受铅污染的土-膨润土竖向隔离墙材料的压缩及渗透特性试验研究

土-膨润土系竖向隔离墙广泛应用于工业污染场地修复工程中。由于黏土与污染液的相互作用,隔离墙的工程性质将发生改变。通过一维压缩固结试验,研究高岭土-膨润土系竖向隔离墙材料与硝酸铅溶液相互作用下的物理性质、压缩固结和渗透特性的改变规律,并给出机理解释。引入评价天然重塑黏土的压缩和渗透特性的归一化孔隙比e /e_L和孔隙指数I_v概念,进一步评价分析受铅污染土-膨润土系竖向隔离墙材料的压缩和渗透特性。     

考虑饱和黏土埋深影响的一维非线性固结

 由于饱和黏土层的埋深对初始有效应力影响较大，因此也会对其非线性固结特性产生影响。假定孔隙比与有效应力对数和渗透系数对数之间分别存在线性关系，那么可将考虑初始有效应力沿深度变化的饱和黏土一维非线性固结方程推广至考虑土层埋深的情况，因此，采用有限体积法对该方程进行数值求解。与E. H. Davis和G. P. Raymond非线性固结理论解析解的对比，证明该方法的有效性。在此基础上，探讨土层埋深、压缩指数与渗透指数的比值、地面均布荷载强度等参数对固结过程的影响。数值分析结果表明，当上述3个参数分别增大时，黏土层的沉降速率都将减小，而埋深对孔压消散速率的影响规律则要受压缩指数与渗透指数比值的制约。     

重塑黏土次固结性状的变化规律与定量评价

通过对6种不同的天然沉积土重塑样进行一维压缩次固结试验,明确了重塑黏土次固结变形的主要影响因素为孔隙比与对应于液限的孔隙比,得出了重塑黏土的次固结系数随着固结压力的增大和孔隙比的减小而减小,且相同孔隙比下次固结系数随液限的增大而增大的规律。定义了ln(1+e)-lnt双对数坐标下的次固结系数CαL,提出了双对数坐标次固结系数与液限孔隙比的定量关系表达式,为重塑黏土提供了简便实用的次固结变形计算方法,也为进一步完善Burland等提出的固有压缩概念与压缩理论奠定试验基础。     

上海黏土一维压缩特性的试验研究

虽然上海黏土的压缩特性已得到了广泛研究，但是关于上海黏土的压缩特性特别是其长期压缩特性与国际上其他天然黏土的比较相对较少。采用取自上海浦西某基坑不同深度的原状土样进行一系列常规及长达70 d的长期一维压缩试验。主要目的是为了研究上海黏土的压缩特性尤其是其次压缩特性，并与国际上其他典型黏土进行比较。试验结果表明：上海黏土的压缩指数C_c相对较小，分布在0.43～0.50的范围之内。研究发现固结压力小于或接近前期固结压力时，次压缩系数C_??基本不变，然而当固结压力大于前期固结压力时，次压缩系数C_??随时间急剧减小。与其他典型黏土相比，上海黏土的C_??/C_c值略大于无机质黏土及粉土的下限值。按照Mesri (1973)提出的以次压缩系数为基础的土体划分标准，可以将上海黏土划分为低至中等次压缩性土体。     

饱和高庙子膨润土的渗透特性

在核废料深层地质处置工程中,膨润土的渗透特性是需要考虑的重要因素之一。对浸水饱和的高庙子钙基膨润土压实试样进行压缩试验,利用时间平方根法测定压缩试验中每级荷载下的固结系数,然后用太沙基一维固结理论计算土的饱和渗透系数。试验研究表明:在弹塑性阶段,计算所得饱和渗透系数随竖向应力的增大而减小,在双对数坐标下,计算渗透系数与竖向应力呈线性关系;孔隙比对渗透性起着主导作用,在半对数坐标下,计算渗透系数随孔隙比的减小而线性减小,由该线性关系得到的某一孔隙比下的计算渗透系数与公开发表的相同孔隙比的高庙子钙基膨润土的渗透系数接近。研究结果及相关文献证明应用固结理论方法间接推算膨润土饱和渗透系数的方法是可行的,该方法适用于低渗透性黏土的饱和渗透系数的量测。     

