膨胀土胀缩变形与渗透性规律试验研究

大气和地下水共同影响下,膨胀土路基或边坡工程在一定深度范围内将出现明显的干缩湿胀变形,其渗透性能也会出现显著变化,并进一步诱发膨胀土路基或边坡的失稳破坏。为系统研究竖向荷载和干湿循环作用下膨胀土胀缩变形与渗透性能变化规律,采用温控气压固结渗透仪分别进行不同荷载和干湿循环作用下的膨胀、收缩与渗透试验,研究膨胀土在不同荷载和干湿循环条件下的胀缩变形规律,确定膨胀土水渗透系数和气渗透系数变化规律。研究成果能够用于确定膨胀土容许胀缩变形量和容许竖向荷载,提出明确的膨胀土路基或边坡的最小防护深度和限制荷载,优化膨胀土路基和膨胀土边坡设计方案。     

基于云模型的膨胀土胀缩等级分类

由于膨胀土胀缩性受多种因素的综合影响,膨胀土胀缩等级的分类是膨胀土处理中的一个难题。选取影响膨胀土胀缩性的5个主要因素作为评判指标,根据分类标准,构建云模型及云的不确定性推理,将各评判指标的定性评语量化为分值,实现定性与定量的转换。在此基础上,利用在各级别区间内随机插值得到的20个标准样本,基于优化理论求出评判指标的客观权重,结合主观权重,得到组合权重。最后,将建立的膨胀土胀缩等级分类模型应用到某实际工程,结合权重和云的不确定性推理,得到待判样本的综合得分,并确定样本的胀缩等级,分类结果与实际情况相吻合,验证了模型的可行性和适用性,该模型可以用于类似工程的膨胀土胀缩等级分类。     

加筋纤维膨胀土的试验研究

为了研究加筋纤维对膨胀土胀缩性及力学性能的影响,进行了大量的室内试验,研究了纤维的含量对膨胀土的胀缩性、压缩性、应力应变曲线及抗剪性的关系。研究表明：膨胀土的收缩性随纤维含量的增加而显著降低;纤维膨胀土的应力应变曲线随纤维含量的增加,破坏时的极限应变增大,破坏后的应力降大大减小;纤维膨胀土随纤维含量的增加,其内聚力增加而内摩擦角减小,当纤维含量增加到一定程度时,内摩擦角增大,而内聚力减小。     

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。     

膨胀土裂隙、强度及其与边坡稳定的关系

以南水北调中线工程、鄂北调水、引江济淮等大型调水工程中的膨胀土问题为研究对象,从膨胀土裂隙性、强度特性和破坏特征等方面,论述了膨胀土边坡稳定的影响因素、边坡破坏机理和强度特性。研究表明,膨胀土的裂隙为胀缩裂隙和非胀缩裂隙两类,非胀缩裂隙是地层中的“原生裂隙”,胀缩裂隙是干湿循环引起的“次生裂隙”。降雨和强度衰减是大多数膨胀土边坡浅层滑动的主要因素,而非胀缩裂隙面的倾向、倾角及强度是控制膨胀土边坡整体稳定的主要因素。膨胀土边坡的失稳,可归纳为“膨胀变形引起的浅层滑动”和“裂隙强度控制的整体滑动”两种破坏模式,膨胀土的边坡稳定分析也应充分考虑膨胀变形和裂隙分布状态的影响;膨胀土的强度指标不能简单地用土体的“综合强度”,而应根据实际地层情况,分别以土块强度和裂隙面强度进行描述。在此基础上,应针对不同的破坏机理进行膨胀土边坡的处治。     

漳州平原变性土胀缩特性研究

漳州平原的干湿季气候会引起变性土含水率的变化,导致土体发生胀缩效应。研究胀缩的本质规律有重要意义。研究从剖面形态、颗粒组成及水分物理性质等方面,系统地揭示了该区变性土的胀缩特征。该类土壤剖面均一,质地黏细,线性膨胀系数大于0.08。土壤膨胀收缩性能强,土表易生网状裂隙。在此基础上,以变性原状土及其扰动土为研究对象,进行了胀缩性能的对比试验,结果表明,土样经过一个胀缩过程后,土样的高度有所增加,质地越黏细,胀缩性越大;扰动土的膨胀量及收缩量均大于原状土。最后提出工程管理建议,为类似土壤分布区提供参考。     

