干湿循环对合肥地区膨胀土渗透特性的影响

合肥地区膨胀土在干湿循环下,土体裂隙不断发育,其渗透特性也随之变化,也常常会影响到膨胀土的蓄水能力。这种情况会加速雨水的汇流,对于城市排水管网的过流能力造成冲击。因此,通过模拟土体的干缩湿胀,测定其初期含水率,液限、塑限、变水头渗透系数等实验方法,并运用MATLAB处理裂隙图片,用裂隙度来表征在干湿循环下,膨胀土裂隙发育对膨胀土渗透性能的影响。     

干湿循环对膨胀土变形指标的影响

对经历室内干湿循环后的膨胀土进行胀缩性试验,研究了胀缩变形指标的变化规律,结果表明：除缩限外,其余胀缩性指标随干湿循环次数的增加发生衰减,前1～3次循环时衰减速度较快,此后逐渐趋于一稳定值,循环次数与胀缩性指标可用指数关系拟合,缩限在干湿循环过程中不发生变化。     

干湿循环作用下膨胀土表观胀缩变形特性

为揭示不同上覆压力及含水率幅值条件下膨胀土胀缩特性及表观不可逆变形,开展了干湿循环作用下膨胀土表现胀缩变形特性试验研究.从微观的角度分析了膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性及产生裂隙的原因;探讨了不同压力及含水率循环幅值条件下,膨胀土试样高度、相对膨胀率、相对线缩率、随含水率及循环次数的变化关系以及试样表观相对不可逆变形量与累计不可逆变形量随循环次数的变化关系.研究结果表明:膨胀土吸水膨胀失水收缩是土颗粒间水体变化叠加的直观反应,也是土体内部产生裂隙的主要诱因;膨胀土失水收缩过程中,基质吸力以最大程度限制含水率减小的方式逐渐增大;不同压力作用下,试件高度随含水率呈线性变化关系,而无压力作用下的变化关系波动较大;随着循环次数的增加,膨胀土相对膨胀率逐渐减小,而相对线缩率先增大后减小,且上覆压力越大,相对膨胀率越低;不同含水率幅值范围内的相对膨胀率与相对线缩率随着循环次数的增加具有逐渐减小的趋势;不同压力作用下,含水率为15%时,膨胀土的累计不可逆变形随着循环次数的增加逐渐增大,而在含水率为25%时其反而逐渐减小.     

干湿循环条件下水泥改性膨胀土变形和强度试验

为了探究干湿循环作用对水泥改性膨胀土力学性质的影响,以合肥地铁1号线太湖路车站基坑膨胀土为试验对象,进行了不同水泥掺入比和不同养护龄期的水泥改性膨胀土直剪试验,确定了最佳水泥掺入比以及最佳养护龄期.在此基础上,进行了干湿循环条件下膨胀土和水泥改性膨胀土的胀缩变形试验和直剪试验.试验结果表明:膨胀土的胀缩变形过程并不完全可逆,随干湿循环次数的增多,抗剪强度逐渐减小,绝对胀缩率逐渐增大,并最终趋于稳定;水泥改性后的膨胀土抗剪强度明显提高,水稳性显著提升,胀缩性明显减弱;经水泥改性后,膨胀土受干湿循环作用的影响显著减小.     

膨胀土裂隙发育与土体状态的关系研究

不同状态的膨胀土在干湿循环下裂隙发育的最终程度不同。为寻求应力状态、膨胀力与最终裂隙发育程度的关系,取样自云南文山盆地普者黑机场区域膨胀土,进行荷载状态下干湿循环等试验。试验结果:膨胀土最终裂隙发育程度与所受载荷关系密切,单位面积裂隙长度平均值由5 k Pa载荷下的15. 32 mm/cm~2减少至40k Pa载荷下的10. 56 mm/cm~2;相同载荷作用下,单位面积裂隙长度平均值与膨胀力呈正相关,由土样膨胀力12. 76 k Pa对应的9. 78 mm/cm~2增至土样膨胀力39. 52 k Pa对应的11. 39 mm/cm~2。表明膨胀土最终裂隙发育程度受载荷制约,并与自身膨胀力有关,而裂隙展布则受含水率梯度分布影响。     

