炭质泥岩粗粒土动态回弹模量及预估模型研究

【目的】为研究炭质泥岩粗粒土动态回弹模量在荷载、级配和含水率影响下的变化规律,【方法】开展室内三轴试验,探究不同应力状况、分形维数和含水率条件下炭质泥岩粗粒土的动回弹特性。【结果】试验结果显示：炭质泥岩粗粒土动态回弹模量随体应力的增大而增大,随动偏应力和含水率的增大而减小;含水率对动态回弹模量影响较大,在含水率较小时,回弹模量随分形维数的增大而减小,随着含水率的增大,回弹模量逐渐随分形维数的增大而增大。【结论】采用三参数复合模型对试验结果进行回归分析,试验结果与模型有较好的拟合效果,并提出了基于含水率和分形维数的三参数经验预估模型,可有效预估炭质泥岩粗粒土动态回弹模量。     

冻融循环下废旧轮胎颗粒改性膨胀土无侧限抗压强度试验

为了研究膨胀土的无侧限抗压强度与橡胶颗粒含量、冻融循环次数之间的关系,在控制含水率一定的条件下,对经历冻融循环的废旧轮胎颗粒改性膨胀土试样进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明在膨胀土中加入橡胶颗粒可在一定程度上提高膨胀土的无侧限抗压强度,并能降低其刚性;在同一冻融循环次数下,改性膨胀土的无侧限抗压强度随着橡胶颗粒含量的增大呈现先增大后减小的趋势,当橡胶颗粒含量为3%时,橡胶颗粒改性膨胀土的无侧限抗压强度最大;在同一橡胶颗粒含量下,改性膨胀土的无侧限抗压强度以及单次冻融循环对试样强度削弱作用均随冻融循环次数的增加而减小;当含水率为20%时,冻融循环条件下,改性膨胀土试样的尺寸变化率随橡胶颗粒含量的增大总体呈增大趋势;橡胶颗粒含量较低情况下(≤7%),膨胀土尺寸变化规律为“冻缩融胀”;橡胶颗粒含量较高情况下(9%),膨胀土尺寸变化规律为“冻胀融缩”。     

不同动应力比下加筋前后砾性土的动三轴试验分析

针对加筋前后饱和砾性土填料的动力特性,开展循环荷载下饱和砾性土动三轴试验。对比分析不同动应力比下加筋作用对饱和砾性土轴向累积应变、回弹模量和动孔隙水压力等动力特性的影响,并对不同动应力比下的轴向累积应变与振次关系进行拟合分析。结果表明:加筋前后,试样的轴向累积应变均随动应力比的增大而增大;与加筋前相比,加筋后的试样轴向累积应变均有减小;加筋前后,试样的回弹模量均随动应力比的增大而增大,且加筋试样的回弹模量均大于无筋试样;随着动应力比的增大,无筋试样的动孔隙水压力减小,加筋试样动孔隙水压力变化不大。加筋前后,砾性土轴向累积应变与振次的拟合公式和拟合参数可为预测加筋砾性土在长期循环荷载作用下的累积变形提供参考。     

人工配制不同含砂率粉土性质研究

通过人工配制不同含砂率粉土,分别对其进行击实试验(对击实后试样进行电镜扫描)、压缩试验、CBR(California Bearing Ratio)试验和无侧限抗压强度试验,研究含砂率对粉土性质的影响。结果表明:含砂率相同粉土的击实试样的孔隙面积随着含水率的增加先减小后增大,在相同含水率下试样的孔隙面积随含砂率增加先减小后增加,这刚好与得到的粉土的最大干密度随着含砂率的增大先变大后减小的结果一致;对相同含砂率粉土而言,无侧限抗压强度随着粉土压实度增加而增大,但同一压实度下粉土的无侧限抗压强度随着含砂率的增加越来越小。     

考虑缩尺效应对堆石料颗粒破碎影响的压缩试验研究

大量的压缩试验结果表明，堆石料试样的压缩特性和颗粒破碎特性存在明显的缩尺效应，但系统研究缩尺方法、试样最大粒径、试样直径等对颗粒破碎特性的影响较少。采用侧限压缩试验开展灰岩堆石料的尺寸效应研究，分析了缩尺方法、试样直径和试样最大粒径对压缩特性和颗粒破碎特性的影响规律。结果表明：压缩系数随着试样中粗颗粒含量的上升呈先降低后增大的趋势，压缩系数与试样最大粒径呈正相关，与试样直径呈负相关；引入相对颗粒破碎率评价指标，建立了缩尺方法与相对颗粒破碎率之间的幂函数关系，相对颗粒破碎率随试样直径和试样最大粒径的发展规律可拟合为曲面方程。研究成果可为进一步构建考虑缩尺效应的弹塑性本构模型提供理论基础。     

