粉土最优土水特征曲线模型

基于压力板仪的轴平移技术,对粉土试样开展室内试验。测试多组特定吸力下试样的含水率,选用Van Genuchten模型、Gardner模型、Fredlund-Xing模型3种幂函数形式的土水特征曲线(SWCC)模型对试验数据进行拟合,得到各模型的拟合参数。3种函数模型的拟合方差依次为Van Genuchten模型>Fredlund-Xing模型>Gardner模型,即3种SWCC模型中Van Genuchten模型对试验用粉土的SWCC拟合精度最高,结果最优。     

桂林雁山红粘土的土-水特征试验

采用压力板仪对重塑红粘土在不同干密度条件下进行脱湿试验,得到了相应的土-水特征曲线.采用常用的van Genuchten模型、Fredlund 4模型对实测的土-水特征曲线进行了拟合,其拟合结果较好.试验结果表明：干密度越大、进气值越高,试样在相同基质吸力下干密度大的试样含水量更高.将红粘土的土-水特征曲线与干密度非常接近的贵州地区玄武岩红土进行了对比,发现红粘土的持水能力要比其他类型的粘土更强.     

橡胶水泥土强度特性与机理的试验研究

为了改良水泥土,提出将土、橡胶粉、水泥等强制搅拌形成新型水泥土复合体-橡胶水泥土(RCS).通过对橡胶水泥土应力-应变曲线、无侧限抗压强度的试验测试,得到了水泥掺量、橡胶粉掺量、橡胶粉粒径等因素对橡胶水泥土强度的影响并分析了内在机理.橡胶水泥土的应力-应变曲线发展基本经历弹性、弹塑性及塑性3个阶段,峰值应变高于水泥土.橡胶水泥土强度随着水泥掺量的增大而提高,随着橡胶粉掺量的增加而降低;粒径对橡胶水泥土强度的影响与水泥掺量有关,可能存在最优粒径问题.试验表明橡胶粉在水泥土中充当软性弹性体的作用,能够缓和内部原生裂纹的发生与扩展,因而改善和提高水泥土的塑性变形性能.     

湿-载-热对粉质黏土持水性能的影响特征及预测模型

非饱和土的持水性能通常以土水特征曲线的变化规律来体现。荷载和温度等因素对土水特征曲线的重要影响已逐渐被认识,但综合考虑湿-载-热对土水特征曲线共同作用的研究鲜见报道,对其主导性影响因素的分析更为罕见。为了探究粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能,本文开展了在不同竖向应力和温度条件下粉质粘土的干湿循环实验,分析了各因素的影响机理、特征和重要性, 并建立了反映多因素共同作用的预测模型。研究结果表明：（1）随着竖向应力的增加,非饱和土的进气值增加、减湿率降低、干湿循环过程的滞回效果变强,且在各个温度下皆表现出相同的特征;（2）对比在相同的竖向应力、不同温度下的实验曲线,发现在温度较高的状态下,土体的进气值相对略低;（3）竖向应力对于土体持水性能的影响最大,但主要局限于低吸力阶段;干湿循环的作用排第二,且随着循环次数增加会快速衰减;温度的影响较小且在吸力值或密实度较高时可忽略不计;（4）基于Logistic曲线改进后的L模型比常用的V-G模型更适用于巴东粉质粘土的土水特征曲线拟合 。综合研究结果得出：竖向应力引起特征值变化的根本原因在于内部孔隙结构的改变,进而导致持水性能产生差异;温度主要影响土体处于低应力低吸力状态时的持水性能; 三种赋存条件对粉质黏土持水性能的影响程度呈竖向应力>干湿循环>温度分布;改进后的L模型可以有效反映粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能演变特征。     

橡胶水泥土桩复合地基受力性能的有限元分析

目的 分析橡胶水泥土桩复合地基在上部荷载作用下的受力性能,为研究橡胶水泥土桩复合地基奠定基础.方法 通过ABAQUS有限元软件建立了桩土三维有限元模型,对不同橡胶粉掺入的橡胶水泥土桩进行计算分析,研究荷载-位移、桩身应力等各种影响其性能的曲线.结果 随着橡胶粉掺量的增加,荷载-沉降曲线拐点弱化.橡胶粉掺量增大,桩间土的竖向附加应力越大.由于橡胶粉掺入增加了桩间土的水平位移,使桩间土处于三向受压状态,促进了其承载能力的发挥,调整了桩土应力比.结论 合理的调配橡胶掺入比,可以在满足复合地基的沉降控制条件下,发挥桩土共同作用,改善复合地基的受力性能.     

