干湿循环下花岗岩残积土抗剪强度试验研究

近年来,随着我国城镇化战略的加速推进,高速公路、铁路、隧道等工程建设大规模开展。工程项目的建设离不开边坡支护,在暴雨条件下边坡失稳风险骤增,极易造成经济损失和人员伤亡。为揭示暴雨下边坡失稳机制,以我国粤港澳大湾区典型花岗岩残积土为研究对象,通过开展干湿循环模拟试验和常规小型直剪试验,深入探讨干湿循环作用下花岗岩残积土抗剪强度弱化规律和弱化累积效应。以花岗岩残积土抗剪强度作为边坡稳定性主要影响指标,重点分析了土体黏聚力和内摩擦角的变化规律。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加,不同饱和度下花岗岩残积土的黏聚力均呈现较明显的减小趋势,其摩擦角则在一定范围内浮动改变,但大致稳定。研究结果拓展了复杂的水土作用对花岗岩残积土强度的影响,阐述了干湿循环下花岗岩残积土强度衰减变化规律,对暴雨下边坡全寿命安全评估具有一定的指导作用。     

干湿循环作用下花岗岩残积土性能劣化及边坡稳定性分析

对不同含水率花岗岩残积土进行了室内抗剪试验,探讨分析干湿循环作用下不同含水率花岗岩残积土的抗剪强度指标的衰减机理和规律,结果表明:含水率越高,初始粘聚力和内摩擦角呈线性降低;随着干湿循环次数的增加,粘聚力呈指数型函数降低,干湿循环对内摩擦角的影响不大;强度衰减曲线符合"S"型曲线,强度损失主要集中于前5次干湿循环。基于研究结果,结合某边坡工程,对花岗岩残积土边坡在降雨和非降雨情况下的稳定性进行分析,结果表明:降雨会加剧花岗岩残积土的损伤劣化累积,导致边坡稳定性迅速降低,干湿循环4次后,安全系数低于1,而在非降雨情况下,经历10次干湿循环后,安全系数仍然大于1。     

云母对花岗岩残积土力学性能影响的机理

本文对云母质残积土开展了微观结构测试与物理力学试验,分析了云母的结构特征及含量对花岗岩残积土物理力学特性的影响,并提出其微观作用机理。结果表明：云母的加入导致残积土的级配组成更粗,界限含水率和渗透性增加,但可塑性减小;高云母含量的残积土具有较差的力学性能,表现为较高压缩性和回弹性、以及较低的抗压强度。云母对花岗岩残积土力学性能的不利影响源于云母本身的固有性质和云母与矿物聚集体的接触形式,这是因为云母以片状层叠的形式存在于残积土中,形成具有高压缩性和回弹性的海绵状结构,层间孔隙使土壤具有高吸水性;同时颗粒排列形成的桥接和有序效应产生大量孔隙,增加了土壤的渗透性;云母板插入黏土基质后,土的强度和破坏类型也发生改变。     

不同溶液及干湿循环作用下砂岩宏细观损伤效应试验与模型研究

云冈石窟在降雨的反复作用下处于干湿循环的状态，其力学性质受到不同程度的劣化，将直接影响到石窟区砂岩的强度变形。以砂岩为研究对象，设计并进行不同溶液及干湿循环试验，建立宏观损伤统计本构模型，并结合SEM扫描电镜对细观结构损伤进行研究。研究表明：砂岩在干湿循环作用下，酸性环境对砂岩的劣化作用相对于中性环境更大；干湿循环初期发生劈裂破坏，后期逐渐演变为劈裂破坏和剪切破坏的结合；微观结构上均遭到一定程度的破坏，但酸性环境更明显。此研究为不同环境干湿循环作用下砂岩类文物的保护修复指导工作提供了理论依据，对于深入认识云冈石窟劣化损伤机理具有十分重要的意义。     

