应力影响下粉质黏土的等效渗透系数计算

为了定量研究粉质黏土的渗透系数随所受应力而变的特征,通过三轴渗透试验,测量不同干密度的粉质黏土在不同有效应力水平下的渗透系数,分析渗透系数与干密度和应力的关系。结果表明:粉质黏土的饱和密度随着应力的增大而增大,在应力为400 kPa时增幅为5%~9%;渗透系数k受有效应力σ的影响较大,在应力为300kPa时减小1~2个数量级;lnk与lnσ和干密度ρ线性相关显著。根据研究结果提出了考虑有效应力和干密度影响的粉质黏土渗透系数的表达式,并推导了粉质黏土层的纵向与横向等效渗透系数计算式及最具代表性土样的取样位置。     

初始干密度对非饱和土变形及强度影响的试验研究

通过压力板仪测定并对比分析了不同初始干密度下粉质黏土的土水特征曲线;使用GDS非饱和土三轴仪,进行了不同初始干密度、不同基质吸力下非饱和粉质黏土的强度试验。结果表明:van Genuchten模型可以较好拟合不同初始干密度粉质黏土土水特征曲线;试样进气值与初始干密度呈正相关,持水能力和水稳定性随初始干密度的增大逐渐增大;相同初始干密度的非饱和粉质黏土强度随基质吸力的增大而增大,随着基质吸力的增大,基质吸力对试样抗剪强度的贡献值逐渐变小。不同初始干密度的试样体积变化均随着基质吸力的增大而减小,且初始干密度越大,不同基质吸力试样体变越接近一致。重塑非饱和粉质黏土的应力-应变关系可以用双曲线模型来描述,试样切线模量随基质吸力的增大而增大。     

K_0固结粉质黏土非共轴特性试验研究

为研究主应力轴定向旋转条件下K_0固结饱和粉质黏土的强度特性和变形特性,利用GDS三轴试验系统,进行K_0固结饱和粉质黏土三轴定向剪切试验,研究不同大主应力方向角β时K_0固结饱和粉质黏土的应力–应变发展规律及应力–应变非共轴现象。结果表明:当β45°时,K_0固结粉质黏土表现为轴向压缩变形为主,其抗剪强度随着β的增大而增加;当β=45°时,试验变形以扭剪变形为主;当β45°时,试样轴向由剪缩变形转换为剪胀变形,径向和环向表现为挤缩变形,其抗剪强度随着β的增大而减小,土体抗剪强度最大值出现在β=60°时,而非纯扭剪试验β=45°时。K_0固结粉质黏土在τ_(zθ)/σ_(c0)-(σ_z-σ_θ)/(2σ_(c0))平面上强度包络线近似呈抛物线形。除纯扭剪试验外,其余组试验结果表明K_0固结粉质黏土应力–应变关系表现出明显的非共轴现象。上述研究成果为复杂应力路径条件下K_0固结饱和粉质黏土的力学特性及其本构关系研究提供了科学依据。     

基质对杂填土力学性质的影响

采用中型三轴仪,对南京吉山矿区堆放场的杂填土进行试验研究。通过对含石量为30%的粉质黏土、砂土、粉土三种基质的杂填土分别进行不同围压下的剪切试验,分析基质对杂填土力学性质的影响。结果表明：三种基质杂填土的(σ₁-σ₃)-ε₁关系曲线为双曲线,属应变硬化性曲线。相同围压下,在低围压时,随着基质的变化,杂填土破坏时的偏差应力相差不大,在高围压时,随着基质的变化,杂填土破坏时的偏差应力存在着显著差异。同一基质下,随着围压的增大,杂填土破坏时的偏差应力也逐渐增大,其中基质为粉土的杂填土破坏时的偏差应力增量最大。基质为粉质黏土和粉土的杂填土,始终呈剪缩状。砂土基质的杂填土,随着轴向应变的增大,体应变变化较为复杂;在围压为100 kPa时,砂土先呈现减缩后呈现剪胀的变化规律;在围压为200,400 kPa时,始终呈剪缩状。通过对强度参数特性指标和本构模型计算参数的综合比较,发现基质是影响杂填土力学参数的一个重要因素。     

