湿压条件下黄土结构屈服特性试验研究

湿陷性黄土具有很强的结构性,在增湿及侧限压缩应力作用下,其变形特性表现出与一般黏性土不同的特性,针对这一问题,通过3种不同初始结构性黄土的侧限压缩试验,研究了在增湿及压缩应力条件下黄土的宏观力学特性及其结构变化特征。研究结果表明:在增湿及侧限压缩应力作用下,黄土的应力应变曲线分成3段,即平缓状态段、非线性段和线性段;原状黄土与重塑土压缩曲线的变化,显示出同一压力下黄土架空排列结构破损后孔隙比的可能变化量;原状黄土与饱和黄土压缩曲线的变化,显示出同一压力下黄土颗粒间胶结丧失后结构性黄土孔隙比的可能变化量;结构屈服应力与初始含水率之间满足幂函数关系,压缩指数与初始含水率之满足指数函数关系。     

延安新区黄土压缩特性试验研究

为研究高填方体黄土在侧限压缩状态下的结构性变化及其变形特性,以延安新区某场地黄土为研究对象,开展原状、重塑黄土的高压固结试验,研究不同试验条件下原状、重塑黄土的压缩特性及结构性变化规律,探明黄土的初始结构性、结构屈服压力与压缩指数之间的关系,考虑黄土结构性参数建立了修正的黄土一维压缩模型,并结合试验结果进行了验证。试验结果表明：增减湿和压实度的变化直接影响黄土的初始结构性和压缩特性,含水率的增大导致结构屈服压力和初始结构性的减小及压缩指数的增大,初始结构性参数与结构屈服压力及压缩指数均呈线性变化关系;重塑黄土的压缩变形随压实度的增大而减小,压缩指数随结构屈服压力和初始结构性的增大而减小;在同一含水率下,原状黄土的初始结构性参数明显大于重塑黄土;在增湿作用下原状黄土初始结构性的削弱程度远大于重塑黄土的削弱程度;采用结构屈服压力和压缩指标表征了原状黄土和重塑黄土之间的初始结构性参数关系函数,计算模型显示,随着压实度的增大,含水率的变化对黄土压缩指数和初始结构性的影响逐渐减小,而对结构屈服压力的影响仍较为显著。     

湿陷性黄土与膨胀土的分级增湿变形特性试验研究

对陕西张桥的湿陷性黄土和安康的膨胀土分别进行了分级增湿变形试验。根据试验结果分析了这两种土的应力应变关系曲线、增湿变形过程中基质吸力变化特点及增湿变形类型。分析表明，其两者的增湿变形应力应变曲线形态完全不同，湿陷性黄土的应力应变曲线明显分为压缩、湿陷变形和固结压密3段，并且在湿陷变形转变为固结压密时有一个明显的转点。膨胀土的应力则随变形增加呈衰减趋势，并且在增湿变形中以体积变形为主，剪切变形较少。湿陷性黄土和膨胀土在增湿过程中基质吸力变化亦表现出明显的差异，前者随含水率明显变化，随应力变化较小，而后者随含水率和应力的增加均有较大变化。最后提出湿陷性黄土的湿陷起始应力和膨胀土的膨胀应力两个概念，进一步合理分析了两者的特征力。     

原状黄土增湿过程中的土水特征曲线模型

黄土增湿过程是黄土持水特性与增湿变形特性相互影响的过程。已有的土水特征曲线模型主要描述土体的含水状态与吸力的相关关系,无法全面反映增湿过程中黄土的持水特性与变形特性。因此在固结仪上开展了新疆原状黄土的分级增湿试验研究,试验中引入能够全面反映土体含水状态和变形情况的"增湿水平"这一变量,并用增湿水平和吸力表征黄土土水特征曲线模型。结果表明:各竖向压力作用下增湿过程中,半常用对数坐标系下原状黄土增湿水平与吸力关系曲线形状相似,均明显的分为初期平缓段和陡降段两个阶段;竖向压力对增湿水平与吸力关系曲线的影响主要体现在初始吸力与陡降段斜率的不同,可以归一化为幂函数形式;为此建立了以增湿水平和吸力表征的土水特征曲线模型。并将该模型用于其他地区黄土,验证了所建模型适用于原状黄土的初始含水率和吸力状态、不同初始含水率的压缩状态,以及重塑黄土在压力作用下的增湿变形状态。     

