基于微观结构的饱和红黏土孔隙比计算

广州红黏土在地铁建设中极易软化、崩解,对城市地铁工程的安全构成威胁.通过室内物理力学试验、X射线衍射试验、扫描电镜试验,得到了广州饱和红黏土的基本物理性质,以及该类红黏土体的矿物成分、微观结构特点.基于试验结果,提出了一种土体微观模型,分析了微观结构对该类红黏土物理性质的影响,并运用此模型求得了该类饱和红黏土的孔隙比.结果表明:该类红黏土的饱和含水量为62%,自由膨胀率达到40%,黏性矿物所占比率很大,片状和扁平状黏土颗粒相互聚集形成的层状微集聚体是组成红黏土微观结构的主要结构单元体,运用微观结构参数求得的孔隙比为1.62～1.80,与宏观试验结果相一致.     

红黏土崩解性试验方法

为探究适合红黏土崩解性测试的试验方法,在对比现有测试方法的优缺点后,根据土样在水中受力平衡理论,分析水入渗过程中封闭气泡作用和黏土矿物的膨胀性对定量分析土体崩解性的影响,通过测试11组不同条件下红黏土的崩解性,验证封闭气泡以及土体膨胀性对崩解的影响,并结合红黏土的工程特性,提出一种实用的崩解试验方法.试验结果表明:短时...     

孔隙比与饱和度对粉质黏土导热系数影响的试验研究

以长春市城市快速轨道交通3号线东延线的粉质黏土为研究对象,制备不同条件下的重塑样.通过室内试验,利用DRPL-I型导热系数测试仪,采用稳态法测定不同条件下粉质黏土的导热系数,研究孔隙比与饱和度对粉质黏土的导热系数的影响.结果表明:粉质黏土的导热系数受其孔隙比与饱和度的影响;在一定条件下,当饱和度一定、孔隙比增大时,粉质黏土的导热性能减弱,导热系数随着孔隙比的增大而减小且呈近似线性减小;在孔隙比一定、饱和度增大的条件下,随着液相体积的增大,饱和度对粉质黏土的导热性能的影响有所提高,表现为导热系数随着饱和度的增大而线性增大.     

考虑孔隙比和渗透系数随土体当前应力变化的深基坑降水开挖变形分析

基于修正剑桥模型理论,推导了孔隙比e随土体当前应力变化的方程,同时比选了4组经典的描述渗透系数k随孔隙比变化的方程,选择了其中一组最佳的估算公式,编写ABAQUS用户子程序VOIDRI和USDFLD,以实现孔隙比和渗透系数随土体当前应力的变化。在此基础上,研究深基坑降水开挖所致的坑内外土体的变形、围护结构的变形及弯矩,得到以下结论:当考虑孔隙比随土体当前应力变化时,坑外地表沉降量、墙体的水平位移、地下连续墙的弯矩、坑底隆起量均大于孔隙比为定值时的情况;当考虑渗透系数随土体当前应力变化时,坑外地表沉降量、墙体的水平位移、地下连续墙的弯矩均小于渗透系数为定值时的情况,但同时考虑渗透系数和孔隙比变化情况时,其对坑底的隆起量的影响可以忽略不计。     

水泥外加剂对红黏土强度的影响

对桂林市雁山区某工地红黏土进行烘干,分别在不同水泥掺入比以及不同含水率下进行快剪试验。为找出水泥改良红黏土的最佳条件,研究了相同含水率条件下,红黏土的抗剪强度与水泥掺量的关系;相同水泥掺量条件下,红黏土抗剪强度与含水率之间的关系。试验表明,相同含水率下,水泥土的抗剪强度随水泥掺入比的增加而增大;而在相同水泥掺入比情况下,水泥土的抗剪强度随含水率的增加而减小。将试验数据进行直线拟合绘制图表分析,以此来找出较为合适的水泥掺量及含水率。结果表明,水泥掺入比在９％ ～１３％,含水率为４０％时,土的抗剪强度增加最为明显。     

饱和黏性土孔隙性对渗透系数的影响研究

渗透系数作为饱和土的重要参数之一,直接影响着工程的施工和运行,一直受到广泛的关注.利用取自武汉市汉街地区一处建筑工地基坑底部的非饱和黏土,配制了7组不同干密度和均为15.13%的含水率的重塑试样,运用变水头法研究了土体孔隙性对渗透系数的影响.研究表明,该地区非饱和黏土渗透系数随着干密度的增大而减小,随着孔隙比的增大而增大,且明显分为三段,有0.7188和1.037两个特征点.并分析了产生该结果的原因.     

