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。     

土体干湿循环过程中的体积变形特性研究

本文通过室内试验,研究了干湿循环过程中,土体沿不同方向失水导致裂隙沿不同方向开展时,土体应变的变形的特征。采用高精度卡尺直接量测的方法测量了膨胀土膨胀收缩后的应变变化,获得了膨胀土膨胀收缩过程中的应变曲线,试验结果表明:在干湿循环三次后土体的裂隙开始大幅的开展,但强度不会明显降低,此时土体可以看成是由强度和体积均较大的骨架颗粒组成,土体体积的增大即为团聚体间空隙增大的结果,土体在宏观上仍为强度和体积均较大的骨架结构,从而解释为何土体经多次干湿循环后裂隙不断开展但强度趋于稳定。在干湿循环过程中,无论土样沿轴向或径向失水,土样的轴向裂隙一直有较大程度的开展,而在干湿循环三次以后,土样的径向裂隙才开始大幅开展。     

时域反射法测定黄土含水量的标定试验研究

 为了提高TDR法测定黄土含水量的精度,对TDR土壤水分传感器进行了标定试验,分别通过TDR法与烘干法测定Q3黄土和古土壤的含水率并进行对比分析,探讨了干密度、结构性和土质差异对TDR土壤水分传感器测试结果的影响,并建立了相关数学修正模型。试验结果表明,TDR法含水率测量值较烘干法偏高,干密度变化对TDR法测量结果的影响不可忽略;通过建立考虑干密度影响的经验修正模型对TDR法测量值进行修正,当体积含水率9.2%≤θw≤39.9%时,误差可控制在2%以内,当39.9%≤θw≤46.3%时,误差可控制在3%以内,总体修正效果优于TDR法与烘干法测量数据通过三次曲线拟合建立的修正公式;土的结构性对TDR法测量结果影响不明显,可采用重塑土的室内标定试验代替现场标定试验;黄土与古土壤因土质差异,应分别建立修正模型。     

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。     

TDR水分计标定试验分析

土体含水量是控制非饱和土特性不可或缺的状态变量,快捷、准确地测量该变量成为推动非饱和土研究的重要环节。TDR水分计测定含水量具有方便、快速、经济的优点。围绕TDR测量原理,开展了探测体积、测量误差的标定试验,并在操作中总结出了TDR水分计的安装经验,结果表明:两针型TDR水分计探测范围集中在1.7倍探针间距的圆柱体内;针对砂土和黄土,TDR测量值比烘干含水量稍大,两者间可采用三次多项式拟合修正。为确保TDR水分计为实际应用提供准确可靠的水分数据,未来室内试验和室外监测使用前需预先进行标定。     

压实高岭土干燥收缩特性试验

为研究初始干密度和初始含水率对高岭土干燥收缩行为的影响,探究其干燥收缩机理,采用数字图像相关法来测量环刀试样的径向变形,在设计的干燥收缩试验平台进行了一系列干缩试验,结合试验得到的收缩曲线和相应的土水特征曲线获得吸应力固结曲线。结果表明:饱和高岭土大部分收缩变形发生在进气点之前的饱和状态;试样在干缩过程中以径向变形为主,表现出比较明显的各向异性,这种各向异性的变形特性随初始饱和度的增加而减弱;随着初始干密度增大,试样干燥收缩稳定所需要的时间逐渐减小,稳定时的体积变形也相应减小,然而试样的初始干密度和饱和度对收缩变形稳定时的含水率几乎没有影响;吸应力固结曲线与饱和土的等向固结曲线近似重合的曲线形态表明吸应力和净平均应力对土收缩变形的作用效果是一致的;在等向应力条件下,有效应力是影响土体干缩变形的决定性应力;提出的结合干燥收缩试验和等向固结试验曲线的间接测量土水特征曲线的方法是相对可靠的。     