木质素磺酸钙增强花岗岩残积土微生物固化效果研究

为提升微生物固化花岗岩残积土的效果,综合考虑木质素磺酸钙的特点和MICP(Microbial-induced calcite precipitation)作用过程的环境条件,设计进行木质素磺酸钙增强MICP固化花岗岩残积土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析木质素磺酸钙对微生物固化花岗岩残积土的增强效果及增强机制。结果表明：(1)木质素磺酸钙能够显著提高花岗岩残积土微生物加固过程中的胶结物产量,木钙掺量在4.00%左右达到最佳,与常规MICP相比,胶结物生成量提高了48.86%;(2)木质素磺酸钙的掺入,显著提高了固化体的抗压强度和抵抗变形能力,2.00%～8.00%掺量下固化体的抗压强度提升了4.75%～41.20%,破坏时应变增加16.24%～38.55%;(3)掺入木质素磺酸钙后,固化体的孔隙大小及孔隙率均有不同程度降低,孔隙率降低了12.97%～37.38%,固化体的整体密实性进一步增强;(4)木质素磺酸钙的掺入,改善了残积土的孔隙结构,为后续微生物加固提供更好的环境条件;(5)在微生物固化花岗岩残积土过程中掺入木质素磺酸钙后,改善了微生物生长的酸碱环境,丰富了MI...     

干湿循环作用下盐分对水泥土性能的影响研究

为了研究盐分侵蚀与干湿循环共同作用下水泥土性能的劣化情况,分别考虑了硫酸钠、氯化钠及其复合盐在干湿循环作用下对水泥土性能的影响.试验设置硫酸钠的浓度依次为0.0mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L和0.3mol/L,氯化钠和复合盐的浓度为0.2mol/L、0.4mol/L,进行了电阻、超声波、无侧限抗压强度、...     

干湿循环效应下黄土抗拉强度试验研究EI北大核心CSCD

采用单轴拉伸法对原状和重塑黄土干湿循环下的抗拉强度进行试验研究,通过试验数据探讨原状和重塑黄土的抗拉强度与含水率和干湿循环次数的关系,分析干湿循环下黄土的抗拉强度衰减机制。试验结果表明:原状和重塑黄土的抗拉强度随含水率的减小呈非线性的增大,为负指数函数关系;同一含水率下的原状和重塑黄土的抗拉强度随干湿循环次数的增加而减小,最后基本趋于稳定。多次的干湿循环后原状黄土的抗拉强度衰减值与重塑黄土的抗拉强度衰减值和黄土抗拉结构强度之和基本相等,证明多次的干湿循环作用打破了原状黄土的原有结构,使得其抗拉结构强度消失;间接说明经过多次干湿循环后原状和重塑黄土的吸附强度衰减值相同,并使得原状和重塑黄土具有基本相同的结构。     

干湿循环效应下裂隙性黄土单轴压缩力学特性

通过系统开展干湿循环效应下裂隙性黄土的单轴压缩试验,对干湿循环效应下裂隙性黄土的裂隙演化规律与单轴压缩力学特性进行了深入探讨。结果表明:不同倾角试样表面裂隙率R_sc与分形维数D_f均随干湿循环次数增加逐渐增大,但增速逐渐减缓;干湿循环效应对裂隙性黄土单轴压缩应力 应变曲线的类型及特征无显著影响;应力 应变曲线的初始斜率随干湿循环次数增加逐渐降低;不同倾角试样单轴压缩应力-应变曲线均表现为软化型,其中45°倾角试样的应力 应变曲线表现出“双峰”变化规律;不同倾角试样单轴抗压强度均随干湿循环次数增大表现出减速衰减特征;不同干湿循环次数下裂隙性黄土单轴抗压强度与裂隙倾角关系曲线均呈现出“双V”变化特征。     

