降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

湿陷性黄土区增湿高能强夯施工试验与分析

西北湿陷性黄土地区土体含水量较低,一般在3%~10%之间,根据现行规范直接进行强夯影响深度较小,需要进行增湿处理,而国内对于增湿高能级强夯处理湿陷性黄土地基的工程实例和试验研究较少。文中通过甘肃地区某项目地基处理施工试验,介绍了湿陷性黄土区增湿高能强夯施工的增湿工艺和施工过程,对检测结果进行了分析,对土体增湿施工提出了意见,为类似工程提供借鉴。     

强夯法加固湿陷性黄土地基的两个问题

本文根据强夯法加固湿陷性黄土地基的大量实际资料 ,对含水量和孔隙比进行了讨论 ,指出不同的土体含水量对夯击效率具有显著的影响 ,并对由含水量所制约的第二极限孔隙比进行了研究     

采用TDR水分计研究非饱和黄土入渗及自重湿陷变形规律

通过在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行大规模原位浸水试验,在浸水坑的不同位置和深度埋设TDR水分计,对水在竖向和水平向的入渗运移规律进行实测,研究黄土在地面浸水后的入渗规律与自重湿陷变形规律及其相互关系。研究表明:(1)水在土体中的入渗规律是水沿大孔隙先向下入渗,然后再渗透扩大饱和区的运移过程;(2)在水分的入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体发生自重湿陷变形,以下土体含水量增加缓慢,达不到湿陷起始含水量,没有发生自重湿陷变形,因此,可考虑22.5～25.0 m作为现场湿陷性评价的临界深度,另外该深度可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时的参考地基处理下限深度;(3)由TDR水分计得出的体积含水率变化曲线不仅可以用来测量体积含水率的时空变化,而且可以用来判定黄土是否发生湿陷变形以及湿陷敏感性和湿陷系数随深度的变化规律,也可粗略计算水在非饱和黄土中的扩散速度。     

黄土的增湿变形特性及其与结构性的关系

在不同含水量下对西安、兰州原状黄土进行压缩试验，根据同一压力下原状黄土与重塑饱和黄土的孔隙比定义一个定量结构性参数mP，探讨黄土的结构性参数随压力及增湿含水量ω变化的特性，用结构性变化特性分析原状黄土增湿变形特性机制。研究表明：（1）同一压力下，mP-ω关系可分为平缓和下降2段，而增湿湿陷系数δs与ω的关系可分为平缓和增长2段，交点处的增湿结构破坏起始含水量ωf随压力的增大而减小。（21在ω〈ωf时，黄土对水的敏感性很弱；ω〉ωf时，水的敏感性很强。（3）高压力处增湿湿陷性强，低压力处增湿湿陷性弱，增湿压力的影响在低初始含水量时要比高初始含水量时明显得多。（4）同样增湿含水量下，增湿变形随着初始含水量ω0增大而减小，但当ω0〈ωf时，ωo变化对增湿湿陷变形的发展几乎没有影响，可以归一。（5）在不同压力和初始含水量下，西安、兰州黄土的δs-（mP．ω0-mP，ω）之间的线性关系非常相近，即增湿变形的发展受结构性影响的规律是基本相同的。     

考虑压力和密度影响的膨胀土增湿变形研究

基于考虑初始含水量、上覆压力、初始干密度影响,研究了膨胀土竖向增湿变形问题,得到了膨胀土膨胀变形的规律,揭示出相同初始含水量时,初始干密度越大膨胀率越大;相同初始干密度时,初始含水量越大膨胀率越小;其他条件相同时上覆压力越大膨胀率越小。文章还总结出考虑初始含水量、上覆压力、初始干密度影响的膨胀率回归方程,提出用有限的试验数据得到任意组合条件的膨胀率计算方法。由此可进一步求得膨胀土地基的膨胀变形量,为工程计算提供可靠的理论依据。     

