大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

土的颗粒组成对电阻率的影响试验研究

土的电阻率是土的基本物性参数之一,与土的物理力学性质及结构特征等息息相关。土的固体颗粒组成是影响土体电阻率的重要因素之一。以膨胀土、黄土及掺灰改良膨胀土为研究对象,通过系统的室内试验,研究具有不同固体颗粒组成的土的电阻率特性,揭示其影响机制。针对黏土颗粒表面导电性难以测定的现实,引入间接测量方法,并通过试验获得膨胀土表面导电性的大小;然后,试验研究不同比例组成的膨胀土-黄土混合物的电阻率大小,分析不同固体颗粒组成对土电阻率的影响;最后,通过掺灰改良膨胀土的电阻率测试,探讨掺灰率及养护龄期对改良膨胀土电阻率的影响。     

黄土-粉土混合土对Pb(Ⅱ)的静平衡和动态吸附特性

竖向防污屏障是防止地下水土污染的主要屏障。天然土是屏障最主要的材料来源。以天然粉土为母土,黄土为添加剂,以重金属Pb(Ⅱ)作为污染物的代表,通过粉土-黄土混合土对Pb(Ⅱ)的静平衡吸附和动态吸附试验研究黄土作为添加剂对天然粉土的改良效果。试验考虑了黄土添加量、溶液pH值、反应时间以及重金属初始浓度等对吸附的影响。结果表明添加黄土可以有效改善天然粉土的吸附效果,混合土对Pb(Ⅱ)的吸附容量随黄土添加量的增加线性增长,添加20%黄土的混合土的吸附容量达天然粉土的2倍;添加黄土可减少混合土对重金属的吸附时间,在相同时间内减少迁移量。通过扫描电镜和XRD等手段揭示了黄土对Pb(Ⅱ)的吸附主要是方解石与Pb(Ⅱ)发生界面沉淀作用生成白铅矿;粉土对Pb(Ⅱ)的吸附主要是长石等矿物棱角处经风化水解形成的-OH基团对Pb(Ⅱ)的阳离子交换作用。黄土由于高方解石含量在对Pb(Ⅱ)的吸附方面表现突出,可以作为一种添加剂加入天然土层中,以增强屏障对重金属的吸附阻滞效果,减少环境污染。     

结构性黄土应力应变特征分析

利用GDS三轴试验系统开展了饱和黄土等压/偏压固结不排水常规三轴压缩试验研究(应变控制式),获得了一组结构性黄土应力～应变关系曲线。此类曲线反映了饱和黄土应力～应变关系具有"暂稳态"特征,其后发生强烈应变软化。此外又开展了应力控制式三轴压缩试验研究,试验结果表明,应力增量式剪切能够最大程度地反映土体微观结构特征,应力失控的拐点即为土体结构强度。而应变增量控制的传统剪切模式,在应变速率精确控制的同时,削弱了其结构性。因此,研究在外界荷载作用下的黄土的力学性状,建议开展应力控制式三轴压缩试验,以获得更为合理的结果。     

湿压剪条件下黄土的结构屈服与强度特性

针对黄土的典型结构性特征,以常规三轴试验为手段,研究了黄土的结构性宏观力学反应及结构屈服与强度特性,研究结果表明:(1)在湿压剪应力作用下,土骨架被扰动、颗粒之间的联结被削弱,土稳定状态从亚稳定状态逐渐向稳定状态过渡,结构性降低;(2)在湿压减应力作用下,由于结构性黄土对水的特殊敏感性,结构性黄土的剪切屈服点向正常固结土的剪切屈服线移动,当这种增湿作用造成解结构性渐变演化过程完成时,结构性黄土的剪切屈服线与正常固结土的剪切屈服线重合;(3)对于结构性黄土而言,同一含水率条件时不同结构性参数p－q偏平面的临界状态线基本互相平行。(4)依据等结构性条件下黄土的结构屈服特性,建立了考虑结构性的摩尔库伦准则及黄土结构强度与应力比结构性参数之间的关系。     

Investigation on microstructure evolution of clayey soils: A review focusing on wetting/drying process