粉质黏土冻土三轴强度及本构模型研究

通过对南京典型粉质黏土10℃冻土在不同围压、固结方式、应力路径条件下的三轴试验,分析不同因素对三轴强度影响,结果表明：最大轴向偏应力随围压增大而线性增大,且重塑粉质黏土冻土的最大轴向偏应力随围压的增大速度大于原状粉质黏土冻土的增大速度;固结方式对内摩擦角影响较大,对黏聚力影响不大,先等压排水固结再冻结试样强度会大幅度提高;强度和弹性模量受应力路径影响,其中常规加载应力路径强度及弹性模量要大于卸载应力路径强度及弹性模量;基于Duncan-Chang模型建立考虑围压影响的冻结粉质黏土本构模型,参数a、b与围压呈负相关,获得原状粉质黏土以及先等压排水固结再冻结、先等压不排水固结再冻结和先冻结后固结重塑粉质黏土的破坏比均值分别为0.87、0.89、0.93和0.87。     

多年冻土区粉质黏土融沉特性试验研究

以国道322库—根公路工程为依托,通过对沿线多年粉质黏土冻土原状样进行融沉试验,分析了融沉系数随含水率、干密度的变化规律,发现弱融沉以上等级的粉质黏土冻土原状样的融沉系数随含水率的增大而增大、随干密度的增大而减小的规律,进而提出了多年冻土区粉质黏土路基的治理思路,为极寒地区多年冻土路基融沉治理提供了理论参考与科学依据.     

活性MgO碳化固化土的渗透特性研究

碳化固化法是一种低碳搅拌处理软土的创新技术,碳化反应生成的产物能有效降低固化土的孔隙率。在已有研究的基础上,着重研究碳化土的渗透特性,以利于其工程应用。采用室内渗透试验,系统研究了活性MgO掺量、碳化时间、初始含水率和CO_2通气压力对MgO碳化粉土和碳化粉质黏土渗透系数的影响规律,并与相同固化剂掺量、相同初始含水率下水泥固化土的渗透系数进行了对比。结果表明:活性MgO碳化土的渗透系数随MgO掺量的增加而降低,与相同掺量下水泥固化土的渗透系数处于同一数量级;MgO碳化粉土的渗透系数明显大于碳化粉质黏土的渗透系数;当MgO碳化粉土和粉质黏土碳化6.0 h时,相应的渗透系数达到最小(10-6);通气压力对MgO碳化土的渗透系数影响不大,在通气压力为200 k Pa时渗透系数较小。因此,活性MgO碳化土具有与水泥固化土相近的抗渗性能,有良好的推广应用前景。     

干密度对尾矿砂强度和渗流的影响

文章为研究干密度对尾矿砂强度和渗流的影响,对4种不同干密度的尾矿砂进行了三轴固结排水压缩和变水头渗透试验,分析了尾矿砂干密度对其强度和渗透性的影响。试验结果表明:随干密度增大,尾矿砂内摩擦角线性增大、黏聚力呈指数增大,且应力-应变曲线由应变硬化向应变软化发展;尾矿砂渗透系数随干密度增大而减小,渗透系数与孔隙比的关系可由柯森-卡门公式拟合。     

饱和淤泥质砂土动力变形及动强度特性试验研究

为研究淤泥质砂土的动力特性,利用动三轴仪对现场饱和淤泥质砂土进行不同固结应力状态下(固结围压σ3c=100,200,300,400 kPa,固结应力比Kc=1.0,1.5,2.0)的动力变形特性及动强度特性试验研究。分析动应力–动应变关系,阻尼比、动强度等一系列变化规律,并对淤泥与砂含量比例对淤泥质砂土动力特性的影响进行初步探索。研究结果表明:固结应力状态对饱和淤泥质砂土动应力–动应变关系影响很大;阻尼比随动应变的增大而增大,相同固结围压下,阻尼比随固结应力比的增大而增大;不同固结应力状态下,动应力随破坏振次的增大而降低,相同固结应力比,不同固结围压下σd/(2σ3c)与fN关系可以近似归一;不同的淤泥含量对饱和淤泥质砂土的动力特性影响显著,在相同的动应变条件下,动应力随着淤泥含量的增大而减小;在相同的固结围压下,阻尼比随着淤泥含量的增大而增大;强度并不是随着淤泥含量的增加而单调增加,在淤泥含量为20%时强度最低。     

