膨胀土膨胀变形试验研究

为了研究不同注水方式对膨胀土膨胀量的影响,以及大尺寸重塑膨胀土浸水膨胀的变化规律,取某高速铁路地基膨胀泥岩重塑土样,进行开孔与不开孔的膨胀土浸水膨胀试验,并对不同厚度的大尺寸膨胀土试样进行浸水膨胀变形试验。试验结果表明:开孔注水与不开孔注水的膨胀土膨胀时程曲线有很大不同,开孔注水的土样膨胀时程曲线可以分为初始快速膨胀、减速膨胀、趋于稳定3个阶段;不开孔注水的土样膨胀时程曲线可分为初始缓慢膨胀、快速膨胀、减速膨胀和趋于稳定阶段4个阶段。分析得到土样损失体积率与膨胀量损失量的关系。不同厚度的大尺寸膨胀土试样膨胀时程曲线整体呈外凸形增长趋势,并且每级注水后,膨胀量也呈外凸形增长趋势;大尺寸膨胀土试样的真实膨胀量随着厚度的增加而增大,但增幅减小,真实膨胀量随着上覆荷载的增大而减小,减幅也降低。     

考虑体积变化的非饱和膨胀土土水特征

为探讨吸力作用下膨胀土体变特征对土水特征的影响规律,开展了一系列完整的脱湿阶段试验,获得了5种不同初始孔隙比的荆门压实膨胀土各级吸力下的重力含水率与体积变化。试验结果表明：不同初始孔隙比下的重力含水率一吸力曲线有交叉与聚拢现象;体积含水率一吸力曲线的交叉现象更为显著;而饱和度一吸力曲线未出现交叉,相同吸力下初始孔隙比大的土样具有更低的饱和度,体现出土水特征与体变特征的耦合效应。基于试验成果,从土的基本体积一质量关系出发,以初始孔隙比与吸力为变量,在一个统一的框架内,构建了吸力作用下的体变方程、分别用重力含水率与饱和度表征的土水特征曲线方程,该方程能够描述任意初始孔隙比条件下膨胀土干缩过程中重力含水率、孔隙比与饱和度随吸力的变化规律。     

考虑体积变化的非饱和膨胀土土水特征

为探讨吸力作用下膨胀土体变特征对土水特征的影响规律，开展了一系列完整的脱湿阶段试验，获得了5种不同初始孔隙比的荆门压实膨胀土各级吸力下的重力含水率与体积变化。试验结果表明：不同初始孔隙比下的重力含水率－吸力曲线有交叉与聚拢现象；体积含水率－吸力曲线的交叉现象更为显著；而饱和度－吸力曲线未出现交叉，相同吸力下初始孔隙比大的土样具有更低的饱和度，体现出土水特征与体变特征的耦合效应。基于试验成果，从土的基本体积－质量关系出发，以初始孔隙比与吸力为变量，在一个统一的框架内，构建了吸力作用下的体变方程、分别用重力含水率与饱和度表征的SWCC方程，方程能够描述任意初始孔隙比条件下膨胀土干缩过程中重力含水率、孔隙比与饱和度随吸力的变化规律。     

基于Sigmoid函数的膨胀土膨胀时程试验研究

为了探究膨胀土的膨胀变形与时间的关系,通过改变膨胀土的初始含水率、压实度和上覆荷载,对南宁膨胀土进行了一系列室内有荷膨胀试验,得到了不同初始条件下膨胀土有荷膨胀的时程特性及其变化规律。引入Sigmoid激励函数,建立了耦合初始含水率、压实度和上覆荷载的3因素膨胀土膨胀时程模型,并确定了相关的模型参数。分析表明,模型参数的物理意义明确,模型计算结果与实测结果非常吻合,验证了模型的可靠性。研究结果可为膨胀土的有荷膨胀变形计算提供可靠的理论依据。     

高速铁路膨胀泥岩路基渗流及膨胀特性试验研究

以兰新高铁某典型膨胀泥岩路基段为研究对象，进行现场水平及竖向渗流试验，研究不同渗流方向下泥岩的膨胀及渗透特性。结果表明:水平及竖向渗流试验中，不同位置土样的体积含水率均经历前期快速增长、中期外凸弧线型缓慢增长和后期基本稳定这3个阶段。当泥岩发生水平渗流时，泥岩既发生膨胀，又发生软化，离注水管越近的土样膨胀量越大；离注水管远的土样朝已软化的泥岩方向释放膨胀能，导致其竖向膨胀量变小。影响水分在土样中渗透的因素主要有上部土样对下部土样的压密作用、基质吸力作用和重力作用。当泥岩发生自上而下竖向渗流时，土样最终体积含水率从上到下依次递减；泥岩膨胀会导致其渗透性减小；泥岩膨胀经历快速膨胀阶段、膨胀减缓阶段和膨胀稳定阶段。     