上海软黏土压缩特性的试验研究

为研究结构性对上海软黏土压缩特性的影响,利用单向高压固结仪,对取自上海不同地点的3种软黏土的原状样及相应的重塑样进行了大量的一维主固结和次固结试验。主固结试验结果表明:结构性的存在使原状样的压缩曲线位于重塑样的上方,具有明显的结构屈服应力;结构屈服应力的大小与取样方式密切相关,现场直接切取试样的压缩曲线的结构屈服应力点最明显,应力值最大,厚壁样的压缩曲线则几乎没有屈服应力点。次固结试验结果表明:结构性的存在使原状样的次固结系数与固结压力密切相关,且次固结系数最大处的固结压力为结构屈服应力的1.5~2.5倍,而正常固结状态的重塑样的次固结系数与固结压力几乎无关。最后,正常固结状态下上海软黏土的次固结系数分布范围表明,其次压缩性为中等至高等,次固结系数与压缩指数的比值Ca/Cc表明,上海软黏土为无机质黏土及粉土。     

灵敏性粉土的压缩及触变特性研究

山西汾河一级阶地的饱和粉土大多具有灵敏性,使得其强度和变形性质在扰动前后差别很大。为了研究灵敏性粉土的压缩及触变特性,对探井取样的原状土和重塑土样进行了一维固结压缩试验和无侧限抗压强度试验。试验结果表明,原状土加载到结构屈服应力处,沉降量突增,固结系数突增,主固结比突降,次固结对沉降的贡献开始上升;原状土与重塑土的差异是原状土的结构强度引起的,在高压固结压力下两者压缩曲线约在0.58e₀处重合;灵敏土无侧限抗压强度试验的应力应变曲线表现出类似超固结土的应变软化特性,其触变后恢复具有时效性,弹性模量受扰动影响较为敏感,可考虑作为扰动指标的量度。     

理想砂井地基径向弹黏塑性固结分析

饱和黏土变形的非线性和流变特性已被人们所逐渐认识。为进一步探讨该特性对砂井地基固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体骨架弹黏塑性变形关系,在Barron砂井固结理论的基础上,重新推导砂井径向固结方程,并给出方程的隐式有限差分格式。通过与Berry基于压缩指数的显式数值解对比,验证本文计算方法的有效性。探讨了UH模型参数和渗透指数对砂井径向固结的影响。数值结果表明:黏性土的粘滞性使得固结前期砂井地基内部出现了孔压升高现象,并延缓了固结中后期砂井地基内孔隙水压力的整体消散。同时,随着初始超固结参数R₀、回弹指数C_s的增大或渗透指数C_k的减小,此现象变得更加明显。     

浙江近海软黏土次固结系数研究及应用

我国室内固结试验中把次固结沉降曲线作为线性处理,然而,大量的实验数据证明,测定周期的不同次固结曲线呈非线性特征,故次固结系数为变数。通过我国近海典型海相软黏土——浙江平阳港次固结试验为验证实例,提出一种适用于工程的分级加载、延时校正及保持试样结构原状的土工快速测试法。对工程中试验曲线分析及研究表明:我国近海区域软黏土次固结系数与固结压力、压缩指数以及测试时间存在着一定的相关性,次固结系数与固结压力变化呈先增、后降、趋稳的现象,次固结系数峰值与土体深度等有关,C_a/C_c比值为常数。实验中所得到的经验值可作为邻近工程固结沉降量预估,所创方法为填补国家标准规范次固结试验的空白提供有益参考。     

