干湿循环对不同粒径组崩解性砂岩改良膨胀土的影响

基于引江济淮工程研究利用河道开挖弃料崩解性砂岩改良膨胀土的长期效果.试验结果表明:①崩解性砂岩改善膨胀土的压实性和强度特性,岩屑粒径小于2 mm时改良土的压实性最优,砂岩物理改良土的直剪指标与岩屑粒径正相关,砂岩水泥复合改良土的直剪指标主要受水泥改良作用控制,岩屑粒径的影响不明显;②崩解性砂岩对改良土干湿循环过程中的开...     

干湿循环对粉砂土改良膨胀土裂隙及强度影响

为探究黄泛区粉砂土改良膨胀土路基在干湿循环作用下裂隙发育与强度的影响规律,设计并开展了室内干湿循环试验,分别进行了11%、13%、15%、17%四种不同含水率下改良膨胀土经历不同干湿循环次数的直剪试验,然后采用MATLAB开发的图像处理技术对干湿循环作用后的土样裂隙进行定量分析,探讨改良膨胀土的裂隙率和抗剪强度的关系。结果表明：随着含水率的增大,改良膨胀土的裂隙率、黏聚力和内摩擦角逐渐减小;当含水率一定时,裂隙的发展随干湿循环次数的增加而增大,改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着裂隙率的增大而减小;当含水率为11%时,前两次干湿循环作用导致改良膨胀土的裂隙快速发展,裂隙率曲线较陡,黏聚力下降较快,但是内摩擦角变化不大,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的判定系数达到0.95;当含水率为17%时,前4次干湿循环作用下改良膨胀土的裂隙虽然发育迟缓但裂隙率增长较快,4次干湿循环之后裂隙率的增长变得不明显,裂隙率曲线较平缓,黏聚力和内摩擦角下降较少,改良膨胀土的裂隙率和黏聚力的相关系数仅为0.70。     

干湿循环下干密度对膨胀土裂隙发展及强度影响探究

膨胀土的湿胀干缩的裂隙性是工程建设中经常遇到的问题,对不同初始状态下的重塑膨胀土进行室内模拟自然条件下的干湿循环,对不同初始状态下产生的裂隙通过数字图像技术进行处理,提取出裂隙率,裂隙总长度,平均宽度,对裂隙特征进行定量描述,分析不同初始状态下膨胀土干湿循环过程中裂隙的发展规律。对各组循环后试样进行直剪实验,探究膨胀土强度指标变化规律。结果表明:膨胀土的初始含水率和初始干密度是影响裂隙发展的重要因素。初始干密度大的试样首先出现裂缝,干密度越大,循环结束后的裂隙率也越大。干湿循环和干密度对强度指标有不同程度的影响,干湿循环对内摩擦角影响不大,粘聚力随干湿循环次数增加而减小。     

石灰改良膨胀土高铁路堤离心模型对比试验研究

为研究石灰对膨胀土高铁路堤的改良效果,以膨胀土和石灰改良膨胀土为原材料,设计两组路堤模型,对其开展3次干湿循环条件下坡体响应离心模型试验研究,重点分析二者作为高铁路堤填料的工程特性差异。结果表明:随深度增加,路堤受大气影响减弱,改良土路堤的大气影响深度为20 cm,较之未改良土路堤深度小,石灰改良膨胀土可以作为高铁路堤填料;膨胀土和未改良土路堤浅部饱和含水率均在40%左右,其深部含水率都小于40%,但未改良土路堤中含水率变化较改良土路堤更为敏感;干湿循环条件下,5%的石灰掺入量可以有效抑制膨胀土变形,较好地遏制其膨胀潜势、渗透性、导热性、透水性等特性参数。     

改良膨胀土的干湿循环特性试验研究

干湿循环作用对改良膨胀土的工程性质存在重要的影响,而目前这方面的研究成果很少。以掺石灰和粉煤灰改良的典型合肥膨胀土为研究对象,通过系统的室内试验,研究在干湿循环作用下,改良膨胀土的膨胀性、界限含水量、颗粒分布以及无侧限抗压强度等方面的变化规律,深入探讨干湿循环作用对改良膨胀土工程性质的影响。结果表明,改良膨胀土的膨胀量、液限、塑性指数、黏粒含量随干湿循环次数的增加而增大,而塑限、粉粒含量以及无侧限抗压强度则随干湿循环次数的增加而减小。     

粉煤灰及电石渣改良膨胀土干湿循环特性研究

向膨胀土中加入火山灰类添加剂可有效改善其胀缩特性,但连续干湿循环气候可能改变改良土的胀缩稳定性,并导致其强度降低。通过系统的室内试验对粉煤灰、电石渣改良膨胀土进行了干湿循环试验,分析其微观结构变化特征。试验结果表明,随着干湿循环次数的增加,改良土的膨胀性增大,无侧限抗压强度降低;与未经干湿循环的试样相比,经过干湿循环的试样内部大孔隙增多,颗粒排列状态被扰动。     

