延吉膨胀岩变形特性的水-力路径效应与机制浅析

膨胀岩的体积变形受加荷模式和增湿过程的共同影响,为了研究不同水-力路径下延吉膨胀岩的变形特性,以延吉膨胀岩为研究对象,针对不同初始含水率的压实试样开展了3种水-力路径(1吸水膨胀(无荷)—加载压缩—卸荷回弹;2浸水吸湿(体积不变)—加载压缩—卸荷回弹;3加载压缩—浸水吸湿(有荷)—卸荷回弹)的一维压缩试验。试验结果表明:试样在路径1下的压缩指数和回弹指数最大,路径2下次之,路径3下最小,随着初始含水率的增加,试样在路径1和2下压缩指数和回弹指数逐渐减小,而在路径3下压缩指数逐渐增大;无荷状态下试样吸水膨胀,当上覆荷载较大时试样发生轻微的湿陷现象,无荷膨胀率和潜在湿陷率均随初始含水率的增加而减小;膨胀反压法和平衡加压法确定的膨胀力均随初始含水率的增加而减小,对于相同初始状态的试样,膨胀反压法确定的膨胀力较平衡加压法大;延吉膨胀岩的体变规律具有强烈的水-力路径效应,其强烈的水敏性是其中的根本原因。     

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。     

合肥膨胀土轴向卸荷回弹变形的试验研究

为研究轴向卸荷路径下的土体回弹变形特性以及初始含水率和蒙脱石粉含量等指标的影响,以合肥膨胀土为研究对象,开展了一系列的室内一维压缩回弹试验。试验结果表明:卸荷时合肥膨胀土样的e-p曲线具有明显的先缓后陡特征;每级卸荷量越大,膨胀土产生的回弹变形量也就越大;与其他土质相比,合肥膨胀土的一维压缩回弹变形偏低;最大轴向荷载、卸荷比等指标与回弹变形指标之间具有良好的拟合函数关系;相同卸荷比条件下,试样回弹变形量随初始含水率增高而相应增大;当初始含水率较低时,试样的非饱和吸力会抑制土样的回弹变形;蒙脱石粉含量与试样的一维压缩回弹变形之间具有很好的正相关性。这表明膨胀土的胀缩性会影响到膨胀土基坑坑底土体产生的回弹变形量。     

非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构与土–水特征曲线试验研究

为研究压实程度对非饱和重塑弱膨胀土孔隙结构的影响,探讨膨胀土孔隙结构改变对土–水特征曲线的影响。以新疆哈密地区重塑膨胀土为研究对象,采用压汞试验测定压实程度对土样的微观孔隙结构影响,并利用热力学关系模型对膨胀土分形维数进行研究;采用滤纸法试验测量不同初始干密度下重塑土样的土–水特征曲线,提出可考虑压实作用影响的膨胀土土–水特征曲线双参数拟合模型,最后,基于土体孔隙特征,借助毛细管原理计算并结合滤纸法试验数据修正其土–水特征曲线。研究结果表明：随压实程度的增加,新疆哈密地区非饱和弱膨胀土孔隙呈初始三峰状并逐渐趋于双峰状分布,其在微观上表现为大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化,孔隙内壁的粗糙程度及孔隙结构的复杂程度提高;土体基质吸力随含水率的增加而降低,相同体积含水率下,土体初始干密度越大,基质吸力越大,双参数模型可较好反映土体初始干密度对膨胀土土–水特征曲线发展规律的影响;基于毛细管原理的土–水特征曲线计算值同滤纸法实测曲线有相同函数模型发展规律,且随试样初始干密度的增加两者呈逐渐“远离”趋势发展;土–水特征曲线修正模型可统一描述非饱和弱膨胀土基质吸力随孔隙结构、含水率及密度状态的发...     

高吸力下高庙子钙基膨润土的土水-力学特性

高庙子钙基膨润土具有明显的湿胀干缩特性,吸力变化会引起持水状态和孔隙比的变化。用蒸汽平衡法测得高吸力段（3～287 MPa）高庙子钙基膨润土的土水特性和变形特性。分析比较了吸力路径、试样初始孔隙比、应力加载历史以及土体结构对土水特性、变形及吸力应力的影响。研究表明,脱湿和吸湿过程中孔隙比的差异会引起体积含水率和饱和度的滞回。饱和度与吸力间关系受试样初始孔隙比和孔隙结构影响较大,与应力加载历史无直接关系。由吸力引起的吸力应力随吸力的增大而非线性增大,并在较高吸力时趋向于一定值。吸力应力受吸力路径、初始孔隙比以及孔隙结构的影响。     

