裂隙膨胀土性质研究综述及展望

随着南水北调中线工程的进行,越来越多的膨胀土问题涌现出来。文章总结了国内外膨胀土的研究现状,系统归纳了裂隙对膨胀土强度、变形、渗透性质及边坡稳定的影响等研究的进展,认为裂隙对膨胀土体性质及边坡稳定有着重要的影响。针对目前鲜有裂隙量化研究的情况,强调了裂隙量化研究的重要性和必要性,并对今后的研究方向进行了展望。     

粘土心墙坝水力劈裂模型试验研究

在不考虑心墙拱效应作用情况下,研制了一套可以模拟土石坝心墙中水力劈裂现象的新型试验装置,采用预设裂缝的方法对粘土心墙料进行了不同条件下水力劈裂试验,以验证模型的可行性。结果表明,完全均质心墙中不会出现水力劈裂现象,最大干密度和最优含水率下填筑料的抗水力劈裂能力最强,采用较厚心墙对土石坝的抗水力劈裂能力有利,裂缝和水库的快速蓄水是导致心墙中产生水力劈裂的重要原因。     

堆石料微侧壁摩擦力固结仪的研制与应用

固结仪是研究堆石料长期变形特性最常用的仪器之一,但其应用受到侧壁摩擦力的限制。针对此问题,研制了一种加载稳定、可测量侧壁摩擦力的新型固结仪,介绍了该仪器的结构和工作原理。采用由互不接触的尼龙片组成衬垫贴于固结仪内壁的方法减小侧壁摩擦力。对风干堆石料进行固结试验,系统研究比较了衬垫层数为1～3层和厚度分别为0.3和0.5 mm时该方法的效果。试验结果表明,3层0.5 mm衬垫的效果最优;与无衬垫时相比,该方法下试样侧壁摩擦力平均下降91%,竖向应变是无衬垫时的1.2～1.8倍。将容器内壁覆盖3层0.5 mm衬垫作为减小侧壁摩擦力方法,对风干堆石料分别进行了使用该方法和无衬垫条件下的流变试验。结果表明,微侧壁摩擦力条件下试验结束时试样的竖向应变和次固结系数分别是无衬垫时的2.0和2.2倍。该仪器有效解决了侧壁摩擦力问题,提高了长期变形试验结果的可信性。     

良渚时期夯筑工具及夯筑方式初探

良渚遗址于2019年7月6日被列入《世界遗产名录》,实证了中华五千年文明。自1992年对良渚古城莫角山进行考古发掘,共发现7万m^2的夯窝痕迹,但是还没有发现明显的良渚时期的夯筑工具。通过调研、室内土工试验、现场模拟以及考古学的方法对良渚时期的夯筑工具进行探讨,分析夯筑堆土厚度、模拟现场夯窝,判断夯筑时土的状态。结果表明,良渚时期莫角山沙土广场上面的夯窝是由木质集束的圆柱形圆底夯具夯筑而成,夯具长度在1m^1.2m之间,重量为25kg^35kg左右,直径7cm^11cm;夯筑时土的含水率较大,铺土厚度在7.5cm^30cm之间。据目前已有文献记载,良渚时期的集束夯筑技术是南方史前时期发现的最早的夯筑技术。通过研究论述良渚时期夯筑工具,还原夯筑施工技术,为后续开展"土筑金字塔"以及良渚外围水利工程施工的研究提供工具。     

Theoretical and experimental study of initial cracking mechanism of an expansive soil due to moisture-change

Swelling and shrinkage due to moisture-change is one of the characteristics of the expansive soil, which is similar to the behavior of most materials under thermal effect. If the deformation is restricted, stress in expansive soil is caused by the swell-shrinking. The stress is defined as “moisture-change stress” and is adopted to analyze swell-shrinkage deformation based on the elasticity mechanics theory. The state when the total stress becomes equal to the soil tensile strength is considered as the cracking criterion as moisture-change increases. Then, the initial cracking mechanism due to evaporation is revealed as follows: Different rates of moisture loss at different depths result in greater shrinkage deformation on the surface while there is smaller shrinkage deformation at the underlayer in expansive soil; cracks will grow when the nonuniform shrinkage deformation increases to a certain degree. A theoretical model is established, which may be used to calculate the stress caused by moisture-change. The depth of initial cracks growing is predicted by the proposed model in expansive soil. A series of laboratory tests are carried out by exposing expansive soil samples with different moisture-changes. The process of crack propagation is investigated by resistivity method. The test results show good consistency with the predicted results by the proposed theoretical model.     

拱坝裂缝成因三维有限元分析

根据某拱坝除险加固工程的需要,采用三维有限元方法模拟拱坝坝体的逐级加载和水位同步上升的过程,进行坝体在正常蓄水和温降条件下的应力计算分析,并通过多种方案对坝基材料参数进行敏感性分析,综合研究拱坝裂缝产生的原因。研究结果表明:拱坝建设期清基处理后的左、右岸坡段坝底基岩或垫座与原坝底未处理的完整性基岩模量相差较大导致一号裂缝产生;水荷载以及温度快速下降的共同作用导致其他裂缝产生。     

基于CT试验的水力劈裂机理研究

利用黏土心墙料开展了室内条件下的水力劈裂试验,并通过CT仪对试验前后试样的结构形态进行了研究,分析了水力劈裂发生时试样中的裂缝状态变化、劈裂的发生机理及影响因素。研究结果表明,利用图像观测手段可以很好地观察水力劈裂过程中土体裂缝的产生过程及其具体形态;水力劈裂试验显示,均质试样不会出现劈裂现象,而初设裂缝试样在较高水压下出现了水力劈裂现象,CT图中发现了贯穿的裂缝,且试样内部结构变化较大;验证了水力劈裂中的"水压楔劈"效应,认为土体贯穿性破坏是张拉作用导致的。     

裂隙对压实膨胀土渗气性影响试验

为了研究裂隙膨胀土渗气规律,采用自行设计加工的气体渗透测试装置,对人工制备裂隙膨胀土试样进行渗气试验。结果表明:压实膨胀土中气体渗透符合达西定律;试样完全切开且未夹纸条时,试样中仍然存在贯通裂隙,此时气体渗透系数相比压实膨胀土试样中的渗透系数提高了1倍;土中裂隙的存在为气体运移提供便利通道,改变气体原有运移路径,形成"优势流"现象;对比达西理论和非达西理论分析结果,土体中出现贯通人工裂隙时,采用非达西理论分析更合适。     

引江济淮试验工程膨胀岩膨胀特性试验研究

对引江济淮试验工程的膨胀岩进行膨胀特性试验研究。通过对膨胀岩重塑样进行无荷、有荷膨胀率及饱和直剪试验,探究不同初始含水率和荷载下的膨胀率变化规律;分析了膨胀率与初始膨胀速度、强度参数间的关系,得出初始膨胀速度与最终膨胀率成二次函数正相关,强度参数随膨胀率的增大而减小。     

膨胀土湿胀干缩特性试验

为研究膨胀土湿胀干缩变形与含水率变化的一般规律,采用压缩仪和收缩仪对重塑膨胀土进行了无荷载条件下的分级浸水膨胀试验和收缩试验。结果表明:试样的初始干密度越大,初始含水率越小,土体的膨胀系数越大,最终膨胀率也越大;初始干密度越大,初始含水率越小,土体的收缩系数越小,最终线缩率和体缩率也越小;膨胀系数和收缩系数反映了膨胀土受含水率变化而产生变形的特性,可作为评判膨胀土胀缩性能的指标。