氯化钙溶液浸泡下压实水泥改性膨胀土的膨胀特性

压实膨胀土可用于防止垃圾填埋场中的固体废弃物产生二次污染,这主要取决于压实膨胀土的抗渗特性。向膨胀土中掺加水泥进行改性后,不仅可以增强膨胀土的水稳定性,还能提高膨胀土的抗渗特性,且抗渗特性随着时间的增长而逐渐增强。因此,在制备衬砌方面,水泥改性膨胀土比膨胀土具有更大的优势。为研究水泥改性膨胀土衬砌在化学溶液下的膨胀特性,选取氯化钙溶液为渗透液体,以氯化钙溶液浓度和水泥掺量为控制变量,进行水泥改性膨胀土的自由膨胀率试验及压实膨胀试验。试验结果表明,向处在氯化钙溶液环境下的压实膨胀土中掺加一定量的水泥,可以有效地减小膨胀土的膨胀性、缩短膨胀达到稳定的时间以及增强膨胀土的稳定性。就减小膨胀土的膨胀性和增强膨胀土的稳定性来看,水泥的最佳掺量比应控制在15%左右。就缩短膨胀土达到稳定的时间来看,水泥的最佳掺量比应控制在10%左右。     

南阳中膨胀土水泥改性的室内试验研究

取南水北调中线工程南阳段自由膨胀率77%的中膨胀土,开展了一系列不同水泥掺灰率和不同龄期下,压实度为98%试样的物理力学特性试验。通过对素膨胀土与改性膨胀土的胀缩性、界限含水率、级配及无侧限抗压强度的对比,揭示了掺灰率及养护龄期对膨胀土改性效果的影响。试验结果表明:(1)随掺灰率的增加,改性膨胀土的胀缩性指标及反映黏土亲水性的液限和塑性指数均降低、胶粒含量减小、级配曲线随趋于平缓、无侧限抗压强度和弹性模量增加;合理的掺灰率应取6%;(2)随养护龄期的增加,胀缩性指标、液限、塑性指数、胶粒含量减小,无侧限抗压强度和弹性模量则增大。     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

压实黄土状填土抗剪强度指标的影响因素探讨

黄土因特殊的工程特性长期为众多科研人员研究,但黄土状粉土压实后的力学性能涉足较少。对山西吕梁某地压实黄土状粉土进行24组直剪试验,得到了不同含水率和干密度条件下的抗剪强度指标。通过对抗剪强度指标c、φ的变化趋势进行统计分析,得到了压实黄土状粉土抗剪强度指标随含水率和干密度变化的线性趋势方程,讨论了含水率和干密度对压实黄土状粉土抗剪强度指标的影响。结果表明:含水率不变时,压实黄土状粉土的c、φ值均随干密度的增加而增大;干密度不变时,c、φ值均随含水率增大而减小。     

膨胀土水泥改性施工均匀性试验研究

常用无机类膨胀土改性处理主要有石灰改性和水泥改性,就施工工艺而言,影响改性效果主要因素是改性剂与土料拌和的均匀性,主要包括两个方面问题:一是膨胀土开挖料超大土团的破碎问题;二是开挖料高含水率速降问题。针对水泥改性膨胀土施工工艺,开展了进一步的试验研究,确定了膨胀土料最大土团级配和含水率控制标准,分析了现场施工采用的旋耕机和条筛碎土新工法的可行性,为水泥改性膨胀土现场施工工艺提供理论指导和技术借鉴。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象。在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大。利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析。     

安哥拉砂土地基碾压施工技术研究

安哥拉棕红色砂土是建筑地基的主要填筑材料,选择最合理的压实方法和施工控制指标是岩土工程施工的重要课题。分析该砂土的物理力学性质、击实试验结果,通过碾压试验确定了振动碾压的施工参数和含水率控制指标,碾压时测定振动碾压波随深度变化的波动图,按波动振幅计算了振动碾压随深度变化的能量吸收系数,对碾压施工后换填垫层进行压实系数和静力触探测试,结果表明,采用18t的振动压路机有效加固厚度为1.0m,振动碾压后的换填垫层地基压实系数均满足≥0.95的设计要求,可有效防止意外地表水对地基的不良作用,消除地基土产生湿陷变形的风险。     