西安某湿陷性Q2黄土场地建筑地基沉降分析

为研究湿陷性Q₂黄土场地建筑地基在降雨入渗影响下的沉降变形规律，首先通过压力板试验和直剪试验研究了Q₂黄土的水力—力学特性，拟合了黄土的非饱和渗流参数和随含水量变化的力学参数表达式；其次，基于试验结果提出了一种考虑土体湿陷性的地基沉降数值模拟方法，并以西安某Q₂黄土场地上临近雨水入渗点的建筑地基为依托，分析了降雨入渗下的建筑地基的沉降变形特征。结果表明Q₂黄土具有显著的湿陷性，粘聚力、内摩擦角、变形模量随含水量的增加而近似线性劣化，文中提出的数值模拟方法可以较好地模拟出Q₂黄土的这一特性；Q₂黄土场地建筑地基在雨水入渗工况下，考虑地基土体湿陷性的沉降变形分析结果相对于不考虑湿陷性的分析结果而言，地基沉降变形最大可增加2倍左右，考虑湿陷性的地基沉降分析结果更符合工程实际。     

电势作用下非饱和黄土水分迁移试验研究

采用自制的试验装置,基于电渗法试验,笔者对以下问题进行了探究:电渗作用能否导致非饱和黄土土体含水量降低？电势、土体含水量水平等因素对非饱和黄土电渗结果有何影响？非饱和黄土电渗时效如何评价？试验结果表明:在电渗作用下,非饱和黄土试样内的水分从正极迁移向负极,达到降低正极区含水量的目的,说明电渗作用能使非饱和黄土土体内的含水量降低;电渗过程中,沿电渗方向的电势大致呈线性分布,电渗电势越大,降低正极区土体含水量的效果越好;由于正极水化反应增强和土体电阻发热量引起了水分耗损,高电势作用下土体内的含水量水平低于低电势作用土样。在试验土样含水量范围,土体初始含水量越低,电渗作用下正极区土体含水量降低值越大,但初始含水量差异引起的正极区含水量变化的差异性不大。电渗作用下非饱和黄土的水分迁移前期快,后期慢,随着电渗时间的延长,正极区含水量会进一步降低,负极区的含水量会进一步升高。     

黄土非饱和入渗规律原位试验研究

土体中的水呈饱和状态渗流时,其渗流状态比较简单;但若呈非饱和状态渗流时,其流速、流向随时间和空间在土体中的状态却比较复杂。而这些正是进行湿陷性黄土增湿、减湿沉降计算时需要知道的问题。通过黄土非饱和入渗规律原位试验对其进行了探讨,结果表明:在非饱和入渗时段内,土体各深度上饱和度随时间的变化呈近似线性关系,浅层土非饱和入渗时间随土深度的变化短期内也呈近似线性关系;黄土的浸润角略大于 30°。     

考虑Q3黄土增湿特性的隧道围岩变形分析

力、水耦合作用使黄土结构性降低,开挖扰动和增湿是黄土隧道围岩失稳的主要原因.基于已提出的Q3黄土初始切线模量与含水量的关系,对一典型的黄土隧道进行了增湿变形分析,从围岩的变形、地面沉降、衬砌的受力状态三个方面对比分析了增湿对围岩稳定性的影响.结果表明,含水量从5.175%增大到22%时,隧道拱顶沉降和地面变形均增大了一倍左右,初始含水量较小时,增湿引起较大的围岩变形,初始含水量较大时增湿引起较小的围岩变形;衬砌结构的弯矩和轴力随含水量增大而增大,按规范求得弯矩的设计值大于数值分析的结果,而轴力的设计值小于数值分析的结果.     

黄土隧道地基湿陷变形评价方法探讨

 隧道穿越自重湿陷性黄土地层时,可能遭受浸水作用下地基湿陷变形的附加作用而产生结构破坏。针对隧道衬砌结构的湿陷性黄土地基,结合隧道围岩及地基的自重湿陷变形特征,首先,提出浅埋隧道围岩压力、衬砌结构自重荷载构成基底压力和隧道两侧基底面分布土层自重共同作用下地基土的附加应力计算方法,以及考虑地基土自重应力的湿陷压缩应力计算方法。其次,在基本物性与构度、构度与结构压缩屈服应力、孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和结构压缩屈服应力比值关系的基础上,建立自重湿陷系数和湿陷系数的计算方法。依据大厚度自重湿陷黄土场地不同埋深范围黄土具有不同自重湿陷系数门槛值的特征,得到了场地的自重湿陷变形和隧道地基的湿陷变形的计算方法。最后,通过数值计算分析,模拟隧道地基湿陷变形不同沉降差作用下衬砌结构应力场和塑性域发展,随着不均匀湿陷变形的增加,隧道衬砌结构塑性区范围不断增大,并结合铁路路基沉降控制标准,建议隧道地基湿陷变形0～5 cm为一级、5～10 cm为二级、大于10 cm为三级。     

