膨胀土水力特性试验研究

利用当阳膨胀土进行了饱和渗透试验,土水特征曲线试验和扩散度试验,并结体积含水量进行了换算,对SWCC进行了拟合,由此可计算非饱和膨胀土的水力传导度。     

非饱和膨胀土强度及土水特性室内试验研究

依托某浅埋膨胀土隧道工程,制备不同含水率的土样进行直剪试验,建立了膨胀土强度参数随含水率变化的经验公式,采用滤纸法测得膨胀土在吸湿过程中基质吸力随含水率的变化规律,并依据试验数据对土—水特征曲线按V-G模型进行拟合并确定拟合参数,结果表明:现场膨胀土属于低压缩性土,具有中等膨胀潜势,土体摩擦角随含水率的增加呈线性减小,黏聚力随含水率的增加呈二次抛物线形减小,土—水特征曲线与V-G模型拟合程度较好。     

膨胀土干燥收缩特性试验研究

为研究膨胀土在干燥条件下的收缩演变规律，本文以合肥地区的膨胀土为研究对象，采用室内试验的手段，膨胀土的收缩特性模型和力学特性进行研究。结果表明，对于合肥地区的膨胀土，无论是何种勘察场区或者无论是掺和砂量多少，在干燥收缩过程中，膨胀土的孔隙比与含水量均具有较强的二次函数回归关系，因此提出了适用于和合肥地区的膨胀土收缩特性模型；对无侧限抗压强度峰值σ和函含水量w进行数据拟合结果表明，两者具有良好的指数相关关系，相关系数为0.8014。     

纤维改性膨胀土的土水特征曲线研究

为了研究纤维改性膨胀土的土水特征,以合肥某工地膨胀土为研究对象进行土水特征曲线(SWCC)试验,研究3种干密度和4种纤维含量对纤维改性膨胀土土水特征的影响。对试验结果按van Genutchen模型进行拟合。结果表明:干密度对纤维改性膨胀土SWCC的影响有明显规律,随着干密度的增大,同一基质吸力对应的饱和度相应增加;纤维含量对纤维改性膨胀土SWCC的影响无明显规律。通过曲线拟合,得到了纤维改性膨胀土SWCC的拟合参数值及其统计量,指出参数n、ws的变异性较小,m的变异性中等,a、wr的变异性最大。     

考虑干密度和压实含水率影响的弱膨胀土土水特征曲线研究

通过采用常规压力板仪对压实含水率、制样干密度、土样结构等3种因素对非饱和弱膨胀土土水特征曲线的影响进行研究,通过采用Van Genuchten模型、Fredlund-Xing模型,通过最小二乘法对所测土水特征曲线进行拟合,着重分析了土样孔隙结构对土水特征曲线的影响。结果表明,常用的土水特征曲线模型Van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型均可较好地对压实膨胀土样和原状样土水特征曲线进行拟合,但对于石灰改性膨胀土Fredlund-Xing模型的拟合效果较好。     

合肥膨胀土轴向卸荷回弹变形的试验研究

为研究轴向卸荷路径下的土体回弹变形特性以及初始含水率和蒙脱石粉含量等指标的影响,以合肥膨胀土为研究对象,开展了一系列的室内一维压缩回弹试验。试验结果表明:卸荷时合肥膨胀土样的e-p曲线具有明显的先缓后陡特征;每级卸荷量越大,膨胀土产生的回弹变形量也就越大;与其他土质相比,合肥膨胀土的一维压缩回弹变形偏低;最大轴向荷载、卸荷比等指标与回弹变形指标之间具有良好的拟合函数关系;相同卸荷比条件下,试样回弹变形量随初始含水率增高而相应增大;当初始含水率较低时,试样的非饱和吸力会抑制土样的回弹变形;蒙脱石粉含量与试样的一维压缩回弹变形之间具有很好的正相关性。这表明膨胀土的胀缩性会影响到膨胀土基坑坑底土体产生的回弹变形量。     

原状与重塑膨胀土增湿变形特性研究

通过对原状膨胀土和重塑膨胀土进行无荷载和有荷载膨胀试验,研究了膨胀土的增湿变形特性与土体结构性的相关关系。试验结果表明,在初始干密度和初始含水量相同的情况下,重塑膨胀土的增湿变形量明显大于原状膨胀土,但两者的的增湿变形量均随初始含水量增大而减小。     

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。     

西--汉高速公路膨胀土胀缩指标试验研究

针对膨胀土的胀缩指标与含水量密切相关的问题,从无荷膨胀量、膨胀力、有荷膨胀量、收缩等方面的试验进行了研究,并得出了试验结论,为全面认识膨胀土的基础特性,提供了理论基础.     

