改性黄土的力学特性试验研究

为了研究固化剂对黄土力学特性性能的影响,通过对兰州新区黄土样中加入新型高分子固化剂HEC、水泥以及HEC与水泥组合进行土壤化学改良,对改良后的土样进行击实试验、无侧限抗压试验以及渗透试验,研究固化剂掺入比、养护龄期以及压实度对改良黄土物理力学指标的关系。试验结果表明:水泥、HEC以及水泥与HEC组合均能改善黄土的工程性质;随着固化剂掺入比的增大、养护龄期的延长以及压实度的提高,改良黄土的抗压强度得到明显提高,且抗渗能力增强;若继续增加固化剂掺入比,则会导致固化剂利用率降低以及经济成本增加,故建议水泥、HEC固化剂掺入比不超过10%,固化剂的组合最佳拌和掺量为8%水泥加8%HEC。研究成果可为黄土加固理论及黄土在工程上的应用提供有益的参考。     

冻结温度对冻融黄土力学特性的影响规律研究

黄土地区存在冻融灾害,冻融循环、冻结温度和冻结速率的研究对于冻融灾害工程预防有着重要的意义。在封闭环境下不同含水率土样分别进行0,-5,-10,-15,-20 ℃的冻结,随后15 ℃融化后测定黄土力学特性的变化规律,试验研究了试样经历不同最低冻结温度的单次冻融循环后的无侧限抗压强度、抗剪强度及压缩性等力学特性的变化规律。试验结果表明:在历经不同冻结温度的冻融作用后,不同含水率黄土的无侧限抗压强度均减小,冻结温度越低,无侧限抗压强度下降就越快;不同含水率土样的黏聚力也呈现出随冻结温度的降低而下降的趋势,黄土内摩擦角先减小后增加,变化幅度处于0°~2°;含水率为14%和26%黄土的压缩系数在-20 ℃冻结后的增幅都呈现>0.1 MPa^-1的增量,其余低温条件下的浮动变化很小,而含水率为18%和22%黄土的压缩系数随着冻结温度的下降而呈现出较均匀的波动变化,相邻负温情况下的波动值≤±0.1 MPa^-1。     

黄土的动变形特性及模型研究

利用SDT-20型双向动三轴仪对原状黄土和重塑黄土的动变形特性进行研究,定性分析了不同试验参数对原状和重塑黄土动剪切模量和动剪切应变累积特性的影响。基于小应变前提,忽略试样在加载过程中的径向应变,并利用其轴向动应变推算出试样在动力加载过程中的孔隙比变化,作出e-σ_d曲线并分析了黄土试样的动力压缩特性。分析发现,和静力压缩不同,黄土的结构性在动力压缩过程中并没有表现出来,原状黄土和重塑黄土在动荷载作用下经历相似的形变过程,其e-σ_d曲线均存在明显的拐点,原状和重塑黄土均存在临界动应力σ_dc。当σ_d<σ_dc时,黄土的动变形发展缓慢;而当σ_d>σ_dc时,黄土的动变形急剧增大并迅速发生破坏。此外,提出双曲模型对黄土在循环荷载作用下的动应变累积特性进行了描述,并利用差分进化法求得模型参数,发现双曲模型可以较好地描述黄土在动荷载作用下的应变累积特性。     

三门峡黄土湿陷特性及其与结构强度的关系

针对黄土湿陷性对大型输电线路塔基稳定产生不良影响的问题,对河南三门峡地区原状黄土开展了基本物理特性及湿陷性试验,获取了其湿陷系数与湿陷等级,分析了竖向压力和初始含水率对黄土湿陷性的影响规律,着重从结构强度的角度解释了黄土湿陷特性。结果表明:竖向压力与湿陷系数之间并非只是简单的单调增函数关系,而存在湿陷增强区间和湿陷减弱区间;塑限(18.6%)是黄土湿陷性强弱的分界点,当初始含水率小于塑限时,湿陷性较强,而当初始含水率接近或者大于塑限时,则湿陷性减弱;初始含水率与湿陷系数之间也并非只是简单的单调减函数关系,而在结构强度为200 kPa时(含水率为10%)附近出现明显的转折。     