冻融循环对新疆黄土结构的影响

为探究冻融循环作用对黄土结构的影响,选取新疆天山北麓黄土,采用室内试验的方法,对重塑黄土进行冻融循环试验和冻融循环后的湿陷试验,结果表明:黄土湿陷净变形随着冻融循环次数的增多先增大后趋于稳定;含水率低于塑限时黄土表现为冻缩,含水率高于塑限时黄土表现为冻胀;冻缩时冻融循环使黄土湿陷系数降低,冻胀时黄土湿陷系数增大,冻缩对黄土湿陷性起到弱化作用,冻胀使黄土湿陷性增强;含水率对黄土冻融循环后湿陷性的变化起主导作用。     

竖向压力作用下重塑黄土土柱压缩湿陷及渗水试验研究

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测截面土-水特征曲线。研究结果表明:(1)土柱压缩性与湿陷性在试验压力下与常规试验皆有差异;尺寸效应不影响试验黄土结构强度,对其湿陷起始压力影响不大;(2)土柱增湿时浸润峰的前行速率随竖向压力的增大而逐渐减小;增湿过程中土柱在力与水作用下入渗能力变化导致入渗速率曲线有交叉现象,且竖向压力越大入渗速率变化范围越小;(3)竖向压力作用改变了渗水路径,从而影响了监测点体积含水率的变化;(4)竖向压力作用对土-水特征曲线的三个阶段均有影响,压力作用时土柱饱和度皆大于无压力作用,且随着压力增大饱和度逐步增大,当吸力趋于0时,土样未完全饱和。最后利用经典Van Genuchten模型对不同竖向压力下土-水特征曲线进行拟合,模型拟合效果较好。通过试验及分析,为兰州新区建设提供相关参考依据。     

基于增湿变形的渠道工程黄土渠基湿陷性评价方法

湿陷变形是黄土地区工程建设,特别是像渠道工程这样的行水建筑物必须面对的问题。我国目前实行的《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)在工程等级标准、上覆压力选择和湿陷等级标准等方面存在不适合渠道工程的缺陷。本文依托新疆一大型引水渠道工程(设计流量215.9 m3/s,黄土深度达到30 m),从渠道工程的特点出发,提出了基于增湿变形的渠道工程渠基黄土场地的湿陷性评价方法,以弥补现有规范的不足。实例应用表明,该方法按照实际上覆压力和增湿变形等方面进行分析,具有既符合渠道工程实际,又可以充分考虑渠道工程防渗层作用的优势。     

重塑黄土等应力比三轴压缩试验研究

通过对陕西子洲重塑黄土进行三轴压缩试验,探讨和分析了不同等应力比、不同初始固结围压、不同初始干密度以及不同初始含水率对重塑黄土强度特性的影响。试验结果表明:黄土强度特性随初始固结围压、初始含水率以及初始干密度的变化规律与常规三轴压缩试验的变化规律一致;试验黄土的强度随等应力比k的变化而变化,k增大,黄土的强度也随之增大,k减小,黄土的强度也随之减小;侧向压力在随着竖向应力的微小变化下,土体破坏时的主应力值大幅度提高,使得土体的承载力大大提高,进而使得工程更加经济。     

综合利用湿陷性黄土特性处理地基的技术研究

Q3、Q4黄土在增湿时发生较大的结构破坏，因此具有很大的湿陷性。引起湿陷的主要原因是增水（从上往下或从下往上）后联结黄土的胶结物质出现溃散或破坏，颗粒重新排列和配住，从而引起结构的湿陷变形。传统的处理湿陷性黄土地基的措施是夯击、挤密、增湿变形，这些都是放弃了原状黄土在非增湿情况下具有高强度、低压缩性的这些特性，随着设计思想的发展，我们应该重视原状黄土的这些特性，IDITI法就是针对湿陷性黄土地区地基处理提出的一种新技术，其主导思想是浅层阻水、浅层排水、深层导水，这样可以有效地减少水分场对黄土地基的影响，从而提高基础的强度。     

冻融循环作用下粉质砂土的压缩变形特性研究

以季节冻土区粉质砂土为研究对象,以含水率、压实度与冻融循环次数为控制变量进行了冻融循环试验以及固结压缩试验,并对试验结果与规律进行可行性分析和总结。压缩模量是判断土体压缩性的重要指标,通过室内试验测得粉质砂土的压缩模量,并得出重塑试样的含水率、压实度以及冻融循环次数的相关规律。结果表明:冻融循环3次时压实度为0.85、含水率为16%的试样压缩变形量最大,可达1.118 mm。经过反复冻融10次后试样的压缩变形量趋于稳定。冻融循环15次时,压缩变形率随固结压力的增加而增长。在同一含水率下,压缩变形率随压实度的增加而减小,在同一压实度下,压缩变形率随含水率增加而增大。压缩模量随着含水率的增加而减小,随压实度的增加而增大,随着冻融循环次数的增加而增加。对于粉质砂土,提高压实度、降低含水率是减小路基沉降的有效措施。     

