膨胀土裂隙问题研究现状及展望

从膨胀土的基本特性出发,阐述了膨胀土裂隙的萌生与发展过程,分析指出了裂隙对膨胀土强度的控制作用。在对已有膨胀土裂隙研究方法和研究成果总结归纳的基础上,指出今后应改进裂隙量测手段和计算描述方法。建议采用电阻率法、超声波法、CT法、流液法、理论推算法、光学图像分析法探讨裂隙的量测手段;通过相关力学理论和土工试验,建立裂隙萌生与发展的数学物理模型;进一步改进膨胀土裂隙的观测方法,确定裂隙量化指标,加强有关软件的二次开发,将研究成果应用于实际工程中。     

荆门变电站膨胀土裂隙带发育深度及成因研究

荆门1 000 kV变电站工程场地地基土体中裂隙发育深度明显大于当地大气影响深度。以现场测试成果和开挖剖面观测结果为依据研究场地膨胀土的裂隙带发育深度,从地质发展历史的角度对场地膨胀土裂隙带发育的深度特征进行成因探讨,科学地解释场地裂隙带发育特征,为地基土体强度与变形参数的确定、建(构)筑物基础选型、基础埋置深度的确定等提供了可靠的依据。     

裂隙膨胀土边坡模型降雨变形破坏过程数值分析

为研究多裂隙膨胀土边坡在降雨浸水作用下变形及滑动破坏特征,对裂隙膨胀土边坡在降雨浸水条件下滑坡的离心模型试验进行计算对比分析;并利用放大裂隙侧向水压力法近似模拟膨胀力的作用,分析探讨在不同降雨历时和降雨强度下,不同的膨胀土边坡裂隙的分布位置和深度、膨胀力的大小等对边坡的变形破坏过程及稳定安全系数变化的影响规律。结果表明:膨胀土边坡的破坏由坡脚开始,随着降雨历时的增加逐渐向坡顶发展,最终表现出坡脚膨胀隆起、坡顶塌陷的破坏特征。同时,膨胀力是分析膨胀土边坡稳定性问题不可忽略的因素,不考虑膨胀力时往往会高估膨胀土边坡的稳定性;膨胀土边坡的安全系数受降雨强度、降雨历时影响较大;坡中存在裂隙的膨胀土边坡比坡顶存在裂隙的膨胀土边坡更危险。     

膨胀土裂隙演化及其研究方法综述

裂隙性是膨胀土的基本特性之一,膨胀土原生裂隙因其所处环境改变时裂隙发生演化,由此引起膨胀土强度衰减和渗透性质增大.文章从裂隙产生及演化机理出发,阐述了膨胀土裂隙在水分、温度及应力作用下的裂隙演化规律,对膨胀土裂隙在宏观、细观、微观尺度进行研究方法概述,分析了裂隙演化对膨胀土工程性质的影响,针对裂隙演化的研究现状,提出了...     

鄂北调水工程膨胀土渠道滑坡破坏机理及处置措施研究

基于鄂北调水工程109+620—109+800段典型膨胀土渠道滑坡现场调研资料与试验数据,从裂隙、大气降雨、施工及防护措施等方面对膨胀土渠道滑坡原因进行了探讨,研究了膨胀土滑坡的破坏机理,同时采用刚体极限平衡法(M-P法)对优化设计施工前后的边坡抗滑稳定安全系数进行了模拟分析验证。结果表明:该膨胀土渠道滑坡主要受土体裂隙控制,雨水的劈裂作用起到连通贯穿裂隙的作用;上部弱膨胀土在大气降雨影响下发育陡倾角裂隙,往往形成滑坡体后缘下挫变形;坡脚及基底中等膨胀土发育无规则缓倾角长大裂隙,为边坡滑动提供软弱滑动面或滑动带,形成滑坡前缘;久强降雨软化边坡表层土体,降低其强度,同时雨水进入裂隙中对土体起到破裂作用;多次干湿循环贯通土体各向异性裂隙,生成深层软弱滑动面或滑动带;施工不当与防护措施不足是导致此次膨胀土滑坡的人为因素。为保障工程后期膨胀土边坡稳定,应遵循快速施工、地质预测、动态设计、及时封闭、尽早回填的原则,选择合理边坡坡比,建设有效排水系统并硬化顺延覆盖一级边坡,对边坡垮塌或滑动进行实时监控量测。     

膨胀土裂隙、强度及其与边坡稳定的关系

以南水北调中线工程、鄂北调水、引江济淮等大型调水工程中的膨胀土问题为研究对象,从膨胀土裂隙性、强度特性和破坏特征等方面,论述了膨胀土边坡稳定的影响因素、边坡破坏机理和强度特性。研究表明,膨胀土的裂隙为胀缩裂隙和非胀缩裂隙两类,非胀缩裂隙是地层中的“原生裂隙”,胀缩裂隙是干湿循环引起的“次生裂隙”。降雨和强度衰减是大多数膨胀土边坡浅层滑动的主要因素,而非胀缩裂隙面的倾向、倾角及强度是控制膨胀土边坡整体稳定的主要因素。膨胀土边坡的失稳,可归纳为“膨胀变形引起的浅层滑动”和“裂隙强度控制的整体滑动”两种破坏模式,膨胀土的边坡稳定分析也应充分考虑膨胀变形和裂隙分布状态的影响;膨胀土的强度指标不能简单地用土体的“综合强度”,而应根据实际地层情况,分别以土块强度和裂隙面强度进行描述。在此基础上,应针对不同的破坏机理进行膨胀土边坡的处治。     