增湿条件下膨胀土路堑边坡稳定性数值分析

针对膨胀土路堑边坡增湿破坏现象,以含水率为主要参数来开展其稳定性的研究。首先开展膨胀土膨胀变形试验与抗剪强度试验研究,得到了膨胀土土性参数随含水率的变化规律,然后在正确考虑到地质构造影响的基础上运用有限差分法对坡体进行数值建模和计算分析,并对膨胀土路堑边坡的各种增湿状态进行仿真模拟,编制的分析程序自动实现膨胀土各种土性参数随含水率的同步变化,最后利用强度折减法计算得到了膨胀土路堑边坡稳定性安全系数的变化规律。分析发现,膨胀土路堑边坡稳定性主要是由地质构造和含水率因素共同控制的,在不同的增湿状态下二者对边坡的稳定性有着不同的影响程度。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

压实宽级配黏土与刚性面结合带抗渗特性研究

研发了土料与刚性面结合带在相互正交、独立可控的压应力、剪切变形和水力比降作用下抗渗性能试验的大型和中型设备,最大剪切变形量值大于1 m。对压实天然宽级配黏土开展了结合带抗渗特性试验研究,发现了试样渗透系数随剪切变形突然增大后逐步减小并稳定的变化规律,剪切变形启停历史会弱化结合带渗透系数随剪切变形启动而突然增大的现象,初始密度高、应力高、试样尺寸大的土样渗透系数更低。考虑结合带导水系数与初始值的比值和试样渗透系数与初始值的比值之间的关系,分析渗透系数剪切后达峰值时结合带厚度在0.075～1.0 mm之间,结合带厚度随正应力减小、随试样尺寸增大而增厚。提出改进的黏土颗粒不规则形状集簇模型,通过组构变化较好解释了剪切过程中渗透性持续演化的机理,也支撑了结合带厚度的分析结论。     

引江济淮工程膨胀土水泥改性剂量研究

膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性,掺加一定量水泥对其进行改性是处理膨胀土的主要方法之一。选取引江济淮工程弱膨胀土,通过对素膨胀土和改性土的自由膨胀率、界限含水率及无侧限抗压强度的试验分析,揭示了水泥掺量和养护日期对引江济淮工程弱膨胀土的物理力学性质的影响。试验结果表明:(1)随掺灰率的增加,改性膨胀土的自由膨胀率、液限、塑性指数均降低,无侧限抗压强度增加;(2)随养护日期的增加,自由膨胀率、液限、塑性指数减小,无侧限抗压强度增大;(3)基于本研究试验结果,同时综合考虑工程实际,建议引江济淮工程弱膨胀土水泥改性剂量为4%。     

改性钠羧甲基纤维素胶结固化土质边坡机制与抗冲蚀特性研究

 改性钠羧甲基纤维素(简称改性CMC)溶液在岩土体表面具有较强的渗析胶结与吸附胶结作用,按一定浓度就地拌合原状土,形成12～15 cm固化层可对土质斜坡起到加固、防渗与抗冲蚀作用。取寒区公路边坡粉砂土,利用不同浓度改性CMC进行拌合加固,对干燥后的试样进行水稳(遇水崩解),抗剪强度与渗透系数测试,并进行冻融循环条件下加固体强度与变形影响因素研究。结果显示,随改性CMC浓度增加,加固土水稳性增强,抗剪强度增大,渗透系数降低,至1.1%加量的改性CMC加固土,其崩解程度为0,黏聚力提高1.2倍,内摩擦角提高0.8倍,渗透系数从2.17×10－4 cm/s减小到1.0×10－5 cm/s,冻融强度损失小于25%。设计降雨冲刷试验研究改性CMC加固土抗冲蚀性能,结果表明：按120 mm/min雨强冲刷8.7 min,未加固土边坡即形成沟蚀,沟槽最大宽度13 cm,深9.0 cm,侵蚀面积占整个坡面30%,平均产沙速率达0.23 kg/min,而1.1%改性CMC加固土边坡冲刷60 min,无沟蚀产生,产砂量近于0,且坡面植被完好;改性材料已在多处现场应用,效果良好。     

不同改良材料对膨胀土工程性能影响的对比试验

以石灰、水泥、粉煤灰、风化砂四种材料改良同一种膨胀土,掺入不同的比例后,进行室内试验研究。试验表明:四种材料的掺入均能改善膨胀土的抗剪强度,其中掺水泥能大幅度提高膨胀土的黏聚力和内摩擦角;其次,掺石灰也能显著提高膨胀土的抗剪强度指标;掺入风化砂和粉煤灰后,膨胀土的黏聚力会有所下降,内摩擦角会随着掺量的增加,先逐渐增大后缓慢降低。掺入这四种材料均能有效改善膨胀土的膨胀特性,从对有荷膨胀率的影响效果来看,掺石灰对抑制膨胀效果最好,其次是水泥,而后是粉煤灰和风化砂。     

