循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性.在动荷载不超过临界动应力条件下,红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性:应变在初期是快速增长,随着循环次数的增加,应变增幅减缓,最终达到稳定,且变形主要发生在前1000次的循环阶段.基于动三轴试验结果,并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素,提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型.该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响,还考虑了围压对累积应变的影响,能较好地反映累积应变的发展规律,而且模型参数具有明确的物理意义.通过达成线红层泥岩路基现场激振试验,验证了该模型的有效性和实用性.     

南阳膨胀土膨胀力特性试验

膨胀土浸水产生膨胀变形,当膨胀变形受到约束时,必然产生较大的膨胀力。已有研究成果表明膨胀力的大小与土体的初始含水量以及干密度密切相关。为进一步了解膨胀土的膨胀力发展规律,根据不同初始含水量和干密度共配制了40个试样,采用恒体积试验法研究了南阳膨胀土的膨胀力特性。试验结果表明了膨胀力的对数与初始含水量以及干密度之间满足线性关系,进而得到了它们之间的关系式,同时依据已有膨胀率与上覆荷载的关系,建立了上覆荷载作用下的膨胀力计算公式。最后,通过预测值和试验结果的对比验证了该关系式能够较好地预测南阳膨胀土的膨胀力,为膨胀土地区的结构稳定分析提供了参考。     

红层泥岩崩解性试验研究

针对红层泥岩的崩解性,将试样制成圆饼状做浸水崩解实验,记录崩解现象和崩解时间,并对崩解物进行筛分,计算耐崩解指数。试验结果发现饼状试样II崩解最为彻底,平均崩解持续的时间最短,崩解后裂隙呈网格状;试样III最先开始崩解。根据最后的崩解结果,统计有效裂隙的总长度来计算裂隙面密度,结合崩解现象将崩解划分为弱崩解、中崩解和强崩解3个等级。由实验结果,可以发现崩解机理主要有楔裂压力和胶结物溶解两种。     

西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制

为探究红层泥岩填料的宏观膨胀与微观特征的响应关系,通过有荷、无荷膨胀性试验分析了不同膨胀性泥岩填料的膨胀时程曲线;采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜试验(SEM)研究了泥岩填料的矿物组分和微观结构,从而建立以微观特征参数为中间变量的宏观变形与微观结构定量关系。结果表明：在无荷条件下,泥岩填料膨胀率为泥岩的28.3倍,且膨胀率随蒙脱石掺量呈指数增长;与无荷膨胀率相比,有荷膨胀率显著降低,蒙脱石掺量越高,膨胀率降低速率越慢。试验后黏土矿物含量增加了4.57%,随蒙脱石掺量增加,结晶度和平均晶粒尺寸分别降低18.1%和16.5 nm,几何特征参数与蒙脱石掺量呈线性关系,蒙脱石含量越高,孔径为1～2μm的孔隙数量越多,且膨胀率与微观特征参数之间呈显著指数增长关系。     

低黏土矿物含量原状泥岩膨胀力试验研究

以兰新铁路第二双线某典型原状泥岩为对象,采用平衡加荷法,进行了3组不同膨胀特性土体在初始含水量分别为2%,6%,10%,14%和18%时原状泥岩试验,以研究土体自身膨胀特性和初始含水量对原状泥岩膨胀力的影响。试验结果表明:膨胀力时程曲线变化与土体渗水速度相关;膨胀力随初始含水量增大逐渐减小,膨胀力增量随含水量增量增长变化规律为先增后减;膨胀力与土体蒙脱石含量有关,低初始含水量时,膨胀性矿物颗粒含量对土体膨胀力影响显著;高初始含水量时,膨胀性矿物颗粒含量对土体膨胀力影响减弱。通过对试验数据的进一步分析,拟合了土体等效蒙脱石含量和初始含水量两种工况下环刀样膨胀力经验式,试验结果与计算结果相吻合,为膨胀泥岩地区工程建设提供了一定的理论支撑。     

滇中红层软岩工程地质特性研究

文章对滇中红层软岩的地质特征、物质组成、物理力学特征、水理特性及变形特征等进行了深入研究,得出红层软岩抗压强度低,随着黏土矿物及泥质含量的增加,物理力学性质逐渐降低,滇中红层软岩以弱膨胀—中等膨胀为主,局部具有强膨胀性的结论。通过在不同荷载下进行的流变试验,建立了红层软岩在非变加速、变加速时期压缩蠕变位移量与时间的关系式,试验表明红层软岩蠕变效应明显,各项物理力学指标明显降低。根据以上一系列的试验分析研究,从整体上把握了滇中红层软岩的工程地质特性,为开展深埋长隧洞等地下工程的设计、施工及运营提供理论依据。     