结构性黄土压缩屈服特性及湿压模型

湿陷性黄土具有很强的结构性,在增湿及侧限压缩应力作用下,其变形特性表现出与一般黏性土不同的特性。针对这一问题,通过对3种不同初始结构性黄土的侧限压缩试验,对黄土在增湿及压缩应力条件下黄土的宏观力学特性及其结构变化特征进行研究。研究结果表明:1)在增湿及侧限压缩应力作用下,黄土的e-lgp曲线分成三段,即平缓状态段、非线性段和线性段;2)原状黄土的压缩曲线与重塑土压缩曲线的变化给出了同一压力下黄土架空排列结构破损后孔隙比的可能变化量;3)原状黄土与饱和黄土压缩曲线的差别揭示了同一压力下黄土颗粒间胶结丧失后结构性黄土孔隙比的可能变化量;4)结构屈服应力与初始含水率之间满足幂函数关系,压缩指数与初始含水率之间呈指数函数关系。     

黄土塬非饱和黄土增湿变形特性及结构性研究

为了研究黄土塬地区非饱和黄土增湿变形特性及其与结构性的关系,选取庆阳市西峰区某建筑场地土样,对其进行了不同含水率下的黄土固结试验研究,讨论了湿陷系数与压力、初始含水率及初始结构强度的关系。结果表明:不同浸水压力作用下,湿陷系数随初始含水率的增大基本呈现递减趋势;高压力处增湿湿陷性强,低压力处增湿湿陷性弱;黄土结构强度随初始含水率的增大呈降低趋势,且在含水率增大初期,黄土结构强度降低速率较大,后期速率减缓;黄土湿陷前后土体的微结构发生了明显变化,形成了较稳定的次生结构。     

含水量及冻融循环对阳曲黄土压缩特性的影响分析

压缩特性是黄土的重要力学特性,是季节性冻土区黄土工程设计的重要依据。为研究冻融循环和含水量变化对黄土压缩特性的影响,以山西阳曲1号隧道为背景,对不同含水量的黄土进行冻融循环后的系列试验。结果表明:冻融循环通过强风化作用于土中自由水,使得土中自由水发生了原位的冻胀融沉和迁移,破坏了土颗粒的胶结物质,改变了土样固体颗粒的粒径分布,粗颗粒减小,细颗粒增加。使得土体的孔隙比、干密度、体积均增加,压缩系数的变化与含水量和冻融循环次数正相关,压缩模量的变化与含水量和冻融循环次数反相关,压缩性增强。本文的研究结果可对阳曲甚至山西的黄土工程提供帮助。     

大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验研究

 为解决大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理深度和湿陷性评价等难题,在湿陷性黄土厚度大于36.5 m的场地进行以下浸水试验：不同深度的挤密桩处理地基深层浸水载荷试验,不同深度的孔内深层强夯处理地基载荷浸水试验,不打注水孔、埋设TDR水分计的原位浸水试验。研究结果表明：(1) 大厚度自重湿陷性黄土地基处理6～12 m、深层浸水时,发生显著地基下沉;15～20 m时,地基沉降较小;处理深度大于20 m时,地基沉降基本可忽略。(2) 浸水试坑22.5～25.0 m以上土体含水率增加较快,甚至达到饱和,以下土体含水率增加缓慢,基本没有发生湿陷。建议22.5～25.0 m作为大厚度自重湿陷性黄土地基处理和湿陷性评价的临界深度。(3) 大厚度自重湿陷性黄土地基在采取有效的综合处理措施之后,甲类建筑可以不全部消除湿陷量,乙、丙类建筑可以根据控制建议适当放宽对剩余湿陷量的要求。(4) 不同地区、不同微结构类型土的湿陷性应当采用不同的湿陷系数 来判定,即“湿陷系数 = 0.015”在自基础底面至基底下15 m的范围内可继续使用;15 m以下适当放宽,按不同深度对 进行修正,可使大厚度自重湿陷性黄土湿陷性评价趋于合理,有效节约大量地基处理费用。     

