干湿循环作用下植被混凝土结构演化

选取植被混凝土生态基材为研究对象,制备6种初始含水率分别为13%、19%、25%、31%、37%、43%的试样。通过烘干法和叠式饱和法分别模拟脱湿和增湿过程,采用土壤收缩仪测量试样宏观胀缩量,Matlab软件提取试样表面裂隙几何特征,探究干湿循环作用下植被混凝土结构演化规律。结果表明:试样在常温下的干缩过程可分为急剧收缩阶段、平缓收缩阶段和稳定阶段3个阶段;干湿循环过程中,试样收缩量与膨胀量近乎等量;裂隙发育过程主要体现在裂隙宽度、总长度及总面积随循环次数增加而增大;初始含水率过低或过高,均易使植被混凝土发生湿胀干缩破坏;初始含水率31%试样的裂隙平均宽度、裂隙总面积、裂隙长度和表面收缩率均最小,31%为生产实践的最佳含水率。     

膨胀岩抗剪强度特性研究

通过直剪试验对新疆某地区典型膨胀岩重塑土在不同含水率干密度,以及干湿循环状态下的强度指标进行研究,研究发现膨胀岩的强度指标随着含水率的增加,出现先增加后减小的趋势,粘聚力和内摩擦角都存在最佳含水率使强度指标达到最大值,当含水率相同,膨胀岩的强度指标随着干密度的增加,粘聚力增加,内摩擦角的变化不大。在干湿循环的作用下强度指标随着干湿循环次数的增加而减小,但是在一定次数以后,强度指标下降已不明显,最后逐渐趋于稳定。     

干湿交替环境下膨胀土变形试验研究

干湿交替环境下,膨胀土具有反复湿胀干缩变形的特性,容易引起工程建筑物的变形破坏。以南宁地区的击实膨胀土为研究对象,通过室内试验揭示膨胀土在干湿交替环境中的变形规律,探讨了体积变形参数、初始切线模量与循环次数的关系,并对试样绝对残余体变率与初始切线模量的关系进行了分析。研究结果表明:试样的绝对残余体变率随干湿循环次数的增加而递增,但相对残余体变率却逐渐减小,体积变形量稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而递减。     

湿陷性黄土力学性质与裂隙发展干湿循环效应

黄河中游地区广泛存在湿陷性黄土,对黄土试样进行干湿循环处理后,开展土工三轴剪切试验,同时记录样品表面裂缝的拓展特点,探究干湿循环对黄土强度与裂隙发展规律的影响。试验结果表明:黄土样品的应力应变关系均为"硬化型",有效内摩擦角与黏聚力指标随循环次数增加分别呈指数型和线性下降趋势;提取裂隙率作为表面裂隙的量化指标,黄土的裂隙率与循环次数之间为指数型关系;干湿循环作用使得黄土颗粒间的微裂隙逐渐扩张,干密度显著减小,这是导致表面裂隙改变和力学性能衰减的本质原因。     

干湿循环下膨胀土裂隙发育与导电特性

干湿循环引起膨胀土裂隙开展,进而对土体的土水特性产生重要影响。首先进行了不同干密度、含水率状态下均质无裂隙试样的导电性能试验,认为试样电导率与干密度、含水率呈线性关系,可采用多元线性函数进行拟合。用远距离光学显微镜观测了膨胀土裂隙发生发展过程,利用图像灰度熵评价裂隙形态,试验过程中同时测定了试样的含水率和电导率,获得了干湿循环下土体灰度熵-含水率-电导率的关系。结果表明:随着含水率的降低,灰度熵逐渐增大,电导率逐渐减小;含水率对电导率的贡献逐渐降低,裂隙对电导率的贡献逐渐增大。当失水到一定程度时,裂隙对电导率的贡献几乎不变,此时表明裂隙已开展稳定;浸水过程中,裂隙部分闭合,灰度熵减小,电导率增大。经历多次干湿循环的试样,灰度熵和电导率均有所降低,表明土体结构产生了不可逆的改变。     

