脱湿过程中红黏土热导率的变化试验研究

自然状态下岩土体中的三相组成处于动态变化之中,对土体热传导性能的准确测试造成困难,通过热导率脱湿曲线(TCDC)可间接获取土体的传热性能。为此,以桂林红黏土为研究对象,采用压力板仪和KD2 Pro土壤热特性分析仪,研究了红黏土在脱湿过程中热导率的变化规律。试验结果表明:在进气值之前,土体饱和度不变,3种干密度的土体热导率都有小幅度增加,此阶段主要与吸力变化引起的土体密实度变化有关;当吸力超过进气值后,热导率随饱和度减小逐渐减小,此阶段含水率为影响热导率的主要因素。基于热导率试验结果,采用Lu模型和William模型对红黏土脱湿过程中热导率变化曲线进行拟合,整体上2模型对试验结果拟合较好,可以用于红黏土脱湿过程中热导率变化的模拟。     

渗透吸力对饱和黏土变形－强度特性的影响

为了解孔隙溶液组分或浓度变化对土体强度特性产生的影响,进行了不同浓度ＮａＣｌ溶液饱和黏土的三轴固结排水剪切试验,结果表明：渗透吸力对黏土的变形－强度特性有明显影响,同一围压下,饱和黏土变形模量值和强度值随渗透吸力的增加并不是单调降低的,而是先降后升。盐溶液侵蚀可以改变黏土的孔隙状态和结构,从而影响剪切过程中变形和强度及破坏时间,认为土体强度除了与土颗粒自身强度有关外,还与土体结构有关。     

动态多步流动法预测非饱和土水力学参数

选取４种具有代表性的土样,运用Ｗｅｉ和Ｍｕｒａｌｅｅｔｈａｒａｎ提出的饱和度随时间的演化方程对其进行动态多步流动试验,来预测其非饱和土的水力学参数。以平衡态法的试验结果作为参考标准,将预测结果与其相比较发现：在砂土与粉土的试验中,试样饱和度较大时两者偏差较大,这是由于试验采取的３Ｂａｒ陶土板的渗透系数与砂土和粉土的渗透系数相差较大,导致孔隙水不能被及时排出。粉质黏土的预测结果与平衡态试验结果非常接近,说明该方法对粉质黏土的预测非常有效。由于受到实验设备与陶土板规格的限制,黏土的预测范围偏小,但是预测结果较为理想。通过平衡态实验发现,４种土样的土水特征曲线均为典型的“Ｓ”型曲线,以进气值与残余饱和度为分界点可将其分为三部分。动态多步流动试验根据该三个部分来确定试验的吸力增量与吸力步长,并给出了合理的值。     

亚甲基蓝法测试黏性土阳离子交换量的适用性EI北大核心CSCD

阳离子交换量(CEC)是黏性土重要的物理化学指标,可以用来表征黏性土的物理力学性质,而亚甲基蓝吸附法能够快速测定黏性土的CEC。因此,采用亚甲基蓝吸附法(MB法)、氯化铵–氨水交换法(氨法)、氯化钡缓冲液法(钡法)3种方法对几种典型黏性土的阳离子交换量进行了测试与对比,探究MB法的适用性。结果表明:氨法和钡法测试的结果较为一致,而MB法较氨法和钡法而言,在低CEC时测试结果偏低,高CEC时测试结果偏高。通过X射线衍射试验分析亚甲基蓝分子对黏性土的吸附行为,发现当CEC值较低时(小于40mmol/100g),亚甲基蓝分子在表面吸附;当CEC值较高时(大于40 mmol/100 g),亚甲基蓝分子大量被层间吸附。结合X射线衍射结果,利用晶层间距(d_(001))的变化对MB法的测试结果进行了修正。在低CEC时,采用经验关系修正了MB法的测试结果;在高CEC时,采用d_(001)进行了修正,取得了较好的结果。     

浅层红黏土的细观结构演化规律研究

湿干循环作用会对土样的细观结构产生影响。为了研究浅层红黏土的细观结构在湿干循环过程中的演化规律,研制了可以进行 CT 扫描的 CT －固结仪。在不同压力作用下对桂林雁山原状红黏土及其重塑土进行了多组湿干循环试验,并对每次烘干和增湿稳定后的土样进行 CT 扫描,跟踪观察湿干循环过程中土样的细观结构变化。研究结果表明：增湿和干燥都能使原状红黏土及其重塑土的结构造成损伤。定义了基于 CT 数据的红黏土的细观结构参数,提出了定量描述红黏土细观结构演化与土样饱和度、湿干循环次数、上部荷载之间的数学表达式,预测结果与试验资料比较接近。     