具有浸水轻微膨胀性质的压实粉土承载比试验研究

随着承载比有关试验方法和规范的引进,目前用通过承载比试验得到的CBR值作为土体特别是道路施工中路基填土的强度参考标准值逐渐成为普遍的方法。具有特殊工程性质的粉土,其压实后的强度和稳定性直接关系到上层建筑的工程质量和正常使用。对具有轻微膨胀性质的粉土在不同的击实能和初始含水量下压实,进行不浸水和浸水承载比试验,分析不浸水和浸水CBR值随初始含水量和击实能的关系,以及各因素对不浸水和浸水CBR差值的影响。试验结果表明,浸水膨胀软化对压实粉土浸水后的CBR强度有较大影响。不浸水CBR值随初始含水量增大而减小,大多试样的浸水CBR值随初始含水量变化出现峰值。膨胀量、不浸水和浸水CBR差值随初始含水量增加线性减小,不浸水和浸水CBR差值随膨胀量增加线性增大。低含水量下的压实粉土试样不浸水和浸水CBR差值随击实能增加而增大。     

积水入渗稳定时近饱和土中封闭气泡含量 试验研究

含有与大气不相连通的封闭气泡且饱和度接近 100% 的土体称为近饱和土体。通过室内土柱一维积水入渗模型试验,研究了入渗稳定时土壤类型、干密度和初始含水率对近饱和土体中封闭气泡的含量以及气相逸出率的影响,分析了 3 种影响因素对封闭气泡体积的影响趋势和影响机理。试验结果表明：土样孔隙中封闭气泡的体积随土样干密度的增大而减小;当土样初始含水率超过某一临界含水率时,土样孔隙中封闭气泡的逸出随初始含水率的增加显著减少;由于黏性土达到渗流稳定需要的时间较砂性土长,因而砂性土的气相逸出率要明显小于黏性土的气相逸出率。通过试验揭示了实际土体入渗中的一些物理现象,为更好地理解土壤入渗过程和建立数值模拟模型提供了试验数据。     

表面张力与接触角对膨胀土干缩开裂影响的试验研究

用悬滴法对纯水、酒精溶液和肥皂水(表面活性剂)3种液体的表面张力进行测量,比较3种液体表面张力的大小;用躺滴法测量混有十八胺的两种土样的接触角。在此基础上,针对不同表面张力和接触角的膨胀土试样进行收缩开裂试验。试验结果表明:孔隙水表面张力和接触角对膨胀土的收缩开裂有重要影响。表面张力越小的试样,其最终收缩开裂裂隙度越小,但在裂隙发展阶段,脱湿时间相同时,孔隙水表面张力小的土样其收缩开裂裂隙度有可能大于表面张力较大的土样。增大土颗粒与孔隙水间的接触角可以很好的抑制膨胀土的收缩开裂,接触角越大,相同的脱湿时间下土体的收缩开裂裂隙度越小。减小孔隙水表面张力或增大接触角都会使土体中的弯液面曲率半径增大,从而减小土体中的基质吸力。接触角的增大还有可能使弯液面由凹变凸,基质吸力会因此消失,从而很好的抑制膨胀土开裂。     

降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。     

Etude des caractéristiques hydrodynamiques des sols par la méthode TDR (time domain reflectometry)

The object of this laboratory study was to determine any relationship between the soil volumetric water content θ, the dielectric constant (permissivity –ε), and the impedance of the same soil (R₁). Time domain reflectometry (TDR) allows the measurement of material dielectric constant and impedance by determining electromagnetic pulse transit time and pulse attenuation. Using the established relations of the TDR method, it is possible to trace the volumetric water content and electric conductivity (or the impedance) of the soil simultaneously in a continuous manner. It was hoped that, thereafter, it may be possible to calculate the soil suction using soil permissivity and impedance. TDR measurements were carried out for different leachates and soils. Relationships found in previous work by the authors were used to compare water contents given by the TDR method with water contents obtained by drying the soil samples. The test results showed a relationship between water content and soil type and the electrical conductivity of the liquid when the TDR parameter was soil impedance. It was concluded that permissivity could be used to characterise the soil's water content. This relationship is used to study the changes in bentonite water content during air drying. Volumetric water content and impedance vs time curves allows the determination of shrinkage limit.     

