黄土劈裂注浆土体裂纹扩展模型研究

土体裂纹扩展几何形态是劈裂注浆加固设计中需要考虑的一个重要因素,但土体注浆劈裂的发生、发展过程很难可视化。本文结合兰州新区某快速道路工程K1+662.053段加固工程,通过分析劈裂注浆裂纹扩展走势,研究了黄土地区劈裂注浆对湿陷性黄土的加固机理。并从断裂力学的角度出发,对劈裂注浆过程中土体裂纹在浆液压力下的扩展、止裂行为展开了研究并给出了相应的判断依据,建立了裂纹扩展模型。研究表明:劈裂注浆裂纹形成纵横扩展形式呈张开型,属于I型裂纹;裂纹的扩展行为受注浆压力及土层地应力的影响;浆液在裂纹中通过挤压土体形成浆脉,对土体加固起到骨架支撑作用。     

黏土中压密注浆及劈裂注浆室内模拟试验分析

开发了一种实验室模拟土体注浆的试验装置,能形成完整的试样。通过注浆模拟试验,实现了黏土注浆过程中压密浆泡及劈裂裂隙的自然产生与发展。试验结果表明:在黏土注浆中压滤效应贯穿于整个注浆过程,即在高压的作用下,浆液中自由水被强制滤过黏土,并从泻流口流出,使浆泡及浆脉中的浆液浓度提高。压滤效应随土体渗透性、浆液水灰比及注浆压力的增大而增强,因此在透水性较好的土层中注浆时,必须考虑压滤效应对浆液扩散的影响。浆液水灰比的增大将导致浆泡直径减小,浆脉数量及长度增加,浆脉宽度减小。在给定注浆压力下,随着浆液水灰比的增大,浆液的扩散方式逐渐由以压密为主向以劈裂为主过渡。黏土中劈裂注浆可分为三个阶段:鼓泡压密阶段、第一劈裂面阶段、后续劈裂面阶段,每个劈裂面都产生在阻力最小的面上。通过对原状萧山黏土、清水压密固结黏土及注浆后黏土进行电镜扫描观测分析得知:在压滤效应的作用下,水泥水化反应生成的Ca2+离子会随着滤出液扩散到土体中,导致黏土表面的双电层厚度变薄,使联结更为紧密,从而形成较坚固的团粒结构,使土体强度提高。试验结果对注浆理论研究与工程应用有一定的指导意义。     

扩孔理论在非饱和黄土劈裂注浆中的应用

针对扩孔理论在非饱和黄土劈裂注浆中的应用,将孔周围土体分为弹性区和塑性区,在弹性区中假设服从小变形理论,在塑性区中假设服从大变形理论,结合黏性土一般强度准则(SMP准则、Lade-Duncan准则、M-C准则),推导了不同理论下黄土地区在不排水条件下的劈裂注浆压力预估公式。利用现场注浆试验获得了压力P及注浆量Q的时程曲线,在P-Q-t三维散点图基础上,将理论计算结果与现场注浆数据对比分析,结果表明：基于黏性土一般强度准则推导的黄土劈裂注浆压力预估公式中,由于Land-Duncan准则及SMP准则考虑了中主应力的因素,较传统Mohr-Cunlomb模型的计算结果更加精确。对黄土注浆压力机理分析可知,当压力不大时,浆液对土体以挤密作用为主,当超过劈裂压力时,土体出现劈裂。     

不同均质度的粘土劈裂注浆特性及效果分析

注浆工程属于隐蔽工程,劈裂注浆后土层的压密效果和浆液的扩散范围不能直观地进行评价。土体是一种非均质性材料,土体的均质度是影响劈裂注浆效果的重要因素。基于Weibull分布模型构建具有不同均质度的粘土层,考虑粘土层不同均质度变化的影响,通过RFPA软件进行劈裂注浆数值模拟,得到了不同均质度下的起始劈裂压力值、最小主应力图、最大主应力图、剪应力图、浆液压力图和劈裂效果图。利用图像分割技术,得到不同均质度条件下粘土注浆劈裂的裂隙率和扩散范围,从而评价土体劈裂注浆的加固效果。结果表明,劈裂注浆加固后的土体压密效果随着均质度的增大而增大,浆液的扩散效果随着均质度的增大先增大后减小。     