诱使沉降法纠正偏移建筑的模型试验及案例分析

 中国西北地区大部分土质为湿陷性黄土，这些地区修建的多层建(构)筑物中，有些由于地下管线漏水、室外排水措施不当等原因，造成地基土发生不均匀沉降，使建(构)筑物出现倾斜等工程事故。为使这些上部结构完好，保证基础存在不均匀沉降的建(构)筑物的安全和正常使用，应使其倾斜得到纠正。通过工程实践和模型试验，提出一种将水注入建筑基础下土体诱使地基补偿沉降纠正偏移建筑的方法。对一个放置在与工程现场相似、人工处理的湿陷性黄土基础上的建筑模型进行纠偏试验。该模型相似比取1∶5，高度为3 m。采用诱使沉降法，首先在建筑一侧开沟，释放侧向约束应力，其次在沟底向建筑基础下部掏水平圆孔，减小地基承压面积，增加地基土的竖向应力，然后向水平孔注水软化地基土，诱使建筑基础产生沉降，达到纠偏的目的。纠偏模型试验测试得出以下结论：(1) 应力释放和地基应力增加产生的水平位移和沉降仅为注水软化地基的1%～2%；(2) III级自重湿陷性黄土基础在压力作用下，其初始湿陷含水量为12%，但当含水量达到25%时，湿陷沉降明显加速，因此，采用注水诱使湿陷沉降纠偏时控制湿陷含水量为20%～30%，持续2～3 h/d，可使纠偏过程安全且效果良好。工程案例和按照试验方法进行的大量工程纠偏实践证明，此方法可用于湿陷性黄土地区的纠偏实践。     

膨胀土增湿过程中吸力–孔隙比–含水率关系

通过不同初始孔隙比条件下的土水特征试验及增湿试验,研究了膨胀土的土水特征曲线拟合参数及体积膨胀曲线拟合参数与初始孔隙比的关系,采用曲面拟合法建立了孔隙比与重量含水率及初始孔隙比的关系曲面、孔隙比与吸力及初始孔隙比的关系曲面、重量含水率与吸力及初始孔隙比的关系曲面、体积含水率与吸力及初始孔隙比的关系曲面。试验结果表明,在重量含水率(或吸力)–初始孔隙比–孔隙比坐标系中的体变曲面由饱和部分及非饱和部分组成;在增湿过程中,曲面由非饱和区进入饱和区的转折点对应的重量含水率随着初始孔隙比的增大而增大,转折点对应的吸力随着初始孔隙比的增大而减小;在吸力–初始孔隙比–重量含水率或体积含水率坐标系中,与特定初始孔隙比对应的土水特征曲线是纵坐标恒定的平面曲线;在吸力–孔隙比–重量含水率或体积含水率坐标系中,与特定初始孔隙比对应的土水特征曲线是纵坐标在变化空间曲线,它能同时表示初始孔隙比的影响及试验过程中孔隙比的变化。     

基于土电阻率的黄土高填方地基细观变形机制

 为揭示黄土高填方地基产生变形的细观机制,以吕梁机场试验段为背景,基于土电阻率原理,研发土电阻率–固结联合测定仪,通过原位监测、现场取样和大量室内试验得到不同初始饱和度的Q3黄土在恒定荷载下的电阻率动态变化规律,提出以最优含水率为界限的Q3黄土“电阻率–应变曲线”模型,得到Q3黄土在恒定荷载下的水分迁移规律和结构变化特征。研究结果表明：高填方顶面工后总变形包括两大部分,即地基土及填方表面以下一定深度内填筑体的排水固结变形和深部超固结土的蠕变变形;初步揭示土体产生变形的细观演化规律,同时也为黄土高填方土体的本构模型建立和数值分析中模型的合理选取提供科学依据。     

Factors affecting GCL hydration under isothermal conditions

The hydration of different GCLs from the pore water of the underlying foundation soil is investigated for isothermal conditions at room temperature. Results are reported for three different reinforced (needle punched) GCL products. Both a silty sand (SM) and sand (SP) foundation soil are examined. GCL hydration is shown to be highly dependant on the initial moisture content of the foundation soil. GCLs on a foundation soil with a moisture content close to field capacity hydrated to a moisture content essentially the same as if immersed in water while those on soil at an initial moisture content close to residual only hydrated to a gravimetric moisture content of 30-35%. The method of GCL manufacture is shown to have an effect on the rate of hydration and the final moisture content. The presence or absence of a small (2 kPa) seating pressure is shown to affect the rate of hydration but not the final moisture content. The GCL hydration did not change significantly irrespective of whether a nonwoven cover or woven carrier GCL rested on the foundation soil.