场地形成的水泥土的劣化室内模拟试验

利用室内模拟试验研究了养护时间和水泥掺量对青岛胶州湾海相软土场地形成的水泥土的劣化影响。根据贯入阻力与贯入深度的关系曲线特征定义了劣化深度。试验结果表明,海水环境下水泥土的劣化进展较快;劣化深度随着养护时间的增加而增大;随着水泥掺量的增加,水泥土强度明显增加,同时水泥土的劣化深度显著减小;水泥土中的Ca2＋呈现由深到浅浓度逐渐降低的趋势,Mg2＋浓度变化则随着深度的增加逐渐减小。     

不同龄期下石灰改良土持水特性的温度效应

石灰改良是一种经济、有效的土质改良方法，在实际工程中，改良土由于长期暴露在复杂气候与环境中，普遍存在长期强度衰减现象。土水特征曲线是研究土体水分运移规律及其水力性能的重要途径。为研究温度和养护龄期对石灰改良土土水特征曲线的影响规律，制备了未处理重塑土样和不同养护龄期（28、90 d）下的石灰改良土样，采用滤纸法测定不同温度（0~40℃）下各土样的土水特征曲线。结果表明：石灰改良、养护龄期和温度均影响土样的持水性能，并且这种影响会随含水率的下降而降低；温度效应随温度升高而减弱。最后，采用VG模型拟合土水特征曲线，并探讨石灰改良、养护龄期和温度对于VG模型各项参数a、n、θ_s、θ_r的影响。研究结果揭示了不同温度下（0~40℃）石灰改良黄土持水特性的变化规律，为不同环境下石灰改良土水力特性的预测以及工程设计参数的选取提供依据。     

膨润土对双轮铣水泥土搅拌墙体强度和渗透特性的影响

膨润土浆液常作为地下工程双轮铣水泥土搅拌墙（CSM）的铣削液来改善土体搅拌均匀性和维持槽壁稳定。通过室内试验研究膨润土水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数等特性随膨润土掺入量的变化情况,并结合压汞试验分析掺入膨润土对水泥土微观孔隙特征的影响,探讨掺入膨润土后试样孔隙比的变化与水泥土试样无侧限抗压强度和渗透系数的内在关联。结果表明,掺入膨润土可显著降低水泥固化砂土和粉土的渗透系数;掺入膨润土还能提高无侧限抗压强度,砂土试样的无侧限抗压强度增幅较水泥固化粉土试样更大;固化土无侧限抗压强度和孔隙比与水泥掺量的比值近似呈幂函数关系;膨润土能有效填充孔隙,同时与水泥水化产物发生化学反应,改变水泥土孔隙分布;掺入适量的膨润土可改善水泥土试样承强防渗效果,在固化粉土和砂土试样中膨润土的适宜掺入量分别为5%和2.5%~5%。     

石灰和水玻璃改良粉土的水稳定性试验研究

通过对泰州某地区粉土添加不同比例的石灰和水玻璃来研究其水稳定性,试验结果表明:在石灰掺量为1%时,改良土的水稳定性极差,浸水24 h后完全崩解,提高石灰掺量或水玻璃掺量均能提升粉土的水稳定性,增加石灰掺量对粉土水稳定性的提高更加显著;石灰掺量相同时,水玻璃掺量越高,石灰和水玻璃改良土的毛细吸水速率越快,水玻璃掺量一定时,石灰掺量越高,石灰和水玻璃改良土的毛细吸水速率先减小后增大;石灰掺量为1%时,改良土的抗冲蚀性能较差,试样冲蚀4 h后破坏较为严重,提高石灰掺量能有效提升土体的抗冲蚀性能。     

湿–载–热对粉质黏土持水性能的影响特征及预测模型

非饱和土的持水性能通常以土水特征曲线的变化规律来体现。荷载和温度等因素对土水特征曲线的重要影响已逐渐被认识,但综合考虑湿–载–热对土水特征曲线共同作用的研究鲜见报道,对其主导性影响因素的分析更为罕见。为了探究粉质黏土在湿–载–热共同作用下的持水性能,本文开展了在不同竖向应力和温度条件下粉质黏土的干湿循环实验,分析了各因素的影响机理、特征和重要性,并建立了反映多因素共同作用的预测模型。研究结果表明:1)随着竖向应力的增加,非饱和土的进气值增加、减湿率降低、干湿循环过程的滞回效果变强,且在各个温度下皆表现出相同的特征。2)对比在相同的竖向应力、不同温度下的实验曲线,发现在温度较高的状态下,土体的进气值相对略低。3)竖向应力对于土体持水性能的影响最大,但主要局限于低吸力阶段;干湿循环的作用排第2,且随着循环次数增加会快速衰减;温度的影响较小,且在吸力值或密实度较高时可忽略不计。4)基于Logistic曲线改进后的L模型比常用的V–G模型更适用于巴东粉质黏土的土水特征曲线拟合。综合研究结果得出:竖向应力引起特征值变化的根本原因在于内部孔隙结构的改变,进而导致持水性能产生差异;温度主要影响土体处于低应力低吸力状态时的持水性能;3种赋存条件对粉质黏土持水性能的影响程度呈竖向应力干湿循环温度分布;改进后的L模型可以有效反映粉质黏土在湿–载–热共同作用下的持水性能演变特征。     

