重塑黏土次固结性状的变化规律与定量评价

通过对6种不同的天然沉积土重塑样进行一维压缩次固结试验,明确了重塑黏土次固结变形的主要影响因素为孔隙比与对应于液限的孔隙比,得出了重塑黏土的次固结系数随着固结压力的增大和孔隙比的减小而减小,且相同孔隙比下次固结系数随液限的增大而增大的规律。定义了ln(1+e)-lnt双对数坐标下的次固结系数CαL,提出了双对数坐标次固结系数与液限孔隙比的定量关系表达式,为重塑黏土提供了简便实用的次固结变形计算方法,也为进一步完善Burland等提出的固有压缩概念与压缩理论奠定试验基础。     

两种吹填超软土压缩固结特性试验研究

吹填超软土含水量高、压缩性高、低强度、低渗透性等特点,压缩固结过程不同于一般的软土,表现出非线性变化的特点。对上海两种吹填超软土采用压缩固结试验,通过试验研究其压缩、固结特性,试验结果表明:①两种吹填超软土第一级荷载压缩量最大,压缩系数最大,而且随着固结压力增大压缩系数逐渐减小,同时孔隙比与荷载的对数近似呈线性关系。②两种吹填超软土其固结系数随着所加荷载的增加而增大,而其渗透系数随着所加荷载的增加而减小。③渗透系数随孔隙比呈非线性变化,采用非线性函数拟合lgK_v-e关系,为类似吹填超软土非线性固结提供参考。     

考虑物理化学作用的饱和黏土统一压缩模型及验证

盐溶液浓度变化对土体变形行为的影响是环境及能源岩土工程中的一个重要科学问题。为了实现饱和黏土在外荷载作用下以及孔隙盐溶液浓度变化条件下体变行为的定量化描述,基于考虑土颗粒间物理化学作用的粒间应力方程,建立考虑孔隙盐溶液浓度影响的饱和黏土统一压缩模型。采用不同孔隙盐溶液浓度下高庙子膨润土的固结试验数据验证了统一压缩模型的存在性。应用该统一压缩模型进行了饱和黏土在不同上覆应力下的盐溶液浓度增加路径,盐溶液浓度–外荷载耦合加载路径的计算。计算结果与试验结果的对比表明,建立的统一压缩模型能够较好的描述不同孔隙盐溶液浓度作用下饱和黏土的变形特性。进而验证了建立的统一压缩模型的正确性。     

黏土铺盖裂缝淤填固结的理论与试验研究

针对渗透力作用下黏土铺盖裂缝的淤填固结问题,对其固结机理进行阐述。在充分考虑了孔隙比与有效应力、孔隙比与渗透系数的非线性关系条件下,提出了以孔隙比为控制变量的大变形固结微分方程。通过渗透诱发固结试验确定微分方程中的待定系数,该系数综合反映了软黏土初始孔隙比、压缩性、渗透性等随时空变化的影响。采用数值方法求解微分方程,得出了孔隙比在固结过程中随时空的变化规律。采用模型试验模拟了淤填黏土的固结过程并对数值计算结果进行了验证。选择渗漏问题严重的水库进行了现场试验。     

膨润土中饱和渗透系数的计算

 当土工合成黏土衬垫用作垃圾填埋场衬垫时，渗滤液可能对其渗透性能产生重要的影响。为克服渗透试验可重复性差和试验时间长等缺点，从微观角度对土工合成黏土衬垫的饱和渗透系数进行研究。首先，以现有的膨润土微观结构的研究成果为基础，结合SEM方法对膨润土微观结构的分析结果，得出粒内孔隙比随CaCl2溶液浓度的变化规律。然后，将膨润土看作双重孔隙介质，推导出粒间孔隙内凝胶态蒙脱石矿物层间距离的计算公式。最后，根据Poiseuille定律，得到能够考虑CaCl2溶液浓度和孔隙比变化的膨润土饱和渗透系数的改进计算方法，并通过计算渗透系数与实测值的比较验证了这种渗透系数计算方法的有效性。结果表明，膨润土饱和渗透系数的变化是由表观孔隙率和凝胶体蒙脱石层间距离的共同作用引起的。     

预筛分细料-膨润土渗透性能研究

以建筑垃圾预筛分细料、膨润土为研究对象,研究膨润土掺量、种类对其渗透系数的影响,从而为建筑垃圾预筛分细料作为土-膨润土材料可行性提供理论依据。结果表明,相同膨润土掺量下,随固结压力增大,预筛分细料-膨润土渗透系数随之减小,因此当膨润土膨胀性能较差或者母土颗粒粒径较大可通过增加膨润土掺量大大降低预筛分细料-膨润土渗透系数,从而满足竖向隔离墙设计标准要求;膨润土掺量相同时,由于蒙脱石含量不同,相同固结压力下怀俄明膨润土的渗透系数明显比高庙子膨润土小,渗透性能优于高庙子的;试验为建筑垃圾预筛分细料以及质量较差膨润土的综合利用提供了可行性和新思路。     

