冻融循环作用对粉质粘土粘聚力影响的试验研究

根据试验结果,讨论了冻融循环对粉质粘土粘聚力的影响,试验发现,反复冻结和融化强烈影响着粉质粘土的粘聚力。一次冻融循环后,对于压实度90%,含水率9%的土样,粘聚力下降较明显。随着冻融循环次数的增加,粉质粘土的粘聚力逐渐衰减,而且衰减幅度不断减小。经历10次冻融循环后,粘聚力变化逐渐趋于稳定。     

路基土动态回弹模量的试验研究

为明确路基土动态回弹模量的影响因素及其规律、解决其参数取值问题,采用三轴反复加载试验方法,对粉土和粘土进行一系列回弹模量测试。研究表明,回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小;粘土回弹模量受应力状况、含水量等因素的影响较粉土更为显著。在全面分析现有回弹模量本构预估模型的基础上,采用三参数复合模型对试验结果进行拟合,获得不同压实度和含水量条件下粉土、粘土的回弹模量预估模型。通过与试验数据的对比,验证了该模型的正确性与可靠性。     

冻融循环对不同塑性指数路基土动力特性影响

取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,在最佳含水率下制成压实度大于95%的试件,在经历不同次数完整冻融循环过程后,进行不同围压下的动三轴试验。试验结果表明：在加载初期,土的动模量（包含动弹性模量和动剪切模量）随着循环次数的增加呈下降趋势,随着动荷载次数的继续增加,动模量渐趋稳定。取荷载作用5000～6000次的动模量的平均值作为土在此状态下的稳定值,得出规律如下：季冻区压实路基土动模量随围压的增加而增大,随冻融循环次数的增加而减小,随塑性指数的增加而增加；阻尼比随冻融循环次数、围压及塑性指数均无明显规律可循。通过数据分析得到动模量与围压、塑性指数和冻融循环次数的关系式,对于季冻区缺乏动模量数据的路基土,可依此公式进行冻融循环后的动模量推算,进而为季冻区的路基设计提供参考。     

压实膨胀土压实特性试验研究

为了探究膨胀土在压实过程中的应力状态演变规律,利用自主研制的一维压实仪,针对澳大利亚马里兰(ML)膨胀土开展一系列不同初始含水率的压实试验,分析压实过程中的吸力及变形特性。研究结果表明,土体压实系数(C_c)受初始含水量影响显著,当初始含水量小于21.4%时,C_c随初始含水量增加而增加,当初始含水量大于21.4%时,C_c保持不变。土体回弹系数(C_r)不受初始含水量影响,压实过程中吸力因"力学增湿"而不断减小,卸荷后土体吸力显著增大。初始含水量相同时,卸载后吸力增加随饱和度增大而增大。基于压实后吸力,压实平面可分为吸力不受饱和度影响与吸力随饱和度增加而增大两部分;常体积下土水特征曲线受孔隙比影响显著;最后,利用基于吸力、饱和度、平均有效应力、修正吸力、孔隙比构建的水土特征曲线及压实曲线,对压实膨胀土中吸力及体积的变化进行了预测。     

基于PANDA2的季节性冰冻区路基强度变化分析

为了研究季冻区路基强度变化规律,在哈尔滨市周边选取了2条道路的3个断面进行试验,即利用PANDA2可变能量贯入仪采集路基强度数据,并在室内进行模拟冻融循环强度试验,然后对所采集的结果进行验证。试验结果显示:路基强度在每年的5月份土体融化之后下降幅度较大,在同等条件下,经过冻融循环后路基填高大的路基强度高。室内模拟试验表明,含水率、压实度、冻融循环次数是影响路基强度的重要因素,路基土在经过冻融循环之后,其回弹模量有变小的趋势,并随着冻融循环次数的增加这种趋势越来越小。     

冻融循环作用对粉质粘土回弹模量影响的试验研究

以乌鲁木齐市粉质粘土为研究对象,研究了含水率、压实度和冻融循环对回弹模量的影响。在大量实验的基础上,得出了相关土类基本参数、相关曲线、试件制备数据。最后对所得回弹模量试验结果采用正交试验分析方法进行了显著性分析。结果显示:不同类型的土样在历经3~4次循环后,其回弹模量值基本全都趋于稳定。含水率、压实度以及冻融循环作用对回弹模量影响程度排序为:含水率冻融循环作用压实度。得出了正交试验方法下的最佳组合状态。     

冻融作用对石灰土回弹模量及微观结构影响

为了研究石灰改良粉质粘土在冻融循环作用下回弹模量的变化规律,采用承载板法测定土体的回弹模量,探究不同冻融次数、掺灰剂量、含水率及压实度对石灰改良土回弹模量的影响,并对不同冻融次数下的石灰改良土进行微观电镜扫描(SEM),从微观角度进行了分析,得到了一些重要的结论。     

冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究

 冻融循环是冻土地区路基填料性能劣化的主要因素之一。以压实度和冻融循环次数为主要变量,对青藏高原粉质黏土力学性质的变化规律进行三轴试验研究。试验结果表明：初始压实度对粉质黏土力学性质的冻融效应具有显著影响。不同压实度试样的应力–应变曲线形式随冻融次数的增加趋于接近,并由应变软化型向硬化型过渡。封闭系统中试样的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,低压实度有利于增大水分迁移量和含水率增高区的分布范围。冻融过程对高压实试样的破坏强度以降低为主,对低压实度试样则相反。在最优含水率附近,土体抗剪强度随含水率呈非线性变化规律,因此试样内部水分重分布也可能会导致强度的改变,且其作用效果受压实度影响具有不确定性,压实度较高时会导致试样黏聚力减小,压实度较低时则相反;不同压实度下内摩擦角均呈现增大的趋势,且压实度越低,变化幅度越大。冻融过程中,土体干密度和含水率变化对力学性质的影响是同时存在的,由于初始压实度和冻融次数的不同,对强度变化起主导作用的因素也不同。水分重分布是不同压实度土体力学性质冻融循环效应的整体趋势和具体过程呈现多样化的原因之一。     

多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明：动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%～30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%～35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%～20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0～1)、缓慢增长阶段(N=1～6)和增长稳定阶段(N=6～9)。各因素按显著性由高到低排序依次为：压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。     

含水量对路基回弹模量影响分析

在我国路面的设计、施工质量以及使用性能的评价中,路基回弹模量是反映路基承载能力的主要力学参数,它的确定直接影响到路面的设计厚度,所以,路基回弹模量的研究具有十分重要的意义。本文选定三种不同类型路基填料,分析在压实度不变时路基回弹模量随含水量的变化情况,得出不同土质情况下含水量与回弹模量的经验关系,同时为室内确定最佳含水量提供参考。     

棉杆纤维轻量土持水特性与冻融特性研究

针对路面地基换填土层,设计掺棉杆纤维轻量土作为换填材料,开展离心吸力试验与冻融循环试验,研究了轻量土持水特性与抗冻特性。探讨了棉杆纤维轻量土持水特性受水泥含量、棉杆纤维含量的影响规律,全过程含水量随吸力呈"不变-快降"变化,吸力10 kPa为含水量变化拐点;对比得知轻量土与黄土在吸力40 kPa临界点前,黄土含水量高于轻量土,临界点后则相反。研究发现轻量土密度、强度和冻融循环次数呈递减至稳定变化;高冻融循次数下参数稳定,循环次数在前10次时,抗压强度降低幅度为34.2%,之后强度稳定在63.5 kPa。该研究成果可为棉杆纤维轻量土在路面地基中设计应用提供一定参考。     

不同含水率下黄土冻融循环对湿陷性影响探讨

黄土通常可作为公路路基主要的填筑材料,湿陷性黄土经压实后,很大程度消除了湿陷性,能够满足路基整体强度和稳定性的要求,但在季节冻土区,黄土路基运营几年后仍发生大量的不均匀沉降、塌陷等病害。为分析冻融循环作用下各级含水率对黄土湿陷性的影响,采用室内试验的方法,对湿陷性黄土进行不同的冻融次数,探究其在冻融循环过程中变形及冻融循环后湿陷情况。实验结果表明:冻融循环之后的各级含水率重塑黄土仍具有二次湿陷性;冻融循环作用下高含水率的土体结构比低含水率的土体结构破坏的较早;干密度一定时,低含水率的土体冻融循环之后的净变形量越大,湿陷系数越小,冻融循环之后的净变形量越小,湿陷系数越大。     

冻融对AS型固化剂改良土工程特性的影响

通过室内动静三轴试验,研究了Aught Set(AS)型土壤固化剂改良土的抗冻融耐久性,分析了AS型固化剂改良土的应力应变关系、静强度、动模量和临界动应力与龄期、冻融次数以及冷却温度等影响因素的相互关系.结果表明,试样的7d无侧限抗压强度达到28 d的75％;AS型固化剂改良土的应力应变关系为应变软化型曲线,呈脆性破坏形式;其静强度、临界动应力以及动回弹模量均随冻融次数增加呈指数形式衰减,且经历6次冻融后均趋于稳定;同一动应力水平下,冻融作用使得试样的累积塑性变形由变形稳定状态向变形破坏过渡;试样在经历多次冻融循环以后,负温越低对试样的力学特性影响越小.     