膨润土持水特性试验研究及其SEM微观定性分析

膨润土作为缓冲或回填材料,具有吸水性极强、膨胀性较大、渗透性极低等特性。膨润土在饱和状态与非饱和状态之间转换时,因其湿胀干缩产生的裂缝会导致工程屏障受到破坏。因此,对具有高膨胀性的膨润土的持水特性及微观结构特征进行试验研究显得非常必要。分别运用滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法对膨润土进行了持水特性试验研究,得到了不同吸力范围内膨润土的土-水特征曲线;联合用蒸汽平衡法和扫描电子显微镜(SEM)对特定吸力点(367.54、149.51、71.12、38.00 MPa)的膨润土试样进行扫描电镜试验研究。膨润土的持水特性试验结果表明,滤纸法和饱和盐溶液蒸汽平衡法测得的土-水特征曲线均随吸力的增大而减小。根据滤纸法量测的试验数据,运用origin软件获得了Fredlund and Xing(1994)提出的模型参数,通过建立模型参数与干密度之间的关系,给出了膨润土的土-水特征曲线的预测公式。膨润土的微观定性分析表明:随着吸力的增大,膨润土集聚体逐渐增大,膨润土颗粒之间也越紧密;孔隙数量随着吸力的增大而减少、孔径也随吸力的增大而减小。     

土水特征曲线参数的概率统计及敏感性分析

为了研究不同类型土体的土水特征曲线（SWCC）特性,以Fredlund-Xing模型的3种模式及vanGenuehten模型的3种模式为SWCC拟合模型,以MATLAB编程语言中的3种函数为拟合方法,以UNSODA数据库中的黏土、砂土、广西膨胀土及合肥膨胀土为研究对象,对大量的基质吸力一体积含水率数据进行了曲线拟合及参数统计,分析了拟合模型与拟合方法对模型参数的影响,得到了这4类土的SWCC参数概率分布特征;提出了考虑变量间相关性时对体积含水率进行参数敏感性分析的计算公式。拟合结果表明：拟合方法对SWCC参数有一定影响;在低吸力部分,各种拟合模型的SWCC基本一致;在高吸力部分,FX2与VG2、FX3与VG3的SWCC基本一致;体积含水率对参数a的敏感性很小,对参数n与m的敏感性较大。     

孔隙率及降解时间对垃圾土-水特征曲线影响的试验研究

采用自行配制的城市生活垃圾,开展了垃圾填埋介质的土-水特征曲线室内试验研究,揭示了不同孔隙率和不同降解时间对土-水特征曲线的影响规律.研究结果表明:VG模型能够较好地描述垃圾土基质吸力与含水率之间的非线性关系;孔隙率和降解时间对垃圾的土-水特征曲线有着显著的影响,降解时间越短,其低基质吸力(小于100 kPa)下的曲线段越陡,而其残余含水率则越低;垃圾填埋介质的孔隙率越大,其低基质吸力情况下的曲线越陡,而其残余含水率则越低.     

橡胶水泥土的抗冻性能

为了研究橡胶粉掺量、水泥掺量、橡胶粉粒径、养护方式以及龄期等因素对橡胶水泥土抗冻性能的影响,设计了初期受冻和冻融循环两类试验.试验表明：初期受冻对后期橡胶水泥土抗压强度没有影响,橡胶水泥土负温条件下抗压强度增长率高于水泥土;冻融循环初期,橡胶水泥土抗压强度呈增大趋势,峰值约出现在第15次循环;随着橡胶粉掺量的增加,抗压强度降低,橡胶粉掺量为10%的橡胶水泥土受冻融循环影响较小;随着水泥掺量的增加,抗压强度变大;对于试验选取的两种橡胶粉粒径,含粒径大的橡胶水泥土抗冻效果较好.     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

非饱和土渗透系数试验与模型预测及验证

为探究不同方法的适用性,通过压力板仪对江西某地区红土进行土-水特征曲线试验,结合动态多步溢出法、一维土柱试验的湿润锋前进法、CCG模型预测和VGM模型预测4种方法,获得土体在不同压实度下渗透系数与饱和度的关系。利用有限元软件Geo-Studio对一维土柱试验进行仿真分析,将采用VG模型拟合的土-水特征曲线及4种不同方法计算得到的渗透系数函数作为边界条件,得到了相应条件下的浸润锋时程曲线。分析模拟与试验结果发现:CCG模型预测的非饱和土渗透系数与动态多步溢出法计算的结果较为接近且略小于实际渗流情况。由于湿润锋前进法土柱试样较大,其渗透系数较动态多步溢出法大10倍左右,且最接近于土柱试验实际渗流情况。     