非饱和膨胀土边坡中土水相互作用机理

为了探讨非饱和膨胀土中强烈土水相互作用对边坡稳定的影响，进行了大型现场降雨入渗模拟试验和综合的室内试验研究.研究了包括土水特征曲线的测试、胀缩试验和吸湿软化试验的室内试验.试验成果分析表明，在干湿季节循环过程中，非饱和膨胀土中水分、吸力、变形、应力和抗剪强度之间发生强烈耦合作用.膨胀土的丰富裂隙在土水相互作用中起关键作用，它直接破坏了土体的完整性，并显著增加了表层土的入渗速率.降雨入渗使得浅层的非饱和膨胀土体发生吸水膨胀而软化，还造成浅层土体中水平应力显著增加，这可能导致土体发生局部被动破坏.季节性干湿循环使得边坡浅层土体逐渐发生向坡下蠕变，以致边坡发生渐进累积破坏     

干湿循环下纤维加筋膨胀土裂隙特性分析

为研究纤维加筋膨胀土的效果和机制,抑制膨胀土脆性开裂,以室内模拟膨胀土为研究对象,通过室内试验及数字图像处理技术,分析干湿循环条件下土体的开裂特性及纤维加筋对裂隙发展的影响。结果表明:膨胀土中掺加纤维,能有效提高土体无侧限抗压强度,且掺量为0.7%时,对土体加筋效果最为显著;在干湿循环条件下,土体表面裂隙发育基本沿原有通道继续展开;随循环次数的增加土体表面裂隙面积率、裂隙总长度逐渐增大,而裂隙平均宽度存在递减趋势,掺加纤维能有效抑制裂隙的开展。研究成果可以为纤维在膨胀土路基工程和边坡防护等实际工程中的设计和施工提供参考。     

干湿循环作用下膨胀土裂隙开展室内试验研究

为了解裂隙开展演化规律,以合肥黑色中膨胀土为研究对象,对模型试样进行一系列干湿循环试验,研究降雨蒸发作用下膨胀土裂隙演化规律。利用图像识别程序对面积裂隙率等进行定量分析并观测土样侧面裂隙开展形态以及深度。结果表明:单次脱湿情况下,土体的面积裂隙率、裂隙分形维数等形态参数和裂隙深度随时间逐渐增加,且土体表面形态参数存在极限值;干湿循环作用表现为裂隙的反复开裂、愈合使得土体结构趋于松散,裂隙率、裂隙分维趋于稳定;由侧向剖面观测得到边坡失稳是横向裂隙发展贯通而引起的。     

干湿循环下膨胀土边坡响应的模型试验

为了解干湿循环作用下膨胀土边坡的吸力、孔隙水压力、胀缩变形的变化,开展了室内膨胀土边坡模型试验,测定了干湿循环条件下膨胀土边坡表层土体的吸力、孔隙水压力、胀缩变形的变化情况,绘制了相应的时程曲线及表面轮廓线.试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,裂缝逐渐变宽变深,吸力和孔隙水压力在降雨工况下的变化幅度增大;水平顺坡向位移在干湿循环过程中表现为递增趋势,竖向位移在干湿循环中表现出明显的胀缩性;膨胀土边坡的隆起变形在每次干湿循环后均有所增加,且坡脚和坡底处的隆起变形量较其余部位更为明显.     

