铁离子作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制

为探究重金属Fe³⁺作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制,以不同浓度Fe₂(SO₄)₃溶液作用的饱和膨胀土为对象,开展干湿循环裂隙试验、扫描电镜(SEM)试验与X射线衍射(XRD)试验,研究Fe³⁺作用下膨胀土干湿循环裂隙、微观结构和矿物成分的演化规律及机制。结果表明：相同干湿次数下,随Fe³⁺浓度增加,土体裂隙面积率下降;随干湿次数增加,相同浓度土体裂隙面积率总体上升;Fe³⁺作用下,粒间孔隙波动性微变,黏土矿物晶体结构损伤,晶层间距减小;干湿作用后,粒间孔隙剧增,土体结构破坏,晶体损伤加剧。总结出Fe³⁺作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制为：水分子在土体内反复迁移,劣化土体结构,形成拉应力,导致裂隙产生;Fe³⁺则在一定程度上缩小颗粒间距,增强抗拉强度,降低拉应力,抑制了裂隙发育。     

深层裂隙发育型膨胀土边坡变形演化特征研究

深层原生裂隙在膨胀土地层中普遍存在,沿裂隙面的深层滑动是膨胀土边坡失稳的重要模式。为掌握深层裂隙性失稳模式下膨胀土高边坡的变形演化特征,开展了高边坡开挖卸荷的现场原型试验。由试验测得了从稳定发展至破坏过程中边坡的水平位移,获得了滑裂面几何形态,进而推导了深层裂隙性失稳模式的力学机制;采用位移速率幂指数作为边坡变形演化趋势的量化参数,分析了开挖速率及降雨对边坡变形状态的影响;按变形发展快慢趋势,将边坡变形划分为缓慢稳定、缓慢失稳、短时失稳和快速失稳4种状态类别,并提出定量判别阈值;根据不同变形状态下边坡的位移速率及其幂指数的分布规律,提出了适用于膨胀土深层裂隙性滑坡的预警方法。所得成果为膨胀土边坡变形控制和滑坡预警提供了理论和试验依据。     

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。     

膨胀土裂隙特征研究进展

从膨胀土裂隙分类方法、裂隙量测方法、裂隙统计分析方法3个方面对已有膨胀土裂隙特征的研究方法和成果进行归纳总结,简要分析目前研究中存在的问题和不足。建议开展裂隙深度量测、统计分析方法、裂隙深度与表面特征关系的研究,以及对裂隙图像信息处理方法等方面进行深入研究。     

湿干循环作用下膨胀土胀缩裂隙演化特征

压实度是各类填筑工程施工中的关键指标,自由膨胀率是衡量膨胀土膨胀性的核心指标,探明压实度、自由膨胀率与胀缩裂隙演化特征的关系对工程建设是必要的。选择自由膨胀率分布于51%～115%的5种膨胀土并将其压实度分别控制为85%、90%、95%和100%,研究其在历经4次湿干循环作用后的裂隙特征参数。研究结果表明:增大压实度能有效地抑制裂隙在长度和宽度上的开展并减少裂隙条数,尤其是对具有中、高自由膨胀率的膨胀土,进而有效地降低表面裂隙率;裂隙宽度的大幅减小是压实度增大后表面裂隙率下降的主要原因;裂隙特征参数均会随着自由膨胀率的增大而增大,尤其当自由膨胀率达到强膨胀潜势时,裂隙特征参数的增幅更为显著。     

裂隙对膨胀土强度影响的试验研究

通过对膨胀土样进行不同次数的无约束干湿循环,得到了不同裂隙开展程度的膨胀土样,对不同裂隙开展程度的膨胀土饱和试样进行了直剪试验,并首次进行了三轴试验,研究了膨胀土饱和强度随裂隙开展而变化的规律。试验结果表明,膨胀土饱和强度随干湿循环次数呈双曲线关系衰减。对不同裂隙开展程度的膨胀土试样进行拍照,反映了试样裂隙的开展过程,结合直剪试验和三轴试验结果说明,正是裂隙的开展使得膨胀土强度降低。通过对试验结果的分析,指出膨胀土强度指标的选取应考虑裂隙开展的影响,并给出了选取标准。     

