荷载-水化耦合下红层泥岩的变形特性

红层泥岩是一种常见的软岩,广泛分布于我国的西南、西北、华中及华南地区。水对红层泥岩的力学特性影响显著,由于降雨因素的影响,红层泥岩地区的边坡频频爆发崩塌、滑坡等工程事故。为模拟红层泥岩地区经历极端干燥天气后突降暴雨,即红层泥岩在不同荷载水平作用下从干燥状态到饱和状态水化作用的全过程,研究红层泥岩在不同荷载水平作用下遇水水化后的变形和强度特征,设计了一个简单试验装置和试验方案,实现了对红层泥岩在荷载-水化耦合作用下的变形特性研究。试验结果表明:①红层泥岩的水化作用明显,红层泥岩的饱和单轴抗压强度远低于干燥岩样的单轴抗压强度,考虑荷载作用下的干燥红层泥岩水化破坏应力水平又远低于泥岩的饱和强度;②破坏是一个渐变的过程,在某一应力水平作用下岩石的变形经历了一个从缓慢增长到急剧增长的过程,但岩样的破坏具有突然性,泥岩破坏后呈泥状。成果可为红层泥岩地区的工程稳定性研究提供一定的参考。     

循环荷载下红层泥岩土累积变形特性

针对红层泥岩土这种特殊的粒类材料,通过动三轴试验研究其在循环荷载下的累积变形特性。在动荷载不超过临界动应力条件下,红层泥岩土累积应变随循环次数的变化有一定规律性：应变在初期是快速增长,随着循环次数的增加,应变增幅减缓,最终达到稳定,且变形主要发生在前1 000次的循环阶段。基于动三轴试验结果,并考虑土的类型、应力状态、物理性质和循环次数等主要影响因素,提出了一个计算红层泥岩土累积变形的模型。该模型不仅能反映动、静偏应力和静强度的影响,还考虑了围压对累积应变的影响,能较好地反映累积应变的发展规律,而且模型参数具有明确的物理意义。通过达成线红层泥岩路基现场激振试验,验证了该模型的有效性和实用性。     

水泥改性膨胀土强度特性及微观机理研究

对水泥改性膨胀土进行抗压强度试验和扫描电镜试验,借助GIS技术建立膨胀土微观结构三维模型并计算三维孔隙率,分析水泥的掺入对膨胀土微观孔隙变化规律。结果表明,水泥对膨胀土具有良好的改性效果,抗压强度随水泥掺入比的增加而增大。基于GIS技术对水泥改性膨胀土的SEM图像建立3D Sense模型,直观、真实地展现了土体颗粒微观结构的起伏形态。对比结果,基于GIS软件对土体微观结构进行定量分析的方法是可行的,计算结果具有较高的准确性,研究结果为水泥改性膨胀土提供基础参数。     

广西河池红层泥岩力学特性的纳米压痕试验研究

为了系统表征广西河池地区红层泥岩中各矿物组分的力学性质,采用纳米压痕测试技术,测试了红层泥岩样品在4种峰值荷载下的力学性能,并结合X射线衍射仪和光学显微镜等设备,将每个测点结果依次对应到各矿物组分上。结果表明：广西河池地区红层泥岩内部具有高度的非均质性,主要成分以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃为主,所含矿物组分主要包括石英、斜长石、白云母等。黏土矿物和各种矿物组分呈紧密、无规律排列。单次纳米压痕试验的泥岩荷载-压入深度曲线的离散化程度较高,但每组荷载下的12个测点的平均最大压入深度和塑性变形满足荷载越大则压痕深度越大的基本规律。当峰值荷载较小时,泥岩中各测点的弹性模量和硬度体现了良好的线性相关性。泥岩中的石英成分强度最高,力学性能最好,斜长石次之;白云母和黏土矿物的力学性能最差。同时,红层泥岩内部表现为多孔隙、多裂缝结构,导致黏土矿物的平均弹性模量低于其他类岩石的水平,这也是导致红层泥岩易开裂、遇水易崩解的原因。     

顶山隧洞平洞强膨胀泥岩段施工

顶山隧洞竖井平洞强膨胀泥段施工,采取加强一次支护,增大预留变形量,并及时跟进施工二衬混凝土,利用二衬混凝土抵抗围岩膨胀力的施工方法,较好解决了膨胀泥岩对隧洞施工的影响。     