全吸力范围内孔隙比对南阳膨胀土土水特性的影响

用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了孔隙比对全吸力范围内南阳膨胀土压实样土水特性的影响。试验结果表明:联合压力板法和蒸汽平衡法可以较好地测量出全吸力范围内南阳膨胀土土水特征曲线的脱湿曲线,其土水特征曲线在吸力超过进气值后近似为一条直线,没有明显的过渡段;在干湿循环过程中,膨胀土的胀缩变形并不完全可逆;不同初始孔隙比的试样在脱湿与吸湿过程中均存在明显的滞回效应,并且初始孔隙比越大,反映在土水特征曲线上的滞回效应越明显;全吸力范围内以含水率表示的不同初始孔隙比土水特征曲线随着吸力的增大逐渐趋于一致;全吸力范围内以饱和度表示的土水特征曲线随着初始孔隙比的增大,整体向上移动;当含水率趋于零的时候,南阳膨胀土的吸力小于1 000 MPa,其最大吸力大致在500~600 MPa。     

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。     

蒙自重塑膨胀土膨胀变形特性与施工控制研究

利用普通固结仪,进行了蒙自重塑膨胀土浸水、浸盐、浸酸的膨胀变形试验,系统研究了不同初始状态下膨胀土膨胀变形特性。利用Does Response模型较好地模拟了膨胀土浸水膨胀时程规律。通过膨胀土变形三元回归分析,得出了蒙自膨胀土膨胀变形与上覆压力、初始含水率、初始干密度的定量关系。膨胀土浸盐、浸酸膨胀变形规律与浸水时相似,但由于盐溶液的渗透压力,使得浸盐膨胀变形率降低;酸溶液浓度越高,其膨胀变形率越大,稳定时间越长。膨胀土膨胀变形规律的研究,为工程设计、施工与边坡稳定性评价提供了重要指标。     

非饱和含黏砂土不排水不排气力学特性三轴试验研究

为研究非饱和含黏砂土在不同含水率、压实度、不排水不排气条件下的强度、变形和回弹模量特性,用改进的非饱和土三轴仪对广佛高速路基含黏砂土做了2类试验：(1)不排水不排气三轴剪切试验,控制干密度为1.85 g/cm³,含水率为10.47%,13.63%,14.5%和16.02%,围压为50,100,200 kPa,共12个试验;(2)循环加卸载条件下回弹模量试验,干密度控制为1.70,1.80,1.85 g/cm³,含水率控制为10.47%,13.63%和16.02%,围压和偏应力分别控制为100,200 kPa,共9个试验,采用6级应力式加卸载方式,每个试样在不排水不排气剪切条件下进行了2次加卸载循环。研究结果表明：最优含水率是土样内摩擦角、黏聚力、破坏形态发生变化的临界值;剪胀强弱与围压和含水率密切相关;剪胀性随围压和含水率的增加而逐渐减弱;随剪切的进行,孔隙水压力和孔隙气压力都先增大再减小,随剪胀的发生,孔隙气压力与孔隙水压力曲线逐渐分开,基质吸力增大;相同含水率,净围压越大,孔隙气压力和孔隙水压力也越大。通过数据分析,构建了含水率、压实度、...     

考虑初始状态影响的膨胀土一维膨胀特性研究

以南阳中膨胀土为研究对象,通过室内一维膨胀特性试验和土水特性试验探究不同初始状态(包括吸力、含水率和干密度等)影响下非饱和重塑土膨胀率或膨胀力的演化规律。试验结果表明,在不同初始含水率下,无荷膨胀率与初始吸力呈幂函数关系,且与初始干密度无关;膨胀力随初始干密度的增加呈幂函数增大,而膨胀力随初始含水率的增加却是先增大后减小;膨胀力与初始干密度和最终吸水量均呈幂函数关系,给出初始干密度–最终吸水量–膨胀力的三变量模型;构建了全吸力范围内初始含水率–初始干密度–初始吸力–膨胀力的统一模型;所提模型不仅参数少,方程左右量纲统一,且与试验数据具有良好的一致性,便于工程应用。     

压实膨胀土膨胀特性的试验研究

研究南水北调东线江苏段沿线压实膨胀土的膨胀变形特性,得到了压实膨胀土的无荷膨胀率与初始含水率之间呈线性关系以及压实膨胀土发生膨胀变形的上限含水率,得到压实膨胀土的有荷膨胀率与上覆荷载之间呈半对数关系。在实际工程中,根据实际含水率与上覆荷载,可预测土体可能发生的膨胀变形量。     