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。     

浸水历时对裂隙膨胀土渗透性的影响

许多与膨胀土有关的工程问题都与其渗透性有关,由于膨胀土的胀缩性,裂隙膨胀土的渗透性会随渗透历时而逐渐变化。利用柔性壁渗透仪对重塑膨胀土进行了渗透试验,分别研究了有无裂隙、浸水历时长短等对膨胀土渗透性的影响规律。结果表明:有裂隙时膨胀土渗透系数比无裂隙时大2个数量级左右;浸水后,裂隙膨胀土的渗透性迅速显著降低,大约2 d~3 d后趋向稳定,稳定后渗透系数约比浸水前低1~2个数量级,与无裂隙膨胀土接近。为工程设计和数值计算提供参考。更多还原     

裂隙产状对膨胀土边坡稳定性的影响研究

裂隙性是膨胀土的重要特性之一,裂隙的长度、倾角等对膨胀土边坡的稳定性有着重要的影响。针对南水北调中线工程膨胀土典型渠道边坡的固有非膨胀裂隙,考虑裂隙强度、位置、倾角和长度等因素,利用极限平衡法计算和分析了膨胀土渠道边坡在不同裂隙产状下的边坡稳定性。结果表明,裂隙贯通率是影响边坡失稳形态及安全系数的重要因素,计算结果与现场观察相吻合,研究结论对南水北调中线工程膨胀土渠道边坡的设计具有指导意义。     

受裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析

为分析膨胀土边坡的坡表裂隙深度及裂隙中水压力对边坡稳定性的影响,采用严格的极限平衡条分法对边坡进行定值法计算,在此基础上采用蒙特卡罗模拟法对边坡进行可靠度分析。结果表明,当裂隙中无水压时,边坡的安全系数及可靠指标随着裂隙深度的增加而缓慢减小;在裂隙中充满水时,边坡的安全系数及可靠指标随着裂隙深度的增加而快速减小。实践中应及时采取有效措施防止裂隙的产生与发展,同时避免地表水进入裂隙。     

论膨胀土的工程特性及工程措施

回顾膨胀土的工程特性的研究现状 ,重点介绍膨胀土的结构特性、渗透性、变形、强度及边坡稳定性的研究方法和研究成果 ,分析了现有研究中存在的问题 .对膨胀土从膨胀土的微观结构着手 ,深入研究微结构与有关力学参数的内在联系 .微观模型与宏观模型相结合 ,从而揭示膨胀土的工程特性 ,达到防治的目的 .     

膨胀土水泥改性试验研究

膨胀土是一种特殊的黏性土,具有遇水膨胀、崩解、软化,失水收缩、干裂、硬化等工程特性,膨胀土掺入水泥后其工程特性会发生改良。选取南水北调中线工程南阳段中膨胀土,进行水泥改性研究。通过改性后的自由膨胀率试验,确定水泥的最佳掺量;通过胀缩特性试验,研究水泥改性对降低膨胀潜势的改良效果;并通过无侧限抗压强度、压缩等力学性质试验,研究水泥改性对抑制膨胀土强度软化、模量减小的效果。为膨胀土现场水泥改性的设计施工提供科学的、有价值的依据。     

膨胀土化学改良效果及其在边坡工程中应用的试验研究

对膨胀土边坡进行化学改良,具有良好的工程应用前景。根据膨胀土的胀缩机理,选择十八烷基三甲基氯化铵和KCl共同作用,用于膨胀土尤其是膨胀土边坡的渗透改良,并从微观层面阐述了改良剂的作用机理。无荷膨胀率试验及无侧限抗压强度试验结果表明:相对于膨胀土素土,经改良剂作用后的膨胀土膨胀性有较大程度的降低,水稳定性也明显增强,泡水后不发生崩解。颗分试验及离心机试验结果表明:改良后膨胀土的比表面积减小,与水的作用减弱,吸着水含量较素土明显减少。模拟渗透改良试验结果表明,通过喷洒改良剂可使边坡表层一定深度内的膨胀土得到有效改良。更多还原     

基于二次掺灰法的改良膨胀土施工工艺与检测方法

膨胀土一般天然含水率高,透水性差,原状土一般以较大的团块存在,黏性较大,不易粉碎。但室内和现场试验成果证明:膨胀土经过掺灰改性后,其体积胀缩性低于一般黏土,而强度很高、压缩性低,是很好的土建工程填料。而能否将石灰和土料拌合均匀是影响改良效果的主要因素。因此石灰改良膨胀土施工工艺中最重要的一环就是掺灰工艺,其次就是掺灰土中掺灰量和均匀性是否达到设计要求的检验方法和判定标准。在大量室内和现场模拟试验的基础上,提出了石灰改良膨胀土的施工工艺和质量检验、控制标准。     