干湿循环对重塑膨胀土强度的影响研究

为研究干湿过程中含水率及干湿循环次数对重塑膨胀土抗剪强度的影响,以河北地区膨胀土为对象,进行含水率为35%、25%、15%的不固结不排水三轴剪切试验。结果表明,含水率保持一致时,随着干湿循环次数的增多,重塑膨胀土的抗剪强度随之减弱;干湿循环次数一定时,随着含水率的增大,重塑膨胀土的抗剪强度指标随之降低,抗剪强度随之减弱。采用多元线性拟合方法对试验结果进行分析,对比试验值与预测值,得到了可靠性较强的重塑膨胀土抗剪强度随含水率及干湿循环次数变化的拟合关系式,为河北地区重塑膨胀土施工提供理论支持。     

基于主成分分析法的膨胀土膨胀力预测

为探究引起膨胀土膨胀的内在因素与极限膨胀力的关系,以哈密地区膨胀土为试验材料,提取该地区膨胀土的蒙脱石含量、伊利石含量、阳离子交换量、自由膨胀率4个指标作为模型因子,采用主成分分析法(PCA)建立哈密地区膨胀土综合膨胀能力判定式Z值,并将Z值与极限膨胀力进行相关性分析,从而验证Z值准确性。分析结果表明:以上4个指标满足KMO与Bartlett检验,可进行主成分分析;Z值各项指标系数均为正值,Z值可以衡量膨胀土的膨胀能力;Z值与膨胀力满足显著相关性分析,sig值小于0.01,二者具有显著相关性;建立了Z值与膨胀力的函数关系式,Z值与膨胀力呈现正相关关系,在误差允许范围内,通过Z值可预测极限膨胀力大小。研究成果为膨胀土地区灾害防治提供一定理论支撑。     

红层泥岩力学参数与声速相关性试验研究

声波在岩石中的传播速度与岩石强度、变形特性密切相关。以重庆红层地区的169个泥岩样品为研究对象,运用单轴抗压强度试验、单轴压缩变形试验及声速测试等方法进行对比试验研究,采用不同函数关系建立了红层泥岩单轴抗压强度R、弹性模量Ee与纵波声速VP的关系,比较分析:认为红层泥岩采用二阶多项式表达它们的关系最佳,红层泥岩单轴抗压强度R与纵波声速VP经验关系为:R=4.7×10-6×V2P-0.023 4VP+33.771;Ee与纵波声速VP经验关系为:Ee=0.003 7×V2P-19.312V2P+27 333。结合某工程地勘钻孔声波测试成果,运用建立的相关关系对岩体力学参数进行了计算分析,提出了该场地的单轴抗压强度建议值为5~6 MPa,岩体弹性模量建议值为2 000~3 000 MPa。     

不同pH条件下红层泥岩崩解特性研究

研究红层泥岩在不同酸碱环境中的崩解特性对保障红层泥岩人工边坡、地基工程的安全性十分重要。通过开展pH为3,7,11条件下红层泥岩的崩解试验,深入了解了红层泥岩在不同酸碱环境下的崩解现象,分析了干湿循环后红层泥岩粒径级配特征、不均匀系数、曲率系数、比表面积增量及崩解率及崩解比的变化规律,揭示了红层泥岩在不同pH条件下的崩解机制。研究表明：pH=3时,红层泥岩崩解现象最剧烈,裂缝出现最早,贯通速率最快;干湿循环后粒径级配均表现出大颗粒减小,小颗粒增多;与pH=7相比,pH=3和11的环境对红层泥岩崩解后颗粒的不均匀系数及曲率系数影响更加明显,增长幅度更大;红层泥岩崩解率与崩解比的变化速率在不同酸碱环境中从大到小依次为pH=3>pH=11>pH=7;在酸性条件下,红层泥岩的比表面积增幅最快,远高于碱性和中性环境。研究成果可为红层泥岩边坡及地基的稳定性分析及工程实践提供参考。     