堆山工程填土力学性质试验研究

以镇江市蛋山堆山工程为背景,对填土进行击实试验,得到该土体的最大干密度和最优含水量分别为1.68 g/cm3、18.2%。当填土含水量接近最优含水量时,击实后孔隙比最小,压缩模量最大,填土强度参数随含水量增大而降低。三轴试验结果表明填土压实后摩擦角比原状土要大,内聚力与原状土接近。分析表明,堆山工程竣工后填土内含水量大小应介于最优含水量和天然含水量之间,其永久强度也应介于2种含水量对应的强度之间。     

冻融循环对冻土-混凝土界面冻结强度影响的试验研究

为研究冻融循环作用对冻土-混凝土界面冻结强度的影响,对不同冻融循环次数、法向应力、试验温度及土体初始含水率条件下的冻结界面进行了系列直剪试验,研究经历冻融循环后界面峰值剪切强度、残余剪切强度及强度参数的变化规律。试验结果表明:冻融循环对界面剪切应力与水平位移曲线形态影响很小,经历20次循环后曲线仍是应变软化型。冻融循环对峰值剪切应力的影响强于对残余剪切应力的影响,表明其对界面胶结冰含量产生影响。当土体初始含水率较低且温度较高时,冻融循环使界面峰值剪切强度增加,但变化量较小。然而在含水率较高(20.8%)及试验温度较低时(-5℃),峰值剪切强度随着冻融循环增加而降低。因此在土体含水率较高且冻结温度较低时,对于发生小变形的冻结界面需要重视冻融循环对峰值剪切应力的影响。不同初始含水率、试验温度下冻融循环对残余剪切强度的影响较小且变化规律不明显。在试验温度为-1℃,-3℃,-5℃时,峰值黏聚力随冻融循环增加分别表现为增加、波动和下降,推测是由于界面胶结冰含量不同而引起。峰值摩擦角和残余摩擦角随冻融循环次数增加略有变化。     

电石灰改良滨海盐渍土路基工程特性研究

滨海地区用盐渍土作为路基填料是交通建设需要解决的重大岩土工程问题之一。滨海盐渍土作为一种特殊土,具有溶陷、盐胀、腐蚀等不良的工程特性,为了解决滨海盐渍土的工程问题,进行了电石灰改良盐渍土路基填料的液塑限试验、室内CBR试验、回弹模量试验、干湿循环试验和冻融循环试验。试验结果表明,盐渍土经电石灰改良后,其物理、力学性能得到了有效改善,能够用于滨海地区高速公路路基修筑。该研究成果对滨海地区盐渍土路基的修筑具有参考价值。     

土体冻融对水份迁移影响及微观研究

为研究冻融循环作用对土体水份迁移的影响,采用自行研制的装置进行单向冻融试验,测定并分析了冻融循环作用下土体中水分迁移变化,同时利用扫描电子显微镜(SEM)采集了不同冻融循环次数的微观图像。通过对比研究了冻结温度、冻前含水率、孔隙直径、颗粒直径及微观结构特征变化对水分迁移的影响。结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,土样中含水率变化规律为逐层降低-回升变为逐层降低-平稳,最后变为逐层降低;(2)随着冻融循环次数增加,孔隙直径组成发生改变,大直径孔隙减少,小直径孔隙增加。     

干湿循环对新型固化土承载强度影响的试验研究

 通过模拟一些地区季节性干湿交替的气候变化特征,利用新型击实筒制样进行试验,研究干湿循环对新型固化土承载强度的影响。测试新型固化土在干湿循环交替作用过程中的吸脱湿水量和承载强度,系统分析试件的吸水量、膨胀量和失水量的变化规律以及干湿循环次数对加州承载比值的影响机制。结果表明：在干湿循环作用初期,养生作用促进了固化剂的进一步反应,增强土粒之间的胶结强度,固化土的承载强度表现为逐渐增大,干湿循环达4次时其强度升至峰值;循环超过4次后,以含水量的变化与裂隙性的双重作用为主,促进细微裂纹的扩张、贯通,新裂纹的产生,降低试件的整体性和均一性,其承载强度逐渐衰减。     

Investigation on microstructure evolution of clayey soils: A review focusing on wetting/drying process

Variability in moisture content is a common condition in natural soils. It influences soil properties significantly. A comprehensive understanding of the evolution of soil microstructure in wetting/drying process is of great significance for interpretation of soil macro hydro-mechanical behavior. In this review paper, methods that are commonly used to study soil microstructure are summarized. Among them are scanning electron microscope (SEM), environmental SEM (ESEM), mercury intrusion porosimetry (MIP) and computed tomography (CT) technology. Moreover, progress in research on the soil microstructure evolution during drying, wetting and wetting/drying cycles is summarized based on reviews of a large body of research papers published in the past several decades. Soils compacted on the wet side of optimum water content generally have a matrix-type structure with a monomodal pore size distribution (PSD), whereas soils compacted on the dry side of optimum water content display an aggregate structure that exhibits bimodal PSD. During drying, decrease in soil volume is mainly caused by the shrinkage of inter-aggregate pores. During wetting, both the intra- and inter-aggregate pores increase gradually in number and sizes. Changes in the characteristics of the soil pore structure significantly depend on stress state as the soil is subjected to wetting. During wetting/drying cycles, soil structural change is not completely reversible, and the generated cumulative swelling/shrinkage deformation mainly derives from macro-pores. Furthermore, based on this analysis and identified research needs, some important areas of research focus are proposed for future work. These areas include innovative methods of sample preparation, new observation techniques, fast quantitative analysis of soil structure, integration of microstructural parameters into macro-mechanical models, and soil microstructure evolution characteristics under multi-field coupled conditions.