黄土地基地下连续墙基础竖向抗压特性试验研究

地下连续墙基础是一种埋深相对较浅的摩擦性基础,在巨厚层黄土地基中具有广阔应用前景。为研究大厚度黄土场地闭合型地下连续墙竖向抗压承载特性,选用石英粉、砂、膨润土和石膏制备黄土相似材料,模拟天然原状黄土,选用有机玻璃制作模型墙,进行室内缩尺模型试验,研究地下连续墙基础荷载传递机理与竖向抗压承载特性。结果表明:地下连续墙基础在竖向荷载作用下的荷载-沉降关系曲线呈陡降型,存在显著破坏特征点。地下连续墙基础竖向承载力由内墙侧摩阻力、外墙侧摩阻力、承台土反力和墙端阻力共同组成。地下连续墙竖向承载力达到极限时,总侧摩阻力占62%,为端承摩擦型基础,芯土的存在可有效减小地下连续墙基础沉降。试验结果可为大厚度黄土场地地下连续墙基础的选型设计提供参考。     

非饱和黄土宏细观含水状态与结构性的研究

土水特征曲线可以反映土中孔隙的空间分布与变化情况,利用土体的孔隙分布特征可以研究 非饱和土的持水特性和结构特性。首先通过室内压力膜仪试验,研究了非饱和黄土的土水特征曲线的 进气压力值、脱湿速率、孔径分布参数等指标与干密度、击实含水率的关系;然后基于孔径分布计算理论 和试验结果,给出了非饱和黄土的孔径分布曲线,用来评价土体内部孔径的分布情况,分析了非饱和黄 土干密度和击实含水率对土的宏细观含水状态和结构性的影响机理。结果表明:增大非饱和土的干密 度,可使孔径变小,孔隙结构分布范围变窄,土颗粒从架状结构向致密结构转换,基质吸力变化引起含水 率变化较小,持水特性提高,土体的脱湿速率变慢,进气值呈现增大趋势;而击实含水率位于最优含水率 湿测时,影响并不明显。     

平面应变条件下黄土各向异性试验研究

为弄清原状黄土在不同剪切方向角下的强度变形规律,利用平面应变仪,并考虑原状黄土各向异性,对取自陕西泾阳的原状黄土进行了不同剪切方向角、固结围压、含水率条件下的平面应变试验。试验结果表明:平面应变条件下,土体应力应变曲线为硬化型;随着围压增大及含水率减小,原状黄土强度显著升高;随着主应力角增加,应力应变曲线更低缓,呈现弱硬化型,而且土体初始剪切模量也有所降低;土体凝聚力与内摩擦角随主应力角的增大而显著减小,不同主应力角下,含水率对凝聚力的影响比对内摩擦角的影响要大;破坏主应力差随主应力角、含水率的增大而减小。     

基于环剪试验的黄土完全软化强度研究

甘肃省永靖县黑方台地区灌溉水下渗导致地下水位抬升,加之季节性冻结滞水促滑效应的影响,进而诱发了大量黄土滑坡。为了进一步研究地下水长期作用对黄土强度的影响,采用环剪仪装置开展了不同饱水时间下（1,3,5,7,10,15,20 d）重塑黄土的强度试验研究。试验结果显示,黄土强度饱水时间曲线呈“勺形”,指出“勺底”数值更符合完全软化强度的定义,并且从水、土相互作用的微观角度对曲线形状作出了合理解释。初步认为,该地区饱水3 d左右的抗剪强度接近于完全软化强度。     

深挖方溢洪道黄土地基承载力取值问题研究

深挖方溢洪道土质地基承载力的选取关系到边墙支挡结构的设计和溢洪道底板的配筋设计,对于溢洪道设计至关重要。本文结合陕西某水库溢洪道消力池的黄土地基工程,分析了几个规范的不同点认为:对于溢洪道边墙这样的支挡结构和底板,由于其受力机理不同于建筑物的整体失稳,不应该进行板宽和挖深校正;同时由于土体的卸荷再加荷模量较加荷模量大得多,而载荷试验由于载荷板尺寸较小,测定的地基承载力只能反映地基土卸荷膨胀区域的值,较实际承载力小。建议对于挖深大于5m的土质地基,在载荷试验测定地基土承载力后,应该比较该值与原上覆土体自重应力,若前者小于后者应该按照后者取值。     

AnnAGNPS模型在黄土丘陵沟壑区小流域的适用性评价

在水土流失较严重、生态环境较脆弱的黄土丘陵沟壑区定量化研究土壤侵蚀对于合理利用土地及保护环境显得尤为重要。本文运用基于过程的Ann AGNPS模型对典型黄土丘陵沟壑区-岔口小流域的水土流失进行模拟,以5场次暴雨径流量及泥沙量评价模型适用性。模拟结果表明:模型能较好的模拟地表径流,模拟相对误差为-21.46%~2.26%,确定性系数R2为0.99,Nash-Sutcliffe系数为0.99。模型对泥沙模拟精度较低。对岔口小流域土壤侵蚀定量分析表明,单位面积泥沙流失量最严重的区域集中在坡耕地上,尤以核桃树与玉米间种的坡耕地流失最大。