袖阀管劈裂注浆加固粉土路基实验研究

通过室内大型模拟实验,对粉土路基强度、刚度在毛细水作用下的衰减规律和袖阀管劈裂注浆加固路基的效果进行研究。实验模拟新建路基、潜水位20 cm/50 cm的毛细水作用路基、袖阀管注浆劈裂土体加固路基等4个工况,得到粉土路基土体含水率的分布规律和物理力学指标;在分级循环加卸荷载的作用下,得到路基模型总体刚度、受力和变形的特性;挖除路基模型,观察袖阀微桩及浆液扩散的形态。结果表明：毛细水作用可使粉土路基模型总体刚度降低70%,土体抗剪强度下降,路基竖向塑性变形随荷载增大快速增加;水平分层劈裂土体凝固的浆液不仅阻断了毛细水的上升通道,而且与底端扩大的微桩形成空间骨架与土体共同作用,骨架与土体各承担荷载大约50%,袖阀管加固粉土路基效果显著。     

低液限粉土水理特性试验研究

土体的水理性质会直接对其强度和性状产生重要影响,在实际工程中,也会影响到建筑物、路堤和边坡的稳定性。通过渗透试验、湿化试验和毛细管水上升高度试验,对低液限粉土的透水性、毛细管性、崩解性等水理特性进行了研究。结果表明:对于低液限粉土,当含水率相同时,随着压实度的增大渗透系数减小,其湿化崩解速度减慢;当压实度一定时,压实粉土的渗透系数与含水率呈非线性关系,随着含水率的增大而减小,在最优含水率下,其湿化崩解速度最慢。压实的低液限粉土毛细水会随时间增加而逐渐升高,且其升高速度前期较大,中后期较小。     

黄河冲积平原区粉土路基吸水特性及强度衰减规律试验研究

黄河冲积平原区粉土路基具有强烈的毛细现象及水敏性特征,在外界水环境综合影响下含水率普遍偏高,路基支撑强度不足,路面结构早期破损严重。击实试验发现黄河冲积粉土由于级配不良、粒间空隙大等因素造成压实困难,其击实曲线在低含水率与高含水率时分别表现为部分无黏性土与黏性土特征,变形特性复杂。为了分析粉土路基的吸水特性,进行了降雨渗透、毛细水上升室内模拟试验,发现二者对粉土含水率均有显著的影响,且毛细水上升速度高于降雨入渗速度,上升高度可达1.5 m。现场实测表明,低路基(H2.5 m)含水率沿深度方向的分布呈"底部最大、顶部次之、中间最小"的变化特征,而一般标高路基(H≥2.5 m)则表现为底部含水率偏高、中上部含水率较低,但均高于最优含水率。不同含水率下压实粉土回弹模量及三轴试验结果表明,当实际含水率高于最优含水率时,路基土回弹模量、变形模量及黏聚力随含水率的增大都呈显著的衰减关系,当接近饱和状态时内摩擦角也急剧降低,从而揭示出粉土路基在吸水后将具有变形大、强度低的特点,易造成路面结构早期病害。针对不同路基高度,推荐了相应的路基设计模量。     

活性MgO碳化固化土的干湿循环特性试验研究

碳化固化技术是一种利用二氧化碳对搅拌有活性氧化镁的土体进行碳化,以达到快速提高强度的低碳搅拌处理软土的创新技术。通过室内试验研究干湿循环对碳化固化土物理力学特性的影响,并与相同掺量下水泥固化土进行对比。结果表明:活性Mg O固化粉土碳化3 h试样的无侧限抗压强度可达5 MPa,粉质黏土碳化24 h试样可达2.6 MPa;干湿循环后碳化固化土的干密度降低,而水泥土干密度基本不变;6次干湿循环后粉土碳化试样的无侧限抗压强度仍然能达到4 MPa以上,为水泥固化粉土强度的2倍,具有较好的抗干湿循环性能;经过6次干湿循环后,粉质黏土碳化试样的残余强度仅为35%,而水泥固化粉质黏土降到65%,表明固化粉质黏土的抗干湿循环性能均较差,且粉质黏土碳化试样的抗干湿循环能力不及水泥固化粉质黏土试样。通过X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)及压汞试验(MIP)测试表明干湿循环对粉土碳化试样的累计孔隙影响不大,因此粉土试样仍然具有比较大的密实度来保证试样强度;粉质黏土碳化试样因孔隙增加明显而变得疏松,因此强度显著降低。     

