考虑干湿循环累积损伤的膨胀土土水特征研究

为探明干湿循环中膨胀土裂隙发育对其土水特征的影响,制备经历不同次数干湿循环的柱状土样,并对其土水特征曲线进行测定。结合CT扫描结果,基于裂隙的分形特征构建土柱截面和整体损伤变量,通过其变化规律阐明裂隙发育对土水特征的影响。结果表明：裂隙的分形维数沿深度方向逐渐减小,大体呈线性变化规律,不同循环次数下裂隙的开展过程具有相似性;基于裂隙分形维数构造的损伤变量能够较好描述干湿循环对膨胀土的累积损伤效应,土柱的整体损伤变量随干湿循环次数逐渐增加,且增速逐步提高;提出的基于土柱整体损伤变量进行修正的Fredlund-Xing模型能够较好拟合裂隙膨胀土的土水特征曲线。研究成果能够为后续裂隙膨胀土的渗流和工程应用研究提供理论支持。     

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。     

崩解性砂岩改良膨胀土的裂隙发育规律研究

文章以引江济淮项目膨胀土、崩解性砂岩为研究对象,利用崩解性砂岩对膨胀土进行改良,通过室内干湿循环试验研究干湿循环对砂岩改良土的裂隙宽度发展情况的影响。试验结果表明：在持续的水分蒸发过程中,砂岩改良土的裂隙宽度发展较均匀,持续的水分蒸发对砂岩改良土的影响较小;随着干湿循环次数的增加,砂岩改良土的蒸发速率和残余含水率变化幅度较小,改良后土体水分蒸发受干湿循环的影响减小;随着干湿循环次数的增加,砂岩改良土裂隙最大宽度、裂隙平均宽度、宽度峰值差的变化幅度较纯膨胀土平缓,掺入砂岩后,膨胀土裂隙发育受干湿循环影响减小。     

湿干循环下压实膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙特征作为膨胀土裂隙性研究的基础,其定量化描述有助于膨胀土工程性质的深入探究。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取多次湿干循环下的裂隙扩展图像,采用优化和改进的裂隙图像处理及裂隙特征提取方法,分析所获得的膨胀土裂隙各特征参数。结果表明：室内压实膨胀土表面裂隙率随着湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环对裂隙率影响最为显著;裂隙发育峰值条数在第一次湿干循环后最多,总长度最大,而三次湿干循环后的裂隙条数和总长度较为相近;裂隙宽度随湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环影响最为显著;同时,第一次湿干循环中主裂隙发育最明显,在第二次和第三次中宽度发育趋于均匀;通过裂隙方向玫瑰花图发现,裂隙主要沿着初始方向扩展,直至下一次湿干循环;裂隙发育方向在第一次湿干循环中是随机的,而在第二次与第三次中有较高相似性,表明湿干循环对裂隙发育方向的影响也主要发生在第二次。     

干湿循环下干密度对膨胀土裂隙发展及强度影响探究

膨胀土的湿胀干缩的裂隙性是工程建设中经常遇到的问题,对不同初始状态下的重塑膨胀土进行室内模拟自然条件下的干湿循环,对不同初始状态下产生的裂隙通过数字图像技术进行处理,提取出裂隙率,裂隙总长度,平均宽度,对裂隙特征进行定量描述,分析不同初始状态下膨胀土干湿循环过程中裂隙的发展规律。对各组循环后试样进行直剪实验,探究膨胀土强度指标变化规律。结果表明:膨胀土的初始含水率和初始干密度是影响裂隙发展的重要因素。初始干密度大的试样首先出现裂缝,干密度越大,循环结束后的裂隙率也越大。干湿循环和干密度对强度指标有不同程度的影响,干湿循环对内摩擦角影响不大,粘聚力随干湿循环次数增加而减小。     

膨胀土裂隙生成特征研究

以南京绕城高速公路路基弱膨胀土为研究对象,通过改变膨胀土的含水率,在实验室内对降雨蒸发交替作用下膨胀土裂隙开裂过程进行模拟,观测并统计分析裂隙特征的关键因素,研究不同含水率及不同循环次数对裂隙的长度、宽度、数量的影响。研究结果表明:在一次干湿循环过程中,裂隙生成速度随时间变化先快后慢,最终达到稳定;在整个干湿循环过程中,每次循环结束时裂隙数量呈逐渐增多的趋势,在第五次干湿循环之后裂隙发育最终达到稳定。     