基于硫酸盐侵蚀的混凝土干湿循环制度研究

设计了四种干湿比(1∶1、3∶1、5∶1、7∶1)和两种干燥方式(烘箱干燥、自然干燥),通过相对抗压强度和相对动弹性模量的变化研究了干湿循环下硫酸盐侵蚀混凝土的力学性能劣化规律,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和压汞仪探究了微观结构的演变过程。结果表明:硫酸盐侵蚀混凝土的力学性能呈现先增加后降低的趋势;烘箱干燥和自然干燥下,混凝土劣化相对较严重的干湿比分别为3∶1和5∶1;混凝土孔隙总体积随龄期的延长不断降低,其中,有害孔(50 nm≤d≤200 nm)的减少是孔隙细化的最主要原因。     

考虑干湿循环累积损伤的膨胀土土水特征研究

为探明干湿循环中膨胀土裂隙发育对其土水特征的影响,制备经历不同次数干湿循环的柱状土样,并对其土水特征曲线进行测定。结合CT扫描结果,基于裂隙的分形特征构建土柱截面和整体损伤变量,通过其变化规律阐明裂隙发育对土水特征的影响。结果表明：裂隙的分形维数沿深度方向逐渐减小,大体呈线性变化规律,不同循环次数下裂隙的开展过程具有相似性;基于裂隙分形维数构造的损伤变量能够较好描述干湿循环对膨胀土的累积损伤效应,土柱的整体损伤变量随干湿循环次数逐渐增加,且增速逐步提高;提出的基于土柱整体损伤变量进行修正的Fredlund-Xing模型能够较好拟合裂隙膨胀土的土水特征曲线。研究成果能够为后续裂隙膨胀土的渗流和工程应用研究提供理论支持。     

花岗岩残积土的试验及测试研究

本文通过对残积土的一些试验及测试数据的统计与分析,阐述残积土的特性及某些工程性能,并对工程实践中残积土的利用提出几点看法。     

花岗岩残积土基底的深基坑支护结构变形分析

在广州地区深基坑开挖过程中常会遇到花岗岩残积土地层,花岗岩残积土遇水容易软化崩解,除了给施工带来极大困难,也常与其他因素共同作用导致支护结构变形过大,进而造成很大的安全隐患,甚至酿成事故。以某基坑的实际监测数据为例,结合PLAXIS有限元分析软件对该情况下导致基坑支护结构变形的因素进行了模拟分析,分析结果为类似工程提供了参考。     

干湿循环作用下伊犁黄土强度劣化试验研究

为了探讨干湿循环对黄土强度的影响,采用三轴试验方法,考虑了干密度、含水量、干湿循环幅度的影响,获得伊犁黄土干湿循环强度劣化规律,并利用复合函数拟合劣化度,建立伊犁黄土干湿循环强度损伤模型。结果表明：黄土在干湿循环作用下会产生明显的劣化效应,干湿循环幅度和干密度的影响显著;受原状黄土和压实黄土的劣化影响的主要是黏聚力,首次干湿循环对压实黄土黏聚力影响最大,3次干湿循环时原状黄土黏聚力劣化最多,内摩擦角受干湿循环作用影响不大;干湿循环效应使原状黄土的力学特性向重塑黄土发展,5次干湿循环后原状黄土的强度与压实黄土趋于一致;增湿过程土体孔隙发育和减湿过程土样内外出现裂隙是黄土出现强度劣化的主要原因。     

冲击荷载作用下花岗岩残积土的动力损伤与破坏机理

为调查冲击荷载作用下花岗岩残积土的力学行为,开展了不同冲击频率(3～15 Hz)和振幅(100～400 kPa)影响的循环冲击试验,分析冲击荷载引起的超静孔隙水压力和变形的发展规律。结果表明:振幅和频率的影响均存在临界值,振幅与频率超过临界值时,土体损伤强烈会引起强度迅速衰减。低频与超高频冲击下更易产生较高孔压,从而导致有效应力降低进而引起强度下降。根据冲击应力与应变的滞回曲线的形态特征提出了花岗岩残积土冲击动力损伤的3个定量评价参数,并据此提出了3种冲击破坏类型与辨识方法,指出冲击能量耗散引起的结构损伤及塑形变形累积是花岗岩残积土产生冲击破坏的根本原因,其影响程度取决于土的原始结构强度与微观裂隙发育程度,也与冲击模式和应力水平导致的裂隙扩展规律和塑性累积变形大小有关。工程实践中应查明土体在冲击荷载下的临界振幅与临界频率,尽可能避免采用高振幅与低频率及超高频率荷载冲击土体。研究有助于了解冲击荷载的作用规律和土体力学响应,为中国花岗岩风化地层的施工与设计提供科学理论指导。     