干湿循环条件下有机聚合物复合黏土保水与开裂特性研究

针对添加不同浓度有机聚合物的复合黏性土开展室内干湿循环蒸发试验,通过记录试验过程中试样的含水率变化以及获取裂隙发育特征图片,以研究聚合物浓度的变化、干湿循环次数对黏性土内部的水分变化以及干缩开裂的影响。试验结果表明：（1）黏土干燥失水过程主要分为三个阶段,土体内部水分散失主要发生在常速率蒸发阶段,由于聚合物与水反应所形成的弹性黏膜会堵塞土体内部的"疏水通道",因此随着聚合物浓度的增加,土体的保水性逐渐提升,常速率蒸发阶段的时间得到一定程度的延长。（2）干湿循环作用会改变裂隙发育的形态,且随着干湿循环次数的增加,试样表面裂隙会出现不同程度的"愈合",随着聚合物浓度的提高,土颗粒被弹性粘膜包裹与胶结,试样表面裂隙形态变化较小,整体稳定性得到提升。     

多次干湿循环对红土裂隙性和力学特性影响

为了对多次干湿循环后的红土裂隙和强度特性进行分析,对红土进行了最多为25次的干湿循环,统计分析了土样的裂隙发展规律,并对土样在不同次数干湿循环下的的强度参数进行了试验。结果表明:1)干湿循环效应会增加土的裂隙发育,至第5~6次时,裂隙度增加速率虽放缓;至第15~20次之后,裂隙度基本不再增长。2)在前5~6次干湿循环过程中,黏聚力和内摩擦角都随着干湿循环的增加而降低;干湿循环进行到10次后,土体强度参数基本不再变化。3)土体的强度参数与裂隙度关系密切,随着裂隙的增加发展,土体黏聚力、内摩擦角均有所降低,当干湿循环效应不足以引起裂隙度增加或增长缓慢时,土体强度参数也基本保持不变。     

压实膨胀土表面裂隙参数之间的关系分析

利用图像处理软件对干湿循环后不同压实度的膨胀土试样表面裂隙参数进行提取,并通过曲线回归和拟合得到了裂隙参数之间的函数关系.结果表明:1)裂隙网络相关参数及块区个数、裂隙率、分形维数随干湿循环次数增加而增大,而块区平均面积逐步减小.提高膨胀土的压实度,可有效地抑制土样的开裂.2)裂隙条数、裂隙总长度、块区个数与裂隙率和分形维数都具有良好的指数关系,裂隙平均宽度和块区平均面积与裂隙率分别具有较好的二次多项式关系和对数关系,裂隙平均宽度与分形维数却具有很好的线性关系,区块平均面积与分形维数则具有较好的幂函数关系.实验结果可以简化裂隙的量测,推进裂隙的定量化表述和裂隙的数值模拟化.     

人工神经网络模型及其在膨胀土等级判定中的应用

应用神经网络的联想记忆功能,以膨胀土胀缩等级划分标准中3个类别作为训练标本,建立膨胀土胀缩等级与分级指标之间的对应关系的BP(Back-Propagation)判定模型,以对膨胀土胀缩等级进行划分,并结合具体工程进行应用.     

人工神经网络模型及其在膨胀土等级判定中的应用

应用神经网络的联想记忆功能，以膨胀土胀缩等级划分标准中3个类别作为训练标本，建立膨胀土胀缩等级与分级指标之间的对应关系的BP(Back-Propagation)判定模型，以对膨胀土胀缩等级进行划分，并结合具体工程进行应用。     

基于多阈值几何分割算法的膨胀土裂隙特征分析

为了解膨胀土微细裂隙特征,根据CT扫描技术原理,建立一种多阈值几何分割算法,对膨胀土土体组成成分进行划分,重建膨胀土微观裂隙的三维结构。结果表明,多阈值几何分割算法能够准确分割出CT图像中的不同成分。完整的膨胀土可分为裂隙、潜在裂隙、土颗粒、姜石或铁锰结核4种成分。膨胀土中的裂隙主要为管状和片状分布,裂隙分布呈各向异性。潜在裂隙的灰度值或密度介于裂隙与土颗粒之间。潜在裂隙呈不规则网状分布,几乎遍布整个土壤空间,体积含量较高。     

