无砟轨道地基泥岩膨胀变形及水分迁移速率衰减规律

高铁无砟轨道对膨胀变形值要求极为严格,地基膨胀泥岩浸水引起的胀缩变形将对行车安全性和舒适性产生影响。为研究泥岩随浸水位置水平距离和深度增加时膨胀速率及水分迁移速率的衰减规律,以兰新铁路第二双线某处典型膨胀泥岩为研究对象,通过顶部和侧面两种浸水方式进行三组重塑泥岩膨胀变形试验。试验结果表明:距离浸水管水平长度不同,膨胀时程曲线变化规律不同。距离浸水管水平长度越远,膨胀速率越慢,水分迁移速率亦越小;侧面浸水时沿深度方向首先引起底部土体膨胀。通过对试验数据进一步分析,提出用初期平均渗透系数分析水分迁移速率衰减规律,经计算可知,水分迁移速率随与浸水管水平距离和垂直距离的增大均呈衰减趋势。研究结果可为地基泥岩上拱病害治理及预警提供理论支撑。     

注水方式对膨胀土膨胀量的影响研究

为了研究不同注水方式对膨胀土膨胀量的影响,取某高速铁路地基膨胀泥岩,进行不同数量开孔和不开孔方式注水的重塑膨胀土浸水膨胀变形试验,并分析得到了开孔造成的土体损失体积率与膨胀量损失量之间的关系。试验结果表明:开孔注水与不开孔注水的膨胀时程曲线、膨胀量与含水率关系曲线有很大不同;各注水方式下,膨胀时程曲线和膨胀量与含水率关系曲线变化规律基本一致。开孔注水方式下,膨胀时程曲线、膨胀量与含水率关系曲线可分为三个阶段:初始快速膨胀阶段、减速膨胀及逐渐稳定阶段、突然增长阶段。不开孔注水方式下,膨胀时程曲线、膨胀量与含水率关系曲线可分为四个阶段:初始缓慢膨胀阶段、快速膨胀阶段、减速膨胀及逐渐稳定阶段、突然增长阶段。土体损失体积率与膨胀量损失量之间呈良好的线性关系,其关系式为Δδ=0.617ΔV+0.02。     

膨胀土的浸水变形特性

使用压缩仪,对不同起始密度及不同起始含水率的膨胀土进行了分级浸水和一次性浸水膨胀变形试验,同时测试了试样在浸水前后不同压力下膨胀变形量的变化过程.试验结果表明,不同浸水路径在浸水的初期阶段对膨胀土的膨胀变形速率有一定的影响,但膨胀率最终值基本一致;浸水膨胀再压缩试验中压缩稳定后的膨胀率比先压缩再浸水膨胀试验膨胀稳定后的膨胀率要小,但变化较快,并随着压力的增大,加压后膨胀率逐渐减小,最终两种试验的膨胀率趋于一致;压力对不同初始含水率试样膨胀率的影响较小,对不同初始干密度试样的影响较大;在浸水单向膨胀试验过程中试样的干密度与膨胀率呈双曲线变化规律.     

宁夏引黄灌区膨胀土特性研究

通过现场和室内试验，对；宁夏引黄灌区盐池县境内的膨胀土浸水变形特性进行了研究。人三轴浸水试验结果表明：该区膨胀土具有中等偏强的膨胀性，当外部荷载较膨胀力低时，浸水过程中会产生膨胀变形；当外部荷载超过膨胀力后，土体在湿化过程中强度降低，颗粒间的联结力减弱，浸水时产生附加的沉降变形。现场哉荷试验表明，垫层作用能够提高膨胀土地基的承载力，减少浸水湿化变形。最后用室内试验的湿化应力应变关系，对现场哉荷试验     