含大尺寸块石岩土材料土水特征曲线的试验

利用压力板法对乐昌峡坝肩边坡岩土材料的土水特性进行了室内试验研究,测量并分析了含大尺寸块石的强风化岩层的土水特征曲线.首先,对于含大尺寸块石的强风化岩层,本试验依据颗粒级配配比原料,按照一定的干密度制备试样,测量了强风化重塑试样的土水特征曲线,比较了左、右岸强风化岩层的土水特性;其次,测量了全风化原状土和重塑土的土水特征曲线,对比分析了强风化岩层与全风化岩层的土水特性差异,总结了含大尺寸块石强风化材料土水特性的特点,并就试验合理性展开相关讨论;最后,拟合了各种材料的土水特征曲线,得到相关表征各材料土水特性的参数.试验研究表明:影响含大尺寸块石岩土材料土水特性的因素中,颗粒级配的影响明显强于矿物成分的影响;与全风化土质材料相比,含大尺寸块石强风化岩层试样含水量较低,残余含水率偏小,持水能力较弱,且相对于全风化岩层原状试样和重塑试样,强风化岩层重塑试样的土水特性更接近于全风化岩层重塑试样.该试验对含大尺寸块石岩土材料土水特性的试验研究进行了初步探索,试验结果对乐昌峡工程具有一定的指导意义.     

橡胶水泥土模量与泊松比的变化规律

为了研究水泥掺量、橡胶粉掺量、橡胶粉粒径等因素对橡胶水泥土力学指标的影响规律,配比制作了橡胶水泥土试块,测定了纵横两个方向应力应变曲线,通过计算得到了橡胶水泥土的弹性模量、变形模量和泊松比.试验结果表明:随着橡胶粉掺量的增加,橡胶水泥土模量呈降低趋势,其降低速率递减;随着水泥掺量的增大,橡胶水泥土模量增高,但增量基本呈递减趋势.橡胶水泥土模量介于弹性上限Voigt模型和下限Reuss模型之间.橡胶水泥土的泊松比随着橡胶粉掺量的增加而增加.通过合理控制橡胶粉掺量,能够改善水泥土的力学性能,进而达到改良水泥土的目的.     

高分子固化剂对水泥土强度的影响研究

为研究高分子固化剂对水泥土强度的影响,对不同高分子固化剂掺量和土质条件下的水泥土进行室内无侧限抗压强度试验,从宏观上分析高分子固化剂对水泥土强度的影响规律;结合X射线衍射测试和扫描电镜测试,从微观结构上揭示高分子固化剂作用机理,分析高分子固化剂掺量和土质对水泥土强度的影响。宏观分析结果表明：在粉质黏土中,高分子水泥土的抗压强度高于普通水泥土,在粉土中两者强度相近,且两种土质中高分子固化剂掺量变化对水泥土强度影响较小;高分子水泥土在粉质黏土中的韧性表现优于普通水泥土;高分子水泥土在粉质黏土中的破坏应变大于普通水泥土;高分子水泥土在两种土质中的强度不随高分子固化剂掺量的增加而增加。微观测试结果表明：高分子水泥土在粉土中生成较多低硬度矿物成分;高分子水泥土内存在的高分子固化膜,对土颗粒进行包裹、填充与连接,增强了土颗粒之间的黏结。该结果可为地基处理材料相关研究提供一定的参考。     

水泥固化土强度特性试验研究

为研究水泥固化土强度特性,对水泥固化土进行室内不固结不排水三轴试验。结果表明,达到一定应变条件下,随着围压的增加水泥固化土应力不断增加。说明随着围压的增加,水泥固化土的强度不断增强,水泥对土体具有很好的加固作用。从不同水泥固化剂掺量应力应变关系曲线可知,水泥固化剂掺量对应力应变关系的影响从大到小顺序为5%、8%、12%、2%。随着水泥固化剂掺量的增加,破坏应力与应变成"波浪型",在水泥掺量5%处出现一峰值点。水泥固化剂掺量对固化土抗剪强度的影响,随着水泥掺量的增加黏聚力增加,但在水泥掺量5%～8%出现平稳过渡段,然后继续增加,而内摩擦角却几乎保持不变,说明水泥可以很好地改善土体强度,水泥固化土抗剪强度的重要指标是黏聚力。因此,采用水泥来加固土体,可以大大改善土体的力学性能,选取水泥掺量5%作为最佳配比,最经济合理。