Variability in moisture content is a common condition in natural soils. It influences soil properties significantly. A comprehensive understanding of the evolution of soil microstructure in wetting/drying process is of great significance for interpretation of soil macro hydro-mechanical behavior. In this review paper, methods that are commonly used to study soil microstructure are summarized. Among them are scanning electron microscope (SEM), environmental SEM (ESEM), mercury intrusion porosimetry (MIP) and computed tomography (CT) technology. Moreover, progress in research on the soil microstructure evolution during drying, wetting and wetting/drying cycles is summarized based on reviews of a large body of research papers published in the past several decades. Soils compacted on the wet side of optimum water content generally have a matrix-type structure with a monomodal pore size distribution (PSD), whereas soils compacted on the dry side of optimum water content display an aggregate structure that exhibits bimodal PSD. During drying, decrease in soil volume is mainly caused by the shrinkage of inter-aggregate pores. During wetting, both the intra- and inter-aggregate pores increase gradually in number and sizes. Changes in the characteristics of the soil pore structure significantly depend on stress state as the soil is subjected to wetting. During wetting/drying cycles, soil structural change is not completely reversible, and the generated cumulative swelling/shrinkage deformation mainly derives from macro-pores. Furthermore, based on this analysis and identified research needs, some important areas of research focus are proposed for future work. These areas include innovative methods of sample preparation, new observation techniques, fast quantitative analysis of soil structure, integration of microstructural parameters into macro-mechanical models, and soil microstructure evolution characteristics under multi-field coupled conditions.     

Experimental study of two saturated natural soils and their saturated remoulded soils under three consolidated undrained stress paths

In this paper, an experimental investigation is conducted to study the mechanical behavior of saturated natural loess, saturated natural filling in ground fissure and their corresponding saturated remoulded soils under three consolidated undrained triaxial stress tests, namely, conventional triaxial compression test (CTC), triaxial compression test (TC) and reduced triaxial compression test (RTC). The test results show that stress-strain relation, i.e. strain-softening or strain-hardening, is remarkably influenced by the structure, void ratio, stress path and confining pressure. Natural structure, high void ratio, TC stress path, RTC stress path and low confining pressures are favorable factors leading to strain-softening. Excess pore pressure during shearing is significantly affected by stress path. The tested soils are different from loose sand on character of strain-softening and are different from common clay on excess pore water pressure behavior. The critical states in p′-q space in CTC, TC and RTC tests almost lie on one line, which indicates that the critical state is independent of the above stress paths. As for remoulded loess or remoulded filling, the critical state line (CSL) and isotropic consolidation line (ICL) in e-log p′ space are almost straight, while for natural loess or natural filling, in e-log p′ space there is a turning point on the CSL, which is similar to the ICL.     

Static liquefaction and effective stress path response of Kutch soils

The current research is focused on the static liquefaction and effective stress path characteristics of soils of the high seismicity Kutch region, India. In previous studies, the effects of the fines content and the plasticity of the fines on the undrained behavior were explored in a controlled and systematic manner with either non-plastic or plastic fines added to standard or river sands. The undrained characteristics of natural soil deposits having the simultaneous presence of both silt and clay fractions have not been explored. In the present study, the effects of a varying fines content and the nature of the fines on the static liquefaction and effective stress path characteristics of various soil deposits in the Kutch region at their in-situ densities have been studied. Various liquefaction indices were determined to quantify the static liquefaction, namely, the undrained brittleness index, the collapse potential, the liquefaction potential, and the resistance to further deformation. The variation in these parameters was analyzed in the context of the fines content, silt content, clay content, and plasticity. The effective stress paths of the Kutch soils exhibited a strain softening, limited strain softening or strain hardening response and their behavior was controlled by the fines content and its nature. Due to the presence of non-plastic fines, and irrespective of the content, the silty sands exhibited intense strain softening which was captured by the liquefaction indices.     