天然气水合物沉积物的强度模型

建立有效描述含天然气水合物（以下简称“水合物”）沉积物强度特性的强度模型是水合物开发前必须解决的关键问题之一。在调研前人对含水合物沉积物强度试验结果的基础上,分析了水合物存在对土体强度的两种影响机理,分别是水合物作为持力体分担土骨架部分应力以及土颗粒之间的胶结作用。在此基础上,把含水合物沉积物视为复合材料（土颗粒骨架相和水合物相复合）进行考虑,建立了含水合物沉积物的强度模型,该模型能较好地反映不同水合物赋存模式、不同水合物含量、不同围压作用下的含水合物沉积物的强度特性。同时,该模型还能很好地反映细粒土中水合物形成后内摩擦角的减小。然而,由于前期相关试验数据的缺乏,该模型的一些关系式还有所欠缺,在后期的工作中需要进一步的优化。     

压缩过程中非饱和膨胀土体变特征与持水特性的水力耦合效应

土体压缩是岩土工程领域的基本问题。压缩过程中非饱和土的力学与水力学行为是同时发生且相互影响的,有必要统一考察体变特征与持水特性的水力耦合效应。为此,以荆门弱膨胀土为研究对象,开展土中水密度试验、饱和与控制吸力下的非饱和一维压缩试验,准确测量了压缩与卸荷回弹过程中孔隙比–重力含水率–吸力–竖向净应力关系,探讨了水力耦合状况下非饱和膨胀土的体变特征与持水特性规律,并建立相应本构描述。结论如下:1加载段,非饱和压缩曲线均发生明显转折,体现出屈服行为;随吸力增大,压缩曲线依次发生"穿越"现象;卸载段大体呈线性,其斜率随吸力增大而降低。提出能够描述干缩、压缩、卸荷体胀、屈服、压缩性与卸荷回弹性随吸力变化等行为的非饱和土体变方程,可直接用于分层总和法计算。2不同吸力下重力含水率变化存在较大差异;压缩至2941.8 k Pa时,不同吸力下含水率非常接近。吸力与竖向净应力对含水率变化的耦合影响可用3参数Logistic函数描述。3压缩过程中饱和度随竖向净应力增大而增大,卸荷过程中随竖向净应力降低亦增大。采用饱和度或重力含水率,对压缩过程中的水力路径会出现"湿化"与"脱湿"的不同判断,即水力耦合状况下土体表现出复杂的持水状态变化特征。     

氯化钠溶液对粘性土的强度影响

试验证实水化学状态变化对于以蒙脱石为主要矿物成分的粘性土的力学特性存在明显影响,但对于其他的普通粘性土却缺乏类似的研究。本文以普通粘性土（粘土矿物成分为高岭石、伊利石和蛭石）为研究对象,利用直接剪切试验研究了不同浓度氯化钠溶液饱和粘性土的强度特性,得出了以下结论：孔隙水化学状态的改变对粘性土强度有明显影响,在低竖向压力下,土体强度随盐溶液浓度的增大而减小;而在相对较高竖向压力下,土体强度随盐溶液浓度变化不大;对于该类粘性土,盐溶液浓度的提高会降低粘聚力,但对内摩擦角影响不大。该试验结果说明盐溶液产生的孔隙水化学作用除了减小双电层厚度还会改变粘性土的孔隙状态和结构,从而改变剪切过程中的变形破坏形式及强度特性。也就是说,普通粘性土对水化学状态改变展现出的强度变化规律也可以采用吸附电子双层理论来进行解释,但是必须考虑其对土体组构的影响。     

膨润土吸湿过程中膨胀力演化及水分分布特征

压实膨润土被广泛地用作密封阻隔材料，其膨胀力变化对于工程设计十分重要。采用蒸汽平衡法控制吸力，研究增湿过程中的膨胀力变化规律，并采用核磁共振（NMR）和X射线衍射（XRD）技术，分析吸湿过程中土体水分分布状态与宏观膨胀行为的关联机制。结果表明，在控制湿度条件下，随着吸力降低，膨胀力先线性增加后稍稍降低；当吸力超过21.8 MPa后，不同干密度试样的含水率基本一致，在低吸力段，含水率随干密度降低而增加；吸湿过程中膨润土矿物晶层间逐层吸水，形成不超过2层水分子厚度吸附水；利用T2分布曲线计算了不同干密度试样的吸附水和毛细水含量，发现膨润土中主要为吸附水，存在少量毛细水（<5%）。分析认为，在吸湿过程中，水分首先吸附到层间区域，膨胀力线性增加，当形成少量毛细水后，颗粒滑移导致膨胀力降低。即，膨胀力的演化在高吸力下受层间水合作用控制，在低吸力下受孔隙结构变化影响。