增湿强夯技术在湿陷性黄土地基中的应用探讨

在概述湿陷性黄土性能缺陷的基础上,以某拟建场地工程为例,进行了该场地湿陷性黄土路基注水增湿+高能级强夯施工过程的分析与探讨。结果表明,湿陷性黄土在浸水后会迅速发生湿陷变形,而注水增湿强夯技术通过对湿陷性黄土土体注水,使其实际含水量达到最佳含水量后再进行高能级强夯施工,工艺简单,加固速度快,夯实效果好,造价低廉。注水增湿+高能级强夯施工技术为西北地区湿陷性黄土路基的加固处理提供了可行方案。     

延安新区黄土结构性参数对无侧限抗压强度的影响规律

为研究高填方黄土的结构性在无侧限压缩状态下对其强度与变形特性的影响,以延安新区某高填方场地黄土为研究对象,开展不同试验条件下原状黄土与重塑黄土无侧限抗压强度试验,研究含水率与压实度对黄土结构性的变化规律及其力学特性的影响,并构建原状黄土和重塑黄土的初始结构参数与抗压强度关系的数学模型。结果表明：随着土样含水率的增大或压实度的减小,土体的应力-应变关系曲线由“陡峭”向“平缓”特征过渡,应力峰值减小且后移,结构性参数-应变关系曲线的峰值减小且前移;塑性指标可以作为影响初始结构性参数变化的临界值指标,含水率小于塑限值时,小应变会导致黄土结构性增强,反之则减弱;随着含水率的增大,初始结构性参数呈非线性减小,抗压强度呈线性减小;原状黄土结构性参数-应变关系曲线比相应的重塑黄土曲线分布“陡峭”, 含水率增大对原状黄土初始结构性的削弱程度明显大于重塑黄土;初始结构性参数与抗压强度具有非线性关系,可较为精确地表征出原状黄土和重塑黄土基于抗压强度、饱和黄土抗压强度及初始结构性参数的双曲线函数模型。     

原状黄土增湿变形起始屈服函数研究

为研究黄土的增湿变形问题,通过常规三轴剪切试验、等向压缩试验,分别研究了不同初始含水率原状黄土试样的应力-应变关系。通过三轴剪切试验发现,原状黄土的临界状态线近似一条直线且不通过p-q平面的坐标原点,随初始含水率变化沿q轴上下平移。通过三轴压缩试验发现,原状黄土的e-lnp曲线不是一条直线而是折线,且折点处对应的球应力随初始含水率的增大而减小。采用椭圆形屈服轨迹的假设,结合试验规律得出原状黄土试样的起始屈服函数,通过该起始屈服函数可以得出各应力路径下的起始屈服应力和起始含水率。该研究成果是后续建立原状黄土增湿变形本构模型的基础。     

黄土湿陷系数同初始含水率和上覆压力的关系研究

黄土湿陷变形使得工程造价变高,且工程事故引起的损失增大,湿陷性仍是值得研究和探索的问题。湿陷变形量的计算目前常用的方法有原位浸水试验和规范建议的湿陷系数法。原位浸水测试结果准确但成本高、耗时长,湿陷系数法更为常用,但计算结果和实际值差异很大,为此需对湿陷系数的影响因素进行研究。文章旨在探索湿陷系数与初始含水率和上覆压力的关系,在甘肃兰州和平镇取样进行基本物理力学性质的测试,取环刀样烘干后配置不同含水率的固结试验,双线法获得不同初始含水率和压力下的湿陷系数,分析其关系。结果表明:相同初始含水率下,湿陷系数随着压力的增大先快速增大后基本保持不变;相同压力下,初始含水率越高,湿陷系数越小。湿陷系数与初始含水率和上覆压力的关系可在三维空间中湿陷面表示,根据试验结果文章建立了该湿陷面的数学表达式。     

非饱和原状黄土平面应变试验研究

利用TS-526真三轴仪改造的平面应变仪,对不同含水率条件下原状非饱和黄土的变形和强度进行了试验研究。结果表明:在不同含水率下非饱和黄土的偏应力与轴向变形关系曲线均表现为硬化性或者强硬化性;在不同含水率下,非饱和黄土的偏应力与体积变形关系曲线存在明显拐点,在拐点之前土样表现为受剪压缩,拐点之后土样表现为受剪剪胀;土体的基质吸力随含水率的变化而变化,随着含水率的增大,基质吸力减小;非饱和黄土的抗剪强度参数随含水率的增大而减小;非饱和黄土的强度高于饱和黄土的强度。     

