非饱和粉质黏土冻结温度和冻结变形特性试验研究

为掌握冻土冻结变形规律,揭示冻结变形机理,采用自行研制的温控体变仪精确测量不同饱和度、孔隙比土样的冻结变形,为计算冻土的体积含冰量,对非饱和粉质黏土冻结温度进行了测量。室内试验结果及其数据分析表明:(1)非饱和粉质黏土冻结温度(冰点)主要由土样初始基质吸力决定,基质吸力越大,冻结温度越低。(2)非饱和粉质黏土冻结变形随饱和度变化存在两种截然不同的机制,饱和度较低时,冰水相变影响较小,土体呈冻缩特征;饱和度较高时,冰水相变占主导作用,导致土体结构破坏,呈冻胀特征。(3)非饱和粉质黏土冻结体应变与土体体积含冰量和初始孔隙比具有良好的经验关系,可以基于体积含冰量和初始孔隙比预测土体冻结体应变,其中体积含冰量由土体冻结温度、温度、饱和度、干密度计算得到。     

人工冻结黏土剪切强度特性研究

黏土取自山西省某冻结法施工煤矿下,加工成Φ61.8mm×40mm标准试样。在自行研制的冻土直剪试验机分别进行-3℃、-6℃、-12℃冻结温度下的直接剪切试验,分析温度对黏土剪切强度的影响。结果表明,黏土在冻结条件下的剪切强度较常温下得到显著提高;且温度越低,黏土的剪切强度越高,但温度降低对剪切强度的影响作用越来越小。     

人工冻结作用下淤泥质黏土冻胀特性试验研究

冻结法施工在上海软土地区隧道附属设施建设中(如隧道旁通道、地下泵房等)得到较多地应用。上海地铁隧道一般位于第④层饱和淤泥质黏土层中,饱和淤泥质黏土层冻胀变形使地铁隧道管片破裂、渗水或漏泥,严重影响隧道管片质量与地铁安全运营。以上海第④层饱和淤泥质黏土为研究对象,通过室内冻胀试验,研究冷端温度对土体的冻胀力以及冻胀率的影响规律,结果显示土样冻胀率以及冻胀力与冷端温度具有较好的线性关系。通过冻结温度试验测出了土体的冻结温度,同时建立了第④层饱和淤泥质黏土的冻结温度场,进一步揭示了冻结锋面的发展与时间的关系。研究成果为上海地铁隧道冻结法设计、施工与地铁安全运营提供了有价值的参考。     

冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

列车荷载下青藏冻结粉质黏土变形特性试验研究

基于低温动三轴试验,对列车荷载下青藏冻结粉质黏土的动应变发展情况进行研究,得到冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随振动次数、动应力幅值、冻结温度和初始含水率而变化的规律。结果表明:①青藏冻结粉质黏土回弹应变在加载初期迅速减小,振动一定周次后随振动次数的增加不均趋于稳定;②累积塑性应变随着振动次数的增加呈增大趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型三种形态;③冻结粉质黏土的回弹应变和累积塑性应变随着动应力幅值增加和冻结温度升高而增大;④初始含水率越高,冻结粉质黏土的回弹应变越小、累积塑性变形越大。研究成果对我国冻土地区铁路路基长期动力稳定型评价及路基设计具有重要参考价值。     

冻结哈尔滨粉质黏土超声波速测定试验研究

采用超声波技术测定冻土动弹性力学指标正是目前冻土学术界及工程领域致力研究的一个热点。本文将基于日产UVM -2型声速仪对冻结哈尔滨粉质黏土超声波速测定结果 ,主要考察负温和含水率对超声波在冻土中传播速度及冻土动弹性力学指标的影响     

交通荷载作用后粉质黏土不排水强度特性试验研究

利用动三轴仪,对京津高速铁路沿线典型的饱和粉质黏土经历交通荷载长期作用前后的强度进行对比试验,研究排水条件、施工扰动及超固结等因素对土体振后不排水强度的影响.研究结果表明:长期交通荷载作用下产生的累积轴向应变和孔压均可作为试样结构破坏程度的表征,且存在临界值.当应变或孔压超过其临界值时,振后强度会发生衰减.若施工扰动破坏了土体天然结构性,两者的临界值均将大大降低,地基振后强度均发生衰减,且衰减程度也比天然地基大.地基中存在良好的排水途径将有效提高正常固结地基振后承载能力;交通荷载的往复作用及排水条件对预压处理后的超固结地基强度影响较小.     

