基于电阻率静力触探的海相黏土成因特性分析

土的电阻率是表征土体导电性的基本参数,也是反映土体固有物性的一个综合性指标。众所周知,土的电阻率影响因素较多,因此电阻率随深度的变化可以反映出土体的许多性状。电阻率静力触探(RCPT)作为一种新型的原位测试技术,除可测锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力以外,还可以同时测试土的电阻率。首先简要介绍了RCPT测试技术,采用电阻率静力触探(RCPT)在连云港海相黏土场地进行了试验,得到土的原位电阻率测试值。结合连云港海相黏土的室内物理化学分析试验,研究了其矿物成分、沉积化学特征,分析了该海相软黏土的电阻率指标与矿物成分、离子含量、胶结特性和氧化环境间的关系。分析表明:基于RCPT测试成果是可以充分反映出连云港海相黏土的成因特性的。     

基于孔压静力触探的连云港海相黏土的固结和渗透特性研究

针对连云港海相黏土,分别进行室内试验和孔压静力触探原位测试,并通过现场监测资料进行反分析,比较固结参数的差异性。不同方法得到的结果比较表明:孔压静力触探消散试验确定的水平固结系数为(3.0～6.5)×10-3 cm2/s,通常比竖向固结系数高2～4倍;变水头渗透试验得到的水平渗透系数和孔压静力触探测试现场得到的水平渗透系数值一致性很好;反分析得到的水平固结系数值略低于孔压静力触探测试得到的的水平固结系数值。对连云港海相黏土,地基处理设计采用孔压静力触探方法确定的固结参数能很好地符合工程实际。     

基于CPTU确定软黏土超固结比的理论改进方法

 利用孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)试验结果确定超固结比(over consolidation ration,OCR)不仅能避免传统室内试验方法中土样扰动的问题,还能得到地层剖面上连续的OCR值。将静力触探锥头的挤土模式看作是球形孔的扩张,锥面上的正应力和剪应力分别假定为极限扩孔压力和锥–土接触摩擦力;基于修正剑桥模型中圆孔扩张的近似闭合解,提出了利用CPTU测试结果确定OCR的理论改进方法。分别选取轻超固结和重超固结场地的CPTU试验结果,对提出方法的可靠性进行验证。结果表明,在综合考虑锥面粗糙度以及贯入速率等因素的影响后,预测得到的OCR值较已有理论方法更接近实测结果。最后在连云港海相黏土中对该理论改进方法进行应用,计算表明该土层处于欠固结～轻超固结状态。     

基于原位十字板强度的沿海地区软黏土超固结比分析

超固结比OCR是评价软黏土变形和强度特性的重要参数。基于天津、上海、连云港、深圳、中山和珠海这6个沿海地区软黏土的原位十字板强度,系统地分析这些地区软黏土的固结状态,并探讨其形成机制。研究结果表明:(1)基于原位十字板强度得到的OCR要明显大于室内一维压缩试验的结果,室内压缩试验会显著低估沿海软黏土的OCR;(2)6个地区的OCR随深度的变化规律较为一致,OCR随深度增加,逐渐减小至某一稳定值,浅层均表现出一定的超固结现象,而深层的固结状态则表现出一定的复杂性;(3)现有模型能够解释我国沿海软黏土超固结的成因以及变化规律,浅部的超固结现象源于以风化胶结为主的"表层作用",而深部的超固结则源于次压缩。考虑到软黏土突出的取土扰动问题,这种基于原位十字板强度的软黏土OCR评价及成因分析方法值得在我国沿海地区推广。     

