初始含水率对膨胀性古土壤力学性能的影响

作为一种特殊土,膨胀性土的力学及膨胀特性与水分变化关系密切,对工程项目危害较大。为了明确含水率变化时膨胀性土的劣化程度及膨胀力释放规律,依托早胜三号隧道工程,对不同初始含水率的原状试样分别进行了直剪、无荷膨胀率、膨胀力试验。结果表明甘肃庆阳地区深埋膨胀性古土壤具有如下特征:初始含水率与抗剪强度指标符合指数函数规律且呈负相关,黏聚力对水分变化更敏感;不同初始含水率时膨胀率随时间变化曲线均可分为快速上升、缓慢上升、平稳阶段;当土样含水率超过18%后,膨胀力基本完全释放,不再随含水率发生变化;受扰动影响,相同含水率时重塑土表现出远高于原状土的膨胀力,最大达到原状土4倍。     

重塑膨胀岩土微变形条件下膨胀力试验研究

 通过对南宁膨胀性泥岩重塑土样进行变形量分别为0,0.2,0.5和1 mm的微变形膨胀力试验,分析膨胀力的主要影响因素,建立膨胀力与干密度、初始含水率双因素之间关系,研究微变形条件下膨胀力变化机制。结果表明：(1) 零变形时,膨胀力随干密度增大呈指数形式增大,并与初始含水率呈幂函数关系。(2) 微变形时,膨胀力随变形增大而衰减明显,在干密度大、初始含水率低时衰减幅度较大,反之较小;在干密度及初始含水率一定时,微变形膨胀力随着变形率增大而呈指数衰减。(3) 微变形与零变形膨胀力之比随变形率增大而呈指数减小,当变形率为1%,2.5%和5%时,微变形膨胀力与对应零变形膨胀力之比分别为75%,55%和35%。     

理想膨胀性非饱和土UH模型

膨胀性非饱和土具有吸水膨胀和浸水强度降低的特点，容易引发地基不均匀沉降导致建筑物开裂破坏。构建了与土体干密度和超固结度相关的膨胀式，并将其融入已有的非饱和土UH模型，从而能够合理地描述理想膨胀土湿化过程中体积膨胀与强度降低的特性。与已有模型相比，提出的模型所需参数少，可以更合理地考虑超固结度和初始干密度对膨胀土应力应变关系的影响，同时可以体现膨胀土在超固结状态下的应力软化特性和剪胀特性。该模型在不考虑土体膨胀式时可以退化成已有的非饱和土UH模型。通过与已有膨胀性非饱和土的试验结果对比分析，验证了模型在定量描述膨胀性超固结非饱和土应力应变特性上的合理性。     

膨胀性非饱和土统一硬化模型

缓冲和回填材料的选择作为高放废物处置中的重要一环,有着非常重要的作用。许多研究表明:高庙子膨润土的诸多优良特性如低渗透性、高膨胀性、热稳定性等非常适合作为高放废物处置的缓冲和回填材料。针对高庙子膨润土的高膨胀性,在超固结非饱和土统一硬化模型的基础上,通过引入一项与原有塑性体变相耦合的膨胀体变,建立了能够反映土体湿化膨胀的膨胀性非饱和土统一硬化模型。该模型能够较好地反映出膨胀性非饱和土的高膨胀性及其膨胀效应随初始干密度、超固结程度变化等特性。     