人工胶结粉质粘土的强度、变形特性试验研究

人工胶结结构性土(改良土)被广泛应用于天然地基土的物理力学特性改良。然而,这种土在具有较高的强度与刚度的同时,往往表现出较强的非线性力学行为。以水泥胶结粉质粘土为例,通过三轴试验系统地研究了具有不同胶结结构性程度试样的强度特性及变形特性。研究发现胶结结构性土往往呈现出显著的应变软化特征(脆性破坏),其峰值强度为一种受围压及胶结结构性影响显著的状态相关参数,而残余强度为一种受围压及胶结结构性影响较小的状态无关参数。胶结结构性土的压缩刚度明显高于重塑胶结土(无胶结结构性),其等向压缩曲线(ICL)会伴随胶结损伤逐渐屈服并趋近于重塑胶结土的正常固结曲线(NCL),这为间接确定胶结结构性土的NCL提供了思路。不同于超固结粘土或密实砂土的“剪胀软化”,胶结损伤会诱发胶结结构性土的“剪缩软化”现象。此外,胶结结构性土中的应变局部化会影响试样的整体体变趋势,使得其临界状态线(CSL)与相应的重塑胶结土CSL之间存在着差异。     

单向冻结条件下饱和粉质黏土的冻胀试验研究

在单向冻结条件下对饱和粉质黏土试件进行了6种工况下的室内冻胀试验研究.结果表明:冷端温度、压实度、温度梯度、上覆压力和补水条件是影响土体冻胀变形的关键因素;温度梯度、冷端温度和上覆压力与土体冻胀变形呈反比,压实度与土体冻胀变形呈正比;冻胀率是表征土体冻胀敏感性的关键指标,与材料参数和冻结条件有关.最后,基于试验研究提出了用于指导工程应用的路基冻胀病害防治措施.     

重塑黏土和原状粉质黏土的动力特性试验研究

试验采用单个空心试样振后固结再振的动扭剪方法与采用多个试样的常规动扭剪方法,针对重塑黏土、原状粉质黏土探讨了不同方法下两种土样的动力特性。试验结果表明: 单个试样振后固结再振得到的动剪切模量G、阻尼比ξ与用多个试样的常规动扭剪方法得到的试验结果比较接近,可以认为在小应变下采用单个试样振后固结再振的试验方法是比较可靠的。同时发现卸压时的G随着固结压力的减少而降低,下降的梯度比加压时的小。重塑黏土和原状粉质黏土的G/Gmax～γ和ξ/ξmax～γ基本与试验方法和围压无关,并对模型中有关参数的影响因素做出了初步的探讨,给出了归一化动力变形关系曲线。采用单个试样进行振后固结再振的方法具有节省取样数量和减小试验操作、试样差异等因素对试验结果分析的影响,并且在试验结果可靠的基础上能够提供很多便利。     