非线性压密效应下砂土劈裂注浆机理研究

砂土中劈裂注浆是浆液与土体耦合作用的动态过程,浆液扩散具有隐蔽性、复杂性和随机性特征,劈裂注浆机理的研究目前仍亟待加强。通过侧限压缩试验对砂土的宏、微观结构特征、应力传递方式进行了探讨。结果发现：颗粒破碎度和黏粒含量是影响砂土压密效应的主要因素,颗粒破碎度与压密效应正相关,黏粒含量则与压密效应负相关。黏粒含量超过临界值后,砂土宏微观结构发生质变,非线性压密效应显著增强。基于二次函数模型对砂土非线性压密过程进行描述,模型采用砂土初始压缩模量E_t和终级荷载下的极限应变ε_u进行表征,物理概念清晰且参数易于测定。砂土压密效应对浆液扩散距离、劈裂宽度及浆液压力分布均有显著影响,考虑砂土自身压密特性的劈裂注浆分析方法,可进一步深化对砂土劈裂注浆机理的认知。     

压力水泥注浆法加固湿陷性黄土地基

本文是对山西维尼纶厂电石原料堆场露天单跨排架地基浸水湿陷事故采用压力水泥注浆法加固处理做的系统试验,并结合以往的十几项工程及试验进行了总结。同时对加固场地、试验手段、测试方法、地基评价作了介绍。通过工程实践和检验,对压力水泥注浆法加固湿陷性黄土地基的效果及施工中遇到的一些问题进行了初步探讨。分析了压力水泥注浆法对湿陷性黄土的加固原理,并提出了相应的施工及技术措施。     

压力注浆在湿陷性黄土地区房屋加固中的应用研究

以庆阳某住宅楼为例,分析了压力注浆加固湿陷性黄土地区房屋的机理,阐述了压力注浆的施工技术要点,指出压力注浆施工简单,处理后的地基土承载力高、后期沉降变形小,在湿陷性黄土地区既有建筑物加固中具有独特优势。     

基于流体时变性的隧道劈裂注浆机理研究

水泥复合浆液流变参数的时变性对注浆扩散范围计算值影响很大。基于宾汉体流变方程和平板裂缝理想平面流模型,推导了考虑流体时变性的土体劈裂注浆扩散半径计算公式。由公式可知,土体劈裂压力、裂隙宽度、浆液流速、流变参数的时变性是影响扩散半径的重要因素。计算分析了劈裂注浆过程中劈裂压力随缝隙宽度的变化以及流变参数对扩散半径的影响规律。结果表明,忽略流体时变性注浆扩散半径计算值明显偏大,会给注浆工程设计带来隐患。结合厦门机场路隧道全风化花岗岩地层注浆试验,发现水泥复合浆液劈裂注浆加固效果良好,扩散半径理论计算值基本符合工程实际;研究成果对风化花岗岩地层劈裂注浆的设计和施工具有一定的指导意义。     

公路施工过程中黄土湿陷性问题探析

公路是我国重要的交通枢纽,随着我国交通压力的不断增加,国家在公路等交通基础设施的建设方面加大力度。湿陷性黄土是一种非饱和状态的特殊土种,遇水会产生湿陷得问题,引起湿陷变形。为了保证公路施工质量,确保公路地基具有良好的稳定性,就要对黄土湿陷性问题进行有效的加固处理,降低湿陷变形的发生。对公路施工过程中黄土湿陷问题进行分析,并提出采用强夯法对湿陷性黄土地基进行加固处理,以有效的提高地基的稳定性,保证公路的施工质量。     

