低黏土矿物含量泥岩有荷膨胀试验研究

现有铁路规范中判定为无膨胀性的低黏土矿物含量泥岩仍具有膨胀性,其遇水之后产生的微弱膨胀对于变形精度要求只有4 mm的高速铁路具有潜在的破坏作用。以一高速铁路地基中的低黏土矿物含量重塑泥岩为研究对象,通过有荷膨胀率试验研究初始含水率、干密度及上覆荷载对膨胀极限状态的影响规律。研究结果表明:在初始含水率与上覆荷载一定的条件下,泥岩的胀限膨胀率随干密度的增大而增大;在干密度与上覆荷载一定的条件下,初始含水率越大,胀限膨胀率越小;在初始含水率与干密度一定的条件下,胀限膨胀率与胀限含水率均随上覆荷载的增大而减小。同时拟合得到了泥岩胀限膨胀率计算公式,验证结果表明胀限膨胀率实测值与公式预估值误差较小,可以采用拟合出的公式对于实际工程中的膨胀进行预测,为工程提供指导。     

安康地区膨胀土膨胀变形与计算模式

为探究膨胀土的膨胀变形规律及计算模式,以陕西安康地区的膨胀土为研究对象,通过室内试验,开展了不同干密度及不同初始含水率的无荷载膨胀率试验、同一干密度下的有荷载膨胀率以及膨胀力试验。并基于试验结果提出了同时考虑初始含水率、初始干重度和上覆荷载3种因素耦合情况下的膨胀率计算模式。试验结果表明：安康地区膨胀土的膨胀量随初始含水率增大、初始干密度的减小、上覆压力的增大而减小;膨胀土的无荷载膨胀率与时间关系曲线满足Logistic模型,且均可根据膨胀速率的不同分为3个阶段;膨胀力随着初始含水率的增大、干密度的减小而减小,且在低干密度下(干密度ρ_d<1.47 g/cm³）膨胀力变化的速率较小,膨胀力大小差异也较小;验证计算结果证明了所提出的考虑3种因素的膨胀率计算公式是正确的,可为预测安康地区膨胀土的膨胀变形及工程建设提供参考。     

膨胀土湿胀干缩特性试验

为研究膨胀土湿胀干缩变形与含水率变化的一般规律,采用压缩仪和收缩仪对重塑膨胀土进行了无荷载条件下的分级浸水膨胀试验和收缩试验。结果表明:试样的初始干密度越大,初始含水率越小,土体的膨胀系数越大,最终膨胀率也越大;初始干密度越大,初始含水率越小,土体的收缩系数越小,最终线缩率和体缩率也越小;膨胀系数和收缩系数反映了膨胀土受含水率变化而产生变形的特性,可作为评判膨胀土胀缩性能的指标。     

河南安阳第三系黏土岩胀缩特性研究

从膨胀、收缩、胀缩循环3方面对黏土岩进行了试验研究,结果表明:无上覆荷载时,重塑黏土岩随初始含水率的增大膨胀率直线减小,且无侧限约束时,膨胀率不及有侧限时的一半;重塑黏土岩的有荷膨胀率随上覆荷载和初始含水率的增大而减小;重塑黏土岩的收缩特性与膨胀土类似,缩限随初始含水率的增大而增大,且增长速率越来越慢,最终趋于稳定值;重塑黏土岩的胀缩特性随胀缩循环次数的增加而减弱,膨胀稳定时的高度越来越低,收缩稳定时的高度越来越高,其胀缩特性削弱得较快。     

南水北调中线膨胀土变形特性的试验研究

针对南水北调工程中线淅川县的4种膨胀土料,进行了收缩试验、膨胀力试验和膨胀率试验,研究了膨胀土的失水收缩和膨胀变形特性。研究结果表明:膨胀土的膨胀性随着液限及塑性指数的增大而增大,膨胀力及其胀缩性受初始含水率和初始干密度的影响较大;膨胀力随初始干密度的增大而增大,而随着初始含水率的增大,膨胀力总体呈现先增大再减小的趋势。研究结果可为膨胀土地区工程的设计及膨胀土的地基处理提供依据。     

膨胀土的浸水变形特性

使用压缩仪,对不同起始密度及不同起始含水率的膨胀土进行了分级浸水和一次性浸水膨胀变形试验,同时测试了试样在浸水前后不同压力下膨胀变形量的变化过程.试验结果表明,不同浸水路径在浸水的初期阶段对膨胀土的膨胀变形速率有一定的影响,但膨胀率最终值基本一致;浸水膨胀再压缩试验中压缩稳定后的膨胀率比先压缩再浸水膨胀试验膨胀稳定后的膨胀率要小,但变化较快,并随着压力的增大,加压后膨胀率逐渐减小,最终两种试验的膨胀率趋于一致;压力对不同初始含水率试样膨胀率的影响较小,对不同初始干密度试样的影响较大;在浸水单向膨胀试验过程中试样的干密度与膨胀率呈双曲线变化规律.     