氧化铁胶体与黏土矿物的交互作用及其对黏土土性影响

以湛江黏土为研究对象,采用选择性化学溶解法,利用浸泡法、改进型渗透仪与柔性壁渗透仪除去土中游离氧化铁、无定形氧化铁和络合铁胶体,比较分析除去氧化铁胶体前后土的物理与力学性质指标、矿物成分以及结构变化特点,探讨氧化铁胶体的界面活性、胶结特性及其与黏土矿物的交互作用。结果表明,湛江黏土的结构强度受黏土矿物——氧化铁胶体的电性引力和镶嵌孔隙的氧化铁胶结状态的控制是导致其具有高灵敏性、强结构性的根本原因。氧化铁胶体对湛江黏土的水稳性、稠度、黏附性、渗透性、压缩性、灵敏性、结构强度均有重要影响。氧化铁胶体与黏土矿物的交互作用的本质并不是通过改变和破坏矿物晶格结构来改变黏土矿物性质,而是通过改变土颗粒间的联结状态及粒间力来控制微观结构形态,进而影响土的基本性质。氧化铁胶体对土性的影响程度与其赋存状态、老化结晶程度、水化程度密切相关,除了游离氧化铁、无定形态的氧化铁也是构成湛江黏土胶质联结的重要组成部分。     

连云港海相软土在孔隙水盐分溶脱环境下的固结特性

随着江苏沿海开发战略的实施,作为第四纪海进海退成因的典型区域性软土,连云港海相土的工程特性也日益引起关注。海相软土沉积过程中孔隙水盐分较高,而随着地表或地下淡水的冲蚀,孔隙水盐分发生溶脱,土的物理力学特性发生会改变,但是目前研究较少。以连云港海相沉积软土为研究对象,首先依托离岸线不同距离的连临高速与临海高等级公路,进行了多个场地的原位测试试验(CPTu)和孔隙水化学成分分析,对比后发现,两处场地具有相类似的沉积历史,含水比w0/wL、颗粒粒组与矿物成分基本相同;而相同深度处,孔隙水盐分高的场地土体强度较高。为了进一步探明其机理,设计了换盐和固结装置,即采用蒸馏水和取样点原位地下水(盐水)在一定水力梯度下淋洗原状土,淋洗后进行固结试验。结果表明:盐水淋洗的试样LYGOed1的压缩指数Cc、回弹指数Cs和次固结系数Ca小于蒸馏水淋洗试样LYGOed2,而LYGOed1的压缩模量EOed、固结系数Cv与渗透系数k大于LYGOed2,说明了盐分溶脱环境下,土的压缩性增大,次固结变形增大,固结时间变长,渗透系数变小。研究成果不仅能加深对连云港海相软土的认识,也为近岸或近海岩土工程设计提供参考。     

冲击荷载下软土的动力响应及结合水变化试验研究

通过SPAX-2000动静真三轴测试系统,研究了饱和软黏土在冲击荷载作用下的应力、应变、孔隙水压力等指标的变化特征。同时,通过差热分析法和理论计算,对比了试验前后软土中结合水含量大小。研究表明,土中结合水含量及其变化对土的物理性质和力学行为有重要影响。试验前后饱和软黏土中结合水含量变化较大,水性转化现象明显,土体固结作用显著,并且冲击荷载作用下土中水性转化、弱结合水排出与动力排水固结程度有因果联系。在一定试验条件组合下,存在饱和冲击能,此时能激发土中结合水转化为自由水量最多;伴随孔隙压力的消散和土体的固结,土的抗剪强度提高、压缩性减小,土体成为超固结土。该研究能揭示软基加固的微观机理,可为静动力排水固结法设计提供理论依据。     

江苏海相黏土电阻率与岩土特性参数间相关性研究

土的电阻率是表征土体导电性的基本参数,也是土体固有物性的综合指标之一。电阻率静力触探技术是一种可原位测试土体电阻率的新型测试技术。首先介绍了江苏海相黏土和电阻率静力触探技术,采用电阻率静力触探在江苏海相黏土场地进行了原位测试,得到土的原位电阻率测试值,结合室内基本土工试验,分析了该海相黏土电阻率与基本土性指标和力学特性指标间的相关关系。研究结果表明：孔隙液含盐量、黏粒含量和塑性指数是电阻率的主控因素。电阻率随孔隙液含盐量、黏粒含量增加而减小,两者与电阻率均呈现较好的指数相关性,孔隙液含盐量大于6 g/L或黏粒含量大于60 %时,电阻率趋于定值;江苏海相黏土电阻率随塑性指数的增加而减小;其他岩土特性指标对电阻率存在一定的影响,但与电阻率之间相关性不显著。     