不同固结路径温州黏土固有不排水强度性状试验研究

为研究初始条件和应力状态对重塑黏土固有不排水强度性状的影响,采用应力路径三轴仪对室内制备的温州黏土进行一系列不同固结路径下的三轴固结不排水剪切试验。通过室内试验研究探讨温州黏土不同固结路径下不同平均有效应力固结后三轴不排水剪切应力应变关系和不排水强度特性;引入不同平均有效应力p’下的孔隙指数I_v与不排水强度比R^*_su=S_u/ p’,分析不同固结路径下不排水强度S_u的变化规律,并与Chandler提出的固有强度线IS_uL进行比较分析。结果表明：相同平均有效应力p’下,不同固结路径下不排水剪切强度S_u和不排水强度比R^*_su=S_u/ p’随固结路径的变化而变化;当不排水强度比S_u/ p’=0.33时,孔隙指数I_v与固结不排水强度S_u之间的关系与Chandler的固有强度线IS_uL一致。     

考虑孔隙水盐分效应的人工软黏土工程特性与本构模型

中国江苏北部连云港地区海相软土蒙脱石族矿物含量相对较高,且在海陆交互环境沉积形成,沉积过程中具有孔隙水盐分较高的特点,但在后沉积过程中由于地表和地下淡水入侵,会使孔隙水盐分发生变化。工程设计一般依据既有地下水环境中土体参数,未能考虑盐分变化后土体参数变化,会造成工程安全系数的冗余度不足,进而导致工程风险。为了解决江苏北部地区基础设施运营中,孔隙水盐分变动环境下软黏土地基长期性状与工程性质变异问题,需要深入了解矿物成分、孔隙水盐分在软黏土物理和力学特性中的作用机制。由于天然软黏土的矿物成分、孔隙水成分差异较大,在黏土矿物盐敏性的研究和当地地下水盐分测试基础上,试验材料采用矿物成分均一的商用高岭土与膨润土组成的人工黏土作为研究对象,配制不同浓度的NaCl溶液作为孔隙水,模拟孔隙水盐分变化。通过液塑限试验、常规固结试验和固结不排水剪切试验,发现对于含蒙脱石矿物的人工黏土,液限w_L、压缩指数C_c和回弹指数C_s随着孔隙水盐分的增加而减小,而内摩擦角随着孔隙水盐分的增加而增加;对于高岭石矿物为主的人工黏土,液限w_L、压缩指数C_c、回弹指数C_s和内摩擦角都基本不随孔隙水盐分的增加而改变。将孔隙水盐分效应采用渗透吸力进行表征,在试验规律、修正剑桥模型和BBM模型认知的基础上,建立了考虑盐分效应的人工软黏土本构模型,并对比了计算结果与试验结果,两者在趋势上较为接近,验证了本构模型的实用性,可为近海岩土工程设计提供参考。     

干湿循环作用下非饱和重塑黏土变形特性研究

为了研究了基质吸力与干湿循环对非饱和重塑黏土压缩变形特性的影响,利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,在控制基质吸力的条件下进行非饱和土压缩试验。研究结果表明,吸力越大,土体的压缩性越小,屈服应力越大,含水率减小的幅度也越小。试样经历干湿循环后,土体的压缩性增大,屈服应力减小,土体弹性变形的应力范围也减小。非饱和土的压缩变形以孔隙气体的压缩为主,土体中孔隙水的排出处于次要地位。干湿循环对非饱和土变形特性有重要影响,考虑其影响对于实际工程应用是十分必要的。     

高含水率疏浚泥轴对称大应变固结模型

高含水率疏浚泥在外加荷载作用下通常产生大应变固结变形,不适用于传统的Barron轴对称小应变固结理论。为此,基于Gibson一维大应变固结理论和Hansbo径向固结理论,摒弃小应变假定,考虑高含水率疏浚泥的材料和几何非线性、径竖向渗流等因素,建立了等应变条件下以孔隙比为变量的轴对称大应变固结模型ALSC,Gibson、Hansbo、Kjellman等建立的固结方程是该模型的特例。基于有限差分法,编制了计算程序,进行了ALSC模型与小应变模型的数值模拟,验证了ALSC的有效性。研究结果表明:土体变形较小时,ALSC模型与Barron模型计算的固结度和超静孔压数值基本吻合;土体变形较大时,ALSC模型与"Barron+Terzaghi"理论计算的最终沉降量和固结速率取决于土体的固结参数;当C_c/C_k=1时,ALSC模型的最终沉降量小于"Barron+Terzaghi"理论,但二者固结速率相当;当压缩系数av保持不变,ALSC模型(C_k=1)与"Barron+Terzaghi"相比,最终沉降量大,固结速率慢。     