北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究

北疆某工程穿越膨胀土区域,自运行以来发生多次滑动破坏,为深入探讨其破坏机理,通过对膨胀土进行室内直剪、压缩、渗透及扫描电镜试验,从宏观角度分析其力学特性,微观上揭示其物理机制。宏观分析表明：随含水率增加,黏聚力降低,内摩擦角呈先增后减趋势,在最优含水率时达到峰值;随干密度增加,黏聚力增加,内摩擦角呈逐步增大的趋势;随含水率增加,稳定孔隙比呈下降趋势,表明土体的压缩性增强;随干密度增加,初始孔隙比减小,稳定孔隙比趋于定值。电镜扫描结果显示：随固结压力增加,土体的结构类型由絮凝结构逐渐向紊流和层流状结构演化,孔隙数量与大小均下降,颗粒聚集效应明显,膨胀土压缩性降低;膨胀土在低固结压力下渗透性较强,在较高压力（200～1 600 kPa）下较小,渗透系数量级为10-6～10-8,与孔隙比呈正相关,可用幂函数的形式表达;随固结压力增加,松散堆积结构转变为紧密结合的层流状结构,孔隙面积减少,渗透系数显著降低。     

单向及多向浸水条件下泥岩膨胀变形试验研究

泥岩浸水膨胀变形将导致构筑物地基上拱病害,为研究浸水方式对膨胀土膨胀变形的影响,以兰新铁路第二双线一处典型膨胀泥岩为研究对象,通过单向浸水(包括上部和底部渗透)和三向浸水方式进行了重塑泥岩膨胀变形试验。试验结果表明:不同浸水方式下土体达到膨胀稳定的时间不同,三面浸水方式较单向浸水方式下所需时间短。试验初期单向底部浸水膨胀变形速率较顶部浸水时小,三向浸水膨胀变形速率随注水孔增多而增大。通过试验数据进一步分析发现,三面浸水方式下膨胀变形量与浸水过程吸水量呈良好幂指数关系,单向浸水两者呈良好对数关系,土体浸水方式对膨胀量计算模式有重要影响。通过对比不同浸水方式下膨胀速率及膨胀变形量变化规律,为膨胀土地基设计和预警提供理论支撑。     

红层软岩膨胀力学特性试验研究

红层地区岩体膨胀变形现象显著。为研究红层软岩膨胀力学性能,采用YYP-50型岩石膨胀压力试验仪和岩石自由膨胀率试验仪对某隧洞区5种不同岩性的红层软岩进行室内膨胀特性试验,并通过pH计测定了膨胀压力试验前后水溶液的pH值。试验结果表明:该隧洞区5种红层软岩的平均膨胀压力差异明显,最低为175.13 kPa,最高可达2 080.16 kPa,膨胀力的对数与膨胀应变呈线性增长关系,膨胀压力与干密度、吸水率皆呈正相关,与初始含水率呈负相关;膨胀压力试验后5种软岩的水溶液pH值均大于7,且不同地层水溶液pH值变化率不同,膨胀压力的大小与pH值及其变化率呈正相关;5种软岩的平均自由膨胀率相对较大,纵向、径向最高可达40.8%和32.4%,平均膨胀压力与平均自由膨胀率表现出指数增长趋势。研究成果可为今后膨胀岩地区工程建设提供一定的理论支撑。     

压实黄土非饱和增湿变形过程及其微观机制

为了研究黄土的非饱和增湿变形特性,对不同压实度的黄土分别进行分级浸水的增湿变形试验,对其从非饱和状态增湿至饱和过程中的变形特性进行对比研究,提出了压实黄土增湿变形的临界孔隙比。通过扫描电镜试验(SEM)和压汞试验(MIP),分析了压实黄土的增湿变形特性与其微观结构之间的关系。结果表明:竖向应力条件下,当压实黄土的初始孔隙比大于临界孔隙比时,孔隙比将随饱和度增大呈指数函数递减,并趋向于临界孔隙比;当压实黄土的初始孔隙比小于临界孔隙比时,孔隙比随饱和度增大不变。压实度为70%时,黄土内部具有大量大于颗粒尺寸的大孔隙,增湿变形较强;压实度达到90%时,黄土内部孔隙尺寸远小于大部分颗粒尺寸,增湿变形很弱。在水力耦合作用下,压实度为70%的黄土的孔隙结构变化很大,颗粒边角相互摩擦变圆,颗粒排列定向性明显加强;而压实度为90%的黄土的孔隙结构变化较小,集粒内部弱胶结作用的破坏使颗粒更趋于棱角状,颗粒排列定向性无明显变化。研究结果为明确黄土的增湿变形机制提供了参考。     