基于SEM的干湿循环蚀变花岗岩分形特征与力学特性演化规律

分形维数是对岩石裂隙、破碎程度和损伤等细观特征的定量描述,岩石的细观结构往往会对宏观强度特征产生较大的影响。为了研究干湿循环侵水对蚀变花岗岩细观特征的影响,基于电镜扫描(SEM)试验,得到了经历不同干湿循环次数的蚀变花岗岩的细观图像,并通过盒维数法计算得到各岩样的分形维数,建立基于分形维数的细观损伤演化方程;其次,通过室内单轴抗压强度和抗拉强度试验,获得不同干湿循环次数下蚀变花岗岩的力学特性。通过试验数据,得到了干湿循环次数及分形维数分别与岩石强度特性和弹性参数的关系。研究表明:岩石干湿循环次数的增加在宏观上表现为抗拉强度、单轴抗压强度以及弹性模量的减小;在细观上表现为分形维数的增大;泊松比不受此影响。分形维数将岩石细观特征量化、建立了细观和宏观的联系。研究结果可为衡量蚀变花岗岩强度特性的指标提供依据。     

干湿循环下红黏土斜坡裂隙性和水土响应试验研究

为研究干湿条件下红黏土裂隙发展规律,分析斜坡变形破坏机制,进行红黏土边坡室内干湿循环模拟试验。结果表明：(1)红黏土斜坡在干湿条件下裂隙率呈阶梯状增加,坡面和坡顶裂隙发展存在一定差距,4次循环期间坡面裂隙率逐渐由3%增加至14%,而坡顶最终裂隙率仅7%;(2)红黏土斜坡初始阶段渗透性极低,基本不透水,干湿循环过程中土体裂隙极大地增强了斜坡渗透性;(3)干湿循环使斜坡土体反复胀缩,土壤含水率变化量由5%增至20%,基质吸力增至350 kPa,胶结物质的流失及结构的破坏造成土体强度不可逆性降低;(4)裂隙的产生破坏了斜坡的整体性,降雨期间随着土壤含水率的增加,基质吸力减小,强度迅速降低,在雨水浸润下斜坡裂隙逐渐软化形成潜在滑面,从而引发局部失稳破坏。     

干湿循环条件下不同初始干密度土体的力学特性

利用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,测试了大连地区典型粉质黏土试样干湿循环前后的力学特性。通过对干湿循环前后试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试验结果的对比分析,探讨了干湿循环对不同初始干密度土体力学特性的影响,结果表明：土体对干湿循环的响应与土体的初始干密度有关。干湿循环使得初始干密度为1.61g/cm3的试样的应力-应变关系曲线由应变硬化转变为应变软化,孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长,循环前后有效应力路径的发展趋势发生了明显变化。初始干密度1.71g/cm3和1.76g/cm3试样干湿循环前后的应力-应变关系曲线形式未发生明显改变,干湿循环致使孔隙水压力的峰值所有增加,剪切初始阶段的有效应力路径位于未循环试样的左侧。干湿循环前后土体的电镜扫描（SEM）试验发现,干湿循环导致土骨架的结构性转变。干湿循环过程中试样内部结构调整和基质吸力的压密作用使得土体的力学特性发生了不可逆转的变化。     

干湿循环条件下不同初始干密度土体的力学特性

利用应力-应变控制式三轴剪切渗透试验仪,测试了大连地区典型粉质黏土试样干湿循环前后的力学特性。通过对干湿循环前后试样固结不排水剪切试验的应力-应变关系、孔隙水压力和有效应力路径等试验结果的对比分析,探讨了干湿循环对不同初始干密度土体力学特性的影响,结果表明:土体对干湿循环的响应与土体的初始干密度有关。干湿循环使得初始干密度为1.61g/cm3的试样的应力-应变关系曲线由应变硬化转变为应变软化,孔隙水压力的发展由先增加后减小转变为孔压持续增长,循环前后有效应力路径的发展趋势发生了明显变化。初始干密度1.71g/cm3和1.76g/cm3试样干湿循环前后的应力-应变关系曲线形式未发生明显改变,干湿循环致使孔隙水压力的峰值所有增加,剪切初始阶段的有效应力路径位于未循环试样的左侧。干湿循环前后土体的电镜扫描(SEM)试验发现,干湿循环导致土骨架的结构性转变。干湿循环过程中试样内部结构调整和基质吸力的压密作用使得土体的力学特性发生了不可逆转的变化。     

