冻融循环作用下原状过湿土的抗剪强度试验

为了研究季冻地区过湿土的抗剪强度特性,利用青冈过湿土路基段原状土进行抗剪强度试验,分析了不同含水量对过湿土的抗剪强度影响,重点研究了冻融循环作用下过湿土抗剪强度变化规律。试验结果表明:不同含水量的过湿土应力应变曲线均趋于硬化型,含水量越大,过湿土的抗剪强度越小,相应的内摩擦角和黏聚力也越小;同未冻融土相比,经冻融循环的过湿土黏聚力显著增加,内摩擦角减小;相同含水量的过湿土经冻融循环的次数越多,融化后土的抗剪强度越大,而且随着冻融次数的增多,黏聚力开始下降,内摩擦角显著增大。     

加筋土筋土界面抗剪强度影响因素试验研究

通过室内筋土界面直剪试验,考虑筋土界面抗剪强度的影响因素,进行了不同剪切速度、筋材空隙率及土体含水率下筋土界面直剪试验,分析了不同因素对筋土界面抗剪强度的影响。试验结果表明,剪切速度主要影响筋土界面的内摩擦角,对筋土界面黏聚力几乎没有影响,随着剪切速度的增加,内摩擦角变大,导致筋土界面抗剪强度增大。筋材空隙率主要影响筋土界面黏聚力大小,空隙率越大,筋材肋条对土颗粒的约束作用越小,筋土界面抗剪强度降低。筋土界面抗剪强度受土体含水率的影响较大,随着土体含水率的增加,筋土界面黏聚力和内摩擦角都明显减小,导致筋土界面抗剪强度显著降低。     

冻融作用对原状黄土抗剪强度的影响规律

以西宁市某区域内原状黄土为研究对象,设计封闭系统下的三向慢速冻结试验、恒温恒湿的融化试验以及三轴剪切试验。基于土的莫尔库伦强度理论,利用抗剪强度包线求解黏聚力和内摩擦角,研究不同冻融温度梯度下抗剪强度指标的变化规律。结果表明:随着温度梯度增大,黏聚力衰减速度显著,衰减为极小值时的最不利冻融温度梯度为-15～15℃;冻融黄土的黏聚力与冷端温度、融化温度有关;较低含水率和较小冷端温度耦合作用或较高含水率和较大冷端温度耦合作用时,与冷端温度相比,融化温度为主导影响因素。随着冷端温度的增大,不同含水率试样的黏聚力降低幅度呈先减小、后增大的规律,最不利的含水率为18.34%。内摩擦角呈现出不规律性波动,变化幅度约为0～14°。由试验数据拟合出黏聚力随冷端温度和含水率变化规律的计算式,经试验验证,计算式能较好地描述其变化特性。     

冻融循环条件下饱和粉砂的剪切特性研究

为研究饱和粉砂在冻融循环作用下的剪切特性,基于直剪试验,对饱和重塑粉砂在经过不同次数冻融作用后的黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度的变化开展研究。研究结果表明:随着冻融次数的增加,饱和粉砂黏聚力,内摩擦角及抗剪强度总体均呈现先波动,后平稳,总体下降的趋势;在现有研究的基础上改进,提出饱和粉砂土抗剪强度随冻融循环变化表达式;在实际工程中,当粉砂含水率不小于12%时,进行冻融性质检测循环次数应尽量不小于13次。     

季冻区典型土类抗剪强度冻融修正系数研究

目前冻融循环下土抗剪强度变化规律尚无统一认识,工程上也缺少计算依据。选取季冻区3种代表性土类,黏土、粉质黏土和粉土质砂,采用新的制样标准,通过三轴试验,发现冻融循环下土抗剪强度指标变化模式和规律,定义了冻融循环修正系数,以未经冻融循环的抗剪强度指标为基准,并给出冻融循环下典型土类抗剪强度计算公式。结果表明:冻融循环试验中试样制备不能采用常规土样制备标准,否则试样密度离散性被放大,导致试验结果很容易出现离散而没有规律性;冻融循环下黏土、粉质黏土、粉土质砂黏聚力呈指数下降,而内摩擦角随着冻融循环次数的增加呈指数增加,但具体表现不同。冻融循环下粉土质砂黏聚力降低约20%,内摩擦角增加约10%,受冻融影响较少,冻融稳定性较好;粉质黏土黏聚力降低约55%,内摩擦角增加约20%,冻融稳定性次之;黏土黏聚力降低约70%,内摩擦角增加约40%,受冻融影响最大,冻融稳定性最差。     

