三向应力下膨胀土含水量与膨胀率关系研究

膨胀土具有吸水膨胀的工程特性,因而通常采用的有侧限膨胀试验具有一定局限性。采用应变控制式三轴仪来实现对膨胀土试样压力的连续施加,使土样在合理的受力和吸水环境下,膨胀变形至剪切破坏;并根据相关物理性质指标转换公式,得到试样在连续性吸水过程中不同含水量与体积膨胀率的关系。改进后的三轴膨胀试验合理地模拟了膨胀土在一定埋深条件下其吸水膨胀的真实过程,科学地解决了分阶段有侧限膨胀试验不能实现同一试样吸水膨胀的连续性过程问题,试验结果更为准确,使得室内试验环境和工程实际达到较好吻合,对于研究膨胀土的力学行为具有一定的合理性和科学性。     

膨胀力试验的颗粒流数值模拟

在室内试验条件下,重塑膨胀土试样的被先后测定侧限条件下的膨胀量和膨胀力。考虑某些膨胀土土工试验结果,使用颗粒流构建膨胀土模型,使用这种模型模拟室内膨胀力试验过程,获得同室内试验相似的结果。制成的模型可以推广到工程模拟之中。     

膨胀岩土地层环状膨胀对盾构隧道衬砌荷载的影响

为了获得膨胀岩土地层环状膨胀产生的膨胀荷载对于盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,从理论上推导了岩土环状膨胀引起的附加荷载计算公式, 并利用有限元分析软件ANSYS,建立了膨胀地层隧道模型并进行数值模拟。结合数值分析方法,研究了不同膨胀圈厚度情况下,地层环状膨胀对衬砌结构接触压力增量的影响。研究结果表明,膨胀荷载与岩土膨胀力大小、应力水平、地层抗力、膨胀后岩土的物性参数等因素有关,因环状岩土膨胀引起的衬砌压力增加值小于室内测得的岩土膨胀力;衬砌径向压力增加值与衬砌和深部围岩刚度、膨胀圈厚度成正相关关系;衬砌压力的增加值主要体现在结构轴力上,这对结构受力是有利的,从而轴力成了该结构设计的控制因素。研究成果为盾构隧道结构设计膨胀荷载的取值提供了依据。     

川中红层泥岩吸水膨胀时效特征的试验研究

川中红层泥岩是四川盆地广为分布的陆相红色沉积碎屑岩层,具有强度低、易风化、吸水易膨胀的特征,对川中地区变形控制严格的高铁无碴轨道构成了长期潜在的威胁。依托川中地区某客运专线路基持续上拱病害处治工程,开展弱风化泥岩原位膨胀变形试验和室内压力水膨胀变形试验,分析川中弱风化泥岩的吸水膨胀特性、压力水头对泥岩吸水膨胀的影响及关联特征。研究发现,弱风化泥岩吸水膨胀具有显著的时效性,原位膨胀变形试验历时近一个月未收敛,仍具有较大的膨胀潜势,表明自然环境影响下的弱风化泥岩膨胀变形是一个长期缓慢的历程。室内压力水膨胀变形试验表明,红层泥岩吸水能力随着水压增加而增加,膨胀时程曲线经历快速增长、减速增长、渐趋稳定3个阶段,泥岩试样在14.4～49.1 h内完成了90%的吸水变化,在145.2 h完成了98%的试样稳定吸水量。基于上述试验研究成果,进一步对比分析室内外泥岩膨胀变形规律的差异性及其内在机制,为泥岩路基持续变形成因探讨提供思路。     

新型粗颗粒土膨胀试验仪的研制与应用

研究开发了一种新型粗颗粒土膨胀测试仪，介绍了仪器的结构和工作原理。利用仪器，对含膨胀岩土的粗颗粒土进行膨胀力和膨胀率试验，得到以下结论：(1)所研制的粗颗粒土膨胀试验仪能有效可靠的进行粗颗粒土的膨胀力和膨胀率试验；(2)含有膨胀岩土的粗颗粒填料具有一定的膨胀性；(3)粗颗粒土中细颗粒含量越多的土样，膨胀现象越明显；(4)粗颗粒土的膨胀特性与细颗粒土类似。研制的粗颗粒膨胀试验仪结构简单、操作方便、结果准确，为膨胀岩地区粗颗粒土膨胀性测试提供了精确可靠的试验设备和方法。     