氯化钠溶液饱和不同初始含水率膨润土的膨胀特性

采用不同初始含水率控制土颗粒扩散双电层的形成程度,进行了一系列氯化钠溶液饱和膨胀试验,探究了具有不同扩散双电层厚度膨润土样在不同浓度氯化钠溶液中的膨胀特性,并对不同初始含水率膨润土样进行核磁试验。核磁试验结果表明,当初始含水率小于10%时,最优T2值不随着含水率增加而增加,根据T2值与水的赋存半径关系,说明此时土样只有强结合水存在,即土样强结合水率为10%。这与用其它方法算出的强结合水率基本一致,说明核磁共振技术可测定出土样的强结合水率。膨胀试验结果表明,当初始含水率小于10%时,不同浓度氯化钠溶液饱和试样时,其膨胀性基本不变;而用氯化钠溶液初始含水率大于10%试样时,随着其浓度的增加,膨胀率明显降低。造成上述差异的原因是,当只有强结合水存在时,试样被氯化钠溶液饱和后,土颗粒会吸附水化的阳离子,增加土颗粒固定电荷,导致膨胀力增加,增加试样的膨胀性,而随着溶液浓度的增加双电层厚度与膨胀力降低,会降低试样的膨胀性。     

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。     

重塑膨胀土膨胀特性变化规律的试验研究

对南水北调中线南阳中膨胀土重塑样进行了不同初始含水率和干密度下的膨胀力试验和有荷条件下的膨胀率试验,研究了南阳中膨胀土极限膨胀力与初始含水率和干密度、膨胀率与上覆压力之间的规律关系,并建立了能够系统考虑初始含水率和干密度耦合变化的膨胀力与允许膨胀变形关系的计算公式,对科学认识膨胀土性质、优化相关设计具有重要的理论和实践价值。     

膨胀土缩胀过程中体变特征的试验研究

膨胀土的胀缩变形会对其上的建筑产生危害,研究膨胀土的胀缩变形特征具有重要意义。通过一系列干燥收缩-加湿膨胀试验,研究膨胀土在收缩-膨胀循环过程中孔隙比-含水率的关系及初始干密度对其的影响,结果表明:采用照相法测量土样面积是一种较为理想的非接触测量方法;不同初始干密度下的收缩曲线及膨胀曲线分别相互平行,且随着初始干密度的增加,孔隙比-含水率曲线往下移动;当初始干密度小于临界干密度时,土样的收缩曲线与膨胀曲线相交;随着初始干密度的增加,土样的收缩曲线与膨胀曲线逐渐由交叉状态变为分离状态;在一次干缩-湿胀过程中,随着初始干密度的增大,土样的体积收缩率逐渐减小,体积膨胀率变化不大,即经过一次收缩后,初始干密度对土样膨胀性的影响减弱。     

膨胀土膨胀性能结构分析新方法

在大量试验基础上,引入电阻率不规则因子概念,探讨了膨胀土样膨胀量与其相应电阻率不规则因子的内在关联,揭示了膨胀土样膨胀性能的内在结构机理。同时,提出消膨因子概念,指出初始消膨因子可作为表征膨胀土膨胀性能的一项指标,来描述土样膨胀性强弱和预估土样的最终膨胀量。     

自由膨胀比指标评价改良膨胀土的膨胀性

针对自由膨胀率试验中存在的不足以及改良膨胀土膨胀性评价的难点,引入自由膨胀比指标用于掺灰改良膨胀土的膨胀性评价。试验研究表明:自由膨胀比指标与改良膨胀土的基本物理力学性质指标(包括颗粒分布、界限含水率等)以及常用的膨胀土胀缩性指标(包括自由膨胀率、膨胀量、膨胀力与线缩率)间存在良好的线性相关关系。自由膨胀比方法具有操作相对简单,可靠性好等优点,对实际工程的预测结果与实测结果基本一致。利用自由膨胀比指标可以有效进行改良膨胀土膨胀性强弱的预测评价,具有重要的理论意义和应用价值。     

膨胀土膨胀力的改进测定及其规律研究

通过改进的测试手段,对膨胀土膨胀力与初始含水量、初始干密度和竖向压力的相关关系及其对各因素的敏感性进行研究。结果表明,在800kPa范围内,膨胀土的膨胀力随初始干密度的增大而增加,随初始含水量和竖向压力的增大而减小;膨胀力与初始干密度和初始含水量几近呈线性关系,而与竖向压力呈半对数线性关系;影响膨胀力发挥的最大因素是干密度,其次为含水量,最后为竖向压力。     