Field study on swelling-shrinkage response of an expansive soil foundation under high-speed railway embankment loads

This paper presents a comprehensive field investigation of the swelling-shrinkage behavior of an expansive soil ground under high-speed railway embankment loads. In this study, a test site close to the Kunming-Nanning high-speed railway (KNHR) was chosen for the construction of four full-scale field test facilities for artificially soaking the expansive soil ground. Three of the facilities consist of embankments of three different heights, while the fourth facility is for a series of plate load swelling tests. All the test embankments were fully instrumented to monitor the ground deformation and the changes in volumetric water content profiles of the foundations. The full-scale field tests were complemented by a detailed site investigation comprised of cone penetration tests (CPTs), standard penetration tests (SPTs) and a comprehensive laboratory characterization of intact expansive soil samples retrieved from the test site. The results obtained from the laboratory and field tests show that the swelling behavior of the expansive soil ground mainly depends on the embankment load. By properly designing the embankment height and considering the maximum swelling pressure the expansive ground could induce, the heave of the embankment could be controlled efficiently. The measured displacements at the ground surface are well correlated with the evolution of measured volumetric water contents within a ground depth of around 4.5?m. The majority of these displacements occurred when the ground was approaching saturation along both wetting and drying paths. Finally, a simple method based on one-dimensional test results was proposed, and a good performance was shown in predicting the heave or settlement of embankments over an expansive soil ground upon wetting and drying.     

基于频率步进原理的TDR研制及在土体含水率测试中的应用

基于时域无载频脉冲原理的时域反射法(TDR)能够快速准确测试土体含水率,在岩土工程领域有广泛用途。但是目前TDR测定仪器均为进口,国外对中国实行技术封锁。介绍了一套基于频率步进原理的TDR,利用该原理信号源输出的频率分量能够精确获知,接收信号中的噪声有效被抑制;研制了探针转换器,避免在常态测试区域出现测试盲点,提高测试范围和精度。最后通过水、空气及土体3种介质中含水率测试对比试验,验证了新型TDR测试设备的有效性。     

非饱和土的性状及膨胀土边坡稳定问题

主要叙述非饱和膨胀土及其边坡稳定研究方面的新进展。首先讨论了非饱和土研究中与土坡稳定性有关的若干重要特性,指出非饱和土的气 水形态问题是非饱和土研究的一个基本问题。并提出随含水率由小变大,非饱和土存在四种气 水形态,不同气 水形态的土具有不尽相同的性状。然后,对非饱和土的吸力和土水特征曲线以及不同气 水形态下的强度作了讨论,并对非饱和土的本构关系作了简要的介绍。接着以南水北调中线膨胀土渠道工程为背景,以吸力问题为中心,对非饱和膨胀土边坡滑动的各种内在的和外界的因素进行了分析,尤其对新近研究的降雨入渗和裂隙影响的研究进行了定量的分析,改变了以往对这方面只进行定性研究的情况。在此基础上对边坡失稳的机理和考虑裂隙及雨水入渗的稳定分析方法进行了研究。     

重塑膨胀土的电阻率特性测试研究

通过对重塑膨胀土的电阻率进行测试研究,提出了一种饱和/非饱和土的假想电阻率模型。研究表明:膨胀土的电阻率主要与土骨架、孔隙水的电阻率以及膨胀土的含水率、饱和土度和孔隙比等有关。研究提出了用土的水体积比表征膨胀土的电阻率特性,研究建立了电阻率–水体积比与吸力–水体积比(水分特征曲线)之间的关系,以探索研究电阻率的应用。     

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 .     

野外土-水特征及其工程意义

为了研究非饱和土边坡的土-水特征，在香港某人工边坡坡顶1，2，3，4m等不同深度同时安装了含水量计及吸力计。根据土体体积含水量和吸力值的野外监测结果，得出了边坡坡顶土体不同深度的野外土-水特征曲线。同室内土-水特征曲线明显的滞后性相比，野外土-水特征曲线的滞后性可以忽略。野外土-水特征曲线滞后性可以忽略的原因可能是由于边坡坡顶土体在暴雨期间的非平衡效应或者是体积含水量和吸力在野外和在实验室内测定方法不同的缘故。此外，对野外土-水特征曲线的工程意义进行了探讨。     

基于摩尔-库仑准则的膨胀土弹塑性本构模型及其数值实现

膨胀土的应力应变关系与含水量的变化有关,通过室内试验对膨胀土的变形、强度以及膨胀参数与含水量之间的关系进行研究,以湿度应力场理论为基础,提出了一个具有工程实用价值的基于摩尔库仑准则的膨胀土弹塑性本构模型。依据FLAC3D数值模拟软件所提供的二次开发程序,给出了该膨胀土弹塑性本构模型二次开发程序过程的基本原理以及模型的程序框图。结合渗流软件计算的湿度场分布,进行膨胀土基坑边坡实例验算,验证了该本构模型的正确性。