初始含水率和改良材料掺量对膨胀土抗剪强度的影响

为研究不同初始含水率和不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响,分别在膨胀土中掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂进行膨胀土的化学改良,通过改变4种改良材料的掺量及调整膨胀土的初始含水率,进行室内直剪试验。试验结果表明:掺水泥、石灰和粉煤灰能显著提高膨胀土的黏聚力,掺水泥提高黏聚力的幅度最大,其次是掺石灰和粉煤灰,掺风化砂会使膨胀土的黏聚力下降;掺水泥、石灰、粉煤灰和风化砂均能提高膨胀土的内摩擦角,其中掺水泥提高内摩擦角的幅度最大,其次是风化砂。4种材料均可用作膨胀土的改良材料,不同初始含水率及不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响十分显著。     

水泥及石灰掺量对改良膨胀土抗剪强度的影响

以南水北调中线工程淅川段的膨胀土为研究对象,分别采用水泥和石灰对膨胀土进行改良,其掺量分别为2%、4%和6%,在分别养护7 d和28 d条件下,进行直剪试验,研究水泥和石灰掺量对改良膨胀土抗剪强度的影响。研究表明:水泥和石灰均能有效地抑制膨胀土的膨胀性,并且随着掺量的提高、养护时间的加长,改性膨胀土的抗剪强度、黏聚力和摩擦角进一步得到提高;水泥相对于石灰对膨胀土抗剪强度影响更大。     

不同剪切速率对改良膨胀土抗剪强度影响研究

为了研究不同方法改良的膨胀土在不同剪切速率下抗剪强度指标的变化规律,分别在2.4mm/min和0.8 mm/min剪切速率下对风化砂、石灰、水泥以及粉煤灰改良的膨胀土样进行了室内直接剪切试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验结果表明:(1)剪切速率对同一材料改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均有影响,并且对粘聚力的影响要大于对内摩擦角。(2)风化砂改良膨胀土的内摩擦角和粘聚力均随剪切速率的增大而增大。(3)同一剪切速率下,掺砂改良膨胀土的内摩擦角随掺砂比例的增大先增大后减小,粘聚力随掺砂比例的增大而减小。(4)同一剪切速率下,掺水泥改良膨胀土的抗剪强度指标最大。从效果上看,掺风化砂、石灰、水泥和粉煤灰均能提高膨胀土的抗剪强度。     

基于二次掺灰法的改良膨胀土施工工艺与检测方法

膨胀土一般天然含水率高,透水性差,原状土一般以较大的团块存在,黏性较大,不易粉碎。但室内和现场试验成果证明:膨胀土经过掺灰改性后,其体积胀缩性低于一般黏土,而强度很高、压缩性低,是很好的土建工程填料。而能否将石灰和土料拌合均匀是影响改良效果的主要因素。因此石灰改良膨胀土施工工艺中最重要的一环就是掺灰工艺,其次就是掺灰土中掺灰量和均匀性是否达到设计要求的检验方法和判定标准。在大量室内和现场模拟试验的基础上,提出了石灰改良膨胀土的施工工艺和质量检验、控制标准。     

高液限土掺灰改良的试验研究

针对高液限土通过掺灰改良应用于路堤填筑方面的理论不足,对掺灰改良前后土体性能进行了试验研究。采用界限含水率试验、自由膨胀率试验和无荷膨胀试验、干湿循环下改良土的水稳定性试验,对高液限土改良前后、不同灰剂量、不同养护时间下的力学性质、变形和稳定性方面的变化进行研究。研究表明,灰剂量4%、养护7-14天时,其液限及塑性指数下降明显。石灰改良土无荷膨胀率明显低于素土无荷膨胀率,且灰剂量4%、养护7天时,其膨胀率降低效果最好。干湿循环作用下,素土很快崩解,而石灰改良土则随着灰剂量增大,其膨胀现象越是推后且不明显。改良土的CBR值先随循环次数的增加而增大,后渐趋平稳,2%和4%灰剂量的循环到一定次数之后有所降低。更多还原     

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。     

固化海相土抗拉强度特性研究

试验分析了固化剂掺量、养护龄期和含水率对固化海相软土的抗拉强度影响规律。结果表明，水泥和石灰混掺的固化效果明显优于水泥和粉煤灰混掺。水泥+石灰混掺的固化土各龄期抗拉强度均比水泥+粉煤灰的高，前者是后者的1.3～2.9倍。海相软土的初始含水率为60%时，28 d固化土抗拉强度较7 d龄期提升了14%～27%。初始含水率增至80%后，28 d固化土抗拉强度较7 d龄期提升了120%～170%。相同固化剂掺量下，海相软土的初始含水率对固化土抗拉强度影响显著。固化土无侧限抗压强度和抗拉强度呈正相关，水泥+石灰混掺固化土的28 d龄期抗拉强度是其无侧限抗压强度的9%～16%。指出影响固化海相软土抗拉强度的因素依次为初始含水率、养护龄期、固化剂掺量。固化剂掺量中水泥掺量的影响最大，粉煤灰掺量次之，石灰掺量影响最小。实际工程中，降低土体初始含水率，保证充足的养护时间以及选择合适的固化剂掺量能提高固化土的抗拉强度。     