重复加卸载条件下全风化泥质砂岩累积变形与湿化规律试验研究

 全风化泥质砂岩强度低,遇水后易崩解、软化,表现出与一般填料不同的工程特性。采用X射线衍射试验分析土样矿物成分,采用压缩试验和平板荷载试验研究重复加卸载条件下土样累积变形与湿化规律,以指导现场压实控制。结果表明：(1) 全风化泥质砂岩填土的压缩曲线在固结仪中呈下凹型,在平板荷载试验中呈上凸型,回弹曲线均呈下凹型;(2) 第i+1次压缩–回弹曲线均位于第i次曲线下方,线形相似;(3) 等载压缩次数增加,沉降增量递减,累积沉降增大,3次压实后,土体的残余变形趋于稳定;(4) 超载压缩曲线将回归到首次压缩曲线的延长线上,具有记忆效应;(5) 重复荷载越大,单次压缩总变形和永久变形越大;(6) 重复荷载作用后的压实填土遇水产生湿化沉降;(7) 湿化土的压缩–回弹曲线均呈下凹型,超载越高,相同荷载作用下的变形越小。现场压实过程中,增加压路机能量比增加压实次数可取得更好的压实效果。     

压实黄土增湿变形性质及其影响因素试验研究

作为建筑材料的黄土在工程建设中大多经过压实处理,其增湿变形特性与工程安全密切相关。已有的对黄土增湿变形性质的研究,基本上是针对原状黄土开展的,对压实黄土较少涉及。通过双线法增湿湿陷试验,对压实黄土在增湿条件下的压缩及增湿变形性质进行了较系统的研究,并进行了压缩和湿陷变形影响因素的方差分析。结果表明:①随增湿含水率的增加,压实黄土的压缩性增大,湿陷性减小,压实度越小,这种效应越明显;不同压力下,湿陷变形对增湿的敏感性不同;②随增湿含水率的增加,增湿变形起始压力减小,增湿变形终止压力增大,增湿变形压力区间增大,可用增湿变形系数反映已有增湿水平下土体湿陷性的退化程度;③方差分析表明,相同增湿含水率下,压实黄土最终变形仅受最终压力的影响,加荷路径、浸水路径及两者的耦合对其影响很小;④未浸水饱和压缩时,密实度、初始含水率和压力,以及它们的交互作用均对压缩变形有显著影响,压力的影响最大,其次是密实度和初始含水率;与未浸水情况不同的是,浸水饱和压缩时初始含水率的影响很小;⑤增湿含水率、压力和密实度,以及它们的交互作用均显著影响压实黄土的湿陷性,其中增湿起始含水率的影响最大,密实度次之,压力最小。     

高庙子膨润土的胀缩变形特性及其影响因素研究

以高庙子钠基膨润土为对象,研究了干密度、竖向压力、浸泡液体、吸湿方式对其膨胀变形的影响,探讨了浸泡液体变化引起的渗析变形以及加卸载循环中的变形规律。试验表明膨润土的水–力–化学耦合作用非常复杂:干密度、竖向压力、浸泡溶液及其浓度均对膨润土的膨胀变形有显著影响;无荷状态下,饱和蒸气吸湿与浸水饱和两种方法得到的膨胀变形存在巨大差异;先在氯化钠溶液、再在蒸馏水中浸泡的试样的膨胀变形小于直接在蒸馏水中浸泡的试样的膨胀变形。浸泡液体由氯化钠溶液调整为蒸馏水,试样膨胀;而由蒸馏水换为氯化钠溶液,试样则压缩。在高浓度盐溶液中浸泡的初始干密度低的试样,浸泡液体调整为蒸馏水后,初始可产生压缩变形。加卸载循环中的规律比较独特,既表现出塑性压缩变形,亦存在塑性膨胀变形,用巴塞罗那膨胀土模型对其进行了解释。     

膨胀土增湿过程中吸力–孔隙比–含水率关系

通过不同初始孔隙比条件下的土水特征试验及增湿试验,研究了膨胀土的土水特征曲线拟合参数及体积膨胀曲线拟合参数与初始孔隙比的关系,采用曲面拟合法建立了孔隙比与重量含水率及初始孔隙比的关系曲面、孔隙比与吸力及初始孔隙比的关系曲面、重量含水率与吸力及初始孔隙比的关系曲面、体积含水率与吸力及初始孔隙比的关系曲面。试验结果表明,在重量含水率(或吸力)–初始孔隙比–孔隙比坐标系中的体变曲面由饱和部分及非饱和部分组成;在增湿过程中,曲面由非饱和区进入饱和区的转折点对应的重量含水率随着初始孔隙比的增大而增大,转折点对应的吸力随着初始孔隙比的增大而减小;在吸力–初始孔隙比–重量含水率或体积含水率坐标系中,与特定初始孔隙比对应的土水特征曲线是纵坐标恒定的平面曲线;在吸力–孔隙比–重量含水率或体积含水率坐标系中,与特定初始孔隙比对应的土水特征曲线是纵坐标在变化空间曲线,它能同时表示初始孔隙比的影响及试验过程中孔隙比的变化。     

