非饱和重塑黄土固结特性试验研究

以延安新区工程建设中填方区的重塑黄土为研究对象,以准确计算填方区黄土地基的沉降为主要目标,以工程实际中填方区黄土的岩土工程设计参数为参照,室内制取了 Q3重塑黄土固结样。开展了4组控制吸力的非饱和土固结试验,得到了非饱和重塑黄土的压缩曲线,分析了吸力对重塑黄土固结特性的影响。研究表明：初始状态相同的重塑黄土土样,压缩系数随吸力的增大而减小;非饱和重塑黄土试样的压缩指数除了受竖向压力影响外,也受吸力作用的影响,压缩指数随着吸力的增大而减小;在2 MPa 的竖向应力下,重塑黄土土样总的竖向应变较小,最大的竖向应变为0．7％。     

含水量对黄土先期固结压力的影响

通过对试验测定结果的分析，得到黄土的先期固结压力与含水量的关系，然后从微观角度分析了含水量对黄土先期固结压力的影响。     

含水量对黄土先期固结压力的影响

通过对试验测定结果的分析，得到黄土的先期固结压力与含水量的关系，然后从微观角度分析了含水量对黄土先期固结压力的影响。     

长期浸水作用下重塑黄土渗透特性变化规律分析

为探究长期浸水作用下黄土渗透性变化特性,针对黑方台因长期灌溉作用导致台塬整体不断产生沉陷,下部黄土处于长期浸水状态,浸水作用下黄土性质也随之变化等问题,采用室内变水头试验和电镜扫描试验对浸水与未浸水黄土进行对比,研究两种工况下黄土渗透性变化规律。结果表明:长期浸水作用使黄土渗透性降低;浸水与未浸水两种工况黄土渗透性均随干密度和初始含水率增大而减小,黄土渗透性与干密度拟合曲线符合指数函数关系,相关系数大于0.963;相同干密度与初始含水率条件时,浸水工况相较未浸水工况黄土渗透性低10%;浸水工况黄土渗透性降低主要是由于黄土颗粒间胶结物质溶解导致黄土内部结构变化引起。浸水作用下黄土渗透性研究对预测台塬地下水位变化以及滑坡防治具有积极意义。     

重塑黄土崩解特性试验研究

为研究重塑黄土的崩解特性及其与影响因素之间的关系,利用自制崩解试验仪对32种不同干密度、不同初始含水率的黄土试样进行崩解试验,分别得出了试样崩解速率与干密度、初始含水率、有效空隙率的关系曲线,并以土-水特征曲线为基础,分析了试样孔隙结构对其崩解性能的影响。试验结果表明,同一初始含水率下,随着干密度的增加,试样崩解速率呈指数函数形式衰减且衰减速率随初始含水率的增加而近线性增加;同一干密度下,随着初始含水率的增加,试样的崩解速率有降低趋势,但下降趋势并不显著。通过分析干密度、初始含水率与崩解速率的关系,结合试样土水特征曲线,讨论了孔隙结构对崩解速率的影响,并研究了试样崩解速率与有效空隙率的关系,试样崩解速率的分布以有效空隙率等于8%,22%为分界线明显分区,研究认为由于试样制备压实过程中,形成了不同的孔隙结构。     

不同含水率下非饱和黄土K0固结特性试验

针对非饱和原状黄土进行了不同含水率下的恒荷重K0固结试验研究,分析了含水率对割线模量,应力应变特性及侧压力系数的影响。试验表明,在其他条件相同的情况下,割线模量随着荷载的施加逐渐减小,最终趋于稳定,达到稳定值时的割线模量随着含水率的增大而减小,且与含水率线性相关;含水率越大,静止侧压力系数K0增长速率越快,至土结构完全破坏,K0趋于稳定;不同含水率的K0值最终趋于稳定,且稳定值差异性较小;提出了考虑含水率因素的连续加载条件下K0固结过程的变形模型,为研究黄土地区K0固结过程中土体变形特性及路堤沉降提供参考。     

非饱和冻融黄土固结蠕变特性研究

以陕西关中地区杨凌Q3黄土为研究对象,进行了经历冻融循环作用的非饱和重塑黄土的单向固结蠕变试验,获得了各级法向压力下的蠕变曲线簇,研究了冻融循环次数、法向压力对冻融黄土固结蠕变特性的影响。结果表明:法向应力水平对冻融黄土蠕变有较大的影响,法向应力越大,冻融黄土的应变就越大;冻融循环次数对黄土固结蠕变也有一定的影响,表现为在一定范围内,黄土应变随冻融次数的增加而增加。根据蠕变曲线形态特征,建议用Burger元件模型来描述冻融黄土的固结蠕变特性;推导冻融黄土在单向固结条件下的时间—应变关系模型,并拟合得到了其中的参数。     

