不同干燥温度条件下非饱和红黏土裂隙演化及抗剪强度变化规律研究

温度作为重要外界因素,对红黏土的强度特性和裂隙性具有重要影响。为研究干燥温度、含水率和干密度对非饱和红黏土强度特性和裂隙发育的影响,对不同蒸发温度条件下不同初始状态的非饱和红黏土进行直剪试验和干燥试验。分析了不同温度下红黏土的强度特性,结合图像处理技术对裂隙的发育规律进行了阐述,并对抗剪强度指标(黏聚力、内摩擦角)和裂隙形态参数(裂隙率)的关系进行了探讨。试验结果表明:裂隙几何参数(裂隙总长度、节点数和裂隙率)随着温度升高而增大。干密度越低,含水率越大,裂隙指标随温度的变化幅度越大,裂隙也越发育。张拉应力的存在是裂隙产生的主要力学原因。黏聚力随温度升高先增大后减小,衰减的幅度和干密度有关。随着温度升高,内摩擦角先缓慢增长,而后增速加快,含水率越低,变化越明显。随着裂隙率的增加,黏聚力先增多后减小,内摩擦角则不断增长。

含砂量对砂-粉土混合物强度特性的影响试验研究

为研究砂粒对砂-粉土混合物强度特性的影响规律及作用机制,对不同含砂量的砂-粉土混合物进行三轴固结排水剪切试验和压汞试验。研究结果表明:随含砂量的增加,砂-粉土混合物的内摩擦角和峰值偏应力增大,黏聚力降低,含砂量≤30%时变化幅度最明显,其后较弱并趋于稳定;同时,峰值偏应力增幅随着围压的增加而增大。含砂量<15%时,砂-粉土混合物的强度由黏聚强度控制,随着含砂量增大,摩擦强度逐步超过黏聚强度对强度起主要作用。砂-粉土混合物的体积收缩致使土体更加密实,从而导致砂-粉土混合物内摩擦角和峰值偏应力的增加。

含砂量对砂−细粒混合土一维蠕变行为的影响

利用一维固结蠕变试验研究了宁夏中部黄土高原淤地坝前砂−细粒混合土的蠕变特性,结合压汞试验结果探讨了含砂量对其蠕变特性的影响作用机制。借鉴Yin-Graham一维等效时间线弹黏塑模型的理论框架,同时考虑一维条件下蠕变的有限性和蠕变系数的衰减性,建立了适用于描述淤地坝前砂−细粒混合土应力−应变−时间关系的经验蠕变模型。研究结果表明:含砂量小于28.57%时,次固结系数和次固结变形与含砂量呈负相关,细颗粒决定着砂−细粒混合土的蠕变性;含砂量超过28.57%后,次固结系数和次固结变形随含砂量增加逐步增大,砂−细粒混合土的蠕变性和砂性土相似。所建模型的预测曲线和一维蠕变试验曲线吻合良好,说明该模型适用于一维条件下砂−细粒混合土蠕变特性的描述。

不同侧限条件下红黏土竖向压缩性能响应试验分析

以江西省南昌市典型红黏土为研究对象,通过控制侧限条件和试样含水率实施竖向压缩试验。系统研究了各侧限工况下红黏土强度和变形特征的响应规律。研究结果表明:无侧限、单面、邻面和对面侧限状态的应力-应力关系可划分为四个阶段:(1)压密和弹性变形阶段;(2)非线性强化阶段;(3)软化阶段;(4)稳态流变阶段。抗压强度、残余强度、峰值应变都随着初始含水率的增大呈非线性增加。而三面和四面侧限条件下红黏土抗压强度整体上试样的抗压强度随含水率的升高而降低。在竖向压缩下,裂纹扩展、贯通,形成宏观纵向裂缝,呈现出明显的劈裂破坏特征。含水率一定时,红黏土峰值强度在各侧限条件的大小关系是:单面侧限<无侧限<邻面侧限<对面侧限<三面侧限<四面侧限。

基于探地雷达的水库坝前淤积土沉积规律研究

宁夏南部黄土丘陵山区水库除险加固工程中普遍采用“坝前淤积面加坝”工法进行施工,而淤积层的分布规律对评价坝基稳定性至关重要。为勘察淤积土剖面分层情况和空间分布特征,利用探地雷达(GPR)对固原市西吉县大沙河水库坝前淤积土进行探测试验。在选定的坝前淤积土探测区域内,布设了10条测线,首先确定了雷达探测最佳图像效果的叠加次数,然后在所有测线上每隔0.5 m(共计794个测点)进行了探测。同时开挖深度为1.5 m的探槽观察淤积层剖面状况,并在不同深度剖面上取土样进行室内基本物理性质试验。结果表明:雷达探测的最佳叠加次数为512次;雷达波谱图显示在深度为0~2.5 m范围内,坝前淤积土有6层明显的沉积层理;在深度为4~9 m范围内,有清晰连续的河道河床轮廓,各测线上淤泥的沉积厚度范围为3.7~8.2 m;在探槽深度约50 cm处可以观察到明显的砂质粉土—黏质粉土的层理,与探地雷达在该位置的图像解析一致。探测试验为坝前淤积层沉降计算及工程处理措施提供了基础数据。