膨胀土击实样膨胀特性试验研究

为研究膨胀土的膨胀特性,选取南水北调中线工程南阳中膨胀土,对击实样进行了无荷膨胀率和有荷膨胀率试验,重点研究了南阳中膨胀土击实样的初始含水率、压实度、上覆荷载与膨胀特性的规律关系.试验成果表明:在相同起始含水率下,随着压实度的增大,膨胀土无荷膨胀率与压实度呈较好的线性增长关系;在相同压实度条件下,膨胀土无荷膨胀率随起始含水率增大而减小;含水率大于最优含水率可以明显的抑制膨胀土的膨胀;较小的荷载作用就可以抑制膨胀土的大部分膨胀量;由正交分析法分析可知,当荷载不大于25 kPa时,含水率对有荷膨胀率的影响要大于压实度对有荷膨胀率的影响,当荷载大于25 kPa时,则相反.     

压实膨润土膨胀力时效性试验及模型研究

以压实膨润土为研究对象,对静置不同时间后试样的竖向膨胀力进行了试验研究和理论分析。首先将4种不同初始含水率的膨润土粉末压实到两种目标干密度,然后维持试样含水率不变,分别静置0,1,7,15,30 d和90 d,采用饱和膨胀仪对静置不同时间的试样进行膨胀力试验。试验结果表明：随着静置时间的增长,试样最大竖向膨胀力不断减小,且0~7 d减小明显,30 d之后趋于稳定。在此基础上,建立了考虑静置时间影响的压实膨润土膨胀力时效性经验模型,其中,膨胀力与静置时间的对数呈线性关系。模型参数讨论结果表明,初始膨胀力σ0随初始吸力s的增加而线性增大;膨胀力衰减系数CRσ随吸力s的增加而线性减小。拟合结果表明该模型能够较好地反映压实膨润土的膨胀力时效性。     

膨胀岩工程特性试验研究

为研究南水北调中线工程膨胀岩的工程特性,选取新乡潞王坟段的代表性岩层——强风化黏土岩和泥灰岩的原状样及扰动样,进行了物理性质试验、击实试验、力学性质试验以及膨胀特性试验。试验成果表明:对扰动样的标准击实基本上很难达到天然状态下的干密度状态,土体的结构性在击实过程中不能得到较好的恢复;初始含水率越小,吸湿能力越大,其强度降低程度越大,饱和强度参数越小;含水率低的试样,其破坏强度大,但破坏应变小;相同的压实度下,含水率越低试样的软化现象越明显;相同压实度的土样,含水率越大,其初始切线模量越小;压实度在90%~98%,压实度越大,膨胀力与膨胀率越大;随着压实度超过98%,膨胀率与压实度关系曲线存在一峰值转折点,而且此峰值点出现在压实度为98%~100%。压力与膨胀率关系曲线分两直线段:一陡降段和一平缓段,各曲线之间近似平行,曲线截距为无荷膨胀率数值。该成果为南水北调中线工程膨胀岩渠坡段的设计施工提供了科学依据。     

北疆供水一期工程膨胀土不同循环模式条件下的胀缩特性

为深入探讨北疆供水一期工程膨胀土渠坡胀缩机理,通过对膨胀土进行了3种不同循环模式条件下的无荷膨胀率、有荷膨胀率和收缩试验,从宏观角度分析了其胀缩特性规律,并采用扫描电镜试验从微观上揭示其物理机制。结果表明：膨胀土的膨胀变形随时间的延长可分为快速、匀速及稳定3个阶段,膨胀变化主要集中在快速膨胀阶段,上覆荷载越大,有荷膨胀率越小,上覆压力抑制了膨胀土的吸水膨胀作用;随着循环次数的增加,无荷膨胀率、有荷膨胀率和线缩率均呈逐渐减小的趋势,第5次循环后逐渐趋向于稳定值,其中干湿-冻融循环减小幅度最大,干湿循环次之,冻融循环最小。微观机制方面,试样经过循环后,土体孔隙和颗粒总数呈逐渐增大趋势,颗粒总面积等微观指标逐渐减小;土颗粒大小及含量是影响胀缩性的主要因素,循环作用影响黏土颗粒的大小、含量及排列等因素的变化,其中干湿-冻融循环颗粒总面积变化程度最大,膨胀土试样胀缩变化程度最大,冻融循环对微观结构影响最小,膨胀土试样胀缩变化程度最小。     