红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究

土的结构性是土中颗粒或颗粒集合体及孔隙之间的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。不同围压下固结不排水三轴压缩试验表明,贵阳原状和重塑红黏土应力应变曲线、有效应力路径、抗剪强度指标、破坏形态等宏观力学行为明显不同。考虑红黏土结构性,通过SEM电镜扫描测试,指出红黏土矿物颗粒单元间接触和联结状态,对比分析原状和重塑土样在颗粒形态、孔隙结构与分布等微观差异,研究结构性红黏土宏观强度与变形特性的细微观机理。研究成果对于正确认识红黏土的结构性具有重要作用,可为结构性红黏土工程设计与施工提供理论依据和技术指导。     

不排水升温条件下黏性土孔压响应

 核废料的埋置和能源桩的使用都会升高地基土的温度,改变土的力学性能(特别是强度、刚度),造成高温结构周围地基土的额外变形、甚至失稳。以往的相关研究主要揭示排水升温(慢速升温)对土体力学性能的影响,而很少考虑实际工程中经常遇到的不排水升温(快速升温)对地基土的影响。基于理论和试验,对黏性土在不排水升温过程中的孔压响应进行了研究。在理论研究方面,基于临界状态土力学框架,推导了黏土温度与孔压的关系。同时在GDS三轴仪中增设温控仪,对2种黏土(紫金港黏土、马来西亚高岭土)不排水升温的孔压响应进行实验研究。实验结果显示,不排水升温作用下,正常固结土和超固结黏土中均产生正的超孔压。超孔压随温度的升高而增大,但随土体超固结比的增大而减小。对于正常固结土,在20 ℃～55 ℃范围,每升高10 ℃,土体有效应力约减小10%。当超固结比大于10后,不排水升温引起的超孔压几乎可以忽略。通过公式计算得到的黏土温度与孔压的关系与实验结果对比较好,验证了公式的可行性。     

原位十字板试验评价上海软黏土灵敏性的可靠性

详细分析了上海某工程勘察数据以及相关文献资料,发现FVT试验得到的灵敏度要明显小于UCT试验结果,因而会不同程度地低估上海地区各软黏土层的灵敏度。进一步研究表明,十字板重塑方式(而不是手工重塑)是造成FVT试验得到重塑土强度过高因而灵敏度偏低的主要原因,而这两种试验采用的试验方法以及原位应力对灵敏度测试结果的影响并不大。这种现象应引起工程界的重视以便正确评价我国沿海地区广泛分布的海相沉积软黏土的结构性和灵敏性。     

沪宁高速公路扩建工程典型软基特性及处治对策研究

沪宁高速公路扩建工程软基路段上部土层具有超固结特性,软土与粉质粘土或粉砂交互成层出现,有利于软土排水固结。针对不同的软土厚度和实际工况条件,提出分别采用清淤换填、湿喷桩、素混桩和预应力薄壁管桩(PTC)等软基处理措施,在保证现有交通正常运行的前提下,可有效控制新旧路基差异沉降、确保结合部的拼接质量,避免纵向裂隙产生等预期效果,为软土地基道路拓宽改造工程的设计、施工提供科学依据。     

海相软土成因及其工程特性的研究

以海相软土为研究对象,分析了天津、连云港、宁波和广州四个典型地区的海相软土,从软土的地质成因角度出发介绍了海相软土的成因,从软土的物理力学特性、微观结构及结构性、蠕变性和触变性角度出发介绍了海相软土的工程特性,并对四个不同地区海相软土进行了分析比较,最后对我国现行规范提出了一些意见和建议。     

