重塑膨胀土膨胀力室内试验研究

为了进一步研究膨胀土膨胀力的发展规律,采用平衡加荷法研究南京膨胀土竖向膨胀力随时间、初始含水率、干密度的变化规律。试验结果表明:膨胀土试样初始含水率越小、干密度越大,膨胀速率越快;同一干密度的膨胀土试样随着含水率的增加,膨胀力不断下降,膨胀土试样的膨胀力与含水率基本呈线性关系;同一含水率的膨胀土试样的膨胀力随干密度的增大而增大,膨胀土试样的膨胀力与干密度基本呈幂指函数关系。     

初始含水率对风化砂改良膨胀土膨胀力影响

膨胀力是反应膨胀潜势的重要指标之一,选取湖北宜昌小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程K25+000段膨胀土,对其进行掺风化砂改良处理,在对不同风化砂掺量下的膨胀土进行基本胀缩试验的同时,深入探究了初始含水率对风化砂改良膨胀土膨胀力的大小以及增长速度的影响.试验研究结果表明,掺入风化砂后,膨胀土的各项胀缩指标均有明显改善,且均能达到路基填料的标准;在同一风化砂掺量下,随着初始含水率的增加膨胀力逐渐降低,且膨胀力可以用初始含水率的幂函数很好地描述,两者相关性较好;初始含水率越低土样所具有的的膨胀潜势及膨胀力越大,膨胀力随时间的变化曲线越陡,浸水后改良膨胀土的膨胀力的增长主要集中在1h以内,稳定速度较快;综合考虑经济性以及初始含水率和风化砂掺量对膨胀力大小的影响,建议将风化砂掺量控制在30%~40%,初始含水率控制在略大于最佳含水率1%~2%内,此时对膨胀力的抑制效果较好.     

宁明膨胀土持水性研究

采用压力板法（吸力范围０～１.５ＭＰａ）及盐溶液蒸气平衡法（吸力范围３～３６８ＭＰａ）对宁明膨胀土进行了土－水特性试验研究,获得全吸力范围内的土－水特征曲线。采用初始干密度为１.２５和１.５ｇ／ｃｍ^３的压实样,比较不同初始干密度对土体持水性的影响;用泥浆制成干密度为１.２５ｇ／ｃｍ^３的预固结试样,比较相同干密度下,不同成样方式对土体持水性的影响。结果表明：压实试样初始干密度１.５和１.２５ｇ／ｃｍ^３的进气值分别约为７０、１０ｋＰａ,预固结试样初始干密度１.２５ｇ／ｃｍ^３的进气值约为３０ｋＰａ;土体质量含水率或者饱和度随着吸力的增加而减小,当吸力大于７０ｋＰａ,压实试样两种干密度曲线重合,说明初始干密度对土－水特征曲线影响发生在０～７０ｋＰａ,相同吸力条件下,预固结试样持水性更好。     

掺灰膨胀土的膨胀特性试验研究

通过生石灰对膨胀土的改性作用,在相同初始含水率的条件下,比较改性前后膨胀力、膨胀率的变化趋势,寻求最佳掺灰率;分析了膨胀力与初始含水率,膨胀率与初始含水率以及终止吸水量与初始含水率等关系.     

初始含水率与膨胀土力学特性关系的分析研究

通过室内试验模拟现场施工条件,采用干法重型击实试验,制备7组不同初始含水率的土样,分析膨胀力、膨胀率、终止吸水率随着初始含水率的不同而呈现的变化趋势;利用Origin7.5数值软件,进一步对膨胀力与初始含水率、膨胀率与初始含水率、终止吸水率与初始含水率进行线性拟合和S曲线拟合。数据结果证明:随着初始含水率的增加,膨胀力、膨胀率及终止吸水率呈现降低趋势;该区域膨胀土在吸水率达到5%左右时,土体可达到胀限含水率,促使土体膨胀稳定;三者的S曲线拟合均优于线性拟合结果,在S曲线拟合中,通过对Chi^/DoF值和R2值的综合考虑,探索出三者分别与初始含水率之间的最佳拟合关系即为指数函数关系。     