中等压缩性粉质黏土不排水剪切强度试验研究

为获得原状中等压缩性粉质黏土的剪切刚度和抗剪强度,开展了直剪固结快剪和固结不排水三轴剪切(CU)对比试验,分析了偏应力随整体、局部轴向应变的发展,研究了整体、局部变形测量获得抗剪强度的差异,探讨了刚度衰减特征,提出了固结快剪和CU试验抗剪强度之间的关系。结果表明:变形测量方式对粘聚力c′影响显著,与整体相比,局部粘聚力c′提高2.9~11.1 kPa,局部内摩擦角φ′低0.4°~1.7°。剪切刚度E_sec随轴向应变ε₁增加呈反“S”形衰减。应变ε₁＜0.005%时,局部测量刚度E_sec高于整体,其衰减幅度显著,但随轴向应变增加,二者刚度差值缩小。直剪试验与CU试验抗剪强度差值随着竖向应力的增加而增大,CU试验抗剪强度明显高于直剪,建立了抗剪强度参数的修正关系。     

望江地区典型淤泥质粉质黏土蠕变特性试验研究

基于黏土常规三轴蠕变试验成果,研究了望江地区淤泥质粉质黏土的非线性蠕变力学特性,分析了其轴向蠕变规律。蠕变试验采用分级加载的方式进行,利用线性法和"陈氏法"对试验数据进行处理,得到了淤泥质粉质黏土在不同应力状态下的蠕变试验曲线,发现"陈氏法"比线性法更适合处理非线性流变材料的蠕变试验结果。在此基础上,得到该淤泥质粉质黏土的应力-应变等时曲线,根据该曲线的变化规律,采用Singh-Mitchell模型对该淤泥质粉质黏土的蠕变曲线进行拟合,确定模型参数,建立了适用于望江地区淤泥质粉质黏土的非线性蠕变模型。     

多年冻土区粉质黏土融沉特性试验研究

以国道322库—根公路工程为依托,通过对沿线多年粉质黏土冻土原状样进行融沉试验,分析了融沉系数随含水率、干密度的变化规律,发现弱融沉以上等级的粉质黏土冻土原状样的融沉系数随含水率的增大而增大、随干密度的增大而减小的规律,进而提出了多年冻土区粉质黏土路基的治理思路,为极寒地区多年冻土路基融沉治理提供了理论参考与科学依据.     

粉质黏土三轴排水蠕变特性试验研究

采用三轴排水蠕变试验探讨了粉质黏土的蠕变特性,试验考虑了k0固结条件,对比研究了轴向分级加载和侧向分级减载2种应力路径下土体的蠕变特性。通过研究可得,粉质黏土的轴向蠕变类型为衰减蠕变型,体积蠕变受围压和应力历史影响明显;在侧向分级减载和低围压条件下,土体会表现出剪胀特性;基于三单元力学模型获得粉质黏土的蠕变起始时间为施加偏应力荷载后的60～100 min;粉质黏土的蠕变系数与应力水平、蠕变加载方式有关,受围压影响较小;轴向分级加载条件下,蠕变系数与应力水平呈线性变化关系;侧向分级减载条件下,蠕变系数与应力水平呈非线性关系。     

南京地区冻结粉质黏土邓肯–张模型参数试验研究

通过冻结状态下三轴剪切试验,主要研究南京地铁冻结粉质黏土的抗剪强度和变形特性。结果表明:温度越低,土体抗剪强度越大。据此建立了以温度、围压为影响因素的冻结粉质黏土邓肯–张本构模型,并得出模型参数a,b;破坏强度与极限强度的比值为fR,其值为0.77~0.91,均值为0.86。将模型计算的应力–应变曲线与试验所得应力–应变曲线相比较,发现两者吻合较好。对比结果说明模型能够较好反映不同围压、温度条件下冻结粉质黏土的强度和变形特性。研究成果为人工冻结法在南京地铁中的应用提供一定参考。     

冻结状态青藏粉质黏土的渗透系数测量研究

粉质黏土在青藏高原多年冻土地区广泛分布,为了充分认识其在冻结状态下的渗透性质,开展了一系列渗透试验测量了在-0.6℃~0.1℃条件下含水率为50%的青藏粉质黏土的渗透系数。结果显示:在高负温区间内,冻结粉质黏土的渗透系数处于8.22×10~(-11)~7.19×10~(-9) cm/s之间;另外,渗透系数与土温之间呈现出幂函数关系,土温越接近于0℃,渗透系数增大越快;冻土的渗透系数表现出随着未冻水体积含量的增加而快速增大的趋势。渗透性的存在可测意味着高温冻土在外荷载下会存在固结作用。     