膨胀土膨胀变形试验研究

为了研究不同注水方式对膨胀土膨胀量的影响,以及大尺寸重塑膨胀土浸水膨胀的变化规律,取某高速铁路地基膨胀泥岩重塑土样,进行开孔与不开孔的膨胀土浸水膨胀试验,并对不同厚度的大尺寸膨胀土试样进行浸水膨胀变形试验。试验结果表明:开孔注水与不开孔注水的膨胀土膨胀时程曲线有很大不同,开孔注水的土样膨胀时程曲线可以分为初始快速膨胀、减速膨胀、趋于稳定3个阶段;不开孔注水的土样膨胀时程曲线可分为初始缓慢膨胀、快速膨胀、减速膨胀和趋于稳定阶段4个阶段。分析得到土样损失体积率与膨胀量损失量的关系。不同厚度的大尺寸膨胀土试样膨胀时程曲线整体呈外凸形增长趋势,并且每级注水后,膨胀量也呈外凸形增长趋势;大尺寸膨胀土试样的真实膨胀量随着厚度的增加而增大,但增幅减小,真实膨胀量随着上覆荷载的增大而减小,减幅也降低。     

弱膨胀土增湿变形量试验及路堤填筑分析

工程包边法路堤填芯弱膨胀土的含水率变化常处于特定区间,现行研究集中于浸水饱和状态下的膨胀量,对特定含水率变化区间膨胀土的膨胀变形量研究较少。为研究不同增湿量下弱膨胀土土体的膨胀变形特性,采用“等同”的重塑膨胀土试样进行不同增湿量的一维膨胀试验,结果显示,当土体的含水率达到25%时,继续增大含水率对于土体膨胀变形量的影响较小。基于此,提出了换算膨胀量的概念(换算线膨胀率、换算膨胀力),通过对路堤内部施工含水率及平衡含水率进行分析,结合增湿变形量的研究结论,得出用于路堤内部的含水率变化处于对膨胀变形量影响较大的区间,路堤填筑时需严格控制土体的施工含水率。     

浸水时间对砂泥岩填料压缩特性影响试验研究

土料压缩特性参数是计算地基沉降变形的重要指标。为明确砂泥岩混合填料在不同浸水时间下压缩特性,设置7组不同时间的浸水方案、2种浸水方式,采用侧限压缩试验探究砂泥岩填料经不同时间浸水后的强度变化规律。试验结果表明,与不浸水试样相比,砂泥岩混合料浸水1 h后轴向变形增大11.48%,浸水5 d后,压缩模量降低了31.22%,压缩系数增大了45.03%;浸水5 d后,轴向变形比浸水1 h增大了47.40%,孔隙比减小了7.71%。长时间浸水降低砂泥岩混合料压缩模量,增大其压缩系数,其压缩变形增大。建议将压缩系数、压缩指数与压缩模量相结合来评判砂泥岩混合料长期浸水条件下的压缩特性。不同浸水时间下的应力应变曲线在ln ε-ln p平面内呈直线,曲线簇呈扫帚状且有汇聚趋势。浸水饱和与真空抽气饱和的试验数据差值小于5%,这两种饱和试验方法对砂泥岩混合料压缩特性的影响不明显。     

地基膨胀土浸水膨胀变形试验研究

以兰新铁路第二双线一处典型地基原状膨胀土为对象,分别进行0 k Pa、10 k Pa、20 k Pa、30k Pa、40 k Pa、50 k Pa分级浸水膨胀变形试验。试验结果表明:膨胀量随土体吸水量增加呈缓慢增长、加速增长、稳定增长的"S"形增长趋势。上覆荷载对膨胀量起抑制作用,且荷载越大,膨胀量越小,故膨胀土地基的膨胀变形主要发生在浅层膨胀土;胀限含水率随上覆荷载增大在逐渐减小,呈指数变化规律。通过对试验数据的进一步分析,建立了吸水率和上覆荷载耦合下原状膨胀土膨胀量计算模式。该计算模式所获结果与实测数据吻合较好,可为今后膨胀土地区工程建设提供一定的理论支撑。     