消石灰改良红黏土室内试验研究

为了研究江西红黏土掺消石灰改良后物理力学性质,对掺灰率为0、2%、4%、6%的改良红黏土进行了击实试验、液塑限试验、收缩试验以及干湿循环试验等室内试验研究。研究结果表明:掺灰后的改良红黏土的最大干密度随着掺灰率的增加而逐渐减小,最优含水率均比素土有所增大;改良红黏土的液限略有降低,塑限有极小幅度的增加,塑性指数降低,但总体上对其界限含水率的影响并不是很大;改良红黏土的体缩率、收缩系数和缩限随着掺灰率的增大而增大,且掺灰率越大增大越明显;当掺灰率较低(2%)时,改良红黏土表面裂隙发育更多,土体收缩开裂加剧,当掺灰率提高到4%时,表面裂隙发育较素土少,掺灰率达到6%时,改良红黏土表面几乎没有裂隙发育,土体收缩开裂得到很大的改善,可认为该红黏土的最优掺灰率应在4%~6%。     

重塑黄土崩解特性试验研究

为研究重塑黄土的崩解特性及其与影响因素之间的关系,利用自制崩解试验仪对32种不同干密度、不同初始含水率的黄土试样进行崩解试验,分别得出了试样崩解速率与干密度、初始含水率、有效空隙率的关系曲线,并以土-水特征曲线为基础,分析了试样孔隙结构对其崩解性能的影响。试验结果表明,同一初始含水率下,随着干密度的增加,试样崩解速率呈指数函数形式衰减且衰减速率随初始含水率的增加而近线性增加;同一干密度下,随着初始含水率的增加,试样的崩解速率有降低趋势,但下降趋势并不显著。通过分析干密度、初始含水率与崩解速率的关系,结合试样土水特征曲线,讨论了孔隙结构对崩解速率的影响,并研究了试样崩解速率与有效空隙率的关系,试样崩解速率的分布以有效空隙率等于8%,22%为分界线明显分区,研究认为由于试样制备压实过程中,形成了不同的孔隙结构。     

采用环剪仪对重塑黄土抗剪强度特性的研究

为揭示不同试验条件对重塑黄土抗剪强度的影响规律,采用全自动环剪仪对重塑黄土进行环剪试验研究,探究不同含水率、干密度、剪切速度条件下重塑黄土的剪切强度变化规律,为黄土边坡的治理提供理论依据。研究结果表明：重塑黄土残余强度受剪切速率影响不明显;含水率对重塑黄土峰值强度与残余强度的影响规律一致,两者均随含水率的增大而减小,含水率高的试样呈现应变软化特性;重塑黄土的峰值强度和残余强度都随干密度的增大而增加,表现出正相关性,干密度大的试样呈现应变软化性;重塑黄土的黏聚力和内摩擦角均随含水率的升高而降低。     