含水率对冻结粉质黏土力学性能的影响

通过对大庆市季节性冻土区冻结粉质黏土不同含水率下抗剪和抗压力学性能的试验,得到低温度下黏聚力c、内摩擦角 φ、抗剪强度及抗压强度与含水率的变化规律,以及最优含水率对其抗剪强度和抗压强度的影响;并对其初始弹性模量进行分析.研究结果表明:冻结粉质黏土的黏聚力c、内摩擦角 φ 随着含水率的增大呈现出先增后减趋势;其抗剪强度随...     

K_0固结粉质黏土非共轴特性试验研究

为研究主应力轴定向旋转条件下K_0固结饱和粉质黏土的强度特性和变形特性,利用GDS三轴试验系统,进行K_0固结饱和粉质黏土三轴定向剪切试验,研究不同大主应力方向角β时K_0固结饱和粉质黏土的应力–应变发展规律及应力–应变非共轴现象。结果表明:当β45°时,K_0固结粉质黏土表现为轴向压缩变形为主,其抗剪强度随着β的增大而增加;当β=45°时,试验变形以扭剪变形为主;当β45°时,试样轴向由剪缩变形转换为剪胀变形,径向和环向表现为挤缩变形,其抗剪强度随着β的增大而减小,土体抗剪强度最大值出现在β=60°时,而非纯扭剪试验β=45°时。K_0固结粉质黏土在τ_(zθ)/σ_(c0)-(σ_z-σ_θ)/(2σ_(c0))平面上强度包络线近似呈抛物线形。除纯扭剪试验外,其余组试验结果表明K_0固结粉质黏土应力–应变关系表现出明显的非共轴现象。上述研究成果为复杂应力路径条件下K_0固结饱和粉质黏土的力学特性及其本构关系研究提供了科学依据。     

长江下游水下粉质黏土工程特性研究

基于大量的土工试验,对长江下游苏通大桥工程区水下粉质黏土的工程特性进行研究,发现粉质黏土的不同指标的变异系数差别较大。土颗粒比重、天然密度、饱和度的变异系数较小,天然含水量、天然孔隙比、液限的变异系数一般,塑限、压缩模量、压缩系数、黏聚力、内摩擦角、标贯击数等的变异系数较大;液限与天然含水量不存在相关关系,塑限与天然含水量的相关性较好,而天然孔隙比与天然含水量、天然密度的相关性很好;压缩模量、压缩系数与天然孔隙比、天然含水量、天然密度的相关性较好,相关系数达0.87以上;压缩系数与液限不存在相关关系,但压缩系数与塑限存在相关关系,相关系数为0.611 09。结果表明,对大量试验数据的统计分析是研究土工程特性的重要方法。     

长江下游水下粉质黏土工程特性研究

基于大量的土工试验,对长江下游苏通大桥工程区水下粉质黏土的工程特性进行研究,发现粉质黏土的不同指标的变异系数差别较大.土颗粒比重、天然密度、饱和度的变异系数较小,天然含水量、天然孔隙比、液限的变异系数一般,塑限、压缩模量、压缩系数、黏聚力、内摩擦角、标贯击数等的变异系数较大;液限与天然含水量不存在相关关系,塑限与天然含水量的相关性较好,而天然孔隙比与天然含水量、天然密度的相关性很好;压缩模量、压缩系数与天然孔隙比、天然含水量、天然密度的相关性较好,相关系数达0.87以上;压缩系数与液限不存在相关关系,但压缩系数与塑限存在相关关系,相关系数为0.611 09.结果表明,对大量试验数据的统计分析是研究土工程特性的重要方法.