干湿循环过程中改良土的物理力学特性研究

对高淳膨胀土进行了改良后的干湿循环试验研究,包括直剪试验和无荷膨胀率试验,研究了干湿循环对改良膨胀土抗剪强度和变形的影响。结果表明,随着循环次数的增加,抗剪强度逐渐减小,土的粘聚力c也逐渐减小;无荷膨胀率增大后趋于稳定。     

膨胀土裂隙发育特征定量化方法的试验研究

裂隙是导致膨胀土强度衰减与渗透性增强的重要影响因素。根据膨胀土裂隙发育特征提出闭合曲线定位的裂隙定量化方法,据此进一步研究了裂隙对膨胀土强度、渗透性的影响。研究结果表明该方法不仅可显著减小裂隙宽度的相对误差,而且相比面裂隙率,线裂隙率避开了土样外边线收缩对裂隙发育特征影响的处理问题,进而提高了裂隙量测值的合理性;根据不同宽度等级的线裂隙率变化规律,丰富了裂隙演化特征;根据干湿循环次数与裂隙特征参数、土体强度参数及渗透性等的相互关系,进一步揭示了裂隙对强度、渗透性的线性定量关系,于是以裂隙发育特征代替干湿循环次数可解决实际工程中的干湿循环次数难以定量化的问题。因此,以闭合曲线定位法建立的定量化裂隙指标,较面积法更利于膨胀土性状的评估和裂隙研究的工程应用。     

非饱和重塑膨胀土各向等压加载试验研究

为分析裂隙和胀缩对非饱和膨胀土屈服和水量变化特性的影响,首先对重塑膨胀土试样进行常温条件的干湿循环,使其形成不同程度的裂隙和孔洞;其次以多功能土工三轴仪为研究工具,对已产生结构损伤的重塑土试样进行控制吸力为常数、净平均应力增大的各向等压加载试验。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,膨胀土试样裂隙和孔洞发育愈加明显,排水能力相应提高;同一吸力条件下,屈服应力随着干湿循环次数的增大而减小;同一干湿循环次数条件下,试样所受吸力越大,屈服应力则相应增大;干湿循环次数增多时,膨胀土的压缩指数在发生屈服前后呈现不同规律,前者一直增大,而后者可看作一常数。     

膨胀土裂隙生成特征研究

以南京绕城高速公路路基弱膨胀土为研究对象,通过改变膨胀土的含水率,在实验室内对降雨蒸发交替作用下膨胀土裂隙开裂过程进行模拟,观测并统计分析裂隙特征的关键因素,研究不同含水率及不同循环次数对裂隙的长度、宽度、数量的影响。研究结果表明:在一次干湿循环过程中,裂隙生成速度随时间变化先快后慢,最终达到稳定;在整个干湿循环过程中,每次循环结束时裂隙数量呈逐渐增多的趋势,在第五次干湿循环之后裂隙发育最终达到稳定。     

Laboratory test on crack development in mudstone under the action of dry-wet cycles

Rock masses in southwest China are dominated by alternating layers of sandstone and mudstone. When exposed to natural conditions, mudstone is vulnerable to disintegration, causing the overlying sandstone to be extremely likely to collapse under the action of a load or other conditions. An effective and innovative experimental method to characterize weathering processes would contribute to collapse prevention. In this study, a customized test unit, including a model test container, a lever-loading device and a thermostat-controlled heating plate, was applied to explore the mechanism of crack development in mudstone over multiple dry-wet cycles. The crack width, vertical displacement and wetted area were measured to analyse the slaking mechanism acting during these cycles. The results show that tiny cracks appeared on the surface of the sample after heating and that the vertical displacement increased in the upward direction because of swelling of mudstone. The crack width expanded with increasing water exposure, but after the water infiltrated the surface of the sample, the crack width decreased. The external surface of the sample was gradually infiltrated in the second dry-wet cycle, and the infiltration area increased continually. The infiltrating speed grew progressively faster with each cycle, and the number and size of internal cracks monotonically increased. The sample fractured as a result of crack extension. These results have theoretical significance regarding the ground collapse of alternating layers of sandstone and mudstone.

     

膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究

调查表明,许多经计算分析认为稳定的新开挖膨胀土边坡随着时间的推移发生了失稳破坏,笔者利用离心模型试验针对这一问题开展了较为深入的试验研究。结果发现,干湿循环是导致这一问题产生的根本原因。干湿循环使得膨胀土边坡产生裂缝,随着干湿循环次数的增加,裂缝逐渐变宽变深。裂缝的存在不仅削弱了膨胀土边坡土体的结构,而且为水的入渗提供了通道,从而使土体软化,强度降低。每次干湿循环,膨胀土边坡均累积了向坡下的沉降和水平位移,随着干湿循环的次数的增加,不论边坡土体密度高低,最终都将导致膨胀土边坡的渐进破坏。室内三轴试验由于不能模拟干湿循环作用下膨胀土边坡裂缝的产生和发展过程以及水的入渗对其强度和变形特性的影响,因此,其得出的强度和变形指标直接应用于膨胀土边坡的变形和稳定分析是不合适的。防止膨胀土边坡发生破坏的最关键的措施是尽可能隔断其与外界的水分交换,如不能隔断其与外界的水分交换,也应采取合适的排水措施,以尽可能防膨胀土边坡充分湿化。     

