南水北调中线工程中的膨胀土研究

南水北调中线工程总干渠全长1240余公里，其中，在河南、河北等地有120余公里的渠线经过膨胀土地区。膨胀土是一种十分特殊的粘性土，它遇水膨胀，失水收缩，力学性质随含水量的变化极为复杂，是非饱和土力学的主要研究对象。近十余年来，随着科学技术的发展，尤其是量测技术的发展，非饱和土研究呈现了蓬勃发展的趋势。从国内外非饱和土研究现状出发，对南水北调中线工程膨胀土渠坡的稳定分析方法、膨胀土强度取值、渠坡坡比和支护的合理设计以及滑坡预报问题进行了分析。     

新疆某黄土的土水特征及其分形描述

本研究采用新疆某引水渠道边坡的黄土填料进行土水特征曲线试验,研究压实度和应力水平对土料的土水特征的影响规律。针对试验结果,本研究首先采用经典的van Genuchten模型进行曲线拟合。然后采用分形理论进行土水特征曲线的比较分析。结果表明:(1)随着压实度的增加,土水特征曲线向下移动;随着轴向应力的增加,土水特征曲线也会有所下移;(2)相应于孔隙分布,该土料的土水特征曲线具有明显的分形特性;(3)在相同压实度下,不同应力水平的SWCC分形拟合基本平行。采用本文所述的分形方法,在已知不同应力水平下的孔隙率时,可较为合理的从一个应力水平下的土水特征曲线推求其它应力水平下的土水特征曲线。     

非饱和土力学理论在南水北调工程中的应用

简要回顾了非饱和土力学的研究历史及研究意义.结合南水北调中线工程中的膨胀土问题,探讨了非饱和土理论在渠道工程设计中的应用前景,重点论述了非饱和土抗剪强度理论及其简化计算方法,并从膨胀土的破坏机理、变形特点和强度特征出发,探讨了膨胀土渠坡工程处理措施和处理原则,为南水北调中线工程膨胀土渠段的设计和施工开拓了新的思路.     

基于植被恢复的水泥改性膨胀土换填土复合改良试验研究

以引江济淮工程膨胀土边坡表层采用的水泥改性膨胀土换填土层为研究对象,为探究各因素和水平对狗牙根的发芽、生长状况和根系展布的影响规律,以4种添加剂(泥炭、保水剂、有机肥、土壤改良剂PAM)和压实度为5个因素,各取4个水平,开展了多指标多因素正交试验。采用发芽率、生长高度、覆盖度、根系入土深度和含根量5个指标对狗牙根生长效果进行综合评价。试验结果表明:影响狗牙根生长因素的重要性由高到低依次为有机肥、压实度、保水剂、泥炭、土壤改良剂(PAM)。有机肥和泥炭含量对狗牙根生长和土壤改良具有良好的促进作用,而土壤压实度越高,狗牙根生长越差;为确保狗牙根较好生长,压实度不宜过高,建议不超过86%。对于膨胀土边坡表层采用的水泥改性膨胀土换填土层,适合狗牙根生长的最优改良方案为:泥炭掺量取9%、保水剂掺量取0.05%、有机肥掺量取1.5%、土壤改良剂(PAM)掺量取0.05%,压实度控制为66%。研究结果对引江济淮工程膨胀土地区采用水泥改性膨胀土换填土层进行生态修复具有指导意义,分析和评价方法亦可为其他区域采用水泥改性膨胀土换填土层进行生态修复提供参考。     

膨胀土边坡稳定性研究

阐述了近年来长江科学院在膨胀土边坡稳定性方面的研究成果。研究了南水北调中线工程膨胀土的裂隙形态及分布规律,在“大气影响深度”以上与以下区域膨胀土的裂隙形态存在差异,以下区域的裂隙具有明显的定向性;介绍了膨胀土的膨胀性,对于起始含水率一定的膨胀土,相同吸湿条件下的膨胀应变与平均应力在半对数坐标系下呈很好的线性关系;阐述了膨胀土的强度特性,提出了膨胀土强度试验新方法;研究分析了膨胀土边坡失稳机理,提出了膨胀土边坡的破坏模式及相应的稳定分析方法。研究成果表明：膨胀土边坡不仅存在重力作用下的整体稳定性,整体稳定性受裂隙面强度控制,而且在吸湿条件下会产生浅层失稳,浅层失稳的主要影响因素为土的膨胀变形;在膨胀土边坡的稳定分析中,膨胀土的强度,不需进行任何折减,直接采用强度试验值,稳定分析成果能正确地反映边坡的稳定状态。     

加筋膨胀土边坡土工格栅的导水作用研究

通过4组湖北力特生产的BOP系列小尺寸单向格栅不同加筋方式的膨胀土三轴固结排水试验,研究了土工格栅的导水作用,并在现场试验中得到验证。研究结果表明:低围压下土工格栅的导水作用显著,且随着围压的增大,导水作用减小;加筋膨胀土中土工格栅不仅提高了土体强度,还增添了导水通道。因此,在加筋土坡设计中,要充分考虑格栅加筋后加筋土层渗流状态的变化,合理地发挥加筋土层的优势。     

泥化夹层残余强度的非线性问题探讨

结合工程实际，对坝基软弱泥化夹层在残余状态下所反映的抗剪强度的非线性问题进行了探讨，认为泥化夹层残余强度的摩尔—库仑包线的非线性问题是客观存在的，其产生机理是剪切面上粗颗粒剪胀等因素造成的。笔者进而提出了非线性残余强度的取值和试验过程的安排等问题。     

非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用

介绍了目前土力学的最新研究动态，阐述了非饱和土力学的研究历史及研究意义，结合南水北调工程中 膨胀土问题，将非饱和土抗剪强度理论深度地应用于工程实际的试验研究，在室内进行了土的吸力与含水量的关系试验和三轴强度试验，在现场研究了天然膨胀土坡中的吸力分布，比较了各种吸力测量仪器和方法和，这些研究工作为非饱和地理论的工程运用积累了经验。     

非饱和膨胀土的现场观测技术

非饱和土的吸力测试是非饱和土研究中最重要也是最基本的测试技术.回顾了非饱和土现场试验的历史,结合近年开展的膨胀土渠道现场观测实践,从观测设备的原理出发,介绍了现场观测仪器及其埋设方法、观测试验成果,其经验可供岩土工程师在非饱和土现场实践中参考.     

爆破挤淤堤坝工后沉降特性离心模拟试验研究

爆破挤淤技术在海洋围垦工程建设中发挥着重要作用,但其理论研究落后于工程实践。通过离心机点火装置的研制实现离心场中的起爆控制,进而建立概化模型,模拟堆石堤坝存在时爆破挤淤的作用效果,研究爆炸荷载作用下地基土体的孔压消散特性及形成堆石堤坝的工后沉降特性。通过多次尝试性试验,最终取得两组合理有效的爆破试验测试成果。研究表明:地基土含水率越高、强度越低,爆破后堤坝瞬时沉降越大,爆破挤淤置换效果也更显著;在地基土较软弱的条件下,爆破挤淤堤坝工后沉降明显较大;在堤坝上覆压力存在的条件下,爆破瞬间地基土中产生显著的超孔隙水压力,超孔压的产生使得地基土瞬时有效抗剪强度弱化,甚至会丧失结构强度和承载能力,从而为爆破挤淤"泥–石"置换过程创造了有利条件。