粉煤灰改良膨胀土强度及膨胀特性试验研究

为探讨粉煤灰对膨胀土膨胀及强度特性的改良效果,对粉煤灰改良膨胀土进行无侧限抗压强度等一系列试验。研究结果表明,掺入粉煤灰能有效抑制膨胀土的膨胀特性;未经养护土样,粉煤灰掺量对其无侧限抗压强度影响不明显,而在7d和28d的养护条件下,随粉煤灰掺量增大,均呈增大趋势;以粉煤灰掺量6%为例,研究龄期为0~180天8个试样的无侧限抗压强度,发现龄期与抗压强度呈良好乘幂关系。     

石灰改良土的非饱和土变形与强度特性试验

为研究石灰含量与颗粒级配对非饱和改良土强度和变形的影响,利用非饱和三轴仪对石灰改良花岗岩残积土进行控制吸力固结排水剪切试验,研究掺灰比0%,4%和8%的改良花岗岩残积土的强度和体变特性,同时还选用了颗粒粒径小于1 mm与小于2 mm的土料进行了相关试验。研究结果表明:石灰含量和净围压对非饱和改良土的应力应变曲线均有较大影响,且曲线呈硬化型;相同石灰含量下非饱和改良土的强度峰值随着净围压的增大而增大;在净围压相同时,强度峰值随着石灰含量的增大而增大;在同基质吸力时,凝聚力和内摩擦角随着石灰含量的增加而相应增大,凝聚力增加更明显。在相同基质吸力、干密度、石灰含量下,颗粒粒径小于1 mm与小于2 mm的土料应力应变关系接近,细粒土的颗粒尺寸对强度影响小。非饱和土的体变特性受石灰含量和净围压的影响明显,对于细颗粒土,其结果受颗粒粒径的影响小。     

不同掺灰率条件下改良膨胀土电阻率变化规律的研究

针对东北某铁路试验段不同消石灰掺量的改良膨胀土进行了不同养护龄期的自由膨胀率试验、抗剪强度试验、电阻率测试试验,分析了不同消石灰掺量的改良膨胀土随着养护龄期增长的膨胀性指标、强度指标与其电阻率的关系。研究表明:随着养护龄期的增加,改良膨胀土的自由膨胀率逐渐减小;内摩擦角不断增长,最终趋向稳定;黏聚力则先减小再增大,且最终养护后期土体的黏聚力虽然随着龄期的增长而增长,却达不到养护开始时的数值;电阻率越来越大,且在养护初期电阻率增长较快,最终逐渐趋于稳定。     

石灰改良膨胀土重塑后抗剪强度特性及应用

为研究石灰改良膨胀土重塑后的抗剪强度性能,进行了素土、石灰改良膨胀土及重塑石灰改良膨胀土3种土体在0,12.5,25,50,75,100,150 kPa下的直剪(快剪)试验。试验结果显示,重塑石灰改良膨胀土各上覆压力下的抗剪强度均低于石灰改良膨胀土而大于素土。采用《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)拟合土体的抗剪强度时,素土在低应力下的偏差最大,而石灰改良膨胀土最小,采用双直线法拟合时各应力段的抗剪强度值偏差最小。重塑石灰改良膨胀土的抗剪强度劣化系数随着上覆压力的增大而减小,且呈明显的2段。当上覆压力<25 kPa时,上覆压力对于土体性能劣化系数影响较大;当上覆压力>25 kPa时,抗剪强度性能劣化系数随着上覆荷载的增大而减小的幅度逐渐减小。重塑后石灰改良膨胀土土体的黏聚力大于素土而小于石灰改良膨胀土,内摩擦角大于素土及石灰改良膨胀土。从试验结论来看,在素土强度满足路堤填芯的情况下,重塑后的石灰改良弱膨胀土可以直接用于路堤填芯;但用于路堤表面填筑时,需要再改良。     

四川盆地某边坡膨胀土的力学特性试验研究

为了研究四川盆地某高速公路边坡膨胀土的膨胀及力学特性,对相同条件下增湿程度不同的膨胀土膨胀特性进行了试验研究。结果表明:膨胀土的自然膨胀力和荷载条件下膨胀率都随着含水率的增大而逐渐增大并最终趋于稳定;同时,对不同增湿程度膨胀土进行了剪切试验,获得了强度参数(粘聚力、内摩擦角)与含水率关系曲线。应用此方法,监测膨胀土的含水率可以获得实时膨胀特性和强度参数,可以直接应用于实际工程中。     

