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。     

原状冻土融沉压缩仪的改进与试验研究

对常规固结压缩仪进行了改进,制作了原状冻土融沉压缩仪。利用改进后的融沉压缩仪对多年冻土原状样进行了试验,其结果基本符合试验土样的融沉特性,试验结果的精度满足工程要求,验证了改进后的融沉压缩仪可作为冻土融沉特性指标的测试仪器,为今后在工程实践中进行冻土原状样的融沉试验提供了技术支持。     

冻土融沉系数的经验确定方法

冻土融沉系数是计算冻土融化后沉降量的重要参数,也是多年冻土融沉性分类的一个指标.本文根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据资料,对细砾土、砂土、粉土、粘性土、泥炭化粘性土和泥炭质土这六类土,分别得出了估计其融沉系数a0的回归分析方程.同时还简单论述了采用超塑含水量(w-wp)因子估计山区粘性土融沉性的效果及原因,分析...     

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。     

冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

冻融循环条件下土的融沉性质试验研究

多年冻土地区路基病害主要由冻土土体在季节变化条件下的冻融循环造成的。因此,本文结合青藏铁路清水河、北麓河试验段土质条件,通过室内试验探讨和研究了不同土质在不同含水率、密实度、荷载条件下,反复冻融过程中的融沉特性。并探讨了循环融沉系数与融沉系数的关系及表达式,为进一步深化对融沉特性的认识提供了参考。     

列车荷载下青藏冻结粉质黏土变形特性试验研究

基于低温动三轴试验,对列车荷载下青藏冻结粉质黏土的动应变发展情况进行研究,得到冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随振动次数、动应力幅值、冻结温度和初始含水率而变化的规律。结果表明:①青藏冻结粉质黏土回弹应变在加载初期迅速减小,振动一定周次后随振动次数的增加不均趋于稳定;②累积塑性应变随着振动次数的增加呈增大趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型三种形态;③冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随着动应力幅值增加和冻结温度升高而增大;④初始含水率越高,冻结粉质黏土的回弹应变越小、累积塑性变形越大。研究成果对我国冻土地区铁路路基长期动力稳定型评价及路基设计具有重要参考价值。     

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。     

聂庆科;王英辉;田鹏程;梁书奇;

通过击实试验和击实后土样的压缩和剪切试验研究红黏土的变形和强度特性。研究表明:重塑土的最大干密度比原状土的最大干密度大,而重塑土的最优含水率则比原状土的最优含水率小;随击实功增大,土样的干密度增大,而最优含水率减小;含水率稍高的击实土样的水稳定性要比含水率稍低的击实土样的水稳定性好;当含水率较大时,击实土样的相对固结变形量较大,固结稳定并浸水再固结后,原来含水率较小土样的变形增量反而稍微大些。     

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。     

应力影响下粉质黏土的等效渗透系数计算EI北大核心CSCD

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。     

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。     

冻融循环下鄂尔多斯红色砒砂岩融沉特性研究

通过室内冻融实验,以内蒙古自治区鄂尔多斯准格尔旗红色砒砂岩作为研究对象,研究并分析冻融次数以及含水率对原状砒砂岩融沉作用下的影响规律。研究表明:含水率在某个阈值范围内,融沉量是随着冻融次数的增加规律性增大的。原状砒砂岩的限定含水率在12%到13%之间,含水率较低时,融沉系数随着含水率的增大而增长,当土体含水率到达某一界限含水率,融沉系数随着冻融次数的增加而趋于平缓。本次试验含水率是对冻融过程融沉总变形影响较大的因素,含水率小的原状砒砂岩发生压缩变形,含水率大的发生隆起变形。无论冻融循环中其他因素如何变化,最终的融沉都会趋于稳定。     

