广西红黏土热导率测试及理论预测模型研究EI北大核心CSCD

利用探针法对广西4种红黏土的热导率进行室内测定,获取红黏土热导率随其含水率变化的规律;结合复合介质理论,对常用的热导率计算模型进行模拟分析,尝试寻找一个合适的计算模型对广西红黏土热导率进行有效计算预测;在此基础上,结合矿物组成分析,探讨理论预测模型中红黏土固相热导率的计算取值问题。研究结果表明:(1)在相同的干密度情况下,广西4种红黏土的热导率均以各自临界含水率为界点随体积含水率增加而呈现出分段递增的趋势,各段增长速率不同。(2)采用有效介质理论模型(EMT模型)和并联模型可分段计算广西红黏土的热导率:含水率低于临界值时,采用EMT模型计算;含水率高于临界值时,采用并联模型计算。(3)采用差分有效介质理论对广西红黏土的固相热导率进行取值的方法,综合考虑了红黏土中矿物成分对土颗粒固相热导率的影响,计算结果更接近工程实际。     

广西红黏土热导率测试及理论预测模型研究

利用探针法对广西4种红黏土的热导率进行室内测定,获取红黏土热导率随其含水率变化的规律;结合复合介质理论,对常用的热导率计算模型进行模拟分析,尝试寻找一个合适的计算模型对广西红黏土热导率进行有效计算预测;在此基础上,结合矿物组成分析,探讨理论预测模型中红黏土固相热导率的计算取值问题。研究结果表明:(1)在相同的干密度情况下,广西4种红黏土的热导率均以各自临界含水率为界点随体积含水率增加而呈现出分段递增的趋势,各段增长速率不同。(2)采用有效介质理论模型(EMT模型)和并联模型可分段计算广西红黏土的热导率:含水率低于临界值时,采用EMT模型计算;含水率高于临界值时,采用并联模型计算。(3)采用差分有效介质理论对广西红黏土的固相热导率进行取值的方法,综合考虑了红黏土中矿物成分对土颗粒固相热导率的影响,计算结果更接近工程实际。     

广西红黏土热物理特性及影响因素试验研究

结合矿物组成分析,通过室内试验对广西4种红黏土的热物理特性从土质学角度进行了深入研究,探讨了红黏土的热特性参数与各影响因素之间的关系。研究结果表明:当土体干密度保持不变,红黏土的热导率、比热容随体积含水率的增加而线性递增;热导率变化曲线存在临界含水率点,土体含水率低于该点时,热导率呈线性急剧增加,反之,热导率增长缓慢,趋于稳定;热扩散率以临界含水率点为界,先随含水率的增大而递增,到达临界含水率后随含水率的增加而递减,整体呈抛物线的变化趋势;当土体含水率保持不变,红黏土的热导率、比热容、热扩散率均随干密度的增加而线性递增;红黏土矿物成分中的石英含量对土体的热导率具有显著影响,石英含量与热导率的增长速率呈正相关的关系。     

溶液作用下黏土的界限含水率及渗透试验

黏性土的界限含水率是用于土的分类和评价的重要指标,并可能与渗透系数等参数具有一定的相关性,但溶液作用下界限含水率的变化规律没有一致的结论。选取填埋场渗滤液中的几种代表性溶液,对0~15%含量的膨润土改性黏土的界限含水率及渗透性进行了试验。研究发现,CaCl₂溶液和乙酸溶液具有絮凝作用,使高液限黏土变为高液限粉土;膨润土改性黏土的液限和塑性指数与膨润土掺入量正相关;改性黏土的液限随CaCl₂溶液浓度的增大而减小;渗透系数与液限之间没有显著相关性,溶液作用下土的渗透性能还需要深入研究。     

两种黏性土的基质吸力试验对比分析

利用压力板仪器对高液限红黏土和含砂次生黏土进行基质吸力测定试验,通过对比分析及曲线数值拟合,研究了红黏土基质吸力与含水率之间的关系,得出红黏土的土水特征曲线的一些规律。试验证明高液限红黏土比含砂次生黏土采用压力板仪获取的土水特征曲线拟合度更高,保水性更好,含水率变化范围更大,曲线拟合符合指数分布,通过数值模拟得出红黏土路基的含水率动态变化真实可靠。     