含水率对冻结粉质黏土力学性能的影响

通过对大庆市季节性冻土区冻结粉质黏土不同含水率下抗剪和抗压力学性能的试验,得到低温度下黏聚力c、内摩擦角φ、抗剪强度及抗压强度与含水率的变化规律,以及最优含水率对其抗剪强度和抗压强度的影响;并对其初始弹性模量进行分析。研究结果表明:冻结粉质黏土的黏聚力c、内摩擦角φ随着含水率的增大呈现出先增后减趋势;其抗剪强度随着含水率的增加呈先增后减最后趋于稳定,且在最优含水率处达到最大值;抗压强度随着含水率的增大呈现先增后减的趋势,在含水率为25%左右时达到最大值,且抗压强度大小与最优含水率无关;其初始弹性模量随着含水率的增加呈现出先增后减的趋势。     

冻融循环对黄土路基填料抗剪强度影响的实验研究

以山西某工程为例,对其所用黄土进行了冻融循环、直剪等试验,分析冻融作用对压实黄土抗剪强度等性质的影响。试验表明:在不同固结压力下的黄土经过冻融循环作用,抗剪强度都降低,其中黏聚力减小,内摩擦角略有减小,且含水率越大冻融循环作用的影响越明显。在湿陷性黄土和非湿陷性黄土含水率都为最佳含水率时,压实的湿陷性黄土对冻融循环的敏感性大于非湿陷性黄土,故在黄土地区应尽可能不用压实后的湿陷性黄土做路基填料。     

冻融过程中未冻水含量对非饱和粉土抗剪强度的影响

对含水率为18.3%的非饱和粉土进行了冻融过程中不同温度下的直剪试验,用核磁共振测定了冻融过程中孔隙水的相变过程,并分析了未冻水、孔隙冰对其力学性质的影响机制。试验结果表明:(1)非饱和粉土冻结可分为过冷段(-1.15℃)、快速冻结阶段(-1.15℃～-2℃)和稳定冻结阶段(-2℃),快速冻结阶段76%的孔隙水冻结,而稳定冻结阶段未冻水含量只减少7%;(2)冻融过程中黏聚力随温度发生显著变化,内摩擦角变化幅度很小;(3)冻结过程中抗剪强度的变化主要发生在稳定冻结阶段,快速冻结阶段黏聚力仅增大38.5%,内摩擦角基本无变化,而稳定冻结阶段黏聚力增大123.5%,内摩擦角降低12%。得到以下结论:(1)快速冻结阶段黏聚力增大主要是由于孔隙水冻结导致基质吸力增大,毛细黏聚作用增强;稳定冻结阶段黏聚力增大主要是由于冰对土颗粒胶结强度增大;(2)含冰量变化不大时,冻土抗剪强度主要受冰对土颗粒胶结强度的控制,而此胶结强度决定于未冻水膜的厚度;(3)稳定冻结阶段内摩擦角降低主要由孔隙中水冰相变发生体积膨胀时对土颗粒骨架的作用力导致。     

冻融循环条件下GCL防渗垫与宽级配砾质土接触面抗剪强度试验研究

季节性冻土区垃圾填埋场封场复合防渗系统会受到冻融环境的影响。在冻融循环条件下,作为复合防渗系统保护层的宽级配砾石土与GCL(土工合成材料膨润土垫)接触面的抗剪强度性状至关重要。文中采用直剪仪测定了经室内不同冻融循环作用的复合防渗系统的防渗垫GCL与宽级配砾石土(保护层)之间的抗剪强度,分析了二者接触面抗剪强度与冻融循环次数的关系及其变化规律。试验结果表明,宽级配砾质土与GCL接触面的抗剪强度随冻融循环次数的增加而减小;相同冻融温度条件下,GCL质量含水率对接触面的抗剪强度的影响比较显著,接触面的抗剪强度随GCL质量含水率的增大而减小;随着冻融循环次数增加,接触面的粘聚力逐渐下降,内摩擦角有减小趋势,但降幅较小;宽级配砾质土与GCL接触面强度大于粘土与GCL接触面强度。     