采用TDR水分计研究非饱和黄土入渗及自重湿陷变形规律

通过在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行大规模原位浸水试验,在浸水坑的不同位置和深度埋设TDR水分计,对水在竖向和水平向的入渗运移规律进行实测,研究黄土在地面浸水后的入渗规律与自重湿陷变形规律及其相互关系。研究表明:(1)水在土体中的入渗规律是水沿大孔隙先向下入渗,然后再渗透扩大饱和区的运移过程;(2)在水分的入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体发生自重湿陷变形,以下土体含水量增加缓慢,达不到湿陷起始含水量,没有发生自重湿陷变形,因此,可考虑22.5～25.0 m作为现场湿陷性评价的临界深度,另外该深度可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时的参考地基处理下限深度;(3)由TDR水分计得出的体积含水率变化曲线不仅可以用来测量体积含水率的时空变化,而且可以用来判定黄土是否发生湿陷变形以及湿陷敏感性和湿陷系数随深度的变化规律,也可粗略计算水在非饱和黄土中的扩散速度。     

自重湿陷性黄土与单桩负摩阻力离心模型试验

 为研究和分析黄土的湿陷变形性质与桩基的负摩阻力,采用离心模型试验的方法分别对原状自重湿陷性黄土与重塑湿陷性黄土进行模拟浸水试验。试验研究结果表明：原状和重塑湿陷性黄土浸水湿陷过程主要分为3个阶段,即显著湿陷变形阶段、湿陷稳定变形阶段以及水位下降后土体的固结变形阶段。根据试验结果,对于以沉降观测为目的的试验研究中,用重塑黄土代替原状黄土进行离心模型试验模拟其湿陷变形的方法是可行的。进而分析基桩负摩阻力分布规律及中性点位置的变化规律。单桩的负摩阻力分布及中性点位置是一动态变化过程,中性点位置与桩长的比例为0.68～0.82。     

不同含水率下黄土冻融循环对湿陷性影响探讨

黄土通常可作为公路路基主要的填筑材料,湿陷性黄土经压实后,很大程度消除了湿陷性,能够满足路基整体强度和稳定性的要求,但在季节冻土区,黄土路基运营几年后仍发生大量的不均匀沉降、塌陷等病害。为分析冻融循环作用下各级含水率对黄土湿陷性的影响,采用室内试验的方法,对湿陷性黄土进行不同的冻融次数,探究其在冻融循环过程中变形及冻融循环后湿陷情况。实验结果表明:冻融循环之后的各级含水率重塑黄土仍具有二次湿陷性;冻融循环作用下高含水率的土体结构比低含水率的土体结构破坏的较早;干密度一定时,低含水率的土体冻融循环之后的净变形量越大,湿陷系数越小,冻融循环之后的净变形量越小,湿陷系数越大。     

不同起始饱和度条件下黄土湿陷性的试验研究

通过常规室内试验和变含水量固结试验,从起始饱和度的角度对黄土的湿陷性进行研究,分析土体在不同起始饱和度条件下压缩变形和湿陷系数与压力的关系,目的在于探寻荷载和水的变化对黄土湿陷性的影响。     

兰州地铁大厚度湿陷性黄土地层的现场浸水试验研究

为了研究大厚度湿陷性黄土地层的湿陷性对城市轨道交通地下结构的影响,针对传统室内试验评价结果不准确的缺点,依托兰州地铁3号线一期工程—陡道沟站,选取典型大厚度湿陷性黄土施工场地,通过开展场地地面浸水试验,测试了地面入渗过程中不同深度地层的湿陷沉降变形及地表的沉降变形,研究了既有黄土地层的湿陷变形特性,并结合室内试验的结果进行验证。结果表明：①场地内黄土的湿陷性具有突发性的特点,地表土层及深部土层的湿陷变形大体呈现陡增、骤降和平稳三个阶段;②场地内黄土的湿陷系数随着黄土深度的增加而降低,自重湿陷系数与深度的关系曲线符合幂函数关系,相关性为0.983;③兰州地区湿陷性黄土地层自重湿陷变形计算值的修正系数建议取值为1.675。研究结果可为兰州地区大厚度湿陷性黄土地层地铁设计及施工提供借鉴。     

12000 kN·m高能级强夯处理湿陷性黄土试验研究

对12 000 kN.m能级强夯处理湿陷性黄土地基的设计、施工、检测进行系统全面的研究,通过标准贯入试验、室内土工试验、静力触探试验、瑞雷波试验、浸水与不浸水平板载荷试验对强夯处理效果进行综合检测,与同一场地3 0008,000 kN.m能级的处理效果进行对比,得出有效加固深度、湿陷性处理效果等结论,为大面设计、施工、检测提供参考。     

碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的试验研究

为明确碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基的效果,依托某深厚湿陷性黄土地基处理工程,开展了碎石桩加固地基的系列试验研究。通过多种方式检测了加固后地基土体的物理力学参数、承载能力及沉降变形,并分析其变化规律。试验结果表明:采用碎石桩加固深厚湿陷性黄土地基,桩身的密实度在松软土层较低,在坚硬土层较密实,且相同深度的桩身密实度随桩间距的减小而提升;碎石桩对深度1～3 m内的桩间土有较好的挤密效果,对深度3 m以下土层则无显著影响;碎石桩能有效加固湿陷性黄土地基,可消除地基土湿陷性,经加固后的复合地基承载力特征值可提升56.25 %～152.78 %,压缩模量可提升62.90 %～152.78 %,而地基土的干密度和孔隙比与处理前的平均参考值相比则变化较小;桩间距对地基土体的处理效果有较明显的影响,减小桩间距可降低地基土层的后期沉降量;试验区合理的碎石桩置换率为7 %。研究结果可为碎石桩处理深厚湿陷性黄土地基的工程方案及预期目标的设计提供参考。     

压实黄土增湿变形性质及其影响因素试验研究

作为建筑材料的黄土在工程建设中大多经过压实处理,其增湿变形特性与工程安全密切相关。已有的对黄土增湿变形性质的研究,基本上是针对原状黄土开展的,对压实黄土较少涉及。通过双线法增湿湿陷试验,对压实黄土在增湿条件下的压缩及增湿变形性质进行了较系统的研究,并进行了压缩和湿陷变形影响因素的方差分析。结果表明:①随增湿含水率的增加,压实黄土的压缩性增大,湿陷性减小,压实度越小,这种效应越明显;不同压力下,湿陷变形对增湿的敏感性不同;②随增湿含水率的增加,增湿变形起始压力减小,增湿变形终止压力增大,增湿变形压力区间增大,可用增湿变形系数反映已有增湿水平下土体湿陷性的退化程度;③方差分析表明,相同增湿含水率下,压实黄土最终变形仅受最终压力的影响,加荷路径、浸水路径及两者的耦合对其影响很小;④未浸水饱和压缩时,密实度、初始含水率和压力,以及它们的交互作用均对压缩变形有显著影响,压力的影响最大,其次是密实度和初始含水率;与未浸水情况不同的是,浸水饱和压缩时初始含水率的影响很小;⑤增湿含水率、压力和密实度,以及它们的交互作用均显著影响压实黄土的湿陷性,其中增湿起始含水率的影响最大,密实度次之,压力最小。     

湿陷性黄土隧道的工程性质分析

黄土隧道往往具有特殊的湿陷性黄土围岩和干旱半干旱气候地区特殊的地形地貌及地质环境,对隧道结构构成了潜在的不利影响。在对湿陷性黄土隧道修建和运行中工程特性认识的基础上,首先,根据地形地貌、地层结构、侵蚀发育、地下水条件和黄土浸水水源,进行了隧道的岩土环境等级和浸水等级划分,以及湿陷性黄土隧道的环境等级划分。其次,给出了隧道黄土地基湿陷变形量的计算分析方法,依据黄土地基湿陷变形不均匀沉降对衬砌结构的作用影响,以及列车运行对路基沉降变形的控制标准和建筑地基湿陷变形对结构的作用影响,确定了隧道湿陷性黄土地基等级的划分标准。最后,考虑到现行《湿陷性黄土地区建筑规范》适用的局限性,结合湿陷性黄土隧道的工程特点,针对隧道施工过程中围岩稳定性和湿陷变形对衬砌结构影响的两个重要问题,相应的提出了隧道地基湿陷性变形的评价方法和围岩压力的确定方法;由竖向压缩应力系数确定湿陷压缩应力,结合试验得出的湿陷系数计算隧道下地基土在实际压缩应力条件下的湿陷变形量。在考虑黄土结构性的条件下,利用太沙基公式计算隧道围岩压力,得到了围岩压力随黄土构度的变化关系。