南水北调中线膨胀岩膨胀特性试验研究

南水北调工程中经常遇到膨胀岩,膨胀岩的膨胀性对膨胀岩开挖料的循环再利用以及膨胀岩地区换填土的施工都有很大的影响。针对这个问题,对南水北调中线膨胀岩进行了膨胀性试验研究。试验结果表明:存在一含水率拐点,当膨胀岩的初始含水率小于拐点含水率时,其膨胀率随时间的关系曲线分为4个阶段:直线匀速膨胀阶段、直线快速膨胀阶段、减速膨胀阶段、膨胀缓慢稳定阶段。其中直线快速膨胀阶段其膨胀速度大于直线匀速膨胀阶段膨胀岩的膨胀速度。当膨胀岩的起始含水率大于拐点含水率时,其膨胀率随时间的关系曲线将没有直线匀速膨胀阶段,只有后面3个阶段。随着初始含水率的增加,膨胀岩的膨胀率逐渐减小。但是不同的膨胀岩试样初始含水率与膨胀率之间的关系曲线不同。随着上覆压力的增大,膨胀岩膨胀率逐渐减小。当超过某一压力时,岩样不但不会膨胀,反而会被压缩。这一试验结果,可为对膨胀岩地区的施工提供一定参考依据。     

膨胀土胀缩变形的试验研究

采用取自江苏淮安地区的弱膨胀土，对其进行不同含水率不同上覆压力下的膨胀率试验，同时对不同初始含水率的土样进行收缩试验。研究的结果表明：上覆压力及初始含水率大的膨胀土产生的膨胀变形小，而初始含水率大的试样产生的收缩变形大，土体的线缩率与初始含水率呈线性相关。     

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。     

含水率及干密度对高铁泥岩地基土无荷膨胀率的影响

通过室内无荷膨胀试验,研究初始含水率与初始干密度对高速铁路泥岩地基土无荷膨胀率的影响。研究结果表明:无荷膨胀率随时间的变化规律可分为快速膨胀、减速膨胀和膨胀稳定3个阶段。在相同初始干密度情况下,膨胀率随时间增长而逐渐增大,并且试样初始含水率越低,最终达到胀限含水率时的膨胀率越大。无荷膨胀率随初始含水率的增大而减小,干密度越大,无荷膨胀率减小的速率越快;无荷膨胀率随初始干密度增大而增大,在不同含水率条件下膨胀率增长速率有所不同。试样越干燥、干密度越大,其膨胀潜能越大。对无荷膨胀率时程曲线和无荷膨胀率-初始含水率-初始干密度三者关系分别用半对数函数和二元线性函数进行拟合,拟合结果良好,可较好地预测泥岩地基实际变形情况。     

单向及多向浸水条件下泥岩膨胀变形试验研究

泥岩浸水膨胀变形将导致构筑物地基上拱病害,为研究浸水方式对膨胀土膨胀变形的影响,以兰新铁路第二双线一处典型膨胀泥岩为研究对象,通过单向浸水(包括上部和底部渗透)和三向浸水方式进行了重塑泥岩膨胀变形试验。试验结果表明:不同浸水方式下土体达到膨胀稳定的时间不同,三面浸水方式较单向浸水方式下所需时间短。试验初期单向底部浸水膨胀变形速率较顶部浸水时小,三向浸水膨胀变形速率随注水孔增多而增大。通过试验数据进一步分析发现,三面浸水方式下膨胀变形量与浸水过程吸水量呈良好幂指数关系,单向浸水两者呈良好对数关系,土体浸水方式对膨胀量计算模式有重要影响。通过对比不同浸水方式下膨胀速率及膨胀变形量变化规律,为膨胀土地基设计和预警提供理论支撑。     

地基膨胀土浸水膨胀变形试验研究

以兰新铁路第二双线一处典型地基原状膨胀土为对象,分别进行0 k Pa、10 k Pa、20 k Pa、30k Pa、40 k Pa、50 k Pa分级浸水膨胀变形试验。试验结果表明:膨胀量随土体吸水量增加呈缓慢增长、加速增长、稳定增长的"S"形增长趋势。上覆荷载对膨胀量起抑制作用,且荷载越大,膨胀量越小,故膨胀土地基的膨胀变形主要发生在浅层膨胀土;胀限含水率随上覆荷载增大在逐渐减小,呈指数变化规律。通过对试验数据的进一步分析,建立了吸水率和上覆荷载耦合下原状膨胀土膨胀量计算模式。该计算模式所获结果与实测数据吻合较好,可为今后膨胀土地区工程建设提供一定的理论支撑。     