广义吸力和非饱和土的统一变形理论

本文首先推广了吸力的概念，把一切增加颗粒间抗滑阻力的因素都称为广义吸力，在此基础上把饱和土的有效应力原理推广为广义有效应力原理。接着把饱和扰动土的孔隙状态定义为稳定状态，并提出了广义吸力的丧失将促使欠压缩土和超压缩土均向稳定状态发展的理论。然后建议了一个能同时描述湿陷和湿胀特性的本构模型，并通过模拟试样在不同的加荷方式和浸水共同作用下的表现，说明建议的理论可以描述黄土和膨胀土的基本变形特性。     

非饱和膨胀土变形和强度特性的三轴试验研究

为了研究吸力变化对非饱和膨胀土变形和抗剪强度特性的影响,利用三套新研制的双压力室非饱和土三轴仪,进行一系列吸湿试验、等吸力压缩固结试验和等吸力剪切试验。试验土样取自鄂西北的中膨胀性土,采用静力压实方法制备试样。试验成果表明:该非饱和膨胀土在低围压吸湿过程中的体变性状呈明显的屈服特性,因此验证了Barcelona膨胀土本构模型中SD屈服包线的存在。在等向压缩固结过程中,该非饱和膨胀土的屈服应力随吸力增加而增大,而屈服后的压缩系数随吸力增大而减少,表明吸力对土体具有硬化作用。该非饱和膨胀土的有效内摩擦角不随吸力变化而变化,吸力对抗剪强度的贡献(似凝聚力)随吸力呈非线性增加,吸力对该膨胀土抗剪强度的贡献明显高于压实高岭土和砂性土。     

自由膨胀条件下高压密膨胀粘土微观结构随吸力变化特征

核废料处置问题是世界各国安全利用核能所关心的重大问题。作为用于封堵通往地下处置库的通道,以隔断处置库内核废料与外界环境联系的首选隔绝用材料——膨胀性粘土的特性正越来越受到岩土工程界的关注。利用压汞测试法和电镜扫描法方法,对吸力控制条件下高压密蒙脱石充分自由水化后微结构变化特征展开平行对比试验,以研究高压密蒙脱石在不同吸力条件下的体积变化特征。吸力的控制采用了渗析(液相)法。试验对不同密实度的压密膨胀土随吸力变化特征的进行了研究。研究结果表明:(1)压实膨胀土水化过程中的膨胀势与初始压实密度有关,初始压实密度越大,膨胀势越大;(2)体积膨胀量与水化过程的控制吸力之间存在近似的半对数衰减关系,且随着控制吸力的增大,衰减速率减弱;(3)体积的膨胀主要来源于膨胀土集合体结构中集合体之间的大孔的扩张。     

制样方法对非饱和土力学特性的影响

以一种非膨胀性黏土为试验材料,对孔隙比相近的非饱和压实试样和预固结试样进行一系列等吸力控制下的等向压缩试验和三轴剪切试验,研究了制样方法对非饱和土的压缩特性和剪切特性的影响。由等吸力等向压缩试验结果表明:初始孔隙比相近的预固结样和压实样在等向净应力20 k Pa条件下进行等吸力平衡,平衡过程中预固结试样的孔隙比明显减小而压实样的变化不大;其原因是两种试样的初始吸力和土结构存在差异。此外,预固结样和压实样在吸力150 k Pa条件下,预固结样的含水率随着等向净应力的增大而减小,而压实样的含水率几乎不变。上述变形特性可用SFG弹塑性模型说明。在净围压和吸力相同条件下对剪切前孔隙比相同的两种试样进行了三轴剪切试验,试验结果表明:在剪切前的密度、剪切时的吸力和净围压相同条件下,预固结样的偏应力–应变曲线和强度明显高于压实试样的曲线和强度。其原因可用两种试样的孔隙尺寸分布不同来解释。     

荆门非饱和压实膨胀土的吸力特征及其本构方程

 吸力与非饱和土的力学性状密切相关,为探讨非饱和膨胀土吸力变化规律,以滤纸法为研究手段,测定6种不同压实度与13种不同重力含水率组合条件下荆门弱膨胀土的总吸力与基质吸力。试验基本覆盖该膨胀土持水状态与密实状态的可能变动范围。研究表明：土体持水状态与密实状态均对压实膨胀土吸力影响显著。相同密实状态下,吸力随持水程度的增大而降低,且变动幅度较大。相同持水状态下,吸力随密实程度的增大而增大。密实度小的试样吸力变化幅度大,密实度大的试样吸力变化相对平缓。在明确吸力变化规律的基础上,构建吸力–饱和度–孔隙比关系的本构方程,数值再现结果与模型预测结果均表明该方程能够有效描述压实膨胀土在可能密实状态与持水状态范围内的吸力变化规律。