粉煤灰-天然砂改良膨胀土强度特性试验研究

为探讨粉煤灰-天然砂改良膨胀土强度特性,对改良膨胀土进行了击实试验、无侧限抗压试验和三轴试验。试验结果表明:粉煤灰掺量一定时,最大干密度随天然砂掺量增加呈先增大后减小趋势,而最优含水量逐步减少;天然砂掺量一定时,最大干密度及最优含水量随粉煤灰掺量增加均逐渐减小;在粉煤灰和天然砂之和占比20%不变条件下,随天然砂占比减小,无侧限抗压强度与三轴抗剪强度先增大后减小,天然砂掺量5%和粉煤灰掺量15%时强度最大;随着粉煤灰和天然砂掺量的增加,内摩擦角先增加后减小;粉煤灰和天然砂掺量之和一定时,随着粉煤灰的增加和天然砂掺量的减少,黏聚力逐渐减小。研究成果可供致力于改良膨胀土工程性质的研究人员参考。     

李家坪隧道膨胀性围岩力学特性试验及塌方原因分析

为研究三淅高速公路李家坪隧道膨胀土软弱围岩性质,通过三轴强度试验和膨胀特性实验等室内试验研究了含水率、干密度对膨胀土三轴强度的影响。试验结果表明:含水率和干密度对膨胀土强度影响较大,对黏聚力的影响尤为显著,但在膨胀土的干密度较大时,干密度对内摩擦角的影响不明显。较小初始含水率的膨胀土吸水膨胀时将产生非常大的膨胀率和膨胀力,因此,工程上应对膨胀土区域采取防渗措施。此外,根据收敛约束法的理念推导了膨胀土围岩特征曲线,结果表明含水率的变化会使围岩压力发生很大变化。基于此,进一步分析了李家坪隧道塌方冒顶的原因,雨季施工造成膨胀土含水量增大,产生巨大的膨胀力,而支护体系薄弱,造成隧道冒顶塌方。     

固化有机质土的抗剪强度试验研究

分别以固化土7d的粘聚力和内摩擦角作为评价指标,通过开展固化有机质土的正交快剪试验,研究复合固化剂的固化效果,结果发现固化土的粘聚力和内摩擦角均得到了较大幅度的提高,且粘聚力提高更为显著。对于粘聚力:水泥影响最为显著,高效减水剂FDN影响次之,玻璃纤维更次之,水玻璃影响最小;而对于内摩擦角:水泥影响最为显著,玻璃纤维影响次之,高效减水剂FDN更次之,水玻璃影响最小。     

石灰改性淤泥的抗压和抗剪强度试验研究

对未改性淤泥和石灰改性淤泥进行无侧限抗压强度试验,得到了长期养护90 d和360 d试样的应力应变关系、抗压强度、变形模量和破坏应变。通过固结排水直接剪切试验,得到淤泥固化前后的剪切应力位移关系、凝聚力和内摩擦角。结果表明:石灰的掺入使试样破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和变形模量显著增加;石灰掺量达到某种程度后,继续添加石灰并不能改善土体力学性质,反而会引起劣化效果;抗压强度与变形模量之间服从线性关系,抗压强度与破坏应变之间服从幂函数关系;石灰掺量和法向压力变化会诱发试样剪切应力位移曲线发生变化;石灰可有效提高淤泥试样的凝聚力,但对内摩擦角并无显著影响。     

季节性供水渠道边坡稳定性研究

由于渠道季节性通、停水引起的干湿循环过程显著降低了渠基膨胀土的强度,进而影响膨胀土渠道的稳定性。以北疆典型膨胀土渠道为例,通过直接剪切试验对不同干湿循环次数下渠基膨胀土的力学特性和表面裂隙发育特征进行研究,在此基础上对水位骤降期间渠道边坡的稳定性进行了数值计算。结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样表面的裂缝发育不断加剧,并在一定循环次数后逐渐趋于稳定;试样的黏聚力发生较为显著的衰减,而内摩擦角值则呈小幅度波动式衰减的趋势。在5次干湿循环后,试样的黏聚力和内摩擦角分别降低了36.5%~48.2%和10.8%~26.1%。此外,随着运行年份（干湿循环次数）的增加,渠道边坡稳定性呈逐年下降趋势;排水时间对于渠道边坡的稳定性同样影响显著,排水时间越长,渠道边坡稳定性越高。建议该膨胀土渠道边坡排水时间不少于12 d,诊断、维修间隔不长于5年。研究成果对北疆供水工程建设与维护具有一定参考价值。