马汊河膨胀土特性室内试验研究及数值计算分析

膨胀土是导致边坡失稳的不利因素之一,对其进行特性研究是十分必要的。通过室内物理参数试验以及原状土干湿循环试验,分析膨胀土自由膨胀率、含水率等基本物理性质随土层深度的变化规律,研究其裂隙变化及强度变化规律,并建立数值计算模型,进行堤防迎水坡坡比、堤防高度及宽度对其安全稳定的敏感性计算分析。研究表明,马汊河膨胀土含水率大部分集中在20%左右,土体处于硬塑态;膨胀性土层分布与地质土层分布不一致,有呈沿坡面等深分布现象;随着干湿循环次数的增加,约在4次干湿循环后,试样开始出现大的裂隙且逐渐形成网状至破坏;其黏聚力c及内摩擦角φ值也在干湿循环过程中不断减小,经历8次干湿循环后,膨胀土的强度参数基本趋于稳定;膨胀土边坡安全系数与迎水坡坡比及堤防宽度成正比,与堤防高度成反比;且在经过4或5次干湿循环试验后,其安全系数下降速度最快,下降量约占初始安全系数数值的83%,为膨胀土地区边坡设计提供参考依据。     

红粘土渗透特性温度效应试验研究

采用TST-55型渗透仪和自行研制的加热装置,系统研究了南昌地区典型红粘土在27、50、65、80℃和95℃等5种温度下的渗透特性。结果表明,红粘土渗透性随着温度的上升而增大,且温度效应受试样干密度和含水率的影响;渗透系数随着初始干密度的增大呈下降趋势,且下降幅度逐步收窄;温度效应在低密度情况下非常显著,干密度增大后温度效应不再明显;不同温度下存在一个初始含水率阈值与最大渗透系数相对应,且温度越高渗透系数越大;与初始含水率相比,初始干密度对渗透系数的影响更为显著。     

干湿循环对非饱和黄土渗透系数的影响研究

针对不同干密度的重塑非饱和黄土,利用GCTS压力仪研究非饱和黄土在干湿循环条件下的土－水特征曲线,选用van Genuchten模型拟合体积含水量与基质吸力的关系,结合Childs & Collis-Geroge模型预测黄土的非饱和渗透系数,进而分析干湿循环作用及干密度对非饱和渗透系数的影响。研究结果表明：试验地区非饱和黄土的土－水特征曲线拟合相关度高达0.97以上,有良好的适用性;黄土的非饱和渗透系数与干湿循环次数及干密度之间均符合指数函数关系;相同基质吸力条件下,干密度大的黄土非饱和渗透系数大,基质吸力较小时,干密度为1.74 g/cm³的黄土比干密度为1.56 g/cm³的黄土非饱和渗透系数大10²数量级;当干密度保持不变时,随着干湿循环次数的增加,渗透系数逐渐增大,其增幅随体积含水量的增大而增大,随基质吸力的增大而减小;当非饱和黄土试样的体积含水量接近残余含水量时,土体的渗透系数趋于稳定。     

干湿循环作用下压实黄土三轴剪切特性试验研究

为研究干湿循环引起的压实黄土结构损伤对其应力-应变特征及三轴剪切强度的影响,对最优含水率条件下压实到干密度为1.7 g/cm³的黄土试样进行不同路径的干湿循环试验和三轴剪切试验。结果表明:干湿循环对压实黄土的三轴剪切特性影响显著,随着干湿循环次数的增加,压实黄土的应力-应变曲线先急剧下移,再逐渐上移,最后趋于稳定;干湿循环对压实黄土三轴剪切强度具有劣化作用,存在临界干湿循环次数n_c,当干湿循环次数小于临界干湿循环次数时强度指标急剧减小,等于临界干湿循环次数时强度指标最小,大于临界干湿循环次数时强度指标逐渐增大并趋于稳定;分段函数能够较好反映三轴剪切强度指标的劣化规律和劣化过程;受干湿循环幅度影响,压实黄土存在干湿循环最劣含水率w_w,可以根据压实完成后黄土的瞬时含水率是否接近或等于最劣含水率来评价干湿循环对三轴剪切强度的劣化程度。     