膨胀土巴西劈裂强度及其破坏能量演化规律

为探究膨胀土的抗拉强度及破坏特征演化规律,完整描述其拉伸破坏特性,通过试验验证巴西劈裂试验在膨胀土试样抗拉强度测定中的适用性,并在此基础上较为系统地探讨含水率和干密度对膨胀土抗拉强度及加载过程中能量演变的影响。结果表明：巴西劈裂试验对试验范围内的重塑膨胀土样具有较好适用性;试样抗拉强度随含水率升高而减小,且干密度越大减幅越大,随初始干密度增加而增大,且含水率越高增幅越小;膨胀土试样的破坏能与抗拉强度具有类似的变化趋势,但存在一“临界含水率”使得破坏能随含水率增加近似呈现双线性降低趋势,且该“临界含水率”随试样初始干密度的增加而增大。研究结果拓展了巴西劈裂试验的应用范围,并得到了将能量指标作为土体抗破坏能力辅助指标的工程启示。     

膨胀土击实样膨胀特性试验研究

为研究膨胀土的膨胀特性,对南水北调中线工程南阳中膨胀土击实样进行了不同起始含水率与压实度的无荷膨胀率和有荷膨胀率试验,重点研究了南阳中膨胀土击实样的膨胀特性与初始含水率、压实度、上覆荷载的规律关系.试验成果表明:在相同起始含水率下,随着压实度的增大,膨胀土无荷膨胀率与压实度呈较好的线性增长关系;在相同压实度条件下,膨胀土无荷膨胀率随起始含水率增大而减小;含水率大于最优含水率可以明显地抑制膨胀土的膨胀;较小的荷载作用就可以抑制膨胀土的大部分膨胀量;由正交分析法分析可知,当荷载较小时,含水率对有荷膨胀率的影响要大于压实度对有荷膨胀率的影响,当荷载继续增大时,压实度对有荷膨胀率的影响要大于含水率对膨胀率的影响.     

压实黏土膨胀与收缩特性试验研究

为了研究压实黏土遇水膨胀与失水收缩特性,开展了压实黏土的膨胀与收缩试验。试验结果表明,土样的压实度和初始含水率对其膨胀与收缩影响显著。压实黏土样的膨胀量随浸水时间延长基本呈现“S”型增大。压实黏土的干缩在初期属于正常收缩;在失水干缩后期,干缩体积小于失水体积,收缩量随时间变化为下凹型曲线;最后进入稳定的零收缩阶段。压实密度越大,收缩率越小;初始含水率越高,收缩率越大。压实黏土的干缩变形具有显著的各向异性。此研究对干旱及半干旱地区黏土干缩开裂机理的研究提供理论基础。     

冻融作用下初始含水率对膨胀土边坡稳定性的影响研究

随着全球气候变暖,季节性冻土区面积不断增大,边坡在冻融循环作用下,极易发生失稳破坏;由于膨胀土是一种特殊性的土,膨胀土边坡更易失稳.通过建立不同初始含水率的膨胀土边坡模型,对多次冻融循环下坡体温度、含水率、土压力以及位移进行实时监测,研究了冻融循环下,不同初始含水率膨胀土边坡坡体各指标的变化规律,进而探究初始含水率对膨...     

等幅干湿循环条件下膨胀土的低应力抗剪强度特征

为研究膨胀土的真实强度特征,采用室内常规直剪试验,对等幅度干湿循环条件下的重塑膨胀土进行低应力抗剪强度测试。研究了重塑膨胀土低应力抗剪强度参数随循环次数、循环幅度的变化关系,并建立了包含初始含水率、循环幅度、干湿循环次数为变量的粘聚力的非线性特征函数。试验结果表明：在相同循环幅度和初始控制含水率下,膨胀土的粘聚力随循环次数的增加而衰减;在相同循环次数和初始控制含水率下,膨胀土的粘聚力随循环幅度的增加而衰减;内摩擦角与循环幅度和循环次数之间的关系无法用函数来表达;本文建立的非线性粘聚力衰减函数是利用室内简单试验得到的,可用来计算等幅度干湿循环条件下膨胀土的粘聚力。     