降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏研究

膨胀变形是膨胀土边坡失稳破坏的重要因素之一,研究分析降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏过程具有重要的实践意义。基于膨胀应变与基质吸力增量的线性关系,将膨胀性引入非饱和流固耦合模型当中,建立一种适用于膨胀土工程的非饱和渗流场–应力场–膨胀应变场多场耦合数值计算方法。结合应变软化模型,分析单次降雨诱发下膨胀土边坡入渗过程以及边坡渐进破坏全过程。结果表明,非饱和膨胀土边坡在单次降雨诱发后,坡体发生以坡脚为起始逐渐向坡顶扩展的破坏,具有明显的时间延后性、多层逐级后退式的特点。膨胀土的膨胀性、强度参数对坡体破坏形式具有显著的影响,膨胀土边坡破坏既保留了一般黏性土的共性也呈现出干缩湿胀的特殊性。     

改良膨胀土填料的综合试验

从室内配比试验、填筑试验、质量检测、动态试验及变形观测等角度对膨胀土改良后作为路堤填料的适宜性进行了系统研究。对膨胀土改良后作填料的的设计、填筑施工及质量检测方法、标准提出了建议。通过近4年的开通运营证明合宁铁路膨胀土地区采用改良后的膨胀土作为路堤填料是成功的。     

干湿循环效应对南宁外环膨胀土抗剪强度的影响

针对膨胀土边坡滑坍多呈浅层破坏的现状,选取南宁外环膨胀土原状样与重塑样开展对比试验,精心设计试验方案,改进常规直剪试样制备条件和试验方法,使模拟土体季节性干缩湿胀过程更接近实际,探究了2种土样经历多次干湿循环作用后抗剪强度的衰减规律。结果表明：试样制备中有上覆荷载作用,实测土样经历同样干湿循环次数后的强度衰减幅度比无荷条件下的小,再次验证荷载对抑制强度衰减作用明显；不管原状还是重塑样经干湿循环后的强度衰减主要是c值大幅降低,其值虽也减小但降幅都不大；此外,计入边坡浅层破坏时滑面的低应力条件开展试验并分析测试结果,得到做边坡浅层稳定性分析时合理的抗剪强度参数,研究结果可供工程设计参考。     

黏性土渠道边坡的形成方式对滑坡的影响

黏性土渠道的运行期,挖方边坡比填方边坡更容易发生滑坡。土的密度愈大,开挖愈深,则挖方渠道边坡在运用过程中膨胀和强度降低愈多,其失稳的可能性就愈大。膨胀土加剧了强度降低的幅度。开裂硬黏土既加快强度降低的速度又加大软化区域。在边坡表面设置护坡不但能有效地防止即使是分散性黏土的淘刷,还在不同程度上抑制或推迟表层滑坡和粉土的冻胀。文中建议的确定挖方渠坡抗剪强度的方法与国内流行方法略有差别。     

脱湿状态对膨胀土膨胀变形和强度特性的影响

非饱和膨胀土的脱湿状态对土中水分散失速率影响较大,不同的脱湿速率又会使膨胀土呈现不同的工程性状。通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,设置不同的脱湿环境制备土样,进行土工试验,深入认识脱湿状态对膨胀土膨胀变形和抗剪强度的影响。将饱和土样脱湿到设定的不同含水率,进行有荷载膨胀率试验,结果表明:在相对湿度越大的环境下,脱湿速率越小,土体膨胀率越大;起始含水率和上部荷载越小,土体膨胀变形越大。将不同起始含水率的土样膨胀完全后放入直剪仪,进行固结直剪试验,结果表明:脱湿到不同含水率的试样,脱湿速率越小,土体越密实膨胀后的抗剪强度越大;上部荷载存在可提高土体的抗剪强度,起始含水率越小上部荷载越大土样的抗剪强度越高。研究结果可为大气作用下膨胀土边坡的防护设计提供参考,有助于对自然气候环境下膨胀土边坡的灾变进行预警,并可优化膨胀土边坡的施工方案。     

改性膨胀土微观孔隙定量研究

利用自动吸附仪对石灰、水泥改性膨胀土进行液氮吸附试验,并通过吸附理论对改性膨胀土内微观孔隙进行了定量研究。发现改性膨胀土中存在较多窄缝状孔隙;膨胀土改性前后其微孔体积以8.4A左右的孔隙为主;30A以上的中等孔隙离散分布;改性材料对膨胀土结构的影响主要是针对200A以上的孔隙;石灰与水泥的掺入使得膨胀土内的微孔体积减小,中孔以上孔隙体积增加。最后通过改性膨胀土的扫描电镜图象对吸附试验的结果进行了对比分析。