风化细砂改良膨胀土胀缩特性室内试验研究

针对目前膨胀土化学改良方法存在的缺陷,提出了一种采用风化细砂对膨胀土胀缩特性进行物理改良的方法．通过在膨胀土中掺入不同比例的风化细砂,并进行膨胀试验和收缩试验,研究不同掺砂比例对膨胀土的膨胀和收缩指标的影响．通过对不同比例掺砂膨胀土的胀缩特性数据分析发现,随着掺砂比例的增加,膨胀和收缩指标减小．当掺入风化细砂的比例达到10％时,对胀缩指标影响最显著,且胀缩总率为0．67％,自由膨胀率为31％,达到路基填料的标准．综合经济性和实用性考虑,最佳掺风化砂比例为10％．     

基于熵权直觉模糊集的改良膨胀土胀缩性等级评价

为对改良膨胀土胀缩性等级进行准确评价,以便在实际工程中采取相应处置措施,减少改良膨胀土地基灾害的发生,在综合考虑传统方法的不足与改良膨胀土自身特性的基础上,选取5项定量化评价指标建立指标评价体系,采用熵权法确定各指标权重,结合模糊处理领域具有突出优势的直觉模糊集建立熵权-直觉模糊集模型,实现对改良膨胀土胀缩性等级定量化评价。以4组不同煤矸石掺量的膨胀土为例,对建立的模型进行验证,并与柯尊敬分类法、模糊数学法和膨胀潜势法的结果对比,结果表明,熵权-直觉模糊集模型对煤矸石改良膨胀土胀缩性等级评价具有良好的实用性与可靠性,可为类似改良土评价问题提供技术参考。     

膨胀土裂隙维度及其对强度影响的试验研究

根据分形理论,利用MATLAB软件编制分形处理程序,对多次干湿循环过程中裂隙发育情况以及分形特征进行了研究,结合直剪试验,定量分析了干湿循环后分形维度与抗剪强度的关系.结果表明:在多次干湿循环过程中,分形维度与裂隙率变化规律相似,呈现出先升高后降低的趋势,最后在接近缩限含水率时趋于稳定.随循环次数增多,分形维度峰值不断增大,第2次循环增幅最大,其后逐步减小.分形维度与抗剪强度指标有很好的相关性,随着分形维度的增大,c,φ值不断减小,分形维度可以定量描述裂隙的力学效应.     

非饱和膨胀土渗透性室内模拟试验

以广西南宁强膨胀土为实验对象,对比分析了膨胀土室内渗透试验结果和土体裂隙性指标。结果表明:土样初始渗透系数与表面裂隙率之间具有较好的相关性,其相关关系可以反映土体表层裂隙的发育情况;而在渗透试验中,当渗透系数收敛到1E-6 m/s时所用的时间,可定义为裂隙闭合时间,这一时间数据与土样表面裂隙率表现出较好的相关性。其关系可以从侧面反映出现场场地大气剧烈影响深度范围内的膨胀土裂隙开展状态。分析表明:渗透试验的方法可以间接描述膨胀土的裂隙发育。     

干湿循环对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度的影响

以掺风化砂改良的膨胀土为研究对象,通过系统的室内无侧限抗压强度试验,研究了在干湿循环作用下,掺砂改良膨胀土的无侧限抗压强度的变化规律,深入分析了干湿循环过程中不同风化砂掺量下试样的破坏形态及机理,并且建立了干湿循环作用及风化砂掺量耦合影响下的无侧限抗压强度预估模型.结果表明:1)随着干湿循环次数的增加,掺砂改良膨胀土的无侧限抗压强度呈指数函数形式衰减,并且该过程可划分为3个阶段:急速衰减阶段、减速衰减阶段和衰减稳定阶段;2)在干湿循环作用下,随着风化砂掺量的增加,试样的无侧限抗压强度衰减幅度逐渐减小,试样自身的松散剥落及裂隙发育情况有了显著改善;3)通过无侧限抗压强度计算值与实测值的散点图,验证了所建预估模型的精确性,该模型对于不同风化砂掺量下的膨胀土均实用,具有较高的推广应用价值.