颗粒岩土介质热导率预测关联式及其演化机制

以多相-多孔颗粒岩土介质热导率为研究对象,首先聚焦岩土颗粒几何形状特征构建细观颗粒/孔隙尺度改进型固液气三相圆柱单元结构;其次采用集总参数热电模拟法建立单元结构热导率与固液气组分热导率和孔隙率、饱和度等结构参数间的关联;进一步以饱和度参数为纽带,通过土水特征曲线类比提出统一性土-水-导热特征曲线及其演化机制概念模型。研究结果表明:(1)基于多尺度研究均质化思想建立的颗粒岩土介质热导率预测关联式模型无经验常数,各参数均有明确的物理意义,且提高了与实验测试结果的吻合度(与砂土实验测试结果的差异性比值由1.58降低至1.27,通过线性修正可进一步缩小误差至3%~16%);(2)颗粒岩土介质孔隙水分布形式与物理作用机制影响热导率的变化,不同类型(细粒含量、胶结程度)岩土介质热导率随饱和度变化曲线可以认为是由特定S型函数曲线沿低/高饱和度水平移动的演化过程,该演化机制可以解释岩土介质热导率随饱和度增加呈现出的"凹"与"凸"形增长关系,是可以统一表征不同岩土介质热导率预测模型的有效工具。     

高纬度多年冻土区地基土冻胀特性研究

大兴安岭高纬度多年冻土地基土主要以低液限粉土和低液限黏土为主,通过室内闭式冻胀试验分析两种土体冻胀率与压实度、土质和含水率的关系。结果表明:在土质和含水量相同的条件下,冻胀率随着土体压实度的增加而增大;在相同含水率和压实度的条件下,低液限黏土冻胀率大于低液限粉土;在土质和压实度相同的条件下,冻胀率随着含水率的增加而增大,二者基本成线性增长关系。     

高液限土强度影响因素试验分析

通过对东南地区公路路基高液限粘土的物理力学性能试验,探讨了影响南方地区高液限粘土强度CBR的各种因素,提出了在高液限粘土的直接填筑时,注意分析压实度、饱和度、干密度、含水率等指标之间的内在联系,寻求高液限土有别于常规土的最佳状态,挖掘其潜能,使之符合路基工程要求。     

脱湿路径下重塑膨胀土的体变修正与土水特征

采用南水北调中线工程河南南阳试验段重塑中膨胀土为试验土样,完成了5种不同初始干密度试样的脱湿试验和平行收缩试验,推导给出了更为合理的体积修正公式。试验结果表明,膨胀土脱湿路径下的体积收缩对其土水特征曲线（SWCC）影响较大,同一基质吸力状态下,体积修正后的试样饱和度/体积含水率明显高于修正前的饱和度/体积含水率,在吸力越高的区域,差别越明显。以Fredlund-Xing模型和试验结果为基础,建立了能考虑膨胀土体积变化的SWCC模型,并结合前人的试验成果深入分析了初始孔隙比对模型参数的影响规律。最后探讨了反映含水率-吸力-孔隙比关系的土水特征曲面的特性,考虑膨胀土试样体变修正时,孔隙比与含水率之间的函数关系为一个三次多项式,而不是线性关系。     

珊瑚钙质砂导热系数测定及预测模型研究

利用热探针法测得了不同含水率条件下珊瑚钙质砂的导热系数，采用Johansen模型和Chen模型对珊瑚钙质砂的导热系数进行了预测计算，并结合试验实测值对模型参数进行修正，尝试寻找出合适的预测模型对珊瑚钙质砂导热系数进行有效的模拟计算。研究结果表明：珊瑚钙质砂的导热系数随含水率的增加呈现出线性递增趋势；Johansen模型和Chen模型的预测值均与试验实测值存在较大偏差；改进的Johansen模型和Chen模型预测值均与试验实测值较为接近，均方根误差值(Root-mean-square error)小于0.05，可用来预测珊瑚钙质砂的导热系数，且计算精度较高。     

等向压缩应力条件下原状黄土的吸湿持水特性

用改装的非饱和土三轴剪切渗透仪,在不同等向压缩应力作用下对天然状态的原状黄土进行了分级浸水试验,分析了应力对吸湿持水曲线的影响,提出了可以直接考虑等向压缩应力影响,以饱和度及含水率与吸力关系表征的持水特性模型。研究结果表明:应力对饱和度与吸力关系的影响较大;对含水率与吸力间关系的影响与吸力大小有关,当吸力大于阈值时几乎没有影响,可近似归一,当吸力小于阈值时影响较大。随着应力增大,脱气吸力值增大,饱和含水率减小,且可分别用线性函数及对数函数描述之。不同应力下,饱和度及含水率比(含水率与饱和含水率之比)与吸力比(吸力与脱气吸力值之比)关系皆可以归一,且可用提出的模型描述。该模型直接把等向压缩应力作为变量,与以应力作用下孔隙比作为变量的持水曲线模型相比,更便于实际工程应用。模型对饱和度及含水率与吸力关系的预测结果与试验结果吻合较好。     