硫酸盐干湿循环下再生复合微粉混凝土的劣化机理

将再生砖粉和再生混凝土粉混合组成再生复合微粉，取代部分水泥制备再生复合微粉混凝土，对其进行干湿循环下硫酸盐侵蚀试验和微观结构表征，并基于其微观结构演化过程建立了SO42-侵蚀模型，揭示了硫酸盐侵蚀下再生复合微粉混凝土的劣化机理.结果表明：再生复合微粉混凝土的抗压强度损失率随着干湿循环次数的增加先降低后升高，且随着再生复合微粉取代率的增加，其变化幅度增大；低取代率的再生复合微粉较好地发挥了填充效应和成核作用，促进水泥水化，但其多孔性的初始缺陷提供了大量侵蚀通道，并造成孔隙内部压力分布不均，导致再生复合微粉混凝土的耐久性能加速劣化.     

花岗岩残积土的工程特性及边坡稳定性研究

花岗岩尤其特殊,经长期的物理化学风化作用,易形成花岗岩残积土。花岗岩残积土具有诸多特殊的工程特性,这些特性对其边坡的稳定有着很大的影响。本文主要对花岗岩残积土的工程特性做简单介绍,并对其边坡稳定进行分析。     

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。     

结构用工程竹干湿循环老化耐久性试验研究

工程竹耐久性对结构安全性具有重要影响,环境湿度变化是影响生物质材料耐久性的重要因素之一。通过干湿循环人工加速老化试验研究胶合竹、重组竹、花旗松试件物理力学性能变化,研究结果表明,随着循环次数的增加,3种试件质量均有所减小,其中重组竹试件降幅最大;胶合竹、花旗松试件顺纹抗压强度小幅度减小,重组竹试件顺纹抗压强度增大; 3种试件抗弯强度均呈减小趋势;相比抗压性能,工程竹抗弯性能更易受湿度变化的影响。当工程竹结构应用于湿度变化较大的环境中时,需进行有针对性的防护,保证材料含水率稳定性。     

对花岗岩残积土变形模量的分析研究

花岗岩残积土变形模量的取值对广东、福建等地区部分建筑物的沉降分析至关重要。针对现有部分地区花岗岩残积土变形模量取值方法没有考虑土质特性的不足,选取花岗岩残积土天然地基上的载荷试验和标准贯入试验数据,结合统计分析原理,提出了在广东地区按照残积土的三种不同土质分别计算其变形模量E0的分析方法,并考虑了土体固结的影响,与实测沉降结果进行对比分析,给出了新的修正系数。通过对实际工程的计算,验证了此方法的合理性,为国家和地区性规范关于残积土变形模量取值部分的发展提供了参数依据。     

花岗岩残积土抗剪强度的尺寸效应研究

针对花岗岩残积土原状样、重塑样和剔除粒径大于5mm颗粒的重塑样,分别进行小型、中型和大型3种不同直径试样的三轴固结不排水剪切试验,研究了不同试样尺寸下花岗岩残积土的应力-应变特性,探讨了颗粒大小和试样尺寸对花岗岩残积土应力-应变特性及抗剪强度的影响。研究表明:不同尺寸大小的试样所测定的应力-应变关系相似,但量值大小有差异;存在超粒径颗粒会造成土样的有效粘聚力偏高,有效内摩擦角偏低;当不存在超粒径颗粒时,随着试样尺寸的增加,土样的有效粘聚力增大、有效内摩擦角减小,且其变化趋势具有线性规律,总粘聚力减小、总内摩擦角增大;总体来说,粘聚力变化较大,内摩擦角变化较小。