秸秆灰渣改良膨胀土三维膨胀特性试验研究

利用秸秆灰渣作为添加剂,进行室内改良膨胀土试验,研究改良后膨胀土的三维自由体变化特性及无侧限抗压强度特征。秸秆灰渣以(干质量之比)0%,10%,15%,20%的比例与素膨胀土混合进行击实试验,在最大干密度及最佳含水率条件下进行三维自由体膨胀、膨胀力和无侧限抗压强度3个试验,在液限状态下进行三维自由体收缩试验。根据三维自由体应变及膨胀压力特征,拟合出秸秆灰渣最佳含量的线性方程,得出灰渣的最佳含量为17%。试验结果表明:膨胀土的体应变、塑性指标和膨胀压力随着秸秆灰渣含量的增加而逐渐降低,无侧限抗压强度随着秸秆灰渣的增加逐渐提高;对未养护的试样,秸秆灰渣对无侧限抗压强度影响不明显,而试样养护7 d后的强度提高较为明显。     

加筋土结构中筋材抗拉强度的取值方法研究

目前加筋土结构设计中筋材的抗拉强度都是根据室内标准无约束拉伸试验而得到的,不能反映筋材与土存在相互作用下的真实力学特性。采用土工格栅进行了一系列模拟加筋土实际受力状态的侧限约束拉伸试验和蠕变试验,结果表明,常规无约束条件下获得的格栅抗拉强度与实际情况相差很大,不同类型土工格栅在砂土侧限约束下的拉伸强度和延伸率变化规律与上覆荷载及拉伸速率有关,但割线模量都比无约束情况下有显著增大;侧限约束下格栅的蠕变量明显降低。因此,在加筋土结构设计中,筋材的抗拉强度指标宜采用符合工程实际受力状态的侧限约束拉伸试验强度值。另外,以无约束试验得到的筋材蠕变安全系数过于保守,侧限约束下筋材的蠕变临界应力水平有所提高。     

加筋土结构中筋材抗拉强度的取值方法研究

目前加筋土结构设计中筋材的抗拉强度都是根据室内标准无约束拉伸试验而得到的，不能反映筋材与土存在相互作用下的真实力学特性。采用土工格栅进行了一系列模拟加筋土实际受力状态的侧限约束拉伸试验和蠕变试验，结果表明：常规无约束条件下获得的格栅抗拉强度与实际情况相差很大，不同类型土工格栅在砂土侧限约束下的拉伸强度和延伸率变化规律与上覆荷载及拉伸速率有关，但割线模量都比无约束情况下有显著增大；侧限约束下格栅的蠕变量明显降低。因此，在加筋土结构设计中，筋材的抗拉强度指标宜采用符合工程实际受力状态的侧限约束拉伸试验强度值，另外，以无约束试验得到的筋材蠕变安全系数过于保守，侧限约束下筋材的蠕变临界应力水平有所提高。     

木质素改良上海黏土无侧限抗压强度试验研究

为改善上海地区黏土颗粒含水率高、强度低的力学特性,采用木质素加固黏土的方法,通过无侧限抗压强度试验和ＳＥＭ试验,研究了不同木质素掺量、养护温度和养护龄期对木质素固化黏土无侧限抗压强度的影响。试验结果表明:木质素磺酸钠能够增强上海黏土的无侧限抗压强度;随木质素掺量的增大,黏土无侧限抗压强度先增大后减小,存在最优掺量值。不同养护温度下最优掺量不同,养护温度为25℃、－15℃、101℃时试样木质素最优掺量分别为8％、2％、8％。养护温度对黏土试样无侧限抗压强度影响显著。木质素掺量一定时,在一定范围内黏土无侧限抗压强度均随着养护龄期增长而增大,然而101℃养护温度下由于水蒸气逸出和裂隙通道不断发展,14ｄ后黏土无侧限抗压强度开始下降。ＳＥＭ试验分析表明,木质素能够加固上海黏土,一方面因为木质素水溶液与土体反应生成的胶黏性物质将土颗粒联结成整体;同时填充了孔隙,改善了土体级配,使土体更加密实。     