邯邢地区膨胀土自由膨胀率估测方法研究

从膨胀土的颜色、皂脂程度、裂隙特征、粘胶粒含量4个方面,对膨胀土自由膨胀率的估测方法进行系统研究,通过眼观、手摸、识别和简单计算,综合估测出膨胀土的自由膨胀率数值。该方法简单易懂,操作方便,判断结果准确合理,适用于河北邯邢地区膨胀土工程建设,在工程实践中具有实用价值和推广意义。     

降雨情况下裂隙膨胀土边坡渗流稳定性的影响分析

为探究降雨条件下膨胀土边坡的渗流稳定特性,以某高速公路膨胀土边坡为背景,对不同裂隙深度、位置的裂隙膨胀土边坡进行降雨环境下渗流及稳定性数值模拟分析。研究结果表明,膨胀土边坡中裂隙的存在对渗流和稳定性有重要影响。裂隙越深,雨水入渗范围越大,稳定性逐渐降低,且呈幂函数型减小;裂隙位于坡顶时含水量差异最小,在坡脚时含水量差异最大,且裂隙位于坡顶、坡脚处的安全系数较低;裂隙位置的存在对边坡潜在滑移面的影响并不大,而裂隙发育程度是影响边坡潜在滑移面的主要因素。     

降雨条件下膨胀土裂隙边坡深层浅层滑坡渗透稳定性分析

为研究裂隙膨胀土在平均型降雨条件下的渗流特性以及稳定性的变化规律,利用Geo-slope软件建立了裂隙膨胀土有限元模型,对不同位置及不同深度的裂隙进行了模拟,得到了孔压以及安全系数的变化规律。结果表明:上部和中部裂隙土边坡孔压呈现明显的"分层"效应,下部裂隙土边坡孔压呈现线性增大的规律;下部浅层滑动面安全系数变幅大于上部浅层,深层滑动面安全系数变化不大;安全系数总体上呈现降雨时逐渐减小,停雨后逐渐增大的趋势,裂隙深度为2m时的边坡安全系数要大于裂隙深度为4m的工况。研究成果为裂隙膨胀土边坡的失稳机理的认识及安全防护提供了相应的参考。     

膨胀土边坡稳定性研究

阐述了近年来长江科学院在膨胀土边坡稳定性方面的研究成果。研究了南水北调中线工程膨胀土的裂隙形态及分布规律,在“大气影响深度”以上与以下区域膨胀土的裂隙形态存在差异,以下区域的裂隙具有明显的定向性;介绍了膨胀土的膨胀性,对于起始含水率一定的膨胀土,相同吸湿条件下的膨胀应变与平均应力在半对数坐标系下呈很好的线性关系;阐述了膨胀土的强度特性,提出了膨胀土强度试验新方法;研究分析了膨胀土边坡失稳机理,提出了膨胀土边坡的破坏模式及相应的稳定分析方法。研究成果表明：膨胀土边坡不仅存在重力作用下的整体稳定性,整体稳定性受裂隙面强度控制,而且在吸湿条件下会产生浅层失稳,浅层失稳的主要影响因素为土的膨胀变形;在膨胀土边坡的稳定分析中,膨胀土的强度,不需进行任何折减,直接采用强度试验值,稳定分析成果能正确地反映边坡的稳定状态。     

表征干燥失水诱发膨胀土收缩-开裂-沉陷机理的数学模型

膨胀土因干燥失水引起的收缩、开裂和沉陷会使其水力与力学特性发生显著变化,从而对膨胀土地区水工建筑物的稳定性产生负面影响,因此有必要研究这三个物理过程的细观机理和宏观响应。为此,先建立团粒、裂隙和沉陷这三个区域分布的数学模型;再通过分析收缩-开裂-沉陷过程中理想土块与裂隙之间的几何关系,推得裂隙相对宽度的理论计算公式;最后,对安康膨胀土开展收缩-开裂-沉陷的室内试验,并结合已有文献所述室内和现场试验结果,验证了这三种区域的数学模型在采用同一组参数描述团粒孔隙率、裂隙率及其相对宽度、沉陷率变化规律时的有效性,并建立了膨胀土团粒孔隙率-含水率-基质吸力的关系。该组数学模型为定量描述膨胀土的体变特征和渗透特性提供了一种新方法。     

非饱和膨胀土边坡破坏机理与稳定性分析

膨胀土具有胀缩性、裂隙性、超固结性,其工程性质特殊,即使很缓的边坡也可能失稳,南水北调中线工程膨胀岩土渠段长达340 km,渠坡的处理技术、分析方法与长期稳定性是关键问题.分析了非饱和膨胀土边坡的破坏特点、破坏机理与影响因素,并对处理措施的作用机理与模拟方法进行了分析,在此基础上探讨了非饱和膨胀土边坡稳定性的分析方法,并对南水北调中线工程新乡段膨胀岩土渠坡进行了分析,得到了初步成果.     