不同温度下红黏土胀缩性试验研究

为了探究温度对红黏土胀缩性的影响,通过不同温度下红黏土的胀缩性试验(膨胀变形和收缩变形试验),以初始含水率和干密度为对比变量,分析红黏土胀缩性;并通过红黏土的收缩变形试验分析温度对红黏土体缩率、最终线缩率和收缩系数的影响规律。试验结果表明:膨胀率随着初始含水率的变化而变化,干密度最大的试样的膨胀率增幅最明显,干密度最小的试样的膨胀率却随着初始含水率的增加而减小;随着温度的升高,膨胀率总体呈增大趋势,膨胀率在 80℃之前缓慢增长,超过 80℃时增长较快;随着温度的升高,线缩率、体缩率、收缩系数总体呈现递减的趋势;不同温度下红黏土随着含水率的降低,收缩曲线大致可以分为斜直线阶段、外凸阶段和直线稳定阶段共 3个阶段,各阶段的收缩速度和收缩变化幅度不同。研究成果可为研究红黏土胀缩性的岩土工程技术人员提供参考。

不同气候条件下红黏土边坡稳定性分析

以红黏土边坡为研究对象,通过GeoStudio软件中的VADOSE/W和SEEP/W模块对其在不同气候条件作用下的渗流和边坡稳定性进行了计算。分析了不同降雨强度、不同蒸发强度、不同持时及循环作用对边坡稳定性的影响。结果表明,降雨、蒸发均是影响边坡稳定性的重要因素。当降雨强度小于土体渗透系数时,边坡安全系数随着降雨强度的增大而减小;边坡安全系数随着土体蒸发量的增大而增大;当边坡经干湿循环作用后,其安全系数呈现出降低的趋势。

数学解析法在界限含水率试验中的判别式研究

大量工程实践证明,由于受诸多因素的影响,采用液塑限联合测定法时,双对数坐标系上最高点A,中间点B,最低点C三点完全在一条线上的情况很少见,大部分情况是不在一条直线上。对于三点不在一条直线上的情况,《土工试验方法标准》的规定是先确定锥入深度2 mm在直线AC和AB上的含水率,然后确定两者之间的差值,如果差值小于2%,则不需重做试验,反之则需重做试验。这种做法步骤复杂,速度较慢。对此,通过数学解析法推导出判别式,可以不求取锥入深度2 mm在两直线上的含水率的情况下,快速判定是否需重做试验。

考虑欠固结因素的坝前淤积土一维固结分析

“坝前淤积面加坝”是宁夏南部黄土丘陵山区水库除险加固工程中普遍采用的一种施工方法。考虑到当地水库运行特点,可将坝前淤积层视为近似于静水中沉积,土层内存在尚未完全消散的超静孔隙水压力,处于欠固结状态。如何确定欠固结淤积土在堆载固结施工前土层内部的状态是坝前淤积层加坝需要解决的关键问题。基于大变形固结理论的分段线性方法编写了用于计算淤积土晾晒间自重固结的计算程序,利用文献中的相关算例进行了验证,提出了针对欠固结土的固结计算模式,并分析讨论了影响欠固结淤积土固结的主要因素。选取西北地区坝前淤泥面加坝工程案例,通过与其他计算方法的对比分析,探究了考虑欠固结因素对淤积土排水固结计算的影响程度。结果表明:欠固结淤积土在晾晒期间其体内孔隙比、超静孔压随深度呈非线性变化,底部固结速度、单位厚度压缩量相对较大;土层初始高度和初始孔隙比对欠固结淤积土沉降结果影响显著;如果将欠固结土按正常固结土计算,沉降量会被低估。

加载速率与环境温度对黏土岩力学性质的影响

利用SHT4305伺服压力机系统．对黏土岩试样分别在0．1MPa／s、O．3MPa／S、0．5MPa／s、0．7MPa／’s、0．9MPa／s的加载速率和25C、55C、85C、115C、¨5C的环境温度下实施单轴压缩试验．分析了不同加载速率和不同环境温度对黏土岩的峰值强度、弹性模量、应变状态、破裂形式、反应过程以及变化机制的影响。研究发现，黏土岩试样在不同加载速率和环境温度作用下．破坏过程经历压密、弹性、塑性、破坏四个阶段，其中塑性阶段差异化明显。黏土岩峰值强度与加载速率近似线性相关；在环境温度的作用下，黏土岩峰值强度与弹性模量随温度的增加呈现出先增大后减小的趋势。上述研究结果对高放核废物处置库选址等领域备选具有重要的理论意义和参考价值。