低应力作用下含水率对云南蒙自膨胀土抗剪强度的影响研究

为研究低应力作用下含水率对云南蒙自膨胀土抗剪强度特性的影响,对不同初始含水率的重塑膨胀土进行常规快剪试验。试验发现：在低应力作用下,含水率对蒙自膨胀土抗剪强度影响显著,随着含水率的增大,土体的抗剪强度减小,内摩擦角和粘聚力减小,且含水率与抗剪强度及其指标之间存在非线性关系。根据试验结果,首先采用3种非线性拟合方法建立含水率与抗剪强度之间的关系式,然后通过计算相关系数及残差平方和对3种拟合方法进行分析比较,最后得到基于Mnoh-Coulumb强度理论的研究方法拟合效果最好,多元非线性拟合分析的效果最差。因此选用基于Mnoh-Coulumb强度理论建立的强度关系式能较好地表达蒙自膨胀土在低应力作用下含水率与抗剪强度之间的关系,也为云南蒙自膨胀土的强度特性提供了参考和理论依据。     

双向土工格栅与中砂界面作用特性试验研究

筋材与填料土(筋土)的界面作用特性是影响加筋土工程的重要因素.以中砂为填料土,以聚丙烯双向土工格栅为筋材,通过直剪与拉拔试验,研究了不同中砂含水率、试验盒尺寸、试验类型对筋土界面作用特性的影响.引入黏聚力对比参数λc与内摩擦角对比参数λφ,进行了不同影响因素下加筋土黏聚力c与内摩擦角φ的定量对比,结果表明:不同因素对黏聚力c的影响均大于对内摩擦角φ的影响,加筋对复合土体的贡献主要体现在黏聚力上.各因素对筋土界面作用特性影响的顺序为:试验类型＞含水率＞试验盒尺寸.     

柴达木盆地盐湖区盐生植物根–土复合体物理力学性质指标概率统计分析EI北大核心CSCD

根–土复合体抗剪强度值是评价土壤抗侵蚀能力的重要指标,受植物生长期、植物种类等因素影响,植物根–土复合体抗剪强度值往往表现出较大程度的变异性。为有效降低这种变异性,在实际研究过程中需开展一定数量的复合体剪切试验,以便合理地确定根–土复合体抗剪强度值大小,以及复合体抗剪强度影响因素的作用程度。为此,开展定量分析不同植物根–土复合体抗剪强度、影响复合体抗剪强度的主要因素,以及复合体抗剪强度指标与各影响因素之间的关系,是亟待解决的关键问题。基于此,本文以生长于柴达木盆地大柴旦盐湖湖滨区的5种盐生植物根–土复合体为研究对象,通过室内直剪试验对上述根–土复合体原状试样进行直剪试验,获得其抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角j值;通过烘干称重法获得复合体含水率、通过洗根称重法获得其含根量、采用游标卡尺测定法获得其根径。在此基础上,以黏聚力c值、内摩擦角j值、含水率、根径和含根量5项试验值为指标,进一步分析了含水率、含根量和根径3种因素与复合体黏聚力c值和内摩擦角j值的相关性,并采用正态分布、伽马分布、瑞利分布和威布尔分布函数对上述5项指标进行拟合分析,获得了相应分布函数的分布参数;最后采用柯尔莫哥洛夫–斯米洛夫检验(KS test)对上述指标进行分布检验。研究结果表明:复合体5项物理力学性质指标中,含水率与黏聚力c值存在负相关性,含根量与黏聚力c值呈正相关性,其余2项指标(根径、含水率)与黏聚力c值间相关性不显著,且含水率、含根量、根径与内摩擦角φ值间相关性亦不显著;此外,内摩擦角j值服从正态分布和伽马分布,其余4项指标均服从正态分布、伽马分布和威布尔分布;其中,内摩擦角j值最优分布函数为正态分布,黏聚力和含根量最优分布函数为威布尔分布,根径和含水率最优分布函数均为伽马分布。该项研究成果对于合理分析根–土复合体抗剪强度指标的影响因素,进一步深入探讨复合体抗剪强度影响因素之间的相互作用关系具有理论参考价值和实际指导意义,且为合理评价研究区及其与研究区自然条件相类似地区的不同盐生植物增强土体强度,防治盐湖区草原荒漠化现象的发生提供理论支撑,同时对于实现区域生态环境的可持续发展具有重要的现实意义。     