主应力轴循环旋转对超固结黏土性状影响试验研究

对不同超固结比以及超固结形成条件下原状软黏土在主应力轴循环旋转条件下的孔压、应力应变关系等性状进行试验研究。研究结果表明,随着超固结比的提高,试样在主应力轴循环旋转过程中的动强度及等效瞬时刚度均有显著提高,而其孔压开展特征则受前期超固结形成过程中反压控制条件影响:若超固结卸载时不提供反压恒定控制条件,试样在后续主应力轴循环旋转过程中的孔压迅速呈现负压的变化趋势,负孔压的持续开展程度随超固结比的增大而提高;而当超固结卸载时恒定控制反压,土体在后续的主应力轴旋转过程中,仅在强超固结比条件下孔压才会产生负向开展特征。但不同的反压控制条件未对土体在主应力轴循环旋转中的振次–应变关系以及动强度等特性产生显著影响。     

Attempt to reproduce the mechanical behavior of cement-treated soil using elasto-plastic model considering soil skeleton structure

The improvement of sand and clay using lime or cement to control solidification is common practice. Among the many constitutive models for solidification proposed for clay and sand, few can reproduce the combined behavior of cement-treated clay and cement-treated sand. Here, four typical experimental results for cement-treated soil have been chosen from the literature to consider the shear and consolidation behavior for clay and sand, especially for a low cement mixing ratio. The elasto-plastic constitutive model was used to simulate this behavior considering the soil skeleton structure.The simulation results obtained using the model agreed with the experimental test results both for the cement-treated clay and the cement-treated sand. In the case of the clays, the experimental results were reproduceable using material constants for elasto-plastic and evolution parameters and only required changes in the initial state values, regardless of whether the soil was treated or untreated. In the case of the sands, the structure decay index of the treated sand became smaller than that of the untreated sand. Moreover, the cement-treated loose sand did not exhibit softening behavior. This was attributed to the slow rate of decay of the highly structured cement-treated loose sand due to the solidification of the cement. The degree of structure and the overconsolidation ratio both increased with higher amounts of admixed cement. The model developed in this study was capable of describing the mechanical behavior of both cement-treated clay and cement-treated sand.     

比利时高放废物处置库设计及与基岩和工程屏障体系的热-水-力性状的相关研究

在比利时，泥岩中地质处置是高放废物最终处置的首选，处置库在高放废物与生物圈之间的多重屏障基础上设计的，而Boom泥岩作为基岩的研究已有20多年历史，1980年比利时做出重大决定，建立名为HADES的地下研究机构，以研究Boom泥岩在地下223m处的力学性质，并调查和论证处置的可行性，为处置库屏障（天然和人工）提供可靠数据，在HADES的众多现场试验中很多试验用来对基岩和工程屏障体系（包括封口和回填的可行性）热-水-力性状进行研究，包括CACTUS，ATLAS，BACCHUS和RESEAL等项目。自1995年以来，研究开发计划向大型和示范性试验方向发展。最主要成果是运用工业技术建立地下研究设施（竖井和井巷）可行性得到了验证，且这种工业技术给研究提供一个较好机会，便于进一步认识基岩泥岩（CLIPEX方案）的水-力性状及了解隧道开挖工程（SELFRAC课题）对挖掘破坏区的影响，另一个重大成果是成功地实现对一种称为“OPHELE”的预掉膨润土（人工屏障材料）加热和水化地面大型试验。下一步工作内容包括实现大尺寸现场加热器试验（PRACLAY试验），此试验预计于2006年开始，并可持续10a之久，据此，首先简要描述比利时高效废物处置库设计，然后回顾Boom泥岩和工程屏障体系的热-水-力性状相关试验，最后介绍下一步大规模PRACLAY试验。     

黏土铺盖裂缝淤填固结的理论与试验研究

针对渗透力作用下黏土铺盖裂缝的淤填固结问题,对其固结机理进行阐述。在充分考虑了孔隙比与有效应力、孔隙比与渗透系数的非线性关系条件下,提出了以孔隙比为控制变量的大变形固结微分方程。通过渗透诱发固结试验确定微分方程中的待定系数,该系数综合反映了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性等随时空变化的影响。采用数值方法求解微分方程,得出了孔隙比在固结过程中随时空的变化规律。采用模型试验模拟了淤填黏土的固结过程并对数值计算结果进行了验证。选择渗漏问题严重的水库进行了现场试验。