三轴应力条件下原状黄土的渗气特性

用改装的三轴渗气仪,在三轴应力条件下对不同含水率原状黄土进行渗气试验,分析了平均应力、偏应力及含水率变化对渗气系数与饱和度关系的影响,提出了考虑三者影响的渗气函数。研究结果表明:偏应力、平均应力及含水率对渗气系数与饱和度关系皆有较大的影响。平均应力(应力比相同)或偏应力(平均应力相同)作用引起饱和度增大时,渗气系数线性减小,且减小程度与含水率的大小有关;含水率增大时渗气系数随饱和度增大而减小的速率比应力增大时的小。不同应力状态下,相对渗气系数与饱和度关系,渗气系数与修正气体饱和度关系皆可归一,且可分别用以总饱和度为参量的P-v G-M模型及本文提出的修正气体饱和度幂函数(MAPL)模型描述,但相比较而言,MAPL模型参数较少,更便于实际工程应用。MAPL模型对渗气系数的预测结果与试验结果吻合较好。     

南宁高液限土路基石灰改良试验研究

以南宁市友爱路高液限土为研究对象,针对我国南方多雨地区的实际情况研究了此类高液限加固土的长期水稳定性。通过改变击实含水量,分别在不浸泡、浸泡4d和浸泡45d的情况下进行CBR试验,然后与未加固土进行对比,研究分析加固土在不同浸泡时间、不同击实含水量条件下的长期水稳定性规律。研究发现:加固土的强度相对于未加固有了很大的提高;在击实含水量高于最优含水量的4%时,长期浸泡条件下强度最大,水稳定性最好。土体破坏时表现出一定的脆性,击实含水量越低土体的脆性越大,在含水量为24%时脆性最小,在选择击实含水量时应考虑土体脆性的影响。一定时间内随时间的增加CBR值会增大,石灰加固高液限土长期水稳定性是能得到保证的。这些结论对南方多雨地区高液限土路基工程建设具有一定的参考价值。     

黄淮地区深部黏土工程性质试验研究

总结了黄淮地区深部黏土的物理力学性质,包括密度、含水量、颗粒大小、矿物成分、膨胀性、压缩性、抗剪强度等。研究表明,黄淮地区深部黏土主要为高液限饱和膨胀土,其物理力学性质指标随埋深或液性指数变化一般表现出总体上增大或减小,而局部呈无规则振荡变化的规律。对深部黏土重塑土的常规三轴试验表明,其内摩擦角较一般浅层黏土低,而且在高围压下强度包线出现向下的转折。     

汕头市饱水细粒土粘聚力分析

广东汕头市区广泛分布饱水细粒土包括淤泥和粘土。这些地基土,即便是同类土体,其物理力学性质亦有差别,而粘聚力的差别尤为显著。对于淤泥土,通常含水量超出液限,粘聚力主要受控于含水量与液限之差;对于粘土,含水量小于液限,但仍然处于饱和状态,粘聚力主要取决于液限与含水量之差。近百件土样试验结果表明:饱水粘性土的粘聚力是变量,而不是常量。     

淤泥质黏土火灾高温下导热系数的试验研究

对火灾高温下隧道衬砌结构周围饱和软黏土的热传导特性进行了试验研究,旨在进一步探讨作用于隧道结构上的荷载变化,以便准确评价其安全状态.采用热探针程序法(美国材料与试验协会(ASTM)确定土体和软岩导热系数的标准方法),应用自行研制的高温土体导热系数测定仪测定了上海淤泥质黏土在高温下的导热系数.试验分别测定了不同温度及不同含水率条件下土样的导热系数,并以KD2导热系数测定仪作为校准仪器对试验结果进行了校正.试验结果表明导热系数随着温度的升高而增大,且其增大的速率随温度的增加而减小,特别是对含有机质的淤泥质黏土因有机质的高温分解而使得这种降低更加明显;此外,在不同高温下土体导热系数随含水率的增加而增大.     

高温后上海软黏土的物理性能试验研究

土的温度效应是岩土工程领域的热点问题,但对于100℃以上高温环境下土的物理性能的研究并不多。详细介绍了自行研制的高温加热试验装置,并利用该设备测定了上海软黏土样在105℃,120℃,150℃和200℃等高温加热2.5h和4.0 h后的体积变化、干密度和饱和度的变化,测定了105℃,150℃和200℃下恒温4.0 h土的导热情况。试验结果表明土样的体积和饱和度均随温度增加而减小,土样的干密度随温度的增加而增加,且随加热时间增加变化趋缓;湿土和干土的导热系数均随温度升高而增大,且干土的导热系数小于湿土的导热系数。说明软黏性土在100℃以上高温环境作用下会出现塑性变形和加热硬化现象,高温对土的导热系数影响显著。     

含有机质粉质粘土的压缩试验与性状分析

通过重铬酸钾法测定了取自南京河西地区土样的有机质含量在5％-10％之间,判定其为有机质土。根据比较南京地区一般粉质粘土的物理力学指标,发现有机质土的含水率、孔隙比、压缩系数都远大于南京地区一般粉质粘土,说明该土样属于高孔隙比、高液限、高压缩性土,且随着土样中有机质含量的增大,其含水率、孔隙比、液塑限、压缩性逐渐增大。后又采取上述有机质土进行压缩-回弹再压缩试验研究,土样的残余变形比弹性变形大得多。