水泥石灰复合改良膨胀土试验

南水北调东线穿过的苏北中部地区的开挖渠道和泵站(泗洪站、邳州站和刘老涧二站)都存在膨胀土问题。若泵站地基直接坐落在膨胀土层上,泵站运行过程中可能存在地基土不均匀胀缩变形而引起泵站建筑物破坏问题。在东线存在的更普遍问题是泵站开挖出的膨胀土综合利用问题,如刘老涧二站开挖出8万多m3膨胀土,堆放在现场需要占用宝贵的耕地,而泵站上下游引水渠道的挡土墙后又需要大量符合要求的填土。将开挖废弃的膨胀土改良后作为挡土墙后的填土,是一项综合利用工程,现研究了膨胀土综合改良方法和改良土的力学性质。     

膨胀土及袋装膨胀土干湿循环试验研究

对南阳膨胀土分别进行了有荷载与无荷载两种情况下不同循环次数的变形与强度特性试验,同时进行了将膨胀土装入编织袋而形成的土工袋的平行试验.结果表明:膨胀土在干湿循环过程中的胀缩变形过程不完全可逆,其绝对胀缩率峰值随干湿循环次数的增加而逐渐减小;膨胀土的抗剪强度指标c值随循环次数的增加逐渐减小,ψ值变化不大;土工袋有抑制膨胀土胀缩变形的作用,其抗压强度值随循环次数的增加而逐渐减小.     

膨胀土分类的PCA-ELM模型及应用

为更合理确定膨胀土类别,将主成分分析(PCA)与极限学习机(ELM)相结合,提出一种膨胀土分类的PCA-ELM模型。选取能充分反映膨胀土类别的液限、塑性指数、<2 μm胶粒含量与自由膨胀率4项指标进行分析,运用主成分分析对各指标进行相关性处理,依据方差累计贡献率得出2个主成分。将70%的样本划分为训练集,30%划分为测试集,将训练集作为极限学习机输入,并采用十折交叉验证以优化模型参数,从而得到最优分类模型。然后将测试集作为最优模型输入,得到分类结果。最后,选用2个工程实例共32个样本对所建立模型进行验证,结果表明:该模型分类结果与实际较吻合;训练集与测试集分类精度分别达94.20%和79.00%,并具有较快的训练速度。PCA-ELM模型适用于大规模数据的分类预测。     

公路膨胀土路堤膨胀变形量预估模型

为给膨胀土用于路基填筑的设计与施工提供参考,对膨胀土的膨胀变形量计算方法进行分析。通过对弱膨胀土在不同初始干密度、上覆压力下的一维线膨胀率试验,分析了膨胀土路基湿度平衡规律。结合其他学者的一维线膨胀率试验结果,提出了相对上覆压力和相对变形量的概念。试验结果显示弱膨胀土的相对膨胀变形量与相对线膨胀率呈幂指数关系,并依据试验结果及路基湿度平衡规律建立了膨胀土的湿胀变形模型及路堤填筑膨胀变形量的实用计算方法,解决了影响膨胀土线膨胀率3个主要因素的耦合问题,为膨胀土路堤填筑湿胀变形量的预测提供理论计算方法。     

加筋挡土墙在膨胀土地区应用的研究分析

结合某变电站基础工程,对膨胀土加筋挡土墙开展了一系列的现场试验研究。试验结果表明:在填筑高度较小的情况下,墙背土压力增加较快,实测竖向土压力大于γh,土压力系数逐渐增大;而随着填土高度的增大,实测竖向土压力逐渐开始收敛并小于γh,土压力系数也逐渐降低。降雨导致竖向土压力和侧向土压力均降低,但土压力系数增大。大型膨胀土填土工程会产生较大的变形,且变形收敛速率缓慢。筋带的存在有效地抑制了挡土墙的侧向变形和竖向沉降。施工中,挡土墙的排水问题和防水处理对抑制挡土墙变形及不均匀沉降具有非常重要的作用。本文的研究对在膨胀土地区采用加筋挡土墙的合理性和有效控制影响工程质量的因素有重要的参考价值。     

膨胀土环境下集装箱龙门吊作业区雨水收集系统的设计

为了避免膨胀土对铁路装卸线的损害,在青岛集装箱中心站的设计中对装卸线下的道床进行了特殊处理：①采用合理的水力分区,道床纵断面设计为锯齿形（V型）,有利于积水的顺利排出;②土工布隔离膜上残留的少量积水采用软式透水管导出。