膨胀土微结构对膨胀行为的影响

评估膨胀土的膨胀行为对于膨胀土地区的结构设计十分重要。因降雨入渗,膨胀土在垂直方向和水平方向均产生膨胀变形,当膨胀变形受抑制时将产生膨胀压力,影响其周围结构的稳定性。为揭示膨胀土在增湿膨胀过程中出现各向异性的原因,从微观角度出发,通过电镜扫描(SEM)对百色中膨胀土和枝江弱膨胀土的微观结构进行观察,并通过图像处理技术统计分析膨胀土内黏土矿物颗粒的层状排列。通过研发的二维膨胀仪和改进的试件制备方法,从宏观角度测得了侧限条件下的两向膨胀规律。研究结果表明,膨胀土的微观结构呈片状且面-面相叠;当膨胀土处于天然松散状态时,其内部的黏土矿物颗粒随机定向排列且集聚;压实后,因受各向不均等应力作用,黏土矿物颗粒开始趋向于水平层状排列;干密度越大,土样越密实,其水平层状排列越显著。侧限条件下,两向的膨胀规律表现出显著的差异,干密度越大,膨胀性越强,这种差异就越明显。然而,对黏土矿物颗粒来说,其膨胀的方向垂直于其长轴,高度的水平定向是造成膨胀土在宏观上表现出膨胀各向异性的原因,这种两向的膨胀差异受到干密度和膨胀性的影响,难以做出预测,建议在工程实践中实测两向的膨胀规律。     

膨胀土膨胀变形时程特性研究

为研究膨胀土膨胀变形随时间的变化,进行了2组南宁膨胀土室内单向浸水膨胀试验和膨胀土桩基灌溉模拟试验,分别对有荷、无荷膨胀土的线胀率的时程特性和基桩桩周膨胀土变形的时程特性进行了较长时间的研究.研究发现,尽管土样的初始含水量及干密度不同,但土样有荷膨胀变形的时程特性具有相似的规律:有荷(大于50 kPa)情况下,土样线胀率1gδ与时间t曲线可分为3个阶段,且该曲线可以用指数关系进行精准描述;无荷膨胀土膨胀率1gδ与t的关系用对数函数拟合更为精确;对桩基模拟试验结果进行分析和数值拟合,建立了考虑时间因素的桩周土隆起量的指数函数关系式,为进一步研究桩一土共同作用奠定了试验基础.     

考虑晶层表面电荷密度的蒙脱石膨胀力模型

蒙脱石晶层表面电荷密度是影响膨胀土膨胀力的重要因素.取膨胀力为2 MPa时5种蒙脱石的干密度,计算得到其中4种蒙脱石的干密度与Kunigel-V1蒙脱石干密度的比值,将此比值与各蒙脱石的表面电荷密度拟合得其关系式,然后基于此关系式与Kunigel-V1蒙脱石膨胀力试验结果,预测了其他4种蒙脱石的试验结果.结果表明,试验结果与预测结果相吻合,为预测膨胀土的膨胀力提供了新思路.     

膨胀土一维湿化变形时效特性的半经验法研究

为探索膨胀土渗透作用下湿化变形时间效应的预测方法,设计一系列具有一定初始含水率和干密度的标准环刀试样的一维吸水膨胀试验,对试样的膨胀变形随时间变化规律进行分析.采用室内试验、数据统计分析与有限单元法相结合,理论计算出膨胀土的吸水膨胀率随时间的变化关系.室内无荷载膨胀试验获取了隆起量随时间的变化规律;将滤纸法获得的膨胀土的土-水特征曲线,应用于有限元分析软件中,获得了试样渗透吸水过程中体积含水率随时间的变化规律;最后将试验获得的膨胀率-过程含水率的理论与体积含水率随时间变化的数值模拟结果相结合,获得了土体隆起变形随时间变化的理论预测曲线.研究结果表明:半经验公式获得的隆起量-时间关系与试验数据基本一致;结合已有研究验证该半经验方法的准确度,结果得到的膨胀量随时间变化的计算结果与实测相同,说明本文提出的半经验计算方法具有良好的应用前景,可用于膨胀土的一维隆起预测.     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力.采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土...     