弱膨胀土增湿变形量试验及路堤填筑分析

工程包边法路堤填芯弱膨胀土的含水率变化常处于特定区间,现行研究集中于浸水饱和状态下的膨胀量,对特定含水率变化区间膨胀土的膨胀变形量研究较少。为研究不同增湿量下弱膨胀土土体的膨胀变形特性,采用“等同”的重塑膨胀土试样进行不同增湿量的一维膨胀试验,结果显示,当土体的含水率达到25%时,继续增大含水率对于土体膨胀变形量的影响较小。基于此,提出了换算膨胀量的概念(换算线膨胀率、换算膨胀力),通过对路堤内部施工含水率及平衡含水率进行分析,结合增湿变形量的研究结论,得出用于路堤内部的含水率变化处于对膨胀变形量影响较大的区间,路堤填筑时需严格控制土体的施工含水率。     

膨胀土击实状态下含水率和干密度的关系

以南水北调中线一期工程总干渠河北邯郸段所取膨胀土样为例,通过大量室内试验,得到了膨胀土在击实状态下,当含水率较小时,干密度随含水率的增大而增大,而当干密度增大到某一值后,含水率的继续增加反而使干密度减小。研究结果表明,含水率和干密度呈二次抛物曲线关系的特征。     

水泥改性膨胀土基本特性试验

通过无侧限抗压强度试验、收缩试验、X射线衍射(XRD)试验、压汞(MIP)试验、扫描电镜(SEM)测试,从宏观力学特征、物相构成演变以及微观结构特性三方面,对水泥改性膨胀土进行系统研究。结果表明:掺入水泥可以有效改善膨胀土的土体强度和胀缩特性;掺入水泥使得膨胀土微观结构发生显著变化,随水泥掺入量的增加,水化反应产生的C-S-H凝胶态产物总量逐渐增多,将土体颗粒粘联胶结形成较大的絮状体,优化土体孔隙结构,改性膨胀土土体内孔径小于100 nm的微细孔体积分数逐渐增大,说明水化产物的总量是决定水泥改性膨胀土微观孔隙结构特征、土体强度及收缩特性的关键因素。     

湿陷性黄土与膨胀土的分级增湿变形特性试验研究

对陕西张桥的湿陷性黄土和安康的膨胀土分别进行了分级增湿变形试验。根据试验结果分析了这两种土的应力应变关系曲线、增湿变形过程中基质吸力变化特点及增湿变形类型。分析表明，其两者的增湿变形应力应变曲线形态完全不同，湿陷性黄土的应力应变曲线明显分为压缩、湿陷变形和固结压密3段，并且在湿陷变形转变为固结压密时有一个明显的转点。膨胀土的应力则随变形增加呈衰减趋势，并且在增湿变形中以体积变形为主，剪切变形较少。湿陷性黄土和膨胀土在增湿过程中基质吸力变化亦表现出明显的差异，前者随含水率明显变化，随应力变化较小，而后者随含水率和应力的增加均有较大变化。最后提出湿陷性黄土的湿陷起始应力和膨胀土的膨胀应力两个概念，进一步合理分析了两者的特征力。     

风化砂改良膨胀土膨胀特性试验研究

结合湖北省宜昌市小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程及风化砂改良膨胀土路基施工项目,对膨胀土掺入不同比例的风化砂配制试件,进行自由膨胀率、无荷膨胀率、25 kPa和50 kPa有荷膨胀率以及膨胀力的试验研究,得到了不同掺砂比例下膨胀土的膨胀率和膨胀力指标。研究发现：掺砂对抑制膨胀土的膨胀是有效的,经过风化砂改良的膨胀土的自由膨胀率小于35%,达到了路基施工规范的要求。不同的掺砂量对改良膨胀土的膨胀指标有着显著的影响：当掺砂比例为10%时,自由膨胀率、膨胀力降低最为显著;当掺砂比例为40%~50%时,25 kPa有荷膨胀率的变化最为明显;掺砂比例为30%~40%,50 kPa有荷膨胀率变化的幅度最大;掺砂比例为40%时,荷载的增加对抑制膨胀性效果最明显;掺砂比例对无荷膨胀率影响很小,基本呈平缓线性变化。通过对掺砂效果的综合比较,掺砂10%能最快最经济抑制膨胀。