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。     

冻融循环对土体压缩参数及冻胀、融沉性影响研究

多年冻土区结构常常发生冻胀、融沉,这也导致了基础的破坏。本文的目的是为了评估冻土路基中,冻融循环对土体压缩参数及影响冻胀、融沉性的主要因素。从土样上表面周期性冻结、融化,经多次冻融循环,得到清水河、北麓河两种典型土样的冻胀、融沉系数。研究显示:多次冻融循环后,压缩系数增大。     

砂土导热性能测试与预测研究

地层内砂土的导热性能是地下空间开发建设中暖通空调设计的重要参考指标。采用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪测试,探讨了干密度和含水率对砂土导热性能的影响,分析了砂土的导热系数理论预测问题。结果表明:干密度相同时,重塑砂土的导热系数和体积比热随含水率的增大而增大;含水率低时重塑砂土的热扩散系数随含水率的增大而增大,达到一定含水率后重塑砂土的热扩散系数随含水率的增大趋于稳定或减小;含水率相同时,重塑砂土的导热系数、体积比热和热扩散系数随干密度的增大而增大;重塑砂土与原状砂土的热物理参数随含水率变化的趋势大致相同,后者偏大。讨论了土体导热系数预测理论的适用性,Cote and Konrad模型可以准确得到预测重塑砂土的导热系数。     

金塘海底隧道人工冻土力学特性研究

为获取宁波至舟山铁路金塘海底隧道工程穿越的土层在人工冻结条件下的力学性质,勘察期间,在不同温度和不同含水率条件下,对选取的海底典型的粉质黏土和粉土地层重塑样品,开展了人工冻结条件下的单轴抗压强度试验。试验结果表明:人工冻土的力学性质受冻结温度的影响明显,冻结温度自-5℃降低至-20℃过程中,粉土层和粉质黏土层的人工冻土单轴抗压强度逐渐增大,其泊松比逐渐减小。含水率的不同对粉土层和粉质黏土层的力学性质有一定影响,粉土人工冻土的抗压强度在含水率为30%时最大,粉质黏土试样在含水率为34%时,其抗压强度最大。两种土层在人工冻结过程中均存在最优含水率,超过最优含水率时,人工冻土的强度将逐渐减低。研究成果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供参考。     

冻土水热耦合方程及数值模拟研究

路基冻胀融沉是多年冻土区路基的主要病害。冻胀融沉病害与土体水分迁移以及温度变化密切相关,而冻土温度变化和水分迁移又会相互影响。基于非饱和土渗流和热传导理论,建立冻土水热耦合问题的联合求解微分方程;然后采用COMSOL Multi-physics软件进行二次开发,实现冻土温度场和水分场全耦合数值模拟;进而将数值模拟结果与土柱冻结和融化实验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性;最后以青海省玛多县地区路基为例,研究多年冻土路基中温度场与水分场的分布和变化规律。     

原状和压实黄土持水特性及湿陷性对比试验研究

通过对比研究具有相同初始干密度和含水率的原状和压实黄土,揭示黄土结构对其持水特性和湿陷性影响。利用扫描电镜观察原状和压实黄土微观结构,对试验结果辅助分析。研究显示:压实黄土持水特征曲线进气值较原状黄土大75%。这可能是由于原状黄土中存在超大团粒间孔隙,造成显著的瓶颈效应。另外,原状黄土持水特征曲线的滞回度在低吸力范围(小于7 kPa)较压实黄土大,而在中间吸力范围(7～80 kPa)较压实黄土小。这是由于原状和压实黄土经历不同脱—吸湿历史。对于湿陷性,高含水率时(大于18%)原状和压实黄土湿陷系数差别不大,而在低含水率(16%)时,原状黄土湿陷系数大于压实黄土。这是由于原状黄土中存在黏土颗粒胶结,使其具有较大抵抗加载变形能力(竖向应力200 kPa)。随后的注水,导致黏土颗粒胶结作用失效,引起较大湿陷变形。此外,原状黄土屈服应力较压实黄土屈服应力增大的程度随含水率减小而显著增加,这说明了原状黄土的结构性随含水率的降低而显著增强。