研究膨胀土的力学行为具有一定的合理性和科学性。     

非饱和膨胀土抗剪强度的试验研究

膨胀土是一种特殊的非饱和土，经典的土力学理论在膨胀土问题中己显得无能为力。因此，用非饱和土力学理论来研究膨胀土问题在理论和实际两方面都具有重大意义。在非饱和土抗剪强度理论中，吸力的量测在工程实际中仍没有一种简单易行的方法。基于这种实际情况，试图通过其他间接的途径来代替吸力的量测，以确定非饱和土的吸附强度。对于膨胀土这种典型的非饱和土，膨胀力是其很重要的性质之一，它的大小受含水量的影响很大；另一方面，膨胀土的抗剪强度也随含水量的变化而不断地变化。进行了大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，以确定膨胀土的膨胀力与吸附强度是否有一定的关系。通过对黑山土和梅山土的重塑试样试验得到的试验数据分析发现：膨胀力和含水量之间存在良好指数关系；粘聚力的对数和内摩擦角均随含水量的增大线性减小；非饱和膨胀土的吸附强度与膨胀力之间存在较好的线性关系，并在此基础上优化了非饱和膨胀土抗剪强度公式。     

膨胀土地基的综合改良法处理试验研究

对不同起始含水率、掺入石灰率以及击实功试验条件下的大试件膨胀率进行了分析,得出了膨胀率与起始含水率为对数关系曲线,膨胀率与掺入石灰率、击实功为不同的幂函数关系曲线,研究结果为膨胀土地基的设计及膨胀土地基处理等膨胀土问题提供了重要的依据。     

影响有荷载膨胀率的因素分析

根据击实膨胀土在不同的荷载、含水量和压实度下的膨胀变形试验 ,分析了击实膨胀土在 3个因素下的膨胀变形规律 ,并通过考虑交互作用的正交试验设计 ,找出 3个因素的重要性大小 ,且两两无交互作用 ,从而推导出膨胀土地基的膨胀量的计算公式 .     

考虑压力和密度影响的膨胀土增湿变形研究

基于考虑初始含水量、上覆压力、初始干密度影响,研究了膨胀土竖向增湿变形问题,得到了膨胀土膨胀变形的规律,揭示出相同初始含水量时,初始干密度越大膨胀率越大;相同初始干密度时,初始含水量越大膨胀率越小;其他条件相同时上覆压力越大膨胀率越小。文章还总结出考虑初始含水量、上覆压力、初始干密度影响的膨胀率回归方程,提出用有限的试验数据得到任意组合条件的膨胀率计算方法。由此可进一步求得膨胀土地基的膨胀变形量,为工程计算提供可靠的理论依据。     

蒙自重塑膨胀土膨胀变形特性与施工控制研究

利用普通固结仪,进行了蒙自重塑膨胀土浸水、浸盐、浸酸的膨胀变形试验,系统研究了不同初始状态下膨胀土膨胀变形特性。利用Does Response模型较好地模拟了膨胀土浸水膨胀时程规律。通过膨胀土变形三元回归分析,得出了蒙自膨胀土膨胀变形与上覆压力、初始含水率、初始干密度的定量关系。膨胀土浸盐、浸酸膨胀变形规律与浸水时相似,但由于盐溶液的渗透压力,使得浸盐膨胀变形率降低;酸溶液浓度越高,其膨胀变形率越大,稳定时间越长。膨胀土膨胀变形规律的研究,为工程设计、施工与边坡稳定性评价提供了重要指标。     

膨胀土胀缩机理及其在控制隧道沉降中的应用

因黄土的膨胀特性导致的隧道地表沉降和变形坍塌事故屡见不鲜。为探究浅埋段膨胀土隧道地表沉降和变形控制技术,结合在建太兴铁路TXXS-2小河沟段膨胀土隧道施工,采用现场监测、理论分析和现场试验研究相结合的方法,对膨胀土的特性、胀缩机理及其影响因素进行研究,结合监控量测数据结果,提出地表沉降控制技术。通过对膨胀土微结构特征进行研究,引用了膨胀土的判别函数式,对膨胀土的膨胀潜势进行了分类,根据膨胀潜势情况指导施工;研究了膨胀土强度特性,建立了强度与含水量、干密度、饱和度的关系,并对有效蒙脱石含量对强度的影响进行研究,理论上分析了晶体胀缩的根本机理;根据对膨胀土胀缩特性进行研究,分析了隧道的膨胀潜势等级和隧道特殊地质特征,通过现场土工试验,确定了小河沟隧道胀缩影响因素及其曲线关系;通过对现场施工进行监控量测,结合关系曲线和现场情况,提出了控制地表沉降的处治措施,指导现场工程施工。     

Behavior and characteristics of compacted expansive unsaturated bentonite-sand mixture

Limited studies dealt with the expansive unsaturated soils in the case of large-scale model close to the field conditions and therefore,there is much more room for improvement.In this study,expansive(bentonite-sand(B-S) mixture) and non-expansive(kaolin) soils were tested in different water contents and dry unit weights chosen from the compaction curve to examine the effect of water content change on soil properties(swelling pressure,expansion indices,shear strength(soil cohesion) and soil suction)for the small soil samples.Large-scale model was also used to show the effect of water content change on different relations(swelling and suction with elapsed time).The study reveals that the initial soil conditions(water content and dry unit weight) affect the soil cohesion,suction and swelling,where all these parameters slightly decrease with the increase in soil water content especially on the wet side of optimum water content.The settlement of each soil at failure increases with the increase in soil degrees of saturation since the matric suction reduces the soil ability to deform.The settlement observed in B-S mixture is higher than that in kaolin due to the effect of higher swelling observed in B-S mixture and the huge amount of water absorbed which transformed the soil to highly compressible soil.The matric suction seems to decrease with elapsed time from top to bottom of tensiometers due to the effect of water flowing from top of the specimen.The tensiometer reading at first of the saturation process is lower than that at later period of saturation(for soil sample B-S3,the tensiometer #1 took 3 d to drop from 93 kPa to 80 kPa at early stage,while the same tensiometer took 2 d to drop from 60 kPa to 20 kPa).     

膨胀土的自由膨胀比试验研究

自由膨胀率是膨胀土判别与分类的一项重要指标,由于自由膨胀率的测试人为干扰因素较多,自由膨胀率的科学性和可靠性被广泛质疑,因此,寻求一种人为干扰因素少,又能反映膨胀土本质的合理而适用的指标具有重要意义。为此,引进了一种新的试验方法即自由膨胀比试验,膨胀比是10g烘干土样分别在盛有蒸馏水和煤油(或CCl4)的标准量筒(通常为50mL)中沉积稳定时的体积之比。阐述该指标的意义和试验方法,系统开展自由膨胀比试验和膨胀土物理力学指标试验,试验表明:相对自由膨胀率而言,自由膨胀比与阳离子交换量、比表面积、蒙脱石含量具有更好的相关性,能较好反映膨胀土的胀缩特性;将自由膨胀比与公路规范中常用的指标液限、塑性指数、标准吸湿含水量进行对比分析,发现自由膨胀比作为膨胀土判别与分类指标具有更高的可信度,同时自由膨胀比与这些指标相关关系也较好,可将其结合起来用于膨胀土的判别分类中。