三轴应力状态下膨胀土增湿变形特性

 在经过改造的三轴仪上对安康击实膨胀土进行增湿变形特性试验研究。试验研究结果表明,在相同应力比的三轴应力状态下,膨胀土浸水过程中的变形为膨胀变形,变形在试样各个方向上都会产生,应力较小时,轴向和径向变形都表现为膨胀变形;应力较大时,轴向变形表现为压缩变形,而径向变形则表现为膨胀变形,但变形量都很小;土样在增湿剪切过程中以体积膨胀为主,体积变化以侧向变形为主,轴向变形较小;同时,对试验资料进行数学拟合,并对拟合公式进行验证。结果表明,试验值与计算值吻合较好。     

石灰改良膨胀土的试验研究

对石灰改良膨胀土的基本机理进行了详细的阐述,在此基础上,结合工程实践,选取典型工段,进行了石灰改良膨胀土的试验研究,结果表明：在工程实践中,应重点控制膨胀土的含灰率均匀。     

膨胀土自由膨胀率与常规物理性质指标的关系

通过对平顶山地区典型膨胀土资料的分析、归纳，提出了两个公式，分别采用液限和塑性指数来计算自由膨胀率，指出利用这两个公式得出的计算结果较为安全、可靠，基本能够满足工程建设前期评价地基土膨胀性的要求，公式简便实用，具有较强的可操作性，能够较好的指导工程实践。     

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 .     

邯郸强膨胀土三向膨胀力特性试验研究

对在不同干密度、初始含水率、温度下的邯郸强膨胀土和复合改性后的膨胀土进行三向膨胀力试验研究。结果表明,在试验条件范围(干密度:1.2,1.35,1.5,1.65 g/cm~3;初始含水率:15%,18%,21%,24%;温度:20℃,35℃,45℃,55℃,65℃)内,竖向与水平向膨胀力的比值随干密度增加而增加,干密度等于1.2g/cm~3时,比值接近1;干密度是决定平衡时间的关键因素,干密度越大的试样膨胀平衡时间越长,且所有试样平衡时间都在3000 min内;在室内常温(20℃左右)和初始含水率相同时,竖向膨胀力随干密度呈指数关系递增;相同温度和干密度下,随着初始含水率增加,三向膨胀力皆呈线性减小的规律,且三向膨胀力与初始含水率关系曲线的斜率随干密度线性递增;经过0.8%PVA(聚乙烯醇)+5%KCl(氯化钾)的混合溶液改性,并添加0.6%聚丙烯纤维后的土样竖向膨胀力下降33.3%,0.8%PVA+4%CaO(氧化钙)的混合溶液改性的土样竖向膨胀力下降16.7%。未改性和经过0.8%PVA+4%CaO的混合溶液改性的土样竖向膨胀力随着温度的升高而减小,经过0.8%PVA+5%KCl的混合溶液改性,并添加0.6%聚丙烯纤维后的土样随着温度升高竖向膨胀力先增加,温度大于45℃后逐渐减小。     

改进的膨胀土侧限膨胀试验研究

为量测膨胀土在侧限浸水和不同上覆荷载下的竖向膨胀率和侧向膨胀力,通过改进常规侧限膨胀试验装置和方法,确保了施加上覆荷载后试样浸水前初始湿密状态不变,消除了制样产生的初始水平应力,并将侧向膨胀力从总的侧向力中区分出来。采用改进的试验装置和方法,以特定初始湿密状态下的广西百色中等膨胀土为研究对象,分别进行了常规侧限膨胀试验和改进的侧限膨胀平行性试验。试验结果表明:常规侧限膨胀试验中的上覆荷载会改变试样初始湿密状态,测得的竖向膨胀率偏小7%～95%;因制样产生的初始水平应力会使最终侧压力偏小16.1%～43.5%;分级加载和逐级卸载的改进侧限膨胀试验结果具有良好的一致性和可重复性;竖向膨胀率随着上覆荷载逐渐减小,引入相对膨胀率和相对压力,可建立反映极限膨胀状态的幂函数拟合公式;侧向膨胀力与上覆荷载相关并随之增大而逐渐增大,当上覆荷载增至竖向膨胀力时侧向膨胀力达到最大,两者之间可用双曲线较好拟合。研究成果可为膨胀模型的建立以及膨胀土地区支挡结构物设计计算提供参考。     