膨胀土膨胀变形试验研究

为了研究不同注水方式对膨胀土膨胀量的影响,以及大尺寸重塑膨胀土浸水膨胀的变化规律,取某高速铁路地基膨胀泥岩重塑土样,进行开孔与不开孔的膨胀土浸水膨胀试验,并对不同厚度的大尺寸膨胀土试样进行浸水膨胀变形试验。试验结果表明:开孔注水与不开孔注水的膨胀土膨胀时程曲线有很大不同,开孔注水的土样膨胀时程曲线可以分为初始快速膨胀、减速膨胀、趋于稳定3个阶段;不开孔注水的土样膨胀时程曲线可分为初始缓慢膨胀、快速膨胀、减速膨胀和趋于稳定阶段4个阶段。分析得到土样损失体积率与膨胀量损失量的关系。不同厚度的大尺寸膨胀土试样膨胀时程曲线整体呈外凸形增长趋势,并且每级注水后,膨胀量也呈外凸形增长趋势;大尺寸膨胀土试样的真实膨胀量随着厚度的增加而增大,但增幅减小,真实膨胀量随着上覆荷载的增大而减小,减幅也降低。     

鄂西巴东组红层泥岩的水理性质研究

针对红层软岩遇水易软化、崩解的特点,以巴东组红层软岩为例,选取泥岩、粉砂岩进行浸水崩解试验、单轴抗压强度试验,分析红层软岩在不同含水率的情况下的崩解性、软化性。试验结果表明,泥岩水理性质与所含的黏土矿物有关,也与含水率的交替变化程度有关。在天然含水率状态下浸水的岩样,其水理性显现程度较小,而发生干湿交替循环的岩样再浸水后,其水理性就变得极其强烈。     

高速铁路膨胀泥岩路基渗流及膨胀特性试验研究

以兰新高铁某典型膨胀泥岩路基段为研究对象,进行现场水平及竖向渗流试验,研究不同渗流方向下泥岩的膨胀及渗透特性。结果表明:水平及竖向渗流试验中,不同位置土样的体积含水率均经历前期快速增长、中期外凸弧线型缓慢增长和后期基本稳定这3个阶段。当泥岩发生水平渗流时,泥岩既发生膨胀,又发生软化,离注水管越近的土样膨胀量越大;离注水管远的土样朝已软化的泥岩方向释放膨胀能,导致其竖向膨胀量变小。影响水分在土样中渗透的因素主要有上部土样对下部土样的压密作用、基质吸力作用和重力作用。当泥岩发生自上而下竖向渗流时,土样最终体积含水率从上到下依次递减;泥岩膨胀会导致其渗透性减小;泥岩膨胀经历快速膨胀阶段、膨胀减缓阶段和膨胀稳定阶段。     

滇中红层坝基溶蚀岩体及物理力学特性研究

金沙江观音岩水电站双折混合坝中混凝土重力坝部分坝基位于中生代侏罗系中统蛇店组J2s砾岩、砂岩为主的滇中红层地层上,而岩石胶结物溶蚀现象不利于坝基岩体稳定。为此,在我国红层分布特点基础上,分析了滇中红层沉积、分布特征,系统地研究了红层坝基碎屑岩因胶结物溶蚀而出现的喀斯特现象以及岩体出现小的溶洞、溶孔、溶蚀裂隙及岩体解体、砂化、结构变坏等特征,并进行了红层坝基溶蚀岩体物理力学性质试验研究。结果表明:溶蚀岩体分布特征及其岩体质量力学参数指标达到Ⅲa和Ⅲb类岩体质量要求,坝基适当处理可满足建基面要求。研究成果为坝基建基面确定、溶蚀岩体地质缺陷处理提供了依据。     

膨胀土及袋装膨胀土干湿循环试验研究

对南阳膨胀土分别进行了有荷载与无荷载两种情况下不同循环次数的变形与强度特性试验,同时进行了将膨胀土装入编织袋而形成的土工袋的平行试验.结果表明:膨胀土在干湿循环过程中的胀缩变形过程不完全可逆,其绝对胀缩率峰值随干湿循环次数的增加而逐渐减小;膨胀土的抗剪强度指标c值随循环次数的增加逐渐减小,ψ值变化不大;土工袋有抑制膨胀土胀缩变形的作用,其抗压强度值随循环次数的增加而逐渐减小.     