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。     

毛细水干湿循环对土遗址风化影响的试验研究

地下水位的波动引起毛细水对上部遗址体的反复作用,导致遗址体处于干湿循环交替的状态中,从而致使土遗址不断经受反复的湿胀干缩变化,使得遗址体内部发育大量的裂隙,内部结构变疏松,对遗址体造成极大的破坏,最终使遗址体抵抗外界侵蚀的能力下降,加速了土遗址的风化劣变。采用西安地区凤栖塬黄土模拟遗址原址土样进行室内干湿循环模拟试验,研究了在毛细水作用下经过多次干湿循环后,土样的外观形貌、无侧限抗压强度、抗水崩解性、微观结构的变化以及抗压强度随含水率的变化规律,结果表明:随着干湿循环次数的增加,土样的裂隙不断加以发育并相互贯通、无侧限抗压强度逐渐下降、崩解速度整体上呈现出上升的趋势、土颗粒粒径变小且空隙间距变大。     

压实黄土状填土抗剪强度指标的影响因素探讨

黄土因特殊的工程特性长期为众多科研人员研究,但黄土状粉土压实后的力学性能涉足较少。对山西吕梁某地压实黄土状粉土进行24组直剪试验,得到了不同含水率和干密度条件下的抗剪强度指标。通过对抗剪强度指标c、φ的变化趋势进行统计分析,得到了压实黄土状粉土抗剪强度指标随含水率和干密度变化的线性趋势方程,讨论了含水率和干密度对压实黄土状粉土抗剪强度指标的影响。结果表明:含水率不变时,压实黄土状粉土的c、φ值均随干密度的增加而增大;干密度不变时,c、φ值均随含水率增大而减小。     

脱湿路径下考虑干湿循环和体变影响的膨胀土土水特征

为了研究干湿循环和体积变化对膨胀土土水特征曲线的影响,利用改进的非饱和土真三轴仪,对经历不同干湿循环后的弱膨胀土进行脱湿试验,测得每级脱湿稳定后的质量含水率和孔隙比。试验结果表明：干湿循环次数越大,饱和后的孔隙比越大,而脱湿后的孔隙比越小。干湿循环后膨胀土的含水率和孔隙比随着吸力的增大而减小;在基质吸力的增大作用下,质量含水率–吸力关系曲线、饱和度–吸力关系曲线出现交叉现象,孔隙比–吸力关系曲线出现交叉聚拢现象;干湿循环次数越大,脱湿完成后膨胀土的体积含水率和饱和度越小,体现了干湿循环后膨胀土的土水特征与体变特性的耦合效应。以Fredlund-Xing模型为基础,构建以质量含水率表达的考虑干湿循环影响的SWCC方程,再建立考虑干湿循环影响的膨胀土的体变方程,最后得出以饱和度表达的考虑干湿循环和体积变化影响的SWCC方程,这3个模型均能够很好地描述不同干湿循环后膨胀土的质量含水率、孔隙比和饱和度的变化规律。     

福建土楼夯土试块在干湿循环的抗压强度试验研究

为研究湿度变化对土楼夯土强度的影响规律,从而对福建土楼的结构性能进行深入的研究,为保护土楼提供理论依据.通过模拟福建土楼当地干湿交替的气候变化特征,利用恒温恒湿箱进行试验,研究干湿循环对夯土试块的抗压强度的影响.测试了原状土、重塑土和新土三种夯土试块在干湿交替作用过程中的质量、含水率和抗压强度,系统分析试块的质量、含水率和抗压强度的变化规律与影响因素.结果表明:三种试块的质量随循环次数的增加而减少;含水率总体上随干湿循环次数的增加而下降;重塑土试块和新土试块的抗压强度随干湿循环次数的增加呈现先增大后减小的趋势.     