考虑有效应力的软土固结系数变化规律

在渗透系数与孔隙比以及有效应力和孔隙比的2类经验回归拟合关系的基础上, 推导出固结系数和有效应力的表达式, 通过算例和室内试验研究了不同固结应力软土压缩过程中固结系数的变化规律, 同时提出考虑有效应力的软土固结系数三次多项式拟合回归方程.研究结果表明:随着有效应力的增加, 考虑固结系数变化的软土地基固结速率, 相对于太沙基固结理论预测的固结速率, 会在一定程度上加快 (压缩指数C_c与渗透指数C_k的比值C_c/C_k<1) 或减缓 (C_c/C_k>1) 土体的固结, C_c/C_k=1时, 与太沙基固结理论假设一致;采用统一的三次多项式拟合固结系数与有效应力的关系, 达到了很好的拟合效果, 此结果为数值分析中参数选取的准确性提供了保障, 能较准确预估软土地基的变形速率.     

干湿循环作用下镉污染红黏土的变形及强度特征

以桂林漓江流域的红黏土为研究对象,分别配置浓度为0%、 0.1%、 0.5%、 2.5%的氯化镉溶液制成镉污染红黏土试样,在40℃条件下进行干湿循环,通过室内固结不排水三轴剪切试验研究了Cd²⁺浓度及干湿循环耦合作用对红黏土的变形、强度特征的影响。结果表明：不同Cd²⁺浓度红黏土的横向收缩率δ_hs、竖向收缩率δ_ss及体积收缩率δ_v随时间增长均呈“S”型曲线上升;不同Cd²⁺浓度的红黏土剪应力峰值随干湿循环次数增加而增大;随着干湿循环次数的增加,镉污染红黏土黏聚力呈先增大后减小的趋势;Cd²⁺在未进行干湿循环时就已完成了对红黏土结构的破坏,使内摩擦角达到极限值;Cd²⁺浓度增大,强度特征破坏作用越明显。     

单向循环荷载作用下饱和重塑红黏土的动力特性

为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应,对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验,研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大,红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡;当动应力比小于临界动应力比时,随着循环振次的增加,红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长,后出现拐点,最终趋于稳定;相同的动应力比下,试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变;塑性累积应变越大,应变发展曲线拐点出现越滞后;随着动应力比的增大,土体的软化程度也越大,但在较高的循环振次下,软化程度减弱。     

基于修正邓肯-张模型模拟红黏土应力-应变关系

分析了原状红黏土的应力-应变关系,从结构性损伤角度进行分段描述:硬化型应力-应变关系分为2 个变化阶段,而软化型则分为3 个变化阶段。为准确模拟其应力-应变关系, 基于结构性修正邓肯- 张模型,提出了一种计算损伤参数的方法,并进行原状红黏土三轴固结不排水试验模拟计算,发现模型能较好地反映土体应力-应变在不同阶段的发展规律,其中表征损伤发展速率的参数a^*与围压以及应力-应变关系曲线类型有关,取值范围在0. 15~0. 35,对红黏土弹塑性模型的建立具有参考意义。     

重塑红黏土动剪切模量与阻尼比的共振柱试验

在保证路基施工质量的前提下,对重塑红黏土在小应变幅值条件下土体动剪切模量和阻尼比的研究,可作为其是否适宜作高铁地基的判别标准之一.为此,在颗分、液塑限及击实等试验的基础上,对不同围压下标准红黏土试样进行小应变幅值的共振柱试验研究.通过对相关试验数据进行整理,得出了重塑红黏土在小应变条件下动剪切模量和阻尼比的变化规律及其影响因素.利用改进的Davidenkov模型对重塑红黏土动力指标进行了拟合,效果良好.该研究成果可为相关高速铁路路基工程提供基础数据及分析参考.     

游离氧化铁对红黏土力学特性的影响

游离氧化铁对红黏土力学特性存在显著影响,为分析其影响机理,采用柠檬酸钠、碳酸氢钠和连二亚硫酸钠的混合溶液(DCB法)去除红黏土中游离氧化铁,以去除和未去除游离氧化铁红黏土为研究对象,通过室内试验研究了两种试样的土水特征曲线、不同含水率条件下的抗剪强度和失水收缩特性.结果表明:吸力在较高范围内,同一含水率时去铁红黏土的基...     

非饱和云南红黏土的不排气不排水变形特性研究

非饱和土中吸力的测量比较困难,选择饱和度作为参数在非饱和土研究中具有重要的实用价值.在改进的常规三仪上对不同干密度、不同饱和度的云南红黏土试样进行不排气不排水三轴试验,试验过程中试样出现了明显的剪胀现象.当试样干密度较大时,即使饱和度较大也出现了剪胀;而当试验干密度较小时,在饱和度较大时剪胀消失.通过微观机理可以很好地解释这种剪胀现象,剪胀主要由于试验过程中孔隙气压力所造成颗粒间力矩不平衡引起的,而当干密度较小、饱和度较大时,孔隙气在围压作用下会溶于水,这种颗粒间的不平衡力矩消失,剪胀现象也随之消失了.     