影响黏性土表面干缩裂缝结构形态的因素及定量分析

本文在室内试验的基础上,采用计算机图片处理技术,在对不同黏土厚度、干湿循环次数和土质成分等条件下黏性土干缩裂缝网络进行对比和定量分析的基础上,探讨了聚丙烯纤维对黏性土干缩裂缝的抑制作用和机理。结果表明,土层厚度、干湿循环次数和土质成分对裂缝网络的节点个数、裂缝条数、裂缝长度和宽度、块区个数、块区面积、裂缝率和裂缝网络的分形维数等定量参数均有一定的影响;裂缝网络的节点个数、块区个数和裂缝率是描述其形态结构和几何特征的基本指标;在黏性土中加入适量的聚丙烯纤维能够改变干缩裂缝的发展规律,降低土体的裂隙率,提高土体结构物的稳定性和防渗性能。     

根-土复合体的胀缩变形及干湿循环后的力学特性研究

【目的】边坡生态防护具有自然生态修复和固土作用,经济效益斐然。为了研究干湿循环作用下植物根系对红黏土的加固机理和生态防护在红黏土分布区的适用性。【方法】以贵州省贵阳市红黏土为研究对象,采用膨胀试验和收缩变形试验,探究根-土复合体在不同初始含水率下的胀缩性能,并采用固结快剪试验,测定干湿循环作用下不同循环幅度和不同初始含水率时根-土复合体的抗剪强度参数,从而分析干湿循环作用下根系的掺入对红黏土强度变化的影响。【结果】研究结果显示：(1)所测红黏土的自由膨胀率为58.0%,属弱膨胀土。膨胀率和线缩率分别随初始含水率的增加而减小和增加,根系的掺入能够有效抑制土体的胀缩变形,抑制强弱与根系含量和土体含水率有关。(2)当循环幅度分别为10%、20%和30%,且初始含水率和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前呈现先增大后减小的趋势。(3)当初始含水率分别为40%、50%和60%,且循环幅度和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前总体上随初始含水率的增加而减小。【结论】根系的掺入能够有效抑制干湿循环作用下红黏土抗剪强度的衰减。研究成果将进一步加深对红黏土力学特性和边坡生态防...     

含水率及干密度对高铁泥岩地基土无荷膨胀率的影响

通过室内无荷膨胀试验,研究初始含水率与初始干密度对高速铁路泥岩地基土无荷膨胀率的影响。研究结果表明:无荷膨胀率随时间的变化规律可分为快速膨胀、减速膨胀和膨胀稳定3个阶段。在相同初始干密度情况下,膨胀率随时间增长而逐渐增大,并且试样初始含水率越低,最终达到胀限含水率时的膨胀率越大。无荷膨胀率随初始含水率的增大而减小,干密度越大,无荷膨胀率减小的速率越快;无荷膨胀率随初始干密度增大而增大,在不同含水率条件下膨胀率增长速率有所不同。试样越干燥、干密度越大,其膨胀潜能越大。对无荷膨胀率时程曲线和无荷膨胀率-初始含水率-初始干密度三者关系分别用半对数函数和二元线性函数进行拟合,拟合结果良好,可较好地预测泥岩地基实际变形情况。     

不同温度下红黏土胀缩性试验研究

为了探究温度对红黏土胀缩性的影响,通过不同温度下红黏土的胀缩性试验(膨胀变形和收缩变形试验),以初始含水率和干密度为对比变量,分析红黏土胀缩性;并通过红黏土的收缩变形试验分析温度对红黏土体缩率、最终线缩率和收缩系数的影响规律。试验结果表明:膨胀率随着初始含水率的变化而变化,干密度最大的试样的膨胀率增幅最明显,干密度最小的试样的膨胀率却随着初始含水率的增加而减小;随着温度的升高,膨胀率总体呈增大趋势, 膨胀率在80 ℃之前缓慢增长,超过80 ℃时增长较快; 随着温度的升高,线缩率、体缩率、收缩系数总体呈现递减的趋势;不同温度下红黏土随着含水率的降低,收缩曲线大致可以分为斜直线阶段、外凸阶段和直线稳定阶段共3个阶段,各阶段的收缩速度和收缩变化幅度不同。研究成果可为研究红黏土胀缩性的岩土工程技术人员提供参考。