土体干湿循环过程中的体积变形特性研究

本文通过室内试验,研究了干湿循环过程中,土体沿不同方向失水导致裂隙沿不同方向开展时,土体应变的变形的特征。采用高精度卡尺直接量测的方法测量了膨胀土膨胀收缩后的应变变化,获得了膨胀土膨胀收缩过程中的应变曲线,试验结果表明:在干湿循环三次后土体的裂隙开始大幅的开展,但强度不会明显降低,此时土体可以看成是由强度和体积均较大的骨架颗粒组成,土体体积的增大即为团聚体间空隙增大的结果,土体在宏观上仍为强度和体积均较大的骨架结构,从而解释为何土体经多次干湿循环后裂隙不断开展但强度趋于稳定。在干湿循环过程中,无论土样沿轴向或径向失水,土样的轴向裂隙一直有较大程度的开展,而在干湿循环三次以后,土样的径向裂隙才开始大幅开展。     

干湿循环下红黏土边坡裂隙演变规律

为研究干湿循环下红黏土边坡裂隙的演变规律,采用室内边坡模型模拟日照-降雨干湿循环方式,并使用图像处理技术对获得的裂隙光栅图像进行二值化处理,提取了红黏土边坡裂隙率、裂隙条数、裂隙总长度、土块个数等定量化指标,分析了降雨-蒸发循环作用下裂隙指标的演变规律与干湿循环次数的关系。结果表明:导致红黏土开裂的主要原因是含水率梯度引起的土体上下部基质吸力的差异性,致使土体收缩不均匀,而土体的胀缩性、渗透性和脱湿速率的空间分布则是决定含水率梯度的关键因素; 裂隙的宽度、深度和裂隙率随干湿循环次数的增加先增大然后趋于稳定; 裂隙总条数、土块个数和裂隙总长度在第1次干湿循环后达到最大值,第2次干湿循环后均出现不同程度的降低,之后裂隙总数量趋于稳定,但裂隙总长度和土块个数在后期干湿循环中仍有小幅增大。     

湿干循环下压实膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙特征作为膨胀土裂隙性研究的基础,其定量化描述有助于膨胀土工程性质的深入探究。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取多次湿干循环下的裂隙扩展图像,采用优化和改进的裂隙图像处理及裂隙特征提取方法,分析所获得的膨胀土裂隙各特征参数。结果表明：室内压实膨胀土表面裂隙率随着湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环对裂隙率影响最为显著;裂隙发育峰值条数在第一次湿干循环后最多,总长度最大,而三次湿干循环后的裂隙条数和总长度较为相近;裂隙宽度随湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环影响最为显著;同时,第一次湿干循环中主裂隙发育最明显,在第二次和第三次中宽度发育趋于均匀;通过裂隙方向玫瑰花图发现,裂隙主要沿着初始方向扩展,直至下一次湿干循环;裂隙发育方向在第一次湿干循环中是随机的,而在第二次与第三次中有较高相似性,表明湿干循环对裂隙发育方向的影响也主要发生在第二次。     

皖南红层软岩崩解特性试验分析

采用皖南地区3种红层软岩开展了室内"饱水-干燥"循环(湿-干循环)条件下的崩解试验.研究了不同湿-干循环次数下岩石的崩解现象和特征;分析崩解物的颗粒粒径分布随湿-干循环次数的变化规律;对浸泡岩样的水溶液离子浓度进行测试,同时对经历不同湿-干循环次数的岩样开展扫描电镜(SEM)试验;探讨软岩的崩解机理,比较分析不同岩石崩...     

酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化影响研究

 为了研究酸性干湿循环对泥质砂岩强度特性劣化的影响,以重庆三峡地区某边坡的泥质砂岩为研究对象,对不同酸性(pH = 3)干湿循环次数n(0,1,5,10,15,20)作用的泥质砂岩试件进行室内单轴、三轴压缩试验及电镜扫描观察,并借助离散元软件PFC2D对三轴压缩试验峰值强度状态时试件的颗粒接触、裂纹分布进行模拟。研究发现,泥质砂岩的单轴抗压强度?、弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角?和三轴抗压强度?′都随n的增加而降低。n = 1时?,E,c和?的阶段劣化度最大,酸性干湿循环作用对c的劣化影响要大于对?的劣化影响。泥质砂岩微细观形态随n的增加大致经历整齐致密、多孔团絮和开裂紊流3个阶段。此外,在三轴压缩试验峰值强度时,n的增加对泥质砂岩试件颗粒接触网络,微裂纹的发育、试件破坏模式等都影响显著。     

考虑干湿循环作用的膨胀土渠道边坡破坏机理研究

膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同之处。     

降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。