任意干湿路径下非饱和岩土介质的土水特征 关系模型

土水特征曲线(SWCC)代表着基质吸力与含水量关系不是一一对应的,在反复干湿循环路径下该曲线呈现出循环滞回特性.岩土介质在经历反复干湿循环之后,部分气体会以气泡的形式残留于孔隙中;这种残留的气体会对土水特征关系和流体的渗透系数产生重要影响.基于毛细循环滞回的内变量理论和传统的土水特征关系经验模型,提出了一个能模拟在任意干湿循环路径下土水特征关系的数学模型.特别地,该模型考虑了介质中的残余含气量对循环土水特征关系的影响.在循环滞回边界给定的情况下,该模型只包含一个材料参数;该材料参数可以由任意一条一阶扫描线(或其上的一个数据点)来确定.利用所提出的数学模型结合欧拉迭代计算方法,对已有文献中的粉土、烧结玻璃珠、石灰岩及白云岩等不同岩土介质在任意干湿循环路径下的SWCC试验曲线进行了模拟.通过将预测结果与现有试验数据进行对比,验证了该模型对描述复杂干湿循环路径下的土水特征关系的有效性.     

石灰偏高岭土改良粉砂土强度特性与微观机理

以河南地区典型粉砂土为研究对象,制备不同石灰及偏高岭土掺量下的改良粉砂土试样,对其进行了无侧限抗压强度试验、扫描电镜(SEM)与X射线衍射(XRD)测试,并与水硬性石灰改良粉砂土进行对比分析.结果 表明:随着偏高岭土掺量的增加,改良粉砂土破坏应变增大,无侧限抗压强度提高,但强度增长率呈现先增加后减小的规律,并在偏高岭土掺量为4％时达到峰值;当养护龄期从7d增至28d时,石灰偏高岭土改良粉砂土的强度增长率明显高于石灰改良粉砂土.采用6％石灰+4％偏高岭土、8％石灰+4％偏高岭土可分别有效替代8％、10％的水硬性石灰;偏高岭土掺入后形成的水化产物可联结土颗粒并填充于孔隙,使改良粉砂土微观结构更加密实,具有一定的水硬性.     

土工格栅–土体界面特性大型直剪试验研究

土工格栅与土体的界面特性直接影响了加筋土工程的安全和稳定性,土工格栅两侧为不同材料的界面特性研究还较少。采用双向土工格栅为加筋材料,对其两侧分别为不同含水率粉质黏土及不同粒径石英砂的界面特性开展一系列的大型室内直剪试验,分析法向应力、粉质黏土含水率、剪切速率、石英砂粒径及粉质黏土压实系数等因素对土工格栅–土体界面抗剪强度的影响。结果表明:土工格栅–土体界面抗剪强度与法向应力呈线性相关,符合莫尔–库仑理论;粉质黏土含水率的变化对土工格栅–土体界面抗剪强度有较大的影响,在最优含水率时其界面抗剪强度指标最高;剪切速率的大小和石英砂的粒径变化对土工格栅–土体界面的抗剪强度有一定的影响,其影响范围分别在±10%和±7%内;粉质黏土压实度的增加能有效增加界面抗剪强度,压实系数越高,其提高幅度越大。这些影响应在工程应用中适当考虑。     

非饱和土抗剪强度与含水量关系研究

非饱和土的含水量对其的抗剪强度有一定的影响,所以研究非饱和土的含水量与抗剪强度之间的关系有实际的工程意义。以长春重塑粉质黏土为研究对象,通过固结排水试验和不固结不排水试验,研究含水量对非饱和土的抗剪强度指标的影响。结果表明:非饱和土的抗剪强度指标受到含水量的影响,黏聚力随着含水量的增加而升高,存在一个临界含水量,当超过这个含水量时,黏聚力反之降低;内摩擦角随着含水量增加而降低,存在一个临界含水量,超过这个含水量时,内摩擦角反之升高。     

风积细粒防渗土料掺砾比研究

某水电站设计最大坝高150 m,拟采用碎石土心墙堆石坝,但特殊的地质、地理、气候等因素导致工程区及外围缺乏优质防渗土料。通过大量的试验研究,笔者认为风积粉土(Q^eol₄)可作为天然防渗土料,其物理性质、力学特性、渗透系数等质量指标基本满足要求。但作为高坝心墙防渗体土料,力学强度相对较低,必须进行工程特性改良,即掺入人工碎砾石料。研究表明:在不同的掺砾比试验条件下,粘粒、粉粒含量随掺砾料的增加而减少,且P₅(掺砾料>5 mm颗粒含量)与最大干密度ρ_dmax、最优含水率ω_0p具有相关性;当掺砾率为40%时,压缩特性和力学强度大幅度提高的同时,渗透系数最小,因此确定其为最优掺砾率。研究成果为该坝的可行性提供了重要技术支撑,具有重大的工程意义。     

冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究.在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描.研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一...     