膨胀岩三维膨胀本构关系的研究

本文根据三轴膨胀试验结果分析了Ｅｉｎｓｔｅｉｎ和Ｗｉｔｔｋｅ关于三维膨胀本构的假说,指出了其不完善之处。并建立了可综合考虑应力和含水量两个因素的新型三维膨胀本构关系。     

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。     

膨胀岩三轴膨胀试验的研究

本文介绍了作者所开展的膨胀岩三轴膨胀试验的设计和试验方法,并通过试验证实了膨胀应变是由于应力第一不变量的改变所引起的结论,得出了膨胀岩吸水饱和值是体积应力函数的结论。     

强膨胀性软岩的判别与分级标准

鉴于目前强膨胀性软岩判别和分级标准的研究处于初级阶段且其在实际工程中的重要性,在前人研究成果的基础上,结合具体工程实践和现场、室内实验结果,提出了软岩具有强膨胀性的最本质原因在于含有大量的强亲水性粘土矿物如蒙脱石和伊/蒙混层矿物等,在此基础上结合其他理化、力学指标提出了强膨胀性软岩的分级标准,并在现场工程实践中得到了很好的应用。     

南水北调中线膨胀岩膨胀特性研究

对南水北调中线强膨胀岩重塑样进行了膨胀率试验,分析吸湿条件下膨胀岩膨胀变形规律。通过控制应变的广义膨胀力试验,研究了广义膨胀力的影响因素,并推导出广义膨胀力经验公式。膨胀率试验表明,邯郸强膨胀岩的膨胀率与干密度线性正相关,与初始含水率线性负相关。广义膨胀力试验表明：广义膨胀力与干密度和含水率线性相关,随干密度增加、初始含水率降低而增加,反之减小;边界约束对于广义膨胀力的影响显著,膨胀应变的略微增加,广义膨胀力大大降低。     

基于弹塑性本构模型的非饱和膨胀土变形研究

研究了初始含水量一定的条件下,有荷膨胀率与竖向压力半对数成线性关系,与干密度、初始含水量成线性关系,推导出了简单的本构模型,指出该模型是利用室内常规试验可以得到的,能反映研究地区岩土体主要性状的应用型本构模型。     

北山石窟岩体风化产物的形成及其破坏作用

四川大足县北山石窟岩体风化严重,导致石刻造像受到不同程度的污损破坏。为探讨风化作用形成机理,本文对风化产物类型、形成特征及其对造像的破坏作用等,进行了分析研究、论述了地下水渗流的水文地球化学作用和酸雨沉降对石窟岩体风化的影响。其中硫酸盐类的结晶膨胀作用是导致造像破坏的主要原因。石壁上可溶盐的形成、富集和迁移规律,皆与表生风化环境中元素的地球化学性质相关,空间分布显示规律性。     

膨胀力概念及其增湿规律试验研究

通过对膨胀土膨胀力概念的剖析,指出《岩土工程基本术语标准》(GB/T 50279-98)界定的膨胀力为极限膨胀力。根据对膨胀土增湿试验的研究,得出:前期增湿会引起较大的膨胀力,在达到一定程度后出现拐点,以后膨胀力的增加趋于缓慢且近于线性;换算膨胀力与初始含水率成非线性负相关关系。同时探讨了极限膨胀力影响因素,试验表明,不同含水率制备的相同干密度的土样的极限膨胀力随初始含水率的增大而减小,对以往典型试验现象做了解释。     

杨家峪隧道裂拱机理研究

研究了杨家峪隧道裂拱发生的机理，认为造成裂拱的机理是：裂拱发生区段拱顶衬砌与围岩之间存在空洞，在水平膨胀压力作用下拱顶产生很大的负弯矩作用，致使拱顶衬砌外缘受拉开裂，内缘受压劈裂。