红山窑膨胀红砂岩地基处理方案研究

经野外地质勘探,红山窑风化红砂岩初判为膨胀岩,为寻求技术上安全可靠而又经济合理的设计施工方案,对该膨胀岩进行了膨胀变形特性和力学性质试验,研究其随含水量变化时的膨胀变形特性和力学性质指标。试验结果表明：膨胀应变在较短时间内完成总膨胀量的90%左右,随着时间的增长,最终趋于稳定;在不同初始含水率至吸水饱和时,初始含水率越低,吸水达到饱和时产生的膨胀力越大,初始含水率越高,吸水达到饱和时产生的膨胀力越小。且含水率ω∈[0%,6%]至饱和是该膨胀岩膨胀力的显著增长点。根据试验结果提出如下地基处理方案：对位于中风化层的红砂岩地基,只采用控制含水率（不低于6%）,限制膨胀力（小于40kPa）的方法;对部分位于全风化岩层上的地基可采取换填土处理。     

膨胀岩三轴膨胀试验的研究

本文介绍了作者所开展的膨胀岩三轴膨胀试验的设计和试验方法,并通过试验证实了膨胀应变是由于应力第一不变量的改变所引起的结论,得出了膨胀岩吸水饱和值是体积应力函数的结论。     

原状与重塑膨胀土增湿变形特性研究

通过对原状膨胀土和重塑膨胀土进行无荷载和有荷载膨胀试验,研究了膨胀土的增湿变形特性与土体结构性的相关关系。试验结果表明,在初始干密度和初始含水量相同的情况下,重塑膨胀土的增湿变形量明显大于原状膨胀土,但两者的的增湿变形量均随初始含水量增大而减小。     

改进的膨胀土侧限膨胀试验研究

为量测膨胀土在侧限浸水和不同上覆荷载下的竖向膨胀率和侧向膨胀力,通过改进常规侧限膨胀试验装置和方法,确保了施加上覆荷载后试样浸水前初始湿密状态不变,消除了制样产生的初始水平应力,并将侧向膨胀力从总的侧向力中区分出来。采用改进的试验装置和方法,以特定初始湿密状态下的广西百色中等膨胀土为研究对象,分别进行了常规侧限膨胀试验和改进的侧限膨胀平行性试验。试验结果表明:常规侧限膨胀试验中的上覆荷载会改变试样初始湿密状态,测得的竖向膨胀率偏小7%～95%;因制样产生的初始水平应力会使最终侧压力偏小16.1%～43.5%;分级加载和逐级卸载的改进侧限膨胀试验结果具有良好的一致性和可重复性;竖向膨胀率随着上覆荷载逐渐减小,引入相对膨胀率和相对压力,可建立反映极限膨胀状态的幂函数拟合公式;侧向膨胀力与上覆荷载相关并随之增大而逐渐增大,当上覆荷载增至竖向膨胀力时侧向膨胀力达到最大,两者之间可用双曲线较好拟合。研究成果可为膨胀模型的建立以及膨胀土地区支挡结构物设计计算提供参考。     

生石灰改良膨胀土路基的应用效果探讨

为研究固化剂改良膨胀土在铁路路基中的应用成效,以应用最为广泛的固化剂——石灰为代表,结合实际铁路路基工程的施工质量要求,设计了生石灰改良膨胀土的击实试验、加州承载比试验及胀缩性试验。试验结果表明:在含水率增至最优含水率前,干密度相应增加,而后含水率继续增加,干密度减小,总体上二者的变化关系曲线呈抛物线形;在不同击实条件下,贯入量均随单位压力的增加而增加,且贯入量呈加速度增加的趋势,三组试样的承载比(RCB值)均满足相应规范要求;试样膨胀率均低于4%,且随着击实次数的增加,干密度在随之增大的同时,试样吸水膨胀的程度也呈线性增长趋势。     

高庙子膨润土膨胀力时效性试验研究

针对高庙子膨润土在不同含水率和不同干密度条件下膨胀力时效性进行了试验研究。首先采用静力压实法将3种不同含水率的高庙子膨润土粉末压实为两种不同密实状态的试样,随后在保持压实试样的体积和含水率不变的条件下,分别静置0,1,7,15,30和90 d,最后采用膨胀仪对完成静置试样的膨胀力进行量测;同时结合静置过程,完成了部分试样的扫描电镜（SEM）试验。试验结果表明：高庙子膨润土的膨胀力随静置时间的增长不断减小,且前期减小明显,后期逐渐趋于稳定;膨胀力的时效性与试样初始条件有关,试样含水率和干密度越大,膨胀力随静置时间的衰减越明显,即时效性越强。SEM试验结果表明,静置90 d后,高庙子膨润土内的蒙脱石发生了水化,集合体分解,颗粒相互黏结,微观孔隙结构趋于均质化,呈现点阵式的絮状结构;试样静置过程中不同微观结构层次之间的水分重分布导致的蒙脱石水化是高庙子膨润土静置过程中膨胀力降低的主要内在原因。     

影响有荷载膨胀率的因素分析

根据击实膨胀土在不同的荷载、含水量和压实度下的膨胀变形试验 ,分析了击实膨胀土在 3个因素下的膨胀变形规律 ,并通过考虑交互作用的正交试验设计 ,找出 3个因素的重要性大小 ,且两两无交互作用 ,从而推导出膨胀土地基的膨胀量的计算公式 .     