不同酸度渗透溶液对重塑黄土渗透特性影响研究

通过对杨凌黄土进行三轴渗透试验和常规渗透试验,分析了不同干密度的重塑黄土分别在pH=7.0的无气纯水及pH=3.0, 4.0, 5.0的乙酸溶液渗透下渗透系数的变化规律,研究了黄土在含酸渗透水流作用下的劣化性质,为分析黄土在酸溶液渗透作用下强度变化以及黄土构筑物的稳定变化特性提供依据。试验结果表明：①饱和黄土的渗透系数随着干密度的增加而减小。②在一定的干密度下,黄土的渗透系数随围压的增大而减小。③饱和黄土在pH=3.0酸溶液短期渗透下的渗透系数最大,随着酸溶液pH值的增大,渗透系数随之减小,因为酸溶液中的氢离子溶解了黄土中的难溶盐形成了新的渗流通道;而纯水pH=7.0渗透下土样的渗透系数介于pH=3.0和pH=4.0渗透下土样的渗透系数之间,是因为纯水采用的是煮沸过的无气水,相比之下试验配置的酸溶液本身存在少量的气体,从而影响了渗透系数的大小。④渗透系数随时间的增加而出现减小的趋势。试样进行三轴渗透和常规渗透,得出渗透系数都有随时间的延长而减小的规律。     

重塑黄土等应力比三轴压缩试验研究

通过对陕西子洲重塑黄土进行三轴压缩试验,探讨和分析了不同等应力比、不同初始固结围压、不同初始干密度以及不同初始含水率对重塑黄土强度特性的影响。试验结果表明:黄土强度特性随初始固结围压、初始含水率以及初始干密度的变化规律与常规三轴压缩试验的变化规律一致;试验黄土的强度随等应力比k的变化而变化,k增大,黄土的强度也随之增大,k减小,黄土的强度也随之减小;侧向压力在随着竖向应力的微小变化下,土体破坏时的主应力值大幅度提高,使得土体的承载力大大提高,进而使得工程更加经济。     

饱和重塑黄土的动力特性

基于饱和重塑黄土的静、动力三轴试验结果,探讨了饱和重塑黄土的静、动力特性。分析了静力试验中饱和重塑黄土的应力-应变关系。根据动力试验结果研究了饱和重塑黄土轴向应变、动强度、有效应力路径和滞回圈的变化规律:轴向应变随着振动次数的增加逐渐增大,且变化曲线存在着明显转折点,在较低围压时,εa分为先平缓上升和后陡升至破坏两个阶段,在较高围压时,εa分为振动初期存在陡升然后平缓上升最后又陡升至破坏三个阶段。有效应力路径逐渐向左发展,且移动幅度逐渐加大。每一个振次的有效应力路径形成一个封闭的区域,试验过程中封闭区域的面积逐渐增大。随着振动次数逐渐增大,滞回圈的面积和倾斜度均逐渐增大。通过动弹模试验结果发现饱和重塑黄土在不同围压下1/Ed均随着εa的增大而增大,确定出不同围压下1/Ed~εa关系中的a、b值和最大动弹模Edmax;阻尼比λ随动应变εa的增大逐渐增大,且最终趋于稳定,给出不同围压下阻尼比λ的建议值,从而为指导工程实践提供参考。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程渗透特性研究

冻融循环导致黄土渗透特性的变化规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土渗透系数与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先对西安Q3重塑黄土进行冻融过程三轴渗透试验,得到不同干密度、含水率、围压及冻融次数下的渗透系数;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,建立各因素与渗透系数间的预测模型。研究结果表明:重塑黄土渗透系数变化规律,随围压增大,其值逐渐减小,且减小幅度先快后慢;随干密度和初始含水率增大,其值先增大后减小;随冻融次数增加,其值逐渐增大,且上升幅度先急后缓。冻融过程黄土渗透系数神经网络模型预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与渗透系数的量化关系。     

非饱和重塑Q_2和Q_3黄土的渗水特性研究

随着西北大开发战略的实施,工程中涉及的Q2黄土及其重塑土日益增多。为了研究非饱和重塑Q2黄土的渗透特性及其和Q3黄土渗透特性的差异,对重塑Q2和Q3黄土分别做了4个干密度的水平土柱入渗试验;采用MP-406水分计及数据采集系统量测不同断面处体积含水率随时间的变化情况。实验研究结果表明:相同干密度的重塑Q2和Q3黄土渗水特性存在较大差异。在相同饱和度情况下,重塑Q3黄土扩散率大于重塑Q2黄土,并且随着饱和度的增大这种差异逐渐减小。不管是重塑Q2黄土还是Q3黄土,饱和度达到0.6左右时,扩散率近似由两条直线段组成;对于重塑Q3黄土,当饱和度低于0.6时,干密度的不同对扩散率影响不大;当饱和度高于0.6时,扩散率存在较大差异;但对于重塑Q2黄土,此规律不明显。     