常含水率下非饱和高庙子膨润土加砂混合物的水力-力学性质

对非饱和高庙子膨润土与砂混合物击实样进行常含水率下的不排水等向压缩和不排水三轴剪切试验,研究非饱和高庙子膨润土与砂混合物的水力-力学特性,拟模拟深层地质处置工程中缓冲/回填材料在不排水状态下受力时的性状。试验研究表明:在不排水等向压缩和不排水三轴剪切试验中,固结应力和剪应力的增大引起非饱和土试样孔隙比减小,饱和度增大,吸力减小;在不排水剪切试验中,应力-应变曲线呈外凸的形状,试样发生体积收缩和侧向膨胀变形,净围压对试样的初始刚度、不排水剪切强度和变形有较大的影响。     

考虑饱和黏土埋深影响的一维非线性固结

 由于饱和黏土层的埋深对初始有效应力影响较大，因此也会对其非线性固结特性产生影响。假定孔隙比与有效应力对数和渗透系数对数之间分别存在线性关系，那么可将考虑初始有效应力沿深度变化的饱和黏土一维非线性固结方程推广至考虑土层埋深的情况，因此，采用有限体积法对该方程进行数值求解。与E. H. Davis和G. P. Raymond非线性固结理论解析解的对比，证明该方法的有效性。在此基础上，探讨土层埋深、压缩指数与渗透指数的比值、地面均布荷载强度等参数对固结过程的影响。数值分析结果表明，当上述3个参数分别增大时，黏土层的沉降速率都将减小，而埋深对孔压消散速率的影响规律则要受压缩指数与渗透指数比值的制约。     

高吸力下高庙子钙基膨润土的土水-力学特性

高庙子钙基膨润土具有明显的湿胀干缩特性,吸力变化会引起持水状态和孔隙比的变化。用蒸汽平衡法测得高吸力段（3～287 MPa）高庙子钙基膨润土的土水特性和变形特性。分析比较了吸力路径、试样初始孔隙比、应力加载历史以及土体结构对土水特性、变形及吸力应力的影响。研究表明,脱湿和吸湿过程中孔隙比的差异会引起体积含水率和饱和度的滞回。饱和度与吸力间关系受试样初始孔隙比和孔隙结构影响较大,与应力加载历史无直接关系。由吸力引起的吸力应力随吸力的增大而非线性增大,并在较高吸力时趋向于一定值。吸力应力受吸力路径、初始孔隙比以及孔隙结构的影响。     

从流动到可塑状态软黏土的一维固结特性试验研究

软土在固结过程中含水率的减小将导致其物理状态从流动态进入可塑态,为研究物理状态变化对软黏土的压缩性和渗透性的作用影响,采用饱和重塑黏土,配制高于液限含水率和接近液限含水率的试样,分别开展不同压力作用下的一维固结试验,依据位移和孔压测试数据,对比分析了固结过程中的位移发展、孔压消散、压缩系数以及渗透系数的变化特性。结果表明:在流动状态下,位移快速发展,而孔压却存在明显的滞消现象;进入可塑状态后,压缩系数和渗透系数的对数随孔隙比的变化关系均发生明显的转折。这意味着,在软土固结问题的理论分析中,应考虑物理状态的变化对土体压缩性和渗透性参数变化规律的影响。     

Soil-water characteristics of Gaomiaozi bentonite by vapour equilibrium technique简

Soil-water characteristics of Gaomiaozi (GMZ) Ca-bentonite at high suctions (3–287 MPa) are measured by vapour equilibrium technique. The soil-water retention curve (SWRC) of samples with the same initial compaction states is obtained in drying and wetting process. At high suctions, the hysteresis behaviour is not obvious in relationship between water content and suction, while the opposite holds between degree of saturation and suction. The suction variation can change its water retention behaviour and void ratio. Moreover, changes of void ratio can bring about changes in degree of saturation. Therefore, the total change in degree of saturation includes changes caused by suction and that by void ratio. In the space of degree of saturation and suction, the SWRC at constant void ratio shifts to the direction of higher suctions with decreasing void ratio. However, the relationship between water content and suction is less affected by changes of void ratio. The degree of saturation decreases approximately linearly with increasing void ratio at a constant suction. Moreover, the slope of the line decreases with increasing suction and they show an approximately linear relationship in semi-logarithmical scale. From this linear relationship, the variation of degree of saturation caused by the change in void ratio can be obtained. Correspondingly, SWRC at a constant void ratio can be determined from SWRC at different void ratios.     