DAH改良剂与石灰混合溶液改良膨胀土的试验

为了研究DAH改良剂与石灰混合溶液改良膨胀土性能的效果,以广西水南路部分路段膨胀土为样本,将多种固化剂混合并采用不同剂量进行试验。通过对试验前后土样的胀缩性、击实特性、承载比和抗剪性能的分析,表明膨胀土的胀缩性显著降低,力学性质得到明显改善。更多还原     

基于遗传投影寻踪模型的膨胀土胀缩等级分类

由于膨胀土的胀缩特性受多种因素的综合影响,膨胀土胀缩等级分类是膨胀土处理中的一个难题。选取影响膨胀土胀缩等级分类的5个主要因素,通过在各评价等级范围内按均匀分布随机构建标准样本,结合遗传算法和投影寻踪方法,获得最佳投影方向和样本最佳投影值,利用逻辑斯谛曲线函数拟合最佳投影值与经验等级之间的非线性关系,建立了膨胀土胀缩等级分类的遗传投影寻踪模型。最后,将该模型应用到某实际工程中,分类结果与实际情况相吻合,验证了该模型的可行性和适用性,该模型可以作为一种膨胀土胀缩等级分类的新方法。     

陶岔-沙河南渠段膨胀土试验成果统计分析

南水北调中线一期工程总干渠陶岔-沙河南渠段沿线大部分为膨胀土地区,工程地质条件复杂,由于膨胀性土具有胀缩性、裂隙性、超固结等特殊的工程特性,对渠道边坡的施工及工后运营影响极大.针对南水北调中线一期工程总干渠陶岔-沙河南渠段膨胀土的工程特性,进行了大量原状膨胀土的物理、力学及胀缩特性试验,试验内容丰富、系统,试验规模大,具有较大的工程实用价值,为南水北调中线一期工程膨胀土渠坡段的设计施工提供了科学依据.     

崩解性砂岩-水泥改良膨胀土物理力学特征及微观机理研究

基于引江济淮工程特有的地质条件,采用常规物理力学试验及扫描电镜试验,开展渠道下层崩解性砂岩弃料及水泥改良渠道上层膨胀土的改良效果及改良机理研究。结果表明,膨胀土中掺入砂岩与水泥后,土体最大干密度与抗剪强度增大,最优含水率减小,击实曲线曲率半径增大,土体胀缩特性被有效抑制,呈现出非膨胀特性。砂岩掺入能有效改善膨胀土颗粒级配,增加土体密实度,减小土体孔隙比,其对土体击实特征的影响更为显著。水泥掺入后,水泥水化反应使土中强亲水性黏粒被侵蚀,土体微观结构被改变,胀缩性及水敏感性降低;水泥水化产物具有强吸附性,相互之间连接紧密,能有效增强土体的整体性,因此,水泥掺入对膨胀土胀缩特性及抗剪强度影响更为显著。同时掺入崩解性砂岩与水泥,膨胀土改良效果最佳。     

压实弱膨胀土变形干湿循环效应试验研究

为研究干湿循环对弱膨胀土用于路堤填筑变形性能的影响,在对路堤内部和表面2种工作环境进行分析的基础上,通过模拟2种工作环境土体的干湿循环试验,对干湿循环后土样变形特征进行分析。结果显示由干湿循环造成的膨胀土胀缩变形过程并不完全可逆,土样在第2次浸水膨胀时产生的膨胀量最大,而第1次干燥收缩时的收缩量最大;随着干湿循环次数的增加,土样的膨胀及收缩变形均逐渐减小并趋于稳定;稳定后的高度比原始高度有所变化;上覆荷载及含水量的变化对土样的干湿循环变形特征具有十分重要的影响。试验结果表明,干湿循环对用于路堤内部膨胀土的变形影响均小于路堤表面的工作状态,判断膨胀土路堤填筑的可行性及处治方式时应结合膨胀土的路堤填筑位置。     