膨润土膨胀力时程曲线的形态特征及其模拟

为了研究膨润土膨胀力时程曲线的形态特征,采用恒体积法开展了不同干密度高庙子(GMZ)膨润土的膨胀力试验。试验结果表明,不同干密度高庙子膨润土的膨胀力时程曲线均呈典型的双峰形态：膨胀力先迅速增大至一个峰值,然后小幅回落或增速明显减小,随后再次升高并最终趋于稳定。膨胀力时程曲线的形态由膨胀力峰值、谷值、终值、峰值时间、谷值时间和终值时间等6个关键参数控制。在分析膨胀力形成机理及其发展规律的基础上,基于累积“楔”力与消散“楔”力相互叠加的原理,并假设累积“楔”力随水化时间呈指数分布,消散“楔”力随水化时间呈高斯分布,建立了一个膨胀力时程曲线的预测模型。该模型仅包含5个参数,均具有较明确的物理意义。根据试验结果和文献资料的验证结果表明,模型能够较好地模拟不同形态的膨胀力时程曲线。     

用电导率测定自由膨胀率的方法研究

自由膨胀率是膨胀土分类判别的重要指标之一, 室内自由膨胀率试验周期长、影响因素多,试验成果重复性较差 。自由膨胀率和土壤电导率均与土壤的 阳离子交换量 、比表面积密切相关,在土壤的含水率一定的条件下,电导率是一个相对稳定的指标。因此,探索用电导率测定膨胀土的自由膨胀率可以解决自由膨胀率试验困难的问题。采用制备一定含水率条件下的膨胀土样测试了其电导率和自由膨胀率,试验成果表明：土壤电导率的量级可以用来反映膨胀土的膨胀等级。用特定含水率条件下膨胀土样的电导率可以推求土样的自由膨胀率。该成果对于研究采用电导率判别膨胀土的膨胀等级具有重要的实用意义     

微生物对膨胀土自由膨胀率的研究

地球表面的土体里含有丰富活跃的微生物,是地质环境中重要的组成部分.采用混合平板法从膨胀土和农田土壤中分离出菌株,制成固体菌剂.利用自由膨胀率试验,对接入不同菌剂并经不同时间培养的膨胀土进行测试.结果表明,加入微生物菌剂后膨胀土的自由膨胀率有明显改善,由原来的70％降低至48％,降幅达32％,将膨胀土由中等膨胀土变为弱膨胀土.     

Prediction of lateral swelling pressure behind retaining structure with expansive soil as backfill

Lateral swelling pressure (LSP) develops in expansive soil when the volume expansion associated with water infiltration is restrained in the horizontal direction due to a rigid infrastructure. Various types of testing techniques, used to determine the LSP from both laboratory and field studies, are critically reviewed by focusing on two key factors, namely, the boundary conditions and the saturation path. Most testing techniques are capable of reasonably simulating the stress state of a soil element behind a retaining structure by applying a fixed boundary condition in the horizontal direction and a stress boundary condition in the vertical direction. However, they are only used to determine the LSP following a simple path, which is from an initially unsaturated state to a fully saturated state. In other words, these tests fail to provide information on the variation in LSP with respect to changes in the degree of saturation, the water content or the matric suction during the infiltration process. Furthermore, the literature review suggests that a reliable model for the prediction of the LSP during the infiltration process is not available. For this reason, a model is proposed in this paper to estimate the lateral earth pressure (LEP) considering the variation in LSP behind fixed rigid retaining structures with respect to the matric suction during the infiltration process. The proposed model is simple and only requires information, which includes the soil water characteristic curve (SWCC) and a limited number of soil properties. Data from one large-scale model test and two field case studies from published literature are used to illustrate and verify the proposed model. Reasonable comparisons are made between the predictions and the measured data. The proposed model will be a valuable tool for use in conventional engineering practice for the quick prediction of the increasing LEP behind retaining structures with expansive soils as backfill due to the development of LSP associated with water infiltration.     

K+与PVA协同作用对膨胀土水化膨胀的抑制作用

从晶层膨胀与渗透膨胀的微观角度分析了膨胀土的水化膨胀机理,在此基础上提出了以抑制水化膨胀和减少环境负担为目的的K+与聚乙烯醇(PVA)合成剂。通过自由膨胀率试验、颗分试验与水化崩解试验证实K+与PVA能产生协同抑制作用,可有效降低膨胀土的自由膨胀率、改善其粒度成分并提高其水稳性,而0.6%的PVA溶液与7%KCl溶液组合被认为是一种经济合理的配比选择。