干湿循环条件下陕南膨胀土力学特性研究

为保证陕南膨胀土地区工程施工安全,以陕南膨胀土为研究对象,通过常规三轴试验,分析初始含水率和干湿循环次数两个因素对陕南膨胀土应力-应变关系和抗剪强度特性的影响.结果表明:初始含水率和干湿循环次数均与膨胀土峰值强度呈负相关;第一次干湿循环对膨胀土峰值强度和抗剪强度的降低幅度远大于后续干湿循环;膨胀土在多次干湿循环作用下,...     

初始干密度对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度影响

以三峡库区广泛分布的风化砂来改良膨胀土,通过在膨胀土中掺入10%、20%、30%、40%、50%的风化砂,变换各自的干密度,然后静压制样,进行无侧限抗压强度试验。研究表明:风化砂可以显著提高膨胀土的无侧限抗压强度;在初始干密度一定时,无侧限抗压强度随着掺砂比例的增加先增大后减小,在掺砂比例为10%时达到最大;风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度与掺砂比例呈良好的多项式关系;风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随着初始干密度的增加逐渐增大,无侧限抗压强度与初始干密度有很好的二次多项式关系。     

工业碱渣改性膨胀土室内试验研究

为验证工业碱渣改良云南蒙自地区典型膨胀土的效果,通过对比试验探讨不同掺料比的水泥、工业碱渣、水泥+工业碱渣膨胀土的基本特性。结果表明:工业碱渣使素膨胀土的自由膨胀率从71%降至18%,且工业碱渣改性土最小膨胀率仅为水泥改性土的3/4;工业碱渣、水泥、水泥+工业碱渣均可改善膨胀土的颗粒级配,工业碱渣在掺料比30%时效果最明显;工业碱渣掺比40%时,素膨胀土塑限从23%增加到37%,液限从64%降低到42%,塑性指数从41.6降低到5.3;随着工业碱渣掺料比增加,最大干密度逐渐减小,最优含水率先减小后增大,掺比为30%时,最大干密度和最优含水率达到最优。     

膨胀土增湿变形特性的试验研究

为研究膨胀土的增湿变形特性,应用室内试验手段,以西安-汉中高速公路穿越膨胀土路段为依托工程,对膨胀土的增湿变形特性与初始含水量、初始干密度及荷载水平的相关关系进行了研究,实验结果表明:对于干密度一定的原状膨胀土,天然含水量越大,增湿至饱和时膨胀变形量越小.土样干密度越大,含水量变化导致的增湿膨胀变形越大,增湿变形的水敏性越强.对于天然含水量一定的膨胀土土样,增湿膨胀变形随干密度的增大而增大,这一规律对低含水量膨胀土尤为显著.膨胀土天然含水量越小,增湿变形对干密度变化的敏感性越强.当荷载比较小时,荷载对增湿膨胀变形的约束作用(膨胀变性减小)最为显著,随着荷载增加,荷载对增湿膨胀变形的约束作用逐渐减弱.重塑膨胀土和原状膨胀土具有相同的增湿变形规律,但重塑土的增湿膨胀变形量明显大于原状土.     

EPS颗粒改良膨胀土强度试验研究

选取湖北某边坡工程膨胀土为试验对象，在保持最大干密度和最优含水率的条件下，通过全自动三轴仪对不同掺量的EPS颗粒改良膨胀土进行三轴试验，探究了不同掺量的EPS颗粒与膨胀土抗剪强度间的关系。结果表明：土样主应力差值先快速增加后缓慢增加达到峰值后下降并稳定；素土样峰值强度最大；随着EPS颗粒掺量增加，土样的强度、黏聚力和内摩擦角都有变小的趋势；当掺量超过10%时，改良膨胀土的强度变化不明显；对比黏聚力、内摩擦角和掺量关系曲线表明黏聚力变化比内摩擦角更明显，说明黏聚力受掺量变化影响较大；通过拟合可得到黏聚力、内摩擦角与掺量的关系式。