太湖湖沼相天然沉积土结构性评价

天然沉积土由于结构性的影响,通常具有与相应重塑样截然不同的力学性质。利用重塑土的固有特性作为评价参考基准,通过对太湖湖沼相典型沉积土的原状样和重塑样的固结压缩试验,从压缩特性方面探讨了如何评价土结构性对天然沉积土力学性状的影响。试验结果表明:土体结构性使天然土体具有的结构屈服应力对其变形性状起控制作用,屈服应力比YSR可判断土结构性的强弱;并与度量原位状态土体结构性抗力的应力灵敏度Sσ、衡量土的结构性对变形影响的稳定指数SI结合起来,作为定量分析和评价土结构性影响的指标;评价指标揭示出太湖湖沼相天然沉积土在沉积过程以及沉积后受到土结构性的影响,具有高位结构性。同时试验结果验证了该评价方法能够适合具有不同结构形式的天然状态土体。     

特殊岩土体工程边坡研究进展

工程边坡的理论研究及稳定对确保基础设施的安全建设和正常运营有重要意义。由性质特殊的黄土、膨胀土与冻土等特殊土和岩体组成的工程边坡有别于一般土质边坡,在稳定性分析、工程设计和分析软件等理论研究方面表现出一定差异。为此,在查阅国内外相关资料的基础上,文章总结工程边坡在稳定性分析方法、工程设计和分析软件等理论方面的共性研究成果,又分别阐述黄土、膨胀土、冻土和岩质工程边坡在理论方面的新研究进展。此外,文章还概括工程边坡监测预警技术的发展趋势,提供特殊岩土体工程边坡的典型治理案例,并指出特殊岩土体工程边坡研究的进一步方向。     

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道影响试验研究

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道结构的影响是较为突出的岩土工程问题之一,为深入研究黄土层湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,通过改进长安大学离心机浸水装置和监测设备,系统开展了浸水条件下湿陷性黄土层对地铁隧道结构影响的离心模型试验,试验结果表明:地铁隧道周边黄土浸水湿陷会导致土层重度增加,隧道拱顶土层内部拱效应因湿陷而消散,土层自重压力增加且完全由隧道结构承担,从而会导致隧道结构受力和变形不利,传统的深埋隧道结构设计理论需考虑湿陷条件下拱顶土压力的不利增长因素;地铁隧道基底下黄土地基的浸水湿陷会明显诱发隧道结构的附加作用应力,但一定厚度的非湿陷性黄土或有效处理过湿陷性黄土层抵御下伏土体湿陷变形的能力不容忽略,非湿陷土层厚度越大,对于抵御湿陷变形的能力越强;隧道基底土层不均匀浸水湿陷会导致隧道拱顶部呈现受拉状态,底部呈现受压状态,隧道拱顶所承受的附加应力更大,约为拱底附加压应力的3倍,隧道基底的自重湿陷变形对隧道顶部衬砌结构所造成的破坏更严重。     

黄土隧道的湿陷变形规律及其对衬砌结构的作用

黄土围岩潜在的湿陷变形不利于隧道工后的安全稳定,为深入研究黄土围岩湿陷变形对隧道结构的影响机制,在已建黄土隧道场地开展大面积试坑浸水试验,研究湿陷性黄土围岩的渗水分布场、湿陷变形发展规律及隧道结构的受力变形规律。表明隧道开挖促使黄土围岩原生竖向节理、裂隙发育,易形成贯通地表的竖向裂缝,增大了深层黄土竖向渗水能力,地表水易于向深层土运移。隧道开挖扰动了黄土围岩原有结构,改变了深层黄土的湿陷变形特性,遭浸水作用后产生较原位土层湿陷变形更大的沉降变形。当水分入渗接近隧道埋深,围岩承载拱作用的减弱甚至消失,会显著地增大隧道围岩压力及传至基底的压缩应力,并在拱脚位置形成应力集中,引发拱脚下沉,而仰拱中部地基的弹性抗力抑制中部沉降变形发展,显著的不均匀沉降差导致仰拱中部开裂,形成纵向裂缝。对于埋深较浅的黄土隧道,应避免隧道上方地表出现长期浸水的情况;设计施工中应充分考虑拱脚地基承载能力不足的情况,可加强仰拱刚度以抵御不均匀沉降的发展。     

地下排水管线引发工程灾害分析及其修复对策

以武汉白沙洲大道路面塌陷事故为背景,针对该工程场地特殊的工程地质条件,分析了由于地下排水管线及其施工工艺所引发的工程灾害问题,提出采用SMW工法作为修复对策对破损管线进行明挖施工,结合施工反馈给出了SMW工法在粉砂等类似地层中的施工经验参数。     