重塑马兰黄土渗透性的室内试验研究

基于室内常规渗透试验,对延安新区重塑马兰黄土不同压实度下的渗透性进行研究,分析了饱和渗透系数随颗粒大小、孔隙度及干密度等因素的变化规律。试验数据拟合结果表明,该地区重塑马兰黄土的饱和渗透系数与孔隙度呈正指数函数关系,与干密度呈负指数函数关系。此外,不同干密度情况下,饱和渗透系数随时间变化的统计结果表明,当干密度大于1.6g/cm~3时,重塑马兰黄土的渗透系数不再随渗透时间变化,基本趋于稳定,且渗透性能低,因此可采用此干密度为不同要求和标准的地基压实工程提供参考和指导。     

基于BP神经网络的重塑黄土冻融过程抗剪强度劣化特性研究

冻融循环导致黄土强度的损伤规律十分复杂,传统单一因素评价方法难以确定冻融过程黄土抗剪强度指标损伤规律与多因素之间的量化统计关系。基于此,首先针对西安Q3重塑黄土进行室内冻融试验,得到不同干密度、含水率及冻融次数下的抗剪强度指标数据;然后采用BP神经网络算法对试验数据进行学习训练,得到各因素与抗剪强度指标间的预测模型。研究发现:黄土试样黏聚力随冻融次数增加呈指数衰减趋势;黏聚力随含水率和干密度增加分别表现出线性衰减和增加特征且冻融后黏聚力与含水率和干密度的变化曲线近似重合;内摩擦角呈波浪形变化趋势且波动范围较小,无明显变化。冻融过程黄土黏聚力神经网络模型的预测值和试验值之间相对误差较小,表明该方法具有较好的预测精度,能够综合描述诸因素与黏聚力的量化关系。     

基于一维固结仪的黄土蠕变试验方法

传统一维固结仪只能进行基础的固结试验,由固结仪得到的试验曲线也不能称为蠕变曲线。基于一维固结仪,将土样制成高为6.0 cm,直径为6.18 cm的圆柱形试样,并在试样中心沿直径方向钻孔,人为提供土体破坏空间。综合考虑不同含水率(23.8%,20.1%,15.5%),不同垂直压力(125,175,225,275 kPa)条件下,通过分别加载的方式,得到了较为可靠的试验数据,并利用在孔内放置摄像探头的方式,全程观测黄土蠕变各个阶段的变化。该方法解决了传统固结仪由于环刀的限制,只能得到蠕变试验的衰减、稳定2个阶段的问题,实现了蠕变的衰减、稳定、加速完整3个阶段,具有操作简单,影响因素少,数据可靠性较强,更能直观地观察黄土蠕变土体变化的优点。     

结构性对黄土抗剪强度的影响研究

为揭示结构性对原状黄土和重塑黄土抗剪强度的差异影响,以国道Ｇ310三门峡西至豫陕界段的黄土路基为研究背景,对具有相同含水率和干密度的原状黄土和重塑黄土进行一系列直剪试验和扫描电镜试验,对比分析了原状黄土与重塑黄土在抗剪强度和微观结构的差异及其机理。直剪试验结果表明:剪切过程中原状黄土的应力应变关系呈应变软化而重塑黄土的应力应变关系呈应变硬化;原状黄土的应变软化现象随着垂直压力的增大逐渐减弱;原状黄土的抗剪强度参数比重塑黄土的大。原状黄土和重塑黄土的抗剪强度均随黄土黏粒含量的减少而降低。微观试验结果表明:原状黄土具有清晰的骨架颗粒、明显的支架孔隙、密集的接触处胶结物,其完整的原生结构是使其抗剪强度高于重塑黄土的主要原因。     

等应变连续加载k_0固结试验研究

采用等应变连续加载试验方法,对西安地铁二号线原状黄土进行了k0固结试验。通过试验数据的分析可知静止土压力系数k0随含水率增大而增大,割线模量随轴向应力的增大,表现为先减小后增大的变化趋势。研究表明:由于原状土的结构性影响,割线模量的变化可以分为加荷瞬间割线模量最大、荷载增大割线模量减小、超过硬化荷载后割线模量增大这三个阶段,在此基础上得出黄土地基沉降量计算公式。