高填方土石混合料强度与变形特性及沉降预测研究

 为解决高填方土石混合料强度与变形计算难题,对不同初始含水量不同初始干密度的土石混合试样进行剪切试验和压缩试验,深入分析不同土石比试样的强度与变形特性随初始参数的变化规律。结果包括：(1) 初始压实度越小的试样侧限压缩应变越大,初始含水量越大的试样侧限压缩应变越大;压缩系数随竖向压力的增大整体先增大后减小,压缩模量随竖向压力的增大整体呈增大趋势;(2) 类似高填方工程中填筑体初始压实度宜控制在0.93以上,初始含水量控制在最优含水量±(2%～3%),土石比控制为2∶8～4∶6;(3) 粉质黏土和砂质泥岩混合料压实土的干密度与竖向压力之间呈幂函数关系,建立由填土层的初始状态和所受荷载预测填筑土层强度和沉降量的算法;(4) 考虑初始状态的填方沉降预测方法是合理的,采用其略微偏大的变形计算结果进行高填方设计或施工,可使得高填方地基质量控制偏于安全;(5) 最优含水量范围内不同压实系数引起的沉降差异较小;随着压实系数的增大,地基沉降变形明显减小;土石比为2∶8时压实度增大对地基沉降的影响程度大于土石比为4∶6的高填方地基。研究成果可用于土石混合料高填方地基变形分析与计算。     

引江济淮河道膨胀土边坡换填层余料工程特性研究

引江济淮河道工程沿线膨胀土分布范围广、厚度大、天然含水率高,河道膨胀土边坡采用改性土换填方案防护,填筑改性土层超宽施工产生大量削坡余料,余料再利用对于工程进度和造价有重要影响。通过试验研究发现,相对于原生改性土,余料的最优含水率增大,容易压实,有利于现场压实度控制。余料的直接剪切强度和原生改性土差别不大,剪切破坏表现为明显的超固结土特征。余料的强度随养护时间无明显的变化。5%水泥改性土削坡余料的膨胀性远小于弱膨胀土的自由膨胀率控制指标40%,随时间呈对数衰减规律。5%水泥改性土削坡余料的渗透系数为10-5数量级,大于原生改性土,换填层渗透系数控制指标应根据换填层厚度和气候条件综合分析确定。削坡产生余料的体积量与坡长和坡率有关,占比大于20%。     

土质路堑边坡冻融失稳及植被护坡机理研究

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段路基加宽一侧粉砂质黏土路堑边坡,采用室内三轴实验、现场监测、原位测试等方法,开展了路堑边坡冻融失稳及植被护坡实验研究。三轴实验结果表明：在土体含水率小于最佳含水率时,土体黏聚力随含水率的增加而增大,超过最佳含水率时,黏聚力随含水率增加而减小,在最佳含水率附近达到峰值;土体内摩擦角随含水率的增加而减小。土体黏聚力随冻融循环次数的增加而降低。现场监测结果表明：边坡土体冻结的过程中,水分向冻结锋面迁移;木本护坡植物要比草皮有明显的吸水作用,紫穗槐表现的更加明显。现场直剪实验得出：木本植物根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度明显增大,在同一坡面相近位置,采用紫穗槐和胡枝子护坡时,其根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度大 2 倍左右。理论分析表明：有效地减小坡面荷载,可增加边坡稳定安全系数。     

非饱和Q3黄土渗气特性试验研究

 为研究非饱和原状和重塑Q3黄土渗气系数的变化规律及其两者的差异,以改进的三轴渗气仪为手段,进行一系列考虑干密度、含水率和各向异性等因素影响的渗气试验。研究结果表明：根据Fick定律和Darcy定律推导的渗气系数计算公式,在较低压力下两者计算结果差别不大,而在较高压力下,Darcy定律计算结果要优于Fick定律;非饱和原状黄土中气体流动遵循Darcy定律,原状黄土渗气系数随着干密度和含水率的增大而减小,且最优含水率以后变化较为明显;由于原状Q3黄土各向异性,竖向原状试样渗气系数始终大于同一埋深横向试样的渗气系数;相同干密度条件下,含水率对重塑黄土渗气系数的影响要比原状黄土大。根据试验结果提出考虑干密度、充气孔隙度(饱和度)和各向异性等因素影响的原状黄土渗气系数计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。