膨胀土的膨胀模型

膨胀土的研究主要针对膨胀变形与膨胀力而言,在膨胀变形方面,一般将膨胀变形与初始干密度、膨胀变形与初始含水量、膨胀变形与上覆荷载分开单独研究,没有从整体上研究它们的相互关系;在膨胀力方面,由于膨胀变形与膨胀力是从两类不同试验得到的,缺乏对膨胀变形与膨胀力之间相互关系的研究.在大量试验基础上,提出了膨胀土的膨胀模型,该模型不但能反映初始干密度、初始含水量、上覆荷载对膨胀变形的综合影响,还可以从膨胀变形试验直接得到膨胀力.模型揭示了膨胀变形与膨胀力的内在关系.模型理论结果与已有的国内不同单位对不同地区膨胀土试验的结果有很好的一致性.     

红层软岩膨胀力学特性试验研究

红层地区岩体膨胀变形现象显著。为研究红层软岩膨胀力学性能,采用YYP-50型岩石膨胀压力试验仪和岩石自由膨胀率试验仪对某隧洞区5种不同岩性的红层软岩进行室内膨胀特性试验,并通过pH计测定了膨胀压力试验前后水溶液的pH值。试验结果表明:该隧洞区5种红层软岩的平均膨胀压力差异明显,最低为175.13 kPa,最高可达2 080.16 kPa,膨胀力的对数与膨胀应变呈线性增长关系,膨胀压力与干密度、吸水率皆呈正相关,与初始含水率呈负相关;膨胀压力试验后5种软岩的水溶液pH值均大于7,且不同地层水溶液pH值变化率不同,膨胀压力的大小与pH值及其变化率呈正相关;5种软岩的平均自由膨胀率相对较大,纵向、径向最高可达40.8%和32.4%,平均膨胀压力与平均自由膨胀率表现出指数增长趋势。研究成果可为今后膨胀岩地区工程建设提供一定的理论支撑。     

膨胀土挡墙侧向膨胀压力研究

通过大型模型试验,研究了深层浸水条件下膨胀土挡墙侧向膨胀压力的变化规律.结果表明,随着浸水时间的增加,挡墙侧向膨胀压力逐渐增长到最大值,尔后,若挡墙为不能移动时,压力稳定在最大值附近,但若挡墙是可移动的,则压力逐渐减小至稳定值.挡墙可动与不能移动的最大侧向膨胀压力之比约为0.45,挡墙可动时的最大侧向膨胀压力与稳定侧向膨胀压力之比约为1.3～1.5.综合考虑了膨胀力与含水率、含水率变化与深度、膨胀率与上覆压力、膨胀力与膨胀率的关系,提出了侧向膨胀压力计算方法,分析了侧向膨胀压力的垂向分布模式和影响因素,计算结果与模型试验结果较吻合,此外,还推导了侧向膨胀压力的合力及其作用点位置.     

黑方台古风化红层砂泥岩物理性质试验研究

以黑方台地区白垩纪古风化红层砂泥岩为对象,选择典型剖面进行室内试验和现场回弹试验,获得了砂泥岩基本物理性质参数和回弹试验强度值,对其工程地质性质进行了综合评价,探讨了红层砂泥岩的古风化作用及其对滑坡发育的影响。结果表明:剖面上随着红层风化程度的提高,岩石颗粒密度增大,干密度降低,总孔隙率增大,吸水性减弱,纵波波速降低,岩石回弹值下降,岩石强度明显降低;在黑方台地区虽然导致滑坡发生的直接诱发因素为灌溉,但是基岩表层的软弱带(古风化壳)往往构成黄土滑坡的底界,是黄土滑坡形成的控制性边界条件,是导致区内滑坡频繁发生的基本控制因素。     

滇中红层张河组软岩水理性质研究

以滇中红层张河组为例,基于室内试验,从崩解、膨胀、软化3个方面研究了滇中红层软岩的水理性质。首先通过显微镜观察和X衍射分析,分析了其物质组成、黏土矿物成分及其相对含量。通过浸水崩解试验,观察崩解的发展过程并分析了其产生这种现象的的原因;通过膨胀试验,发现岩样在浸水初期膨胀力增加很快,之后逐渐降低并趋于稳定;将试样分别饱水2、3、4、5、6 d后,分别测定其单轴抗压强度,并测定相应岩样的含水率,发现平均含水率随饱水天数逐渐增加,软化系数随平均含水率的增加而降低。从黏土矿物的膨胀、溶解作用两方面分析了红层软岩水理性质的微观机理。