南宁地区膨胀土膨胀力的现场测试

以广西南宁膨胀土为研究对象,考虑气象因素的影响,进行了现场膨胀力测试。测试场地设置桩和框锚结构,在土体中沿水平方向和垂直方向设置土压力盒,测试浅层土体水平向和竖向膨胀力,膨胀力的测试经历了一个完整的雨季。测试结果表明,土体膨胀力的变化与降雨入渗息息相关,"旱涝急转"的过程会造成土体膨胀力骤然变化,但雨季的持续又会对土体水平向和竖向膨胀力带来不同影响。现场对膨胀土竖向和水平向膨胀力的测试结果可为工程设计的优化提供参考。     

多边界条件下缓冲/回填材料的膨胀特性

高放废物处置库中缓冲/回填材料的膨胀特性是评价其屏障性能的关键因素。受试验仪器等条件的限制,以往的膨胀试验基本都是在恒体积和恒应力这两种极端边界条件下开展的,无法有效反映处置库中的复杂应力–应变环境。研发了一套新型的多边界条件膨胀仪,集成了恒体积、恒应力和柔性等刚度3种边界条件。利用该膨胀仪对中国高庙子(GMZ)缓冲/回填材料开展了一系列膨胀试验,分析了边界条件对试样膨胀特性的影响。结果表明:研发的多边界条件膨胀仪具有操作简单、性能稳定等特点,能有效地模拟各种边界条件;边界条件对试样膨胀指标具有重要影响,对应的最终膨胀力关系为:恒体积柔性等刚度恒应力边界条件,最终膨胀率关系为:恒应力柔性等刚度恒体积边界条件;膨胀平衡极限(SEL)曲线可作为评价土体在复杂边界条件下水化时的最终体变和膨胀力的参考。研究结果对进一步认识土体的膨胀特性和指导高放废物处置库中缓冲/回填材料的设计具有一定参考意义。     

吸水膨胀橡塑密封材料的研究

研究了用物理共混法制备吸水膨胀橡塑材料的一些特性，对在不同CPE／SBR配比下吸水膨胀橡塑材料的吸水性能和力学性能及其影响因素进行了研究。根据不同的工艺参数，对产品性能进行测试，选择最佳配方，制造出性能优良的吸水膨胀橡塑材料。     

膨胀土地基的综合改良法处理试验研究

对不同起始含水率、掺入石灰率以及击实功试验条件下的大试件膨胀率进行了分析,得出了膨胀率与起始含水率为对数关系曲线,膨胀率与掺入石灰率、击实功为不同的幂函数关系曲线,研究结果为膨胀土地基的设计及膨胀土地基处理等膨胀土问题提供了重要的依据。     

压实膨润土膨胀应变时效性试验及模型研究

本文对高庙子膨润土试样竖向膨胀应变时效性进行了试验和理论研究。首先,3种不同含水率的高庙子膨润土粉末被压实到2种不同干密度,然后保持试样含水率不变分别静置0、1、7、15、30和90天,最后利用膨胀变形仪对静置完成后的试样的水化膨胀变形进行了测量,试验结果表明:试样的水化膨胀曲线呈双曲线型,水化初期膨胀明显,之后逐渐稳定;竖向膨胀应变随初始干密度的增加而增大,与初始含水率关系不明显;最大竖向膨胀应变随静置时间的增长不断衰减,且静置前期衰减明显,后期趋于稳定;基于试验成果,通过类比,建立了压实膨润土的膨胀应变时效性经验模型,拟合结果表明该模型能够较好地反映静置时间对高庙子膨润土膨胀应变的影响。     

膨润土及其与砂混合物的膨胀试验

用固结仪完成了膨润土及其与砂混合物的一系列膨胀变形试验，由试验结果得到了蒙脱石孔隙比与上覆压力的通用表达式。试验结果表明，膨润土及其与砂混合物的膨胀变形特性与试样的击实条件有关，膨胀变形试验结果反映了膨胀矿物与水的相互作用。