膨胀土裂隙生成特征研究

以南京绕城高速公路路基弱膨胀土为研究对象,通过改变膨胀土的含水率,在实验室内对降雨蒸发交替作用下膨胀土裂隙开裂过程进行模拟,观测并统计分析裂隙特征的关键因素,研究不同含水率及不同循环次数对裂隙的长度、宽度、数量的影响。研究结果表明:在一次干湿循环过程中,裂隙生成速度随时间变化先快后慢,最终达到稳定;在整个干湿循环过程中,每次循环结束时裂隙数量呈逐渐增多的趋势,在第五次干湿循环之后裂隙发育最终达到稳定。     

湿干冻融耦合循环作用下膨胀土裂隙演化规律

裂隙的发生与演化是膨胀土在各种外部条件作用下的显著特征。针对北疆高寒地区膨胀土渠道边坡劣化问题,以渠基土每年经历通水、停水及冻结、融化过程为研究条件,开展了单向湿干冻融耦合循环作用下膨胀土裂隙试验。采用计算机断层扫描(CT扫描)及三维重建技术,对湿干冻融耦合循环作用下膨胀土试样内部裂隙演化特征进行定量描述,研究了不同湿干冻融耦合循环次数对膨胀土三维裂隙演化规律的影响。试验结果表明,湿干冻融耦合循环作用下的试样内部裂隙发育存在明显的区域性分布特征,裂隙的发育深度在5次循环后逐渐趋于稳定,对应于试样初始总高度的40%。对比不同循环次数作用下试样内部裂隙的发育形态可知,试样内部裂隙发育模式由循环初期浅层分散分布向后期深层汇聚偏转进行转化。采用切片裂隙率、弯曲度、分支数及死端点4个指标能较好地定量描述裂隙空间分布及连通性随循环次数的演化规律。研究成果对进一步揭示干湿冻融耦合作用下膨胀土渠道的劣化过程和破坏机制具有一定参考价值。     

干湿循环对纤维膨胀土特性影响的试验研究

为了研究干湿循环对膨胀土和聚丙烯纤维膨胀土强度的影响,进行了大量的试验研究。试验结果表明,膨胀土和纤维膨胀土随着干湿循环次数的增加,裂隙逐渐发展,土样的整体性遭到破坏,抗剪强度也随着循环次数的增加而降低;纤维可以增加膨胀土强度,提高土体的整体性。膨胀土和纤维膨胀土的粘聚力随着循环次数增加而降低的趋势一致,表明纤维是以强...     

原状膨胀土干湿循环下裂隙发展规律试验研究

裂隙性是膨胀土的重要特征之一,裂隙结构的变化影响膨胀土体的强度和渗透性能。研究膨胀土内部裂隙的发育,对分析因降雨形成的膨胀土浅层滑坡等灾害具有重要意义。文章在膨胀土裂隙既有研究的基础上,取成都龙泉地区尺寸为20 cm×20 cm×20 cm的弱膨胀土原状样,在干湿循环过程中,通过摄影测量的方法获取试样的表面裂隙变化信息,通过CT扫描技术获取试样内部裂隙图像,并利用Matlab、AutoCAD等软件对数字图像进行处理,研究原状膨胀土表面和内部裂隙的发生发展规律。研究结果表明,(1)随着干湿循环次数的增多,试样表面裂隙度逐渐增加并趋于稳定。(2)裂隙度随着深度的增加逐渐减小并趋于稳定。(3)经7次干湿循环,试样面裂隙度为5.11%,体裂隙度为3.47%,体裂隙度约为面裂隙度的0.68。     