干旱和局部渗水对膨胀土渠堤稳定性影响研究

为探究膨胀土渠堤表面风干、地下水位升高和侧坡渗水等因素对其稳定性的影响,防控由此引发的现场灾害,开展了填方渠坡室内模型试验,研究了南水北调渠堤膨胀土含水量波动对渠坡变形和裂缝发育规律的影响,分析了边坡变形值、裂缝长度宽度与含水率、时间和渗水位置的关系,揭示了膨胀土含水量波动的致灾过程和时空发育规律。试验结果表明：(1)旱季坡面水分蒸发导致渠坡表层200 mm深度内首先产生垂直坡表面的“V”形簇状纵向裂缝,后逐渐水平发育,坡面最大沉降值为4 mm, 15 d后沉降趋于稳定;(2)雨季渠堤下部地基水位抬升使渠堤底部膨胀土发生显著膨胀,渠堤整体抬升3.32 mm;(3)在渠堤侧坡渗水中心点附近土体含水量上升8%以上,坝堤内自由水沿纵横向不均匀扩散而引起土体各向不均匀膨胀变形,并在右坡坡脚处产生长400 mm、宽14 mm的宽大裂缝;(4)基于膨胀系数的地基变形计算公式可以较好地预测渠坡浸水后各位置的变形量,有助于依据土体含水量判别各点的变形状态,为渠堤稳定性分析提供参考。     

西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制

为探究红层泥岩填料的宏观膨胀与微观特征的响应关系，通过有荷、无荷膨胀性试验分析了不同膨胀性泥岩填料的膨胀时程曲线；采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜试验(SEM)研究了泥岩填料的矿物组分和微观结构，从而建立以微观特征参数为中间变量的宏观变形与微观结构定量关系。结果表明：在无荷条件下，泥岩填料膨胀率为泥岩的28.3倍，且膨胀率随蒙脱石掺量呈指数增长；与无荷膨胀率相比，有荷膨胀率显著降低，蒙脱石掺量越高，膨胀率降低速率越慢。试验后黏土矿物含量增加了4.57%,随蒙脱石掺量增加，结晶度和平均晶粒尺寸分别降低18.1%和16.5 nm,几何特征参数与蒙脱石掺量呈线性关系，蒙脱石含量越高，孔径为1～2μm的孔隙数量越多，且膨胀率与微观特征参数之间呈显著指数增长关系。     

有荷条件下石灰改良膨胀土物理性能试验研究

为了解南阳地区膨胀土在常见单层、多层建筑荷载下的膨胀变形特点,开展了有荷载条件下不同石灰掺量改性膨胀土的膨胀率及水稳定性试验研究。试验结果表明：掺入石灰改良后,膨胀土的膨胀率显著下降,且水稳定性大大提高,尤其是当石灰掺量为3%时,其膨胀率低于1%,经历2~5次干湿循环即可达到稳定状态。相关成果可为膨胀土地区多层建筑的地基处理提供参考。     

粒径对膨胀土无荷膨胀率的影响研究

为了研究粒径大小对重塑土无荷膨胀率试验结果的影响,在符合现有规范的试验条件下,将某地基泥岩碾碎成1~2 mm、0.1~1 mm、0.1 mm的三种不同粒径,进行不同比例组合搭配的重塑土无荷膨胀率试验。试验结果表明:不同粒径大小的膨胀土样的无荷膨胀率试验结果有很大差异,并且不同粒径组合下的无荷膨胀率试验结果呈正态分布趋势,且峰值处的无荷膨胀率值为该重塑土稳定、可靠的无荷膨胀率值,无荷膨胀率试验结果接近峰值处无荷膨胀率值的粒径级配为该重塑土的最佳级配。经过分析得到使重塑土无荷膨胀率结果稳定、可靠的粒径级配是1~2 mm、0.1~1 mm、0.1 mm的土粒质量比为0∶100∶0,即使重塑土无荷膨胀率试验结果稳定可靠的粒径范围为0.1~1 mm。在该粒径范围内的重塑土无荷膨胀率试验结果最为真实、准确。     