考虑固结压力和加热温度影响的软土次固结系数

目前常用的软土次固结变形计算方法视次固结系数为常数,但研究表明,固结压力和温度对软土次固结都有着重要影响.本文在梳理已有研究成果的基础上,对原状软土次固结系数Cα随固结压力p和温度T变化的规律进行了研究,提出了考虑两者耦合作用的数学表达式,并进行了验证.结果发现:软土的结构性对Cα-p变化曲线有显著影响,当固结压力很小...     

超固结软黏土一维蠕变次固结系数与侧压力系数

通过K₀固结原状试样一维蠕变试验,模拟软土地基超载预压卸荷再加荷过程,研究超固结软黏土蠕变过程的次固结系数C_α和侧压力系数K_0r与应力历史的关系。研究结果表明,超固结软黏土的主固结过程相对于正常固结状态有明显缩短,次固结系数C_α与荷载相关,随着 增大而减小,超载预压时间延长导致 增大次固结系数减小。超固结软黏土蠕变过程的侧压力系数K_0r随时间近似恒定,受应力状态和应力历史影响,随再加荷压力增大而减小,随前期固结压力的增大而增大,与 近似成线性关系。依据试验和假定建立的K_0r理论模型,反应了相关条件的影响,无需专用参数,与试验结果具有较高的一致性。一维变形条件下,超固结软黏土的次固结系数C_α与广义剪应力和球应力的比值 具有本质上的联系,符合双曲线规律。     

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。     

长江口软土的次固结特性试验研究及应用

对长江口淤泥质软土进行一系列固结实验,研究了荷载、超固结比、土性指标等对软土次固结系数的影响,得出了该区域软土的次固结特性及不同土层的次固结系数。试验结果表明:次固结系数与荷载有关,且随着荷载的增大先增大后减小,最后趋于平稳;次固结系数与最大固结压力有关,且随着超固结比的增大而减小;次固结系数与压缩指数的比值近似为常数0.031;次固结系数与初始孔隙比及初始含水率呈线性关系。提出了一种考虑主次固结同时发生的沉降计算方法,并通过所得次固结系数对横沙围堤进行了沉降预测,与现场监测吻合较好。所提出的计算方法更符合工程实际需要,具有很好的实用价值。试验所得的相关参数及结论对研究长江口软土特性及后期工程的沉降预测具有一定参考意义。     

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。     

高原湖相泥炭土次固结特性及机理分析

泥炭土地基在长期荷载作用下将产生显著的工后沉降,必须明确其次固结特性及机理。针对取自昆明、大理的高原湖相泥炭土开展了一系列次固结试验,探讨了取样深度、加荷比R、加荷方式、固结压力p对次固结系数Cα的影响。试验结果表明:分级加载下,泥炭土的e–lgt曲线以反"S"型为主,次固结变形占总变形量的比例较大;泥炭土在宏观上与普通原状土存在相似的Cα–p关系,即Cα随p的增大而增大到峰值,之后减小并趋于稳定;但泥炭土峰值Cα对应的p不等于前期固结压力cp,而为100~200 k Pa。通过建立微结构模型,对泥炭土次固结特性进行了机理分析,认为峰值Cα对应的固结压力p应为泥炭土从多孔隙状态压缩至相对密实状态的临界荷载。昆明泥炭土的次固结系数和压缩指数具有一定的相关性,二者比值Cα/Cc可视为常数,和已有研究结果基本一致。