微生物改良膨胀土的胀缩性及耐水性试验研究

为了探索微生物诱导碳酸钙沉淀技术对膨胀土的改良效果,开展了微生物改良膨胀土的胀缩试验、崩解试验和冲刷试验,分析了微生物固化对膨胀土的自由膨胀率、无荷载膨胀率、有荷载膨胀率、收缩率、收缩系数、缩限和耐水性的影响。研究结果表明,随着微生物诱导生成的碳酸钙含量的增加,膨胀土的膨胀率、收缩率、崩解量、冲刷量均有明显降低;总体上,养护前7 d各项指标降低迅速,养护15 d之后变化较小。     

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。     

水泥改性膨胀土防护边坡效果分析

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的性质,给工程带来极大的危害。为研究水泥改性膨胀土防护边坡效果,选取膨胀土及不同水泥掺量的改性膨胀土进行胀缩特性试验研究。研究结果表明南阳中膨胀土水泥改性的最佳水泥掺量为6%。将其作为防护加固材料换填南水北调中线渠道边坡的表层,并利用测斜管和变形管等仪器设备对其防护效果进行现场监测。监测结果表明:水泥改性膨胀土回填覆盖坡面表层可以解决膨胀土渠坡的浅层失稳问题。     

膨胀土水泥改性试验研究

膨胀土是一种特殊的黏性土,具有遇水膨胀、崩解、软化,失水收缩、干裂、硬化等工程特性,膨胀土掺入水泥后其工程特性会发生改良。选取南水北调中线工程南阳段中膨胀土,进行水泥改性研究。通过改性后的自由膨胀率试验,确定水泥的最佳掺量;通过胀缩特性试验,研究水泥改性对降低膨胀潜势的改良效果;并通过无侧限抗压强度、压缩等力学性质试验,研究水泥改性对抑制膨胀土强度软化、模量减小的效果。为膨胀土现场水泥改性的设计施工提供科学的、有价值的依据。     

微生物改良膨胀土的试验研究

利用微生物对南宁—百色地区膨胀土进行改性试验研究,通过添加不同菌株的自由膨胀率试验,筛选出对膨胀土胀缩性影响较大的菌株。将筛选出的菌株添加至膨胀土中,对土体进行直剪试验、膨胀性试验、收缩试验等。试验结果表明,改性土抗剪强度增大,膨胀性指标降低,线缩率减小,膨胀土经改性为弱膨胀土。     

干湿循环下膨胀土胀缩性能试验

采用压缩仪和收缩仪,对重塑膨胀土进行了无荷条件下的反复膨胀和收缩试验。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样的最终膨胀率和最终收缩率逐渐减小;膨胀变形明显减小,而收缩变形减小的幅度不大;试样的最终高度均呈现减小趋势;收缩系数不断减小,最终趋于稳定;采用绝对膨胀率、相对膨胀率、绝对收缩率和相对收缩率等参数可以合理描述干湿循环作用下膨胀土的胀缩变形特征。     

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。     

仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土试验研究

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩等不良工程性质,常采用石灰、水泥等土壤固化材料对其进行改良,但这些传统的土壤固化材料存在着污染环境、拌合不均匀等问题。以陕西省汉中市强膨胀土为研究对象,对仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土进行了自由膨胀率、无荷膨胀率、收缩、直接剪切、酸碱度和碳酸钙含量测定、粒度分析和扫描电镜试验等物理、力学、化学和微观结构试验。试验结果表明,仿岩溶碳酸氢钙可较好地降低膨胀土的胀缩性,并提高土体的抗剪强度,且仿岩溶碳酸氢钙与膨胀土的最优配比为6∶1;改良土中吸附的交换性Ca²⁺含量降低,碳酸钙含量增多,细粒含量降低,粗粒含量增多,内部孔隙减少;仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土的机理在于溶液中含有H⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、CO₃^2-等离子,同时溶解有饱和的二氧化碳气体,通过离子交换作用,溶液中的H⁺置换了土颗粒吸附的Ca²⁺,减小了双电层厚度;通过岩溶作用,新形成的碳酸钙具有沉积胶结和填充作用,颗粒间联结强度和团粒化作用得到增强,从而降低了土体胀缩性。由此可见,仿岩溶碳酸氢钙对膨胀土具有良好的改良作用。