石灰改良膨胀土的水稳定性研究

为研究石灰改良膨胀土的水稳定性,以某边坡弱膨胀土及石灰改良膨胀土为研究对象,进行了击实试验、无侧限抗压强度试验和压缩模量试验,并引用其他学者的相关土水特征曲线(SWCC)试验结果,分析了石灰改良膨胀土的水稳定特性。结果显示石灰改良膨胀土的可击实范围比素土宽,且最优含水率和最大干密度随掺灰率的增大分别线性增大和线性减小;石灰改良膨胀土经过1 d的吸湿后,无侧限抗压强度与压缩模量降低幅度最大,之后随着吸湿天数的增加,无侧限抗压强度和压缩模量降低的幅度逐渐减小,最终趋于稳定;经过1次干湿循环后,无侧限抗压强度降低幅度最大,之后随着干湿循环次数的增加,无侧限抗压强度降低幅度逐渐减小。试验后的石灰改良膨胀土强度及模量的衰减程度较素土有了较大幅度的降低,表明石灰改良土的水稳定性有了较大的改善。此外,SWCC的研究表明石灰改良膨胀土的水稳定性得到了较大幅度的提高。     

冻融黏土动态回弹模量演变规律及预估模型

为研究冻融循环影响下路基黏土动态回弹模量的变化规律,开展了不同初始含水率、压实度、冻融循环次数、偏应力及围压条件下的动三轴试验。结果表明:路基黏土的动态回弹模量随初始含水率和偏应力的增加而减小,而与压实度及围压均呈正相关关系;冻融作用导致动态回弹模量发生衰减,而经历5次冻融循环后其值基本稳定。基于此,建立了全面考虑冻融循环影响、物理状态及应力条件的路基黏土动态回弹模量回归模型,预测效果较好。     

混凝土结构抗冻性超声检测方法的研究

依据固体结构动弹模与表面波速度的本构关系，采用超声波技术检测混凝土冻融试件的动弹 模，并 与共振法测出的动弹模进行对比，总结出其内在相关规律，建立起预报混凝土动弹模的回归 方程，由测得 的波速计算出相应的动弹模，再利用动弹模之比评定出混凝土结构的抗冻性。通过初步试验 和检测方法的研究表明，此研究方法思路切实可行，可供混凝土耐久性检测工程参考。     

压实弱膨胀土变形干湿循环效应试验研究

为研究干湿循环对弱膨胀土用于路堤填筑变形性能的影响,在对路堤内部和表面2种工作环境进行分析的基础上,通过模拟2种工作环境土体的干湿循环试验,对干湿循环后土样变形特征进行分析。结果显示由干湿循环造成的膨胀土胀缩变形过程并不完全可逆,土样在第2次浸水膨胀时产生的膨胀量最大,而第1次干燥收缩时的收缩量最大;随着干湿循环次数的增加,土样的膨胀及收缩变形均逐渐减小并趋于稳定;稳定后的高度比原始高度有所变化;上覆荷载及含水量的变化对土样的干湿循环变形特征具有十分重要的影响。试验结果表明,干湿循环对用于路堤内部膨胀土的变形影响均小于路堤表面的工作状态,判断膨胀土路堤填筑的可行性及处治方式时应结合膨胀土的路堤填筑位置。     

红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应

通过对甘肃省定西市兰渝铁路(夏广段)LYS-1标胡麻岭隧道的红层软岩进行不同高径比试样单轴抗压强度对比试验,研究红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应。加工试件直径50 mm,高20~100 mm。定义无量纲量尺寸效应系数为非标准样与标准样所测单轴抗压强度之比。试验数据拟合得出红层软岩尺寸效应系数与高径比、平均弹性模量之间线性相关,拟合效果良好;高径比＜2.0,尺寸效应系数随着高径比的增大呈先减小后增加的趋势。联立拟合直线求解,得出尺寸效应系数取极小值时的高径比。对试样进行受力分析,通过研究不同破坏形态,得出红层软岩试样尺寸效应系数变化的原因,且发现红层软岩尺寸效应明显。     

土工织物散体桩复合地基路堤土拱效应研究

为研究土拱织物散体桩的土拱效应,采用三维有限元软件建立了路堤荷载下土工织物散体桩复合地基模型,分析了筋材刚度、桩间距和路堤高度3个主要因素的影响。结果表明:土工织物散体桩的起拱筋土模量比为20,当筋土模量比达到67后,筋土模量比对土拱效应影响不大;土拱高度在路堤高度达到5倍桩净间距之前呈线性增长,之后土拱高度将不随路堤高度变化;随着桩净间距增加,形成完全土拱所需的高度也在增大,当桩净间距达到2倍桩径后,土拱高度将不再变化;随着路堤高度的增加,土拱率逐渐减小,当路堤高度达到1.7倍桩净间距形成完全土拱后,土拱率不再发生变化;与数值计算结果对比发现,由Hewlett和Randolph提出的三维土拱计算方法与数值计算结果最为接近,建议采用这种方法进行设计。     