粉质黏土与混凝土结构接触面的力学特性研究

为了研究粉质黏土与混凝土接触面作用的力学特性规律,运用大型直剪仪进行了粉质黏土与混凝土接触面的直剪试验,得到了在不同法向应力(5 kPa、20 kPa、50 kPa、100 kPa、150 kPa)下,土体的不同含水率(12%、14%、16%)对力学特性的影响。结果表明:(1)在同一含水率条件下,桩土接触面的抗剪强度随着法向应力的增大而呈现同幅度增大。(2)在同一法向应力条件下,随着含水率的增加,抗剪强度及初始切线模量呈现下降的趋势。(3)粉质黏土与混凝土接触面抗剪强度满足摩尔-库伦强度准则。     

冻结状态青藏粉质黏土的渗透系数测量研究

粉质黏土在青藏高原多年冻土地区广泛分布,为了充分认识其在冻结状态下的渗透性质,开展了一系列渗透试验测量了在-0.6℃~0.1℃条件下含水率为50%的青藏粉质黏土的渗透系数。结果显示:在高负温区间内,冻结粉质黏土的渗透系数处于8.22×10~(-11)~7.19×10~(-9) cm/s之间;另外,渗透系数与土温之间呈现出幂函数关系,土温越接近于0℃,渗透系数增大越快;冻土的渗透系数表现出随着未冻水体积含量的增加而快速增大的趋势。渗透性的存在可测意味着高温冻土在外荷载下会存在固结作用。     

渗透时间对水泥改良土力学特性的试验研究

为了研究水泥改良土的强度及渗透性,针对沈阳地区的粉质黏土开展水泥改良粉质黏土强度及渗透性的试验研究。结果表明,水泥改良土的抗压强度随养护时间的增加而增大,增长趋势为对数函数;水泥改良土的抗压强度随着渗透时间的增加而降低,降低趋势为指数函数;水泥改良土渗透系数随着渗透时间的增加而增大,增长趋势为对数函数,建立了水泥改良土抗压强度随养护时间和渗透时间以及渗透系数随渗透时间变化的回归曲线方程。     

不同干密度下滨海相软土的强度分析

对不同干密度原状软土进行不排水不固结直剪试验,重点研究了干密度对渤海近海口地区软土力学特性的影响。探讨不同干密度软土的抗剪强度规律,并分析干密度对非饱和淤泥质黏土粘聚力以及内摩擦角的影响,得出结论:干密度增大,抗剪强度随之增大;粘聚力与内摩擦角也随着干密度增大而增大;土体抗剪强度参数与干密度存在一定的线性关系。     

不同渗透压力条件下黏质粉土的渗透试验研究

黏质粉土的渗透性能介于黏土与粉砂之间,在常规渗透试验中所获得的渗透系数有一定的不确定性,给基坑工程降水带来不良的影响。以天津主城区的黏质粉土层为研究对象,开展原状土样的固结渗压试验与三轴渗压试验。在不同渗透压力条件下,改变固结压力与渗透路径,分别测定土的渗透系数,分析固结压力、渗透压力与渗透路径对土的渗透性能的影响。试验结果证实,土的竖直渗透系数与水平渗透系数随固结应力的增加而减小,当固结压力大于上覆土的有效压力时,土的渗透性能变化明显。固结压力对土的渗透能力影响最为显著,而渗透路径的影响相对较小。     