湿陷性黄土地基评价

湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理。在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高；但遇水浸湿时，土的强度则显著降低；在附加压力或在附加压力与土的饱和自重压力作用下，往往具有突然下沉的性质，对工程建设危害性大。在湿陷性黄土地区进行建设，正确评价湿陷性黄土及其场地和地基的湿陷性，对设计、施工采取合理有效的防护措施及确保建筑物安全使用至关重要。     

土的初始和再压缩曲线分析模型

 土的初始和再压缩过程中,孔隙比与压力关系(即e-p曲线)是天然地基沉降计算与分析的关键之一。首先在土的初始压缩变形机制及其e-p曲线特征研究基础上,引入土应力–应变关系的双曲线模型,并从完全侧限条件下土的应变与孔隙比关系入手,建立出土的初始压缩e-p曲线分析模型及其参数确定分析方法;然后,根据土的初始与再压缩e-p曲线模型的区别是其初始孔隙比与初始压缩模量不同及其产生的原因,提出再压缩土的初始孔隙比与初始压缩模量等参数确定方法,进而建立出考虑应力历史影响的再压缩土e-p曲线分析模型。本文建立的初始与再压缩e-p曲线分析模型均只包含初始孔隙比、初始压缩模量和压缩系数3个常规试验参数,模型简单,参数少,且物理意义明确。最后,通过实测与理论分析曲线的对比分析,表明了该模型的合理性与可行性。     

抗疏力固化剂改性黄土工程性质及其改性机制

 将抗疏力固化剂运用到黄土加固中,并对比水泥、石灰改性黄土性质,探究抗疏力固化剂改性机制。通过强度试验、崩解试验、渗透试验探索改性土工程性质。通过开展水滴入渗、X衍射、电镜扫描、压汞等试验分别分析土样土颗粒表面能、矿物成分、微观结构、孔隙充填情况以探究改性机制。试验结果表明：抗疏力固化剂改性黄土强度、抗崩解性显著提高,渗透性略有降低。水滴入渗试验显示抗疏力改性黄土土颗粒表面自由能极大降低,斥水性明显优于水泥、石灰改性土;不同抗疏力固化剂添量土样X衍射图谱中物象群峰基本相同;SEM图像显示随抗疏力固化剂掺量提高,黄土中粉土颗排列方式基本不变,细小黏附物发生凝聚,附着物略有增多;压汞数据显示抗疏力改性黄土中大、中、小孔隙体积均略有减小,微孔隙明显增多。初步得出抗疏力改性黄土的机制在于：降低土颗粒表面能以提高阻水、抗水性;抗疏力物质包裹土颗粒及细小黏土颗粒发生凝聚来连结土颗粒,强化骨架颗粒连结强度;抗疏力材料膨胀挤密作用较弱,改性黄土通透性好。抗疏力固化剂在改善黄土力学性质、水理性质的基础上,还一定程度上解决了传统固化剂在提高阻水性的同时通透性降低的矛盾。     

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。     

冲击压实法加固湿陷性黄土路基的应用研究

 主要介绍了加固湿陷性黄土路基的一项新技术——冲击压实法。通过常规土工试验及显微结构试验：扫描电镜、压汞分析,并从宏观至微观,定性定量分析了加固效果,同时探讨了冲击压实法的加固机理,并提出合理的施工工艺参数,为进一步在黄土地区推广该项新技术提供了理论依据和实践经验。     

重型振动碾压在西安集装箱中心站中的应用

结合西安集装箱中心站工程的湿陷性黄土不良地质,分析了重型振动碾压技术的工作原理,通过重型振动碾压技术的应用,表明该技术可有效消除黄土的湿陷性,可使压实度、承载力、压缩模量达到设计要求。     

Characteristics of the development of collapse in loess soils with time

Conclusion In connection with the wide range of variation of the collapse deformations, in the analysis and design of major buildings on loess soils account should be taken not only of the value and nonuniformity of the collapse deformations of the foundation beds for the specific soil conditions, but also of the nature and possible maximum rate of development of the collapse.Translated from Osnovaniya, Fundamenty i Mekhanika Gruntov No. 5, pp. 34–35, September–October, 1974.