非饱和重塑膨胀土各向等压加载试验研究

为分析裂隙和胀缩对非饱和膨胀土屈服和水量变化特性的影响,首先对重塑膨胀土试样进行常温条件的干湿循环,使其形成不同程度的裂隙和孔洞;其次以多功能土工三轴仪为研究工具,对已产生结构损伤的重塑土试样进行控制吸力为常数、净平均应力增大的各向等压加载试验。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,膨胀土试样裂隙和孔洞发育愈加明显,排水能力相应提高;同一吸力条件下,屈服应力随着干湿循环次数的增大而减小;同一干湿循环次数条件下,试样所受吸力越大,屈服应力则相应增大;干湿循环次数增多时,膨胀土的压缩指数在发生屈服前后呈现不同规律,前者一直增大,而后者可看作一常数。     

干湿循环作用对膨胀土结构性的影响及其导致的强度变化

采用计算机层析成像(CT)技术和常规直剪试验,探讨干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其强度变化规律。基于CT数定义损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的结构变化与强度参数变化的联系。研究结果表明:第1~4次干湿循环对膨胀土结构变化影响较大,内部裂隙发育明显;第7、第8次干湿循环对结构影响甚微;经干湿循环作用后,膨胀土的强度衰减主要是黏聚力大幅度降低,而内摩擦角则无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试件损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土黏聚力与CT损伤变量具有良好的指数衰减关系。     

干湿循环后膨胀土力学特性的真三轴试验研究

为了研究原状膨胀土经过反复干湿循环稳定后的力学性状,利用非饱和土真三轴仪对经历不同干湿循环后的膨胀土进行了一系列脱湿-吸湿试验、常吸力等向固结试验和常吸力真三轴剪切试验,研究干湿循环对膨胀土土-水曲线、胀缩特性、压缩特性和强度特性的影响。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,脱湿曲线和吸湿曲线形成的滞回圈越来越小,甚至发生了逆向回滞;脱湿速率和吸湿速率随着循环次数的增加而增大。脱湿—吸湿过程中体变性状皆呈明显的屈服特性,验证了膨胀土本构模型中SI和SD屈服包线的存在,脱湿屈服吸力均大于吸湿屈服吸力,且二者皆随着循环次数的增加而减小。在低围压和低吸力条件下,干湿循环对膨胀土的压缩特性影响较大,而在高围压和高吸力条件下影响较小。干湿循环使膨胀土的黏聚力和内摩擦角降低,干湿循环后膨胀土的黏聚力随着吸力和中主应力的增大而增大,内摩擦角随着中主应力的增大而减小。在低吸力范围内(s≤200 kPa),干湿循环后的膨胀土的吸力摩擦角φ_b是一个变量。经历3次干湿循环后膨胀土的强度逐渐趋于稳定,其吸力摩擦角可看作是一个常量,其值随着b值的增大非线性增大。     

干湿循环下红黏土边坡裂隙演变规律

为研究干湿循环下红黏土边坡裂隙的演变规律,采用室内边坡模型模拟日照-降雨干湿循环方式,并使用图像处理技术对获得的裂隙光栅图像进行二值化处理,提取了红黏土边坡裂隙率、裂隙条数、裂隙总长度、土块个数等定量化指标,分析了降雨-蒸发循环作用下裂隙指标的演变规律与干湿循环次数的关系。结果表明:导致红黏土开裂的主要原因是含水率梯度引起的土体上下部基质吸力的差异性,致使土体收缩不均匀,而土体的胀缩性、渗透性和脱湿速率的空间分布则是决定含水率梯度的关键因素; 裂隙的宽度、深度和裂隙率随干湿循环次数的增加先增大然后趋于稳定; 裂隙总条数、土块个数和裂隙总长度在第1次干湿循环后达到最大值,第2次干湿循环后均出现不同程度的降低,之后裂隙总数量趋于稳定,但裂隙总长度和土块个数在后期干湿循环中仍有小幅增大。     

有荷条件下膨胀土的干湿循环胀缩变形及强度变化规律

为获取符合工程实际的设计参数,对宁明原状膨胀土进行了有荷载条件模拟干湿循环过程的试验研究,得到其胀缩变形和强度的变化规律。结果表明膨胀土的胀缩变形过程并不完全可逆。在一定荷载变化范围内,经历相同的干湿循环次数,荷载越大膨胀土的绝对和相对胀缩率越小;土的抗剪强度随上覆压力的增大而增大,且在同一级荷载下随着干湿循环次数的增多而衰减,但随着荷载增大其衰减率变小。荷载对干湿循环过程中膨胀土的胀缩幅度及强度衰减具有明显抑制作用。     