非饱和土力学理论在南水北调工程中的应用

简要回顾了非饱和土力学的研究历史及研究意义.结合南水北调中线工程中的膨胀土问题,探讨了非饱和土理论在渠道工程设计中的应用前景,重点论述了非饱和土抗剪强度理论及其简化计算方法,并从膨胀土的破坏机理、变形特点和强度特征出发,探讨了膨胀土渠坡工程处理措施和处理原则,为南水北调中线工程膨胀土渠段的设计和施工开拓了新的思路.     

膨胀土湿胀干缩特性试验

为研究膨胀土湿胀干缩变形与含水率变化的一般规律,采用压缩仪和收缩仪对重塑膨胀土进行了无荷载条件下的分级浸水膨胀试验和收缩试验。结果表明:试样的初始干密度越大,初始含水率越小,土体的膨胀系数越大,最终膨胀率也越大;初始干密度越大,初始含水率越小,土体的收缩系数越小,最终线缩率和体缩率也越小;膨胀系数和收缩系数反映了膨胀土受含水率变化而产生变形的特性,可作为评判膨胀土胀缩性能的指标。     

非饱和膨胀土变形规律的试验研究

通过室内膨胀土土样的膨胀试验，研究不同击实膨胀土土样在不同压力作用下膨胀变形与土样初始含水量、干密度的关系，总结膨胀上的膨胀变形规律。同时研究不同土样的膨胀力与初始含水量、干密度之间的相关性。此对研究膨胀土的变形和强度很有必要。     

膨胀土膨胀量测定方法比较及改进

以高淳胥河某边坡膨胀土为研究对象,在对现行土工规范要求的以及部分科研人员采用的膨胀土有荷线膨胀率测定方法进行研究的基础上,分析了两种方法存在的问题,进而提出线膨胀率测定的改进方法。基于不同试验方法开展了膨胀土膨胀力及有荷线膨胀率试验,并对结果进行了比较研究。试验结果显示,在初始状态相同的情况下,改进方法测得的膨胀土线膨胀率最大,土工试验规范方法次之,部分科研人员采用方法所测得的线膨胀率最小,3种试验方法所测得的膨胀土线膨胀率都可以采用同一个公式来表示。不同试验方法对初始干密度较小、上覆压力小的膨胀土的线膨胀率、膨胀力测定影响较大。     

膨胀土的干湿循环性状及其在边坡稳定性分析中的应用

膨胀土的干湿循环性状在膨胀土边坡的稳定性分析中占有重要地位。通过膨胀土的干湿循环试验,得出膨胀土性状变化的基本规律:干湿循环导致膨胀土性状的衰减,在经过4~5次干湿循环之后,其性状改变趋于稳定。从土的微观结构出发,对这些基本规律给出解释;并将这些基本规律应用到膨胀土边坡的稳定分析中,得出了符合工程实际的计算结果。     

引江济汉工程渠道膨胀土分类及工程处理

膨胀土问题是引江济汉工程的关键技术问题之一。在大量的试验分析、研究的基础上,经对比分析,确定适合引江济汉工程区特点的分类指标及分类方法。为适应膨胀土分布不均一的特性,采取"样本1/3"法则对单层土体的膨胀性进行判别及"厚度1/3"法则对渠道膨胀土进行界定。并根据膨胀土的宏观地质特征,进行野外快速判别,以指导工程施工。在此基础上,针对不同膨胀等级的渠段进行可靠、经济合理的工程处理。     

原状膨胀土吸力特性的研究

简要介绍了非饱和土的吸力概念 ,利用压力板吸力仪得出了南水北调工程中线原状膨胀土的水分特征曲线 ,通过回归分析得到其吸力方程 ,结合土样的物理性质进行了相关分析 ,并总结了有关结论     

压实条件对膨胀土裂隙发育影响的试验研究

裂隙是影响膨胀土力学特性的重要因素之一。以河南南阳地区高速公路路用膨胀土为研究对象,通过制备不同初始含水率和压实度的大尺寸压实膨胀土土样,观察压实膨胀土在脱湿过程中的表面裂隙发育,并拍摄数码图像,然后利用基于MatLab自编程序的改进裂隙图像特征参数提取方法对图像进行定量化分析,获得裂隙的各种特征参数,进而探讨膨胀土表面裂隙发育的相关规律。研究结果表明:压实膨胀土脱湿开裂过程可分为细小裂隙发育、主裂隙发育及裂隙回稳3个阶段;初始含水率越高,膨胀土表面裂隙发育速率越快,发育程度越高,持续时间越长;初始压实度越大,膨胀土表面裂隙率和裂隙总长越小,但宽度较大。上述裂隙发育规律可用表面蒸发和土体内部水分传输机理进行解释。