不同温度下红黏土胀缩性试验研究

为了探究温度对红黏土胀缩性的影响,通过不同温度下红黏土的胀缩性试验(膨胀变形和收缩变形试验),以初始含水率和干密度为对比变量,分析红黏土胀缩性;并通过红黏土的收缩变形试验分析温度对红黏土体缩率、最终线缩率和收缩系数的影响规律。试验结果表明:膨胀率随着初始含水率的变化而变化,干密度最大的试样的膨胀率增幅最明显,干密度最小的试样的膨胀率却随着初始含水率的增加而减小;随着温度的升高,膨胀率总体呈增大趋势, 膨胀率在80 ℃之前缓慢增长,超过80 ℃时增长较快; 随着温度的升高,线缩率、体缩率、收缩系数总体呈现递减的趋势;不同温度下红黏土随着含水率的降低,收缩曲线大致可以分为斜直线阶段、外凸阶段和直线稳定阶段共3个阶段,各阶段的收缩速度和收缩变化幅度不同。研究成果可为研究红黏土胀缩性的岩土工程技术人员提供参考。     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律,以不同初始含水率、不同干密度的陕北风积砂为研究对象,在不损坏试样的前提下在试验室进行含水率的实时监测。分析了风积砂内部含水率、渗透强度的时空变化规律,得到了土水特征曲线,揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明:在等温条件下,基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力;同一干密度下、不同初始含水率的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同,补水量随着初始含水率的增大而减小,渗透强度随着初始含水率的增加呈现递减趋势;风积砂土水特征曲线的分布包含饱和段、过渡段和不变段,其中同一干密度土样的曲线的饱和段水分分布规律基本相同,过渡段内水分变化梯度存在较大差异,水分变化梯度随初始含水率的增大而逐渐减小;对于不同干密度的风积砂,在相同初始含水率下,补水量和渗透强度随干密度的增加而减小,毛细水上升高度随着干密度的增加而增大。     

三维应力下密度对粗粒料力学特性的影响

通过4种不同初始干密度的粗粒料大型真三轴等小主应力、等比例加载固结排水剪切试验,研究了密度对三维应力状态下粗粒料力学特性的影响。试验结果表明:小主应力一定时,随着初始干密度的增大,应力曲线逐渐升高变陡,软化性增强,体缩变形减小,剪胀性增强。体变增量与大主应力方向应变增量之比即体变增量比随初始干密度的增大而减小,体变增量比从一正值逐渐减小趋向于0但>0时为应变硬化型;若体变增量比从正值减小到负值,体变从压缩变为膨胀,为应变软化型;到最小值时,体胀变形发展最快,应力达到峰值,对应于破坏状态。孔隙比随平均正应力的增大而单调减小,为硬化型曲线;若孔隙比先减小后增大,为软化型曲线;随着初始干密度的增大,孔隙比降低幅度减小,体缩变形减小,硬化性减弱。强度随初始干密度或小主应力的增大基本呈线性增大。研究成果对充分认识粗粒料的力学性能并科学进行应力变形分析、合理开展设计施工提供参考。     

邯郸击实膨胀土的胀缩特性研究

基于室内膨胀土测试试验,对邯郸膨胀土的击实土样的胀缩特性进行了研究。分析了膨胀力与初始含水量、初始干密度及膨胀率与压力、初始含水量及初始干密度的定量关系,并根据膨胀土胀缩变形的物理机制对各因素对膨胀土的影响机制进行了分析。     

膨胀土增湿过程中膨胀规律的试验研究

为了研究膨胀土增湿过程中膨胀规律, 取某高速铁路地基膨胀泥岩土样, 研究其无荷膨胀率随含水率增大过程中的变化规律。试验结果表明:膨胀土无荷膨胀率随含水率变化过程分为3个阶段, 分别为快速膨胀阶段、缓慢膨胀阶段和趋于稳定阶段, 得到3个变化节点含水率。然后使用蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率、液限这4个指标作为模型因子, 利用主成分分析法得到能够表征膨胀土膨胀能力强弱的膨胀特性Z值。分析3个变化节点含水率与膨胀特性Z值的关系, 得到3个含水率与Z值的函数关系式。在实际工程中, 可以测定土样的当前含水率和4个指标值, 由4个指标值得到膨胀特性Z值, 由变化节点含水率与Z值的函数关系计算得到3个变化节点含水率, 然后判断土体当前含水率与3个变化节点含水率的关系, 就能判断土体在当前含水率下膨胀能力的强弱, 这可对实际工程提供一定参考。     

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。     

风积砂水分迁移试验研究

为了研究水分在风积砂中的迁移规律，以不同初始含水量的陕北风积砂为研究对象，在不破损试样的前提下进行含水量的实时监测。分析了风积砂内部含水量、渗透强度的时空变化规律，得到了土水特征曲线，揭示了风积砂的水分迁移特征。研究表明：在等温条件下，基质势和重力势是风积砂中水分迁移的主要动力；同一干密度下、不同初始含水量的风积砂中由于基质吸力引起土体中水分迁移的湿润锋高度相同；风积砂渗透强度随着初始含水量的增加呈现递减趋势；风积砂土水特征曲线的分布包含三个阶段：饱和段、过渡段、不变段，其中饱和段分布规律基本相同，过渡段内水分变化梯度存在较大差异，水分变化梯度随初始含水量的增大而逐渐减小。     

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。