纤维加筋红黏土强度特性影响因素的试验

通过对素红黏土和纤维加筋红黏土进行三轴试验,研究了影响纤维加筋红黏土强度特性的影响因素。分析了纤维加筋红黏土的力学特性及筋材参数与纤维加筋红黏土强度间的关系。试验结果的抗剪强度指标表明,红黏土合理的加筋纤维长度在10～13 mm;加筋红黏土的强度随加筋纤维配合比的提高而增强;聚丙烯纤维的加筋效果好于涤棉纤维;加筋红黏土试件最终均呈现出鼓状变形和相互错动,没有明显的破裂面,不存在拉力破坏或黏着破坏;引入强度增强效果系数(ησ)能对纤维加筋红黏土抗剪强度的各影响因素进行综合评价。     

页岩比表面积与孔隙结构关系的分析

比表面积和孔隙结构是页岩的两个重要特性。比表面积对于岩石基质的吸附特型和膨胀性能具有重要的影响。现有的比表面积测量方法在测定页岩比表面积时,由于页岩含有大量微纳米孔隙,测得的页岩比表面积精度不高。研究基于比表面积与孔隙结构的关系,建立比表面积与孔隙结构之间的数学模型,并讨论了随孔隙在基质中的数量比例和体积比例两种参数下,页岩的比表面积与孔隙结构之间的关系。结果表明微孔对于页岩的比表面积具有重要贡献,且比表面积与小孔隙的体积占比之间为正相关关系,与小孔的数量占比之间则需要通过不同情况来进行判断。为页岩气的吸附特征研究和岩石的膨胀特性研究提供了一定的理论依据。     

开封地区土的压缩系数和孔隙比的经验关系

分析开封地区15个工地200组压缩系数α1-2和孔隙比e数据,用最小二乘法求出α1-2与e的经验关系为α1-2=0．37e^2.6,其目的是利用孔隙比估算土的压缩系数,在土工试验资料整理中用于误差分析。     

纳米碳酸钙对红黏土的影响及其作用机理分析

为研究纳米碳酸钙对桂林红黏土组分、力学强度及微观结构的影响,探索纳米碳酸钙 －红黏土的改性机理,对改性后的红黏土进行了相关的室内试验。结果表明：从物质组成上,桂林红黏土的主要矿物有石英、高岭石、赤铁矿,氧化物中 ＳｉＯ_２、Ａl_２Ｏ_３、Ｆe_２Ｏ_３ 共占 ７６.７３％,加入纳米碳酸钙后,红黏土的矿物、氧化物的含量均受到影响。宏观上,纳米碳酸钙使红黏土的黏聚力、内摩擦角、抗剪强度减小,同时也降低了塑性指数;微观上,红黏土土颗粒主要以粒团、叠片等形式搭建结构骨架。经过 ＭＡＴＬＡＢ数据处理可知,加入纳米碳酸钙后红黏土整体孔隙减小,且干密度越大,孔隙率和分形维数越小,结构越稳定。压汞实验反映出纳米碳酸钙使红黏土大孔隙减少,小孔隙增多。     

干密度对重塑红黏土变形特性的影响

为研究不同干密度下红黏土剪切变形特性,采用人工方法制备不同干密度的红黏土试样,进行了重塑红黏土的不排水三轴剪切试验。研究结果表明：饱和重塑红黏土随干密度的增加应力－应变曲线表现出４种不同类型,由弱塑性类型依次向硬化性、强塑性、软化性类型发展,剪切峰值提高;微观孔隙的平均孔径逐渐减小,微观结构从粒斑状结构发展至叠片状,在高干密度情况出现剪切带;分别对不同应力－应变曲线类型进行拟合分析,并讨论了各种曲线类型的数学模型的适用性。     

稻壳灰固化红黏土的路用性能及微观机理

为响应建设节约的发展思路，向红黏土中掺入稻壳灰，并通过一系列实验探讨稻壳灰对红黏土力学性能的影响，分析稻壳灰对红黏土的微观作用机理。试验结果表明，掺入稻壳灰后红黏土液塑限变化较小；其最优含水率与渗透系数随稻壳灰掺量的增加而增高，最大干密度降低；掺入稻壳灰的红黏土抗压强度随掺量的增加呈先增后减的趋势，当稻壳灰掺入量为15%，养护时间为28 d时达到最大值。电镜扫描试验发现：稻壳灰表面覆盖大量的胶凝物质，红黏土结构密实性相应提升。用稻壳灰改良红黏土能节约路基的建设成本，同时也有利于保护环境，实现资源的可持续利用。     

基质吸力对重塑红黏土抗剪强度影响的试验研究

通过室内剪切试验,得到了非饱和重塑红黏土的黏聚力和内摩擦角随水质量分数变化的规律;采用滤纸法进行了基质吸力的量测,得到不同干密度下的水-土特征曲线;基于试验结果,获得了考虑基质吸力的破坏包络面,初步分析了基质吸力对红黏土剪切强度的影响.结果表明:该类红黏土黏聚力随含水量的增加按Gauss函数变化;内摩擦角随含水量的增加符合Sigmoidal函数,在水质量分数为0时,达到最大值;有效内摩擦角φ′在等基质吸力平面上为一定值,在不同的基质吸力平面上随着基质吸力的增加逐渐增大;φb具有随基质吸力的增加而先不变后减小的特征,且随净法向应力的增加而增大;基质吸力在高净法向应力时,对抗剪强度的贡献较大.