脱湿路径下考虑干湿循环和体变影响的膨胀土土水特征

为了研究干湿循环和体积变化对膨胀土土水特征曲线的影响,利用改进的非饱和土真三轴仪,对经历不同干湿循环后的弱膨胀土进行脱湿试验,测得每级脱湿稳定后的质量含水率和孔隙比。试验结果表明：干湿循环次数越大,饱和后的孔隙比越大,而脱湿后的孔隙比越小。干湿循环后膨胀土的含水率和孔隙比随着吸力的增大而减小;在基质吸力的增大作用下,质量含水率–吸力关系曲线、饱和度–吸力关系曲线出现交叉现象,孔隙比–吸力关系曲线出现交叉聚拢现象;干湿循环次数越大,脱湿完成后膨胀土的体积含水率和饱和度越小,体现了干湿循环后膨胀土的土水特征与体变特性的耦合效应。以Fredlund-Xing模型为基础,构建以质量含水率表达的考虑干湿循环影响的SWCC方程,再建立考虑干湿循环影响的膨胀土的体变方程,最后得出以饱和度表达的考虑干湿循环和体积变化影响的SWCC方程,这3个模型均能够很好地描述不同干湿循环后膨胀土的质量含水率、孔隙比和饱和度的变化规律。     

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。     

干湿循环对新型固化土承载强度影响的试验研究

 通过模拟一些地区季节性干湿交替的气候变化特征,利用新型击实筒制样进行试验,研究干湿循环对新型固化土承载强度的影响。测试新型固化土在干湿循环交替作用过程中的吸脱湿水量和承载强度,系统分析试件的吸水量、膨胀量和失水量的变化规律以及干湿循环次数对加州承载比值的影响机制。结果表明：在干湿循环作用初期,养生作用促进了固化剂的进一步反应,增强土粒之间的胶结强度,固化土的承载强度表现为逐渐增大,干湿循环达4次时其强度升至峰值;循环超过4次后,以含水量的变化与裂隙性的双重作用为主,促进细微裂纹的扩张、贯通,新裂纹的产生,降低试件的整体性和均一性,其承载强度逐渐衰减。     

干湿循环效应下裂隙性黄土单轴压缩力学特性

通过系统开展干湿循环效应下裂隙性黄土的单轴压缩试验,对干湿循环效应下裂隙性黄土的裂隙演化规律与单轴压缩力学特性进行了深入探讨。结果表明:不同倾角试样表面裂隙率R_sc与分形维数D_f均随干湿循环次数增加逐渐增大,但增速逐渐减缓;干湿循环效应对裂隙性黄土单轴压缩应力 应变曲线的类型及特征无显著影响;应力 应变曲线的初始斜率随干湿循环次数增加逐渐降低;不同倾角试样单轴压缩应力-应变曲线均表现为软化型,其中45°倾角试样的应力 应变曲线表现出“双峰”变化规律;不同倾角试样单轴抗压强度均随干湿循环次数增大表现出减速衰减特征;不同干湿循环次数下裂隙性黄土单轴抗压强度与裂隙倾角关系曲线均呈现出“双V”变化特征。     

基于摄影法的红黏土裂隙试验研究

准确提取红黏土裂隙特征,有助于进一步研究裂隙对红黏土工程性质的影响。本文以桂林红黏土试样为试验研究对象,获取红黏土表面裂隙数字图像后,通过比对不同方法,发现直方图阈值法适用于红黏土的裂隙图像分割。通过去除杂点、填充细小孔洞,将裂隙数字图像转化为二值图像,最后进行骨骼化和消刺处理,可得裂隙骨骼图像。研究发现试样在第5次干湿循环后裂隙发育均已趋稳定;初始含水率为25%的试样在干湿循环作用下发育出线状裂隙;初始含水率为28%的试样则发育出网状裂隙;干湿循环次数与裂隙率和裂隙总长度具有良好的相关性,可用二次函数拟合。