基于FLAC~(3D)软土路堤稳定性分析

在软土路基修筑高速公路时路堤填筑至极限高度后经常出现路堤失稳情况。结合四川省遂宁-资阳-眉山高速公路软基监测项目,采用FLAC3D强度折减分析方法对典型路段进行路堤分级加载稳定性分析,结果表明:该法能模拟路堤塑性区发展过程,塑性应变自堤趾到堤肩贯通,呈带状分布,随填土高度的增加,塑性区向路堤中间及路基深部逐渐扩大,该塑性应变带即为相应的最危险潜在滑动面,呈圆弧形,其符合均质软土地基的滑动模式;该法考虑了模型的边界约束条件、初始地应力情况、岩土体的弹塑性变形及屈服,较刚体极限平衡完善,对边坡应力变形状态的综合稳定性分析比只给定安全系数更加重要。     

胶粒混凝土耐久性试验研究

胶粒混凝土作为新型材料有着广阔应用前景,但由于对其耐久性研究不足,在很多工程中难以推广应用。本试验以C20普通混凝土为基准,采用三因素(水灰比、胶粒掺量、胶粒粒径)三水平正交设计试验,通过相对性抗渗和冻融试验试验,研究三因素对混凝土抗渗性和抗冻性的影响规律。试验结果表明:胶粒粒径对混凝土抗渗性影响最大,且随着胶粒粒径增大,抗渗性呈间歇性变化,粒径为1.18~2.36 mm时抗渗性最好。加入胶粒对动弹性模量有一定影响,但不会影响其抗冻等级。动弹模量随着胶粒掺量增大而减小,随着胶粒粒径的增大呈先增后减的趋势,最佳水平为1.18~2.36 mm。加入胶粒能明显改善其冻融质量损失率,质量损失率随着胶粒掺量的增大呈间歇性变化,掺量为15%时,质量损失率明显优于基准混凝土。胶粒掺量对混凝土抗冻性影响最大,最优掺量值大约在15%~30%。     

深厚软基抛石挤淤加固机理数值模拟研究

抛石挤淤法在沿海高等级公路地基处理中广泛应用,但对加固机理研究较少,通过建立弹塑性有限元力学模型,对抛石挤淤处理的路基应力变形性状进行了分析。计算结果表明:①抛石挤淤处理后的地基能有效提高地基的模量,减小路基沉降和地基浅部水平位移,加速地基孔隙水压力的消散,因此抛石挤淤的加固机理在于人工硬壳层效应和加速排水固结效应;②抛石挤淤体厚度越大,路基沉降越小,而抛石挤淤体模量和宽度对路基沉降的影响较小,因此施工时应采取有效工程措施增大抛石的沉底深度;③填筑速率越大,路基工后沉降越大,预压期越短,路基沉降越大,因此施工时应严格控制施工速度,并保证足够的预压期使路基沉降满足工程要求。深入了解抛石挤淤的加固机理、应力变形性状和影响因素,有助于为设计和施工提供参考和指导。     

非饱和路基粘土强度与变形特性的三轴试验研究

压实的路基填土一般处于非饱和状态。然而目前路基设计方法一般是基于经典的饱和土理论,没有反映出路基土的本质。为了模拟路基边坡的慢速失稳破坏,进行了不同围压下控制吸力的固结排水三轴试验,研究了非饱和路基粘土的强度与变形特性。结果表明:非饱和路基粘土的应力~应变曲线均有明显的峰值,变形模量和偏应力峰值均随吸力的增加而增大,峰值过后呈现出明显的应变软化现象;相同吸力下,围压越大,偏应力峰值越高;不同吸力下,随着吸力的增加,表观粘聚力逐渐增大,但是这种增大关系是非线性的,而有效内摩擦角有所减小,但变化不大;非饱和路基粘土试样在剪切过程中一般表现为剪缩。     

桩承式复合路基填筑期沉降的因素敏感性分析

在高速公路改扩建工程中,为了减少软土地基上新老路基的沉降差异和桥头跳车等病害的发生,通常采用复合地基进行软基处理。通过灰关联熵法分析了各因素对路基填筑期沉降的影响程度,对复合地基处理下软土路基沉降的敏感性进行分析。研究结果表明,各因素对复合地基处理下软土路基填筑期沉降的敏感性从大到小依次为：地表硬层厚度、路堤填筑高度、地表压缩模量、软土层压缩模量和路堤顶处理宽度、软土深度、填筑时间、软土层厚度。路基填筑期沉降是高速公路最终沉降量的重要组成,其影响因素很多,研究各因素对复合地基处理下软土路基沉降的敏感性,对于软基处理施工设计和施工期的监控有重要的指导意义。