Swelling characteristics of Gaomiaozi bentonite and its prediction

Gaomiaozi （GMZ） bentonite has been chosen as a possible matrix material of buffers/backfills in the deep geological disposal to isolate the high-level radioactive waste （HLRW） in China. In the Gaomiaozi deposit area, calcium bentonite in the near surface zone and sodium bentonite in the deeper zone are observed. The swelling characteristics of GMZ sodium and calcium bentonites and their mixtures with sand wetted with distilled water were studied in the present work. The test results show that the relationship be- tween the void ratio and swelling pressure of compacted GMZ bentonite-sand mixtures at full saturation is independent of the initial conditions such as the initial dry density and water content, hut dependent on the ratio of bentonite to sand. An empirical method was accordingly proposed allowing the prediction of the swelling deformation and swelling pressure with different initial densities and bentonite-sand ratios when in saturated conditions. Finally, the swelling capacities of GMZ Na- and Ca-bentonites and Kunigel Na-bentonite are compared.     

软土压缩模量计算方法及其应用

采用双曲线函数对固结试验中e-p数据进行拟合,得到关于孔隙比和压缩应力的双曲线模型。在渗透系数与孔隙比关系的基础上,利用e-p双曲线模型推导软土在压缩过程中软土固结系数与有效固结应力的关系式。通过室内渗压试验的数据验证了本文计算模型的正确性。本文计算模型较好的反映了固结系数和有效固结应力之间的关系,可以为工程设计提供有益的参考。     

压缩过程中软土固结系数与有效固结应力的关系

采用双曲线函数对固结试验中e-p数据进行拟合,得到关于孔隙比与有效固结应力的双曲线模型。在渗透系数与孔隙比关系的基础上,利用e-p双曲线模型推导出软土在压缩过程中固结系数与有效固结应力的关系式,并通过室内渗压试验的数据对该计算模型进行验证。结果表明,该模型较好地反映了固结系数与有效固结应力之间的关系,可以为工程设计提供有益的参考。     

渗透特性及填筑速率对路基固结的影响

计算软土路基沉降的一般方法没有反映路基渗透系数的变化以及填筑过程的时间效应影响,而大多采用同一渗透系数和一次加载的方式分析路基沉降。笔者采用ABAQUS有限元软件在考虑软粘土渗透系数随孔隙比变化经验公式以及不同填筑速率的基础上分析了软土路基的固结沉降,并进一步研究了填筑阶段路基内竖向有效应力随时间的变化。结果表明:(1)固结随时间的变化跟填筑过程有相关性;(2)渗透系数随深度非线性分布对路基的固结影响不可忽略;(3)加快填筑速率使得竖向有效应力增大的速率加快,沉降也加快;(4)填筑速率对固结沉降的影响主要集中在填筑阶段,对工后沉降影响不大。     

渗透吸力对重塑黏土的压缩和渗透特性影响的试验研究

已有研究表明孔隙水盐分对黏土的力学性质有着重要影响,但相关的定量研究仍需进一步深入。以渗透吸力作为宏观参数,将商用高岭土与钙基膨润土的混合土作为研究对象,用不同浓度的NaCl溶液与土混合,进行饱和重塑土的固结试验,探究孔隙水盐分对饱和重塑黏土压缩特性和渗透特性的影响规律。试验结果表明重塑饱和黏土的压缩指数C_c随着渗透吸力的增加而呈指数规律衰减,回弹指数未产生明显变化;在Burland体系下,渗透吸力对曲线初始段有较大影响;而屈服后,压缩曲线可以在I_v-lgσ^’_v分析体系中进行归一化。相同固结压力和孔隙比下,渗透吸力越小,次固结系数越大;次固结系数与压缩指数的比值 C_α/C_c的比值并不为常数,随着渗透吸力的增大而减小。同样的初始孔隙比,比例系数C_k=Δe/Δlgk_v随渗透吸力增加而非线性递减,延拓了Tavenas认为比例系数C_k与初始孔隙比e₀线性相关的认知。     

Revisiting the methods of determining hydraulic conductivity of saturated expansive clays in low-compressibility zone

The hydraulic conductivity of saturated clays is commonly determined either directly by monitoring water flux or indirectly based on Terzaghi's consolidation equation. Similar results are generally obtained from the two methods, but sometimes a significant difference can be observed, in particular for expansive soils. In this study, the hydraulic conductivities determined by the two methods are first compared based on existing data in the literature. The indirect method is then revisited attempting to explain the difference identified. A modified effective stress, considering physico-chemical interaction between face-to-face oriented particles, is finally introduced to better describe the compressibility of expansive clays and to further improve the indirect method in determining hydraulic conductivity of such soils in the low-compressibility zone. Extra tests were performed on Gaomiaozi (GMZ) bentonite slurry and the results obtained allowed the modified indirect method to be verified.