膨胀土地基浸水与不浸水状态抗拔特性研究

在现场模型试验和原型试验的基础上，对膨胀土地基的基础在浸水及不浸水两种状态下的抗拔机理进行了研究，根据双变量非饱和土强度公式，推导出了土体抗剪强度指标及吸力强度与含水量的关系公式。从而阐明了膨胀土在浸水状态下的抗拔承载力的降低机理，同时根据原型试验结果，研究了负孔隙水压力对抗拔承载力的影响，确定了其值的大小，同时指出，负孔隙水压力对于基础抗拔是一个有利因素。但却很不可靠。     

低黏土矿物含量泥岩的自由膨胀率试验研究

针对现有规范中自由膨胀率试验方法存在的不足之处,为了在规范基础之上得到更为精准且具有代表性的自由膨胀率试验结果,在满足规范试验要求的基础之上,将某工程地基中的低黏土矿物泥岩碾碎,把0.5~0.25 mm、0.25~0.1 mm、0.1 mm三种粒径范围的碾碎泥岩按照不同的质量比例组合搭配完成自由膨胀率试验。结果表明:对于同一种土样,依据规范完成的自由膨胀率试验可能会因为试验人员、操作过程等原因导致级配不同,进而出现千差万别的试验结果,且结果符合正态分布。通过分析建议使用以上三种粒径范围质量比为60∶40∶0、40∶20∶40、20∶20∶60的级配进行自由膨胀率试验。验证发现,建议级配的试验结果能够与各指标更加同步、准确地判别膨胀土。试验成果可为进一步完善工程地质相关规范提供借鉴。     

冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响

干湿作用和冻融作用是季冻土地区复杂环境的两种基本形式,深刻影响着输水渠道的长期稳定性。以北疆膨胀土渠道边坡为研究对象,开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程离心模型试验,探讨了湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响。试验结果表明:湿干循环作用下膨胀土渠道边坡的劣化模式主要为浅层土体强度衰减和表面裂隙发育,同时伴随着显著的土体崩解剥落特征;湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程中则未出现明显的土体崩解剥落现象,主要劣化模式为渠顶区域土体裂隙拓展、连通;湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程使得渠顶处的渠水入渗量大幅增长,造成渠顶土体的干湿循环幅度增大,诱使膨胀土渠道边坡的劣化过程由浅层土体往深层土体发展,在宏观上表现为渠顶及渠坡水位线以上区域内裂隙的连通程度增高、拓展宽度及深度增大,并最终发展为贯穿渠顶的横向张拉裂隙。膨胀土渠道边坡在湿干冻融耦合循环作用下有着自贯穿渠顶的横向裂隙发生失稳破坏的趋势。     

北疆供水一期工程膨胀土不同循环模式条件下的胀缩特性

为深入探讨北疆供水一期工程膨胀土渠坡胀缩机理,通过对膨胀土进行了3种不同循环模式条件下的无荷膨胀率、有荷膨胀率和收缩试验,从宏观角度分析了其胀缩特性规律,并采用扫描电镜试验从微观上揭示其物理机制。结果表明：膨胀土的膨胀变形随时间的延长可分为快速、匀速及稳定3个阶段,膨胀变化主要集中在快速膨胀阶段,上覆荷载越大,有荷膨胀率越小,上覆压力抑制了膨胀土的吸水膨胀作用;随着循环次数的增加,无荷膨胀率、有荷膨胀率和线缩率均呈逐渐减小的趋势,第5次循环后逐渐趋向于稳定值,其中干湿-冻融循环减小幅度最大,干湿循环次之,冻融循环最小。微观机制方面,试样经过循环后,土体孔隙和颗粒总数呈逐渐增大趋势,颗粒总面积等微观指标逐渐减小;土颗粒大小及含量是影响胀缩性的主要因素,循环作用影响黏土颗粒的大小、含量及排列等因素的变化,其中干湿-冻融循环颗粒总面积变化程度最大,膨胀土试样胀缩变化程度最大,冻融循环对微观结构影响最小,膨胀土试样胀缩变化程度最小。