柴达木盆地盐湖区盐生植物根–土复合体物理力学性质指标概率统计分析

根–土复合体抗剪强度值是评价土壤抗侵蚀能力的重要指标,受植物生长期、植物种类等因素影响,植物根–土复合体抗剪强度值往往表现出较大程度的变异性。为有效降低这种变异性,在实际研究过程中需开展一定数量的复合体剪切试验,以便合理地确定根–土复合体抗剪强度值大小,以及复合体抗剪强度影响因素的作用程度。为此,开展定量分析不同植物根–土复合体抗剪强度、影响复合体抗剪强度的主要因素,以及复合体抗剪强度指标与各影响因素之间的关系,是亟待解决的关键问题。基于此,本文以生长于柴达木盆地大柴旦盐湖湖滨区的5种盐生植物根–土复合体为研究对象,通过室内直剪试验对上述根–土复合体原状试样进行直剪试验,获得其抗剪强度指标黏聚力c值和内摩擦角j值;通过烘干称重法获得复合体含水率、通过洗根称重法获得其含根量、采用游标卡尺测定法获得其根径。在此基础上,以黏聚力c值、内摩擦角j值、含水率、根径和含根量5项试验值为指标,进一步分析了含水率、含根量和根径3种因素与复合体黏聚力c值和内摩擦角j值的相关性,并采用正态分布、伽马分布、瑞利分布和威布尔分布函数对上述5项指标进行拟合分析,获得了相应分布函数的分布参数;最后采用柯尔莫哥洛夫–斯米洛夫检验(KS test)对上述指标进行分布检验。研究结果表明:复合体5项物理力学性质指标中,含水率与黏聚力c值存在负相关性,含根量与黏聚力c值呈正相关性,其余2项指标(根径、含水率)与黏聚力c值间相关性不显著,且含水率、含根量、根径与内摩擦角φ值间相关性亦不显著;此外,内摩擦角j值服从正态分布和伽马分布,其余4项指标均服从正态分布、伽马分布和威布尔分布;其中,内摩擦角j值最优分布函数为正态分布,黏聚力和含根量最优分布函数为威布尔分布,根径和含水率最优分布函数均为伽马分布。该项研究成果对于合理分析根–土复合体抗剪强度指标的影响因素,进一步深入探讨复合体抗剪强度影响因素之间的相互作用关系具有理论参考价值和实际指导意义,且为合理评价研究区及其与研究区自然条件相类似地区的不同盐生植物增强土体强度,防治盐湖区草原荒漠化现象的发生提供理论支撑,同时对于实现区域生态环境的可持续发展具有重要的现实意义。     

青藏直流输变电工程基础冻结强度试验研究

土与基础接触面间的冻结强度是评价冻土区基础工程抗拔性能,分析构筑物与冻土相互作用的基础和关键。通过不同含水率和不同温度青藏粉土与混凝土接触面的直剪试验,研究了冻结强度变化规律。结果表明,温度、含水率和法向应力均对冻结强度和冻结强度恢复有显著的影响。冻土沿接触面的剪切滑移会导致冻结强度损失,冰胶结能力的破坏导致接触面黏聚力减小,表面粗糙程度的增加导致内摩擦角增大,内摩擦角增加对冻结强度增加的贡献远远小于黏聚力减小导致的冻结强度降低。由于含水率、温度和法向应力对冻结强度有显著的影响,冻结强度对于评估基础所受的切向冻胀力以及评价基础的冻拔安全性具有重要的意义。但是,现行规范中冻土区基础切向冻胀力设计值主要依据土体冻胀敏感性确定,并未考虑含水率、温度和法向应力的影响,可能导致切向冻胀力设计值与基础实际受到的冻胀力存在较大的差异,引起基础冻胀失稳或经济浪费。     

冻融作用对过湿石灰改良土抗剪强度影响分析

以哈尔滨某施工工地取土场低液限粘性土为试验对象,通过室内直剪试验,得到了不同冻融循环次数对于6%掺灰的过湿石灰改良粘性土的抗剪强度的影响规律,试验结果表明:随着冻融次数的增加,过湿条件下石灰改良粘性土的抗剪强度降低,粘聚力减小、内摩擦角呈线性增加的变化趋势。     