饱和粉土变形特性三轴试验

对取自南京市某拟建高速公路路基的粉土,在室内按不同的干密度和含水率进行了试样重塑。按不同干密度和不同初始制样含水率进行饱和三轴固结排水剪切试验,测得不同围压条件下的固结排水剪应力-应变曲线以及有效应力比曲线形态等工程特性。分析了粉土干密度、初始制样含水率和围压对饱和粉土强度的影响。试验结果表明:粉土的强度随干密度的增加而变大,随围压增大而增加;初始制样含水率对粉土的强度有不同程度的影响;粉土的应力应变表现为弱应变软化型。     

不同因素对浅表土导热系数影响的试验研究

土体导热系数是预测人工冻结温度场发展、冻结壁厚度的重要参数,主要取决于固体颗粒成分、含水率和土体密实程度。本文以南京地区浅表土为研究对象,开展了常温与-10 ℃冻结时含水率、干密度对淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂导热系数的影响规律研究。研究结果表明:土质、含水率、干密度对导热系数影响显著,在试验含水率与干密度范围内,导热系数随含水率、干密度增加呈近似线性规律升高;冻土导热系数大于常温土导热系数,随含水率增加冻土导热系数的增加幅度与干密度相关。     

膨胀条件下混合型缓冲回填材料的渗透特性

 选取内蒙古高庙子膨润土(GMZ001膨润土),分别向其中添加0%,10%,20%,30%,40%,50%的石英砂,采用电子压力试验机在20 MPa荷载下静力压实制样,利用柔性壁渗透仪实测300 kPa围压条件下膨润土–石英砂混合物的渗透系数和体积膨胀变化。研究表明,在0%～50%掺砂率范围内,GMZ001膨润土–石英砂混合物的渗透性随掺砂率增大没有明显的变化,能够满足高放废物处置缓冲回填材料低渗透性的要求。引入有效黏土密度的概念,分析掺砂率和干密度对渗透系数的共同影响可知,膨润土–石英砂混合物渗透系数的对数值与有效黏土密度存在良好的线性衰减关系。结合压实试验结果发现,GMZ001膨润土–石英砂混合物的渗透系数为掺砂率的单值函数,据此提出不同压实条件下GMZ001膨润土–石英砂混合物渗透系数的预测关系式,期望为混合型缓冲回填材料的配比优化提供理论依据。     

细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明:不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm~3时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm~3时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振(NMR)分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

水泥固化体淋滤液对GCL防渗性能的影响

水泥固化/稳定化是危险废弃物处理的经济、高效方法,然而,水泥固化体的淋滤液中含有大量Ca~(2+),其长期渗透有可能导致填埋场底部土工合成黏土衬垫(geosyntheticclayliner,GCL)的防渗性能下降,从而引发二次污染。使用柔性壁渗透仪,测定有效应力和水泥固化体淋滤液共同作用下GCL的渗透系数,探讨了淋滤液浓度以及不同有效应力对GCL渗透系数的影响。试验结果表明:当有效应力为24kPa时,水泥固化体淋滤液的持续渗透会使GCL的渗透系数增大179～721倍,淋滤液中Ca~(2+)浓度越高,GCL渗透系数增大的幅度越大。通过增加有效应力,可以降低固化体淋滤液对GCL防渗性能所造成的负面影响,当有效应力增大至438 kPa时,固化体淋滤液对GCL防渗性能所造成的负面影响全部被抵消。     

真三维应力状态下锦州粉质黏土结构性演化规律试验研究

为研究复杂应力状态下粉质黏土结构性演化规律,利用TSW-40型土壤真三轴仪,开展一系列不同围压、含水量和中主应力系数条件下粉质黏土的真三轴试验,探究真三维应力状态下粉质黏土应力比结构性参数的变化规律。研究结果表明:粉质黏土的广义剪应力-广义剪应变(q-ε)曲线主要表现为应变硬化型。应力比结构性参数mη与广义剪应变ε呈拟合度较高的对数关系。应力比结构性参数mη随广义剪应变、含水量、固结围压和中主应力系数的增大而降低。剪切作用初始阶段,mη下降较快;当ε达到5%左右后,mη逐渐趋于平稳;试样达到破坏标准时mη接近于1。数据分析结果表明:固结围压对土体结构性的影响最大,其次为中主应力,含水率对土体结构性的影响相对较小。