安哥拉红砂湿陷性影响因素试验研究

湿陷性是安哥拉红砂的典型工程特性，研究其影响因素对红砂地区岩土工程勘察评价具有重要意义。基于安哥拉红砂原状土与重塑土的室内压缩试验，探讨了压力、含水率、结构性、干密度和细粒土含量对红砂湿陷性的影响规律。试验结果表明：试验压力>100 kPa时，红砂重塑样湿陷系数约是原状土的2.0倍；红砂湿陷系数与试验压力和细粒土含量呈正相关关系，随压力和细粒土含量增加而增加但存在峰值压力和峰值细粒土含量，峰值压力为300 kPa,峰值细粒土含量为60%～80%;红砂湿陷系数与干密度和含水率整体上呈反比关系，原状红砂湿陷性消除和完全丧失的界限含水率分别为9%和13%;重塑土湿陷性消除和完全丧失的界限含水率分别为11%和13%,界限干密度分别为1.80 g/cm³和1.90 g/cm³,对应的压实系数分别为0.92和0.97。湿陷性红砂地区工程建设可通过提高干密度消除其湿陷性。     

压实Q_3黄土的高压压缩与浸水变形特性研究

为揭示压实Q3黄土的高压压缩与浸水附加压缩变形特性,对陕北某黄土高填方工程的压实Q3黄土进行了不同压实系数、垂直压力和含水率下的高压固结和湿陷试验,采用多元线性回归分析方法,建立压实Q3黄土的浸水附加压缩变形与压实系数、垂直压力和含水率三个物理指标的经验关系式,并通过F检验和残差分析评价了经验关系式的预测效果。结果表明,提高压实黄土的干密度可显著减少压缩变形,压缩模量受土体含水率的影响显著;当压实系数≥0. 90(采用重型击实试验控制)时,压实黄土浸水后产生的附加压缩变形基本可以消除;经验关系式可用于预测依托工程压实Q3黄土的浸水附加压缩变形。研究成果可为黄土高填方工程中土方压实标准的制订提供参考。     

基于单线法试验的黄土增湿变形非线性模型研究

黄土增湿变形一般由地面水入渗或地下水位抬升引起,是岩土工程中需要解决的一个技术难题。虽然在该领域有一些研究,提出了描述该变形的本构模型,但是与实际地基中力和水的作用路径有较大差异。本文引入"增湿水平"这一概念来描述黄土的湿度状态,通过开展分级浸水试验,着重研究先施加应力后浸水增湿路径下黄土的湿度状态与增湿变形的相关关系,建立了增湿变形非线性本构模型;用增湿变形系数和湿陷系数的比值与增湿水平关系曲线反映黄土增湿变形的敏感性,分析了竖向应力、土质对黄土增湿变形敏感性的影响;采用不同应力比的增湿水平与侧向变形曲线,分析了增湿过程中的侧向挤出变形规律。     

三门峡黄土湿陷特性及其与结构强度的关系

针对黄土湿陷性对大型输电线路塔基稳定产生不良影响的问题,对河南三门峡地区原状黄土开展了基本物理特性及湿陷性试验,获取了其湿陷系数与湿陷等级,分析了竖向压力和初始含水率对黄土湿陷性的影响规律,着重从结构强度的角度解释了黄土湿陷特性。结果表明:竖向压力与湿陷系数之间并非只是简单的单调增函数关系,而存在湿陷增强区间和湿陷减弱区间;塑限(18.6%)是黄土湿陷性强弱的分界点,当初始含水率小于塑限时,湿陷性较强,而当初始含水率接近或者大于塑限时,则湿陷性减弱;初始含水率与湿陷系数之间也并非只是简单的单调减函数关系,而在结构强度为200 kPa时(含水率为10%)附近出现明显的转折。     

孔隙比-含水率对黄土湿陷性影响分析

针对湿陷性黄土地区因黄土的湿陷性所引起的工程灾害问题,结合河南省荥阳市豫龙镇金地公园的具体项目,从项目地取自不同埋藏深度的原状黄土土样,通过WG型单杠杆双联固结仪来测试不同深度土样的湿陷性,通过室内试验来测定土样的基本物理指标-孔隙比、含水率,来研究该地区黄土孔隙比、含水率,不同埋藏深度与湿陷性之间的关系,试验结果表明,随着埋藏深度越深,黄土的孔隙比减小,湿陷性减弱;随着深度不断增加,黄土的含水率逐渐增大,黄土的湿陷性逐渐减弱,黄土的湿陷性与深度、含水率呈负相关,由于黄土是在干旱及半干旱等特殊的气候条件下形成的,从宏观上也可以更好地解释孔隙比、含水率、埋藏深度、湿陷性之间的关系。