固化疏浚土宏-微观力学特性室内试验研究

以上海某沿海港域吹填场地的砂土和黏土为试验土料,通过掺入自制固化剂和WK-G1型固化剂在室内制备固化疏浚土试样,采用土力学直剪和压缩试验方法,着重分析了固化剂掺量和养护龄期对固化疏浚土试样抗剪强度与压缩变形特性的影响。此外,利用扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)从微观层面分析了固化疏浚土试样的结构特征,采用Image-Pro Plus(IPP)图像处理软件和自编MatLab程序,提取和分析与颗粒、孔隙及颗粒表面起伏相关的微观结构分维数,基于分形理论,探讨了固化过程中试样微观结构变化与宏观强度及变形特性的宏微观关联。试验结果表明:无论砂土还是黏土,试样压缩模量和抗剪强度均随固化剂掺量和养护龄期的增加呈现出非线性增长规律,在微观机制上,试样压缩模量和抗剪强度的提升与颗粒平均面积与平均半径的增加密切相关。     

膨胀岩水-岩耦合作用对隧洞衬砌变形破坏的机制分析及施工设计要点

四川盆地广布紫红色粉砂质泥岩、泥岩等红色地层(俗称“红层”)，其特点是岩石质地软弱．遇水易崩解、膨胀。以四川省升钟灌区左分干渠回龙宫隧洞衬砌的变形破坏为例，研究其隧洞围岩的膨胀特性，分析了该类膨胀围岩的膨胀机制，提出了水—岩耦合作用的概念及岩石环境对膨胀的影响，阐述了回龙宫隧洞衬砌变形破坏的原因及膨胀围岩隧洞的施工和设计要点。     

崩解性砂岩-水泥改良膨胀土物理力学特征及微观机理研究

基于引江济淮工程特有的地质条件,采用常规物理力学试验及扫描电镜试验,开展渠道下层崩解性砂岩弃料及水泥改良渠道上层膨胀土的改良效果及改良机理研究.结果表明,膨胀土中掺入砂岩与水泥后,土体最大干密度与抗剪强度增大,最优含水率减小,击实曲线曲率半径增大,土体胀缩特性被有效抑制,呈现出非膨胀特性.砂岩掺入能有效改善膨胀土颗粒级...     

微观结构对膨胀土土-水特征曲线的影响

为了探究膨胀土吸湿过程土-水特征曲线与微观结构变化的关系,采用渗析法和气相法对南阳原状膨胀土的持水特性进行研究,获得了土样在全吸力(0.01~309 MPa)范围内的土-水特征曲线。利用Van Genuchten模型对试验结果进行拟合;采用扫描电镜试验和压汞试验测定吸湿过程中土样微观结构的变化,从微观的层面对膨胀土土-水特征曲线的趋势进行分析。研究表明:在吸湿过程中,膨胀土的微孔隙和大孔隙体积含量增多,小孔隙体积含量减少;吸湿过程中小孔隙和微孔隙体积含量的动态变化使得膨胀土表现出在土-水特征曲线没有拐点的情况下持续增湿的特性;大孔隙体积含量的变化只影响土-水特征曲线的边界效应段,但是影响较小。     

双孔结构非饱和压实黏土的渗流-变形耦合微观机理

土体中的渗流-变形耦合问题是岩土工程中极为常见但却易被忽视的问题之一,尤其是对于拥有双孔结构的非饱和压实黏土,渗流-变形耦合过程较为复杂,从微观机理上对耦合全过程进行分析,有助于深入理解土体在渗流-变形耦合作用下的内在机制,为建立理论模型及开展进一步的试验研究奠定基础。基于已有的试验研究成果,并结合相关本构模型的建立及预测,以双孔结构土在常应力条件下的干燥过程为例,揭示了双孔结构非饱和压实黏土在不同阶段的渗流-变形耦合规律,以及耦合全过程的微观机理;对初始干密度对非饱和土渗流-变形耦合特性的影响进行对比分析。研究表明:渗流-变形耦合作用在大孔隙渗流阶段表现较为显著,而在小孔隙渗流阶段则不够明显;初始干密度对渗流-耦合作用的影响仅在大孔隙渗流阶段起作用。