冻融循环次数对软土力学性质影响规律研究

以季冻区软土为研究对象,对不同冻融循环次数下的软土进行不固结不排水三轴试验,研究冻融作用对软土力学特性的影响规律,通过试验得到如下结论:抗剪强度和黏聚力均随着冻融循环次数的增加表现为先增大后减小的趋势,内摩擦角受冻融循环影响微弱,无明显规律。     

干湿循环对粉砂土改良膨胀土裂隙及强度影响

为探究黄泛区粉砂土改良膨胀土路基在干湿循环作用下裂隙发育与强度的影响规律,设计并开展了室内干湿循环试验,分别进行了11%、13%、15%、17%四种不同含水率下改良膨胀土经历不同干湿循环次数的直剪试验,然后采用MATLAB开发的图像处理技术对干湿循环作用后的土样裂隙进行定量分析,探讨改良膨胀土的裂隙率和抗剪强度的关系。结果表明:随着含水率的增大,改良膨胀土的裂隙率、黏聚力和内摩擦角逐渐减小; 当含水率一定时,裂隙的发展随干湿循环次数的增加而增大,改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着裂隙率的增大而减小; 当含水率为11%时,前两次干湿循环作用导致改良膨胀土的裂隙快速发展,裂隙率曲线较陡,黏聚力下降较快,但是内摩擦角变化不大,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的判定系数达到0.95; 当含水率为17%时,前4次干湿循环作用下改良膨胀土的裂隙虽然发育迟缓但裂隙率增长较快,4次干湿循环之后裂隙率的增长变得不明显,裂隙率曲线较平缓,黏聚力和内摩擦角下降较少,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的相关系数仅为0.70。     

土质路堑边坡冻融失稳及植被护坡机理研究

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段路基加宽一侧粉砂质黏土路堑边坡,采用室内三轴实验、现场监测、原位测试等方法,开展了路堑边坡冻融失稳及植被护坡实验研究。三轴实验结果表明：在土体含水率小于最佳含水率时,土体黏聚力随含水率的增加而增大,超过最佳含水率时,黏聚力随含水率增加而减小,在最佳含水率附近达到峰值;土体内摩擦角随含水率的增加而减小。土体黏聚力随冻融循环次数的增加而降低。现场监测结果表明：边坡土体冻结的过程中,水分向冻结锋面迁移;木本护坡植物要比草皮有明显的吸水作用,紫穗槐表现的更加明显。现场直剪实验得出：木本植物根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度明显增大,在同一坡面相近位置,采用紫穗槐和胡枝子护坡时,其根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度大 2 倍左右。理论分析表明：有效地减小坡面荷载,可增加边坡稳定安全系数。     

昆明地区压实红黏土抗剪强度特征研究

对昆明地区压实红黏土开展直剪与三轴试验,研究了压实红黏土在不同含水率与压实度状态下的抗剪强度特征。结果表明:压实红黏土的抗剪强度随着含水率的增加而降低,随着压实度的增大而增大;黏聚力跟内摩擦角均随着含水率的增大而减小、随压实度增大而增大;含水率小于最优含水率时,含水率的变化对黏聚力影响较大,当含水率大于最优含水率时对黏聚力影响相对较小;压实红黏土的抗剪强度跟含水率以及压实度成线性关系。两种试验结果得到的抗剪强度参数变化趋势相同,但数值差别较大,直剪试验得到的黏聚力为三轴试验的0.58倍,内摩擦角为三轴试验的1.34倍。     

钙源对微生物固化花岗岩残积土效果影响的研究

以巴氏芽孢杆菌为固化菌,研究不同含水率下,氯化钙或乙酸钙对微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化花岗岩残积土性能的影响,基于直剪和电镜扫描试验,从宏观和微观角度对固化效果进行探讨和分析。结果表明:低含水率下的内摩擦角和黏聚力高于高含水率下的内摩擦角和黏聚力;微生物诱导碳酸钙沉淀能有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,改善其内摩擦角和黏聚力,且黏聚力提升幅度较内摩擦角提升幅度大;乙酸钙为钙源的固化效果比氯化钙好,含水率为30%时,乙酸钙为钙源的花岗岩残积土经MICP固化后与相同含水率下未固化的花岗岩残积土相比内摩擦角提高了34%,黏聚力提升了399%;经电镜扫描和能谱仪分析表明:MICP固化生成的碳酸钙沉淀对土颗粒起到了胶结作用,提高了花岗岩残积土的抗剪强度。