细粒土与粗粒土动力流化的孔压差异辨析

地基土体在动力作用下的液化对工程会产生灾害性影响。孔隙水压力是研究饱和土体转变为流体的重要表征,已有研究发现,细粒土在液化过程中即使孔压比(孔压/围压)未达到1,也已进入液化状态。本文将土颗粒概化为球体,考虑颗粒吸附水膜的影响,对由砂粒、粉粒、黏粒组成的饱和土体,在可发生流动的情况下,建立产生动力流化的理论模型,并分析了动三轴和振动台实验中孔压的变化。结合土体微结构特征,指出细粒土处于流化状态时,孔隙水压力因受结合水膜影响而导致孔压值减小,同时因颗粒形状(如板片等)的框架支撑作用也可减小孔压值。这一从土体微观组成的物理性质上进行的理论分析,有助于厘清以孔隙水压力判别细粒土与粗粒土发生动力流化标准不同的原因,有助于研究者深入理解土体液化的内在机制。

中美孟细粒土液化判别标准对比

中国、美国、孟加拉国三国现行抗震设计规范中针对细粒土的液化判别标准各不相同。为提出可供工程应用及中国规范修订参考的评判标准,该文通过对比三国判别流程和标准,并分析其形成过程后,在孟加拉国达卡及周边城市采取的168个细粒土样液化判别应用基础上,综合评价了各判别流程和标准的合理性。最后提出了一套融合各标准的细粒土液化判别流程及其结果评价标准。

PFWD用于细粒土路基压实质量检测应用研究

为有效探究PFWD在高速公路细粒土路基压实质量检测中的适用性,结合某高速公路施工实践,系统分析了PFWD检测技术测得的回弹模量EP与灌砂法得到的压实度K存在的关联性,并通过建立回归模型对两项指标进行拟合,得出了二者之间具有良好的关联性,确定了在细粒土路堤施工中采用PFWD检测路堤压实质量是可行的,可快速检测出路基施工质量,提升检测效率,保证施工质量。

湖湘沉积细粒土固结压缩试验数据相关性研究

室内固结压缩试验是从现场取土样进行,总是有一定程度的扰动,且荷载的受力情况与实际情况总有一定程度差别,所以会有一定程度的误差。昆明湖湘沉积细粒土相对于一般土壤而言,其工程性质呈现显著的差异。该土壤具有较高的含水率、大孔隙比以及明显的高压缩性等特征。这些特性使得昆明湖湘沉积细粒土在工程应用中表现出独特的行为,与一般土类相比具有明显的区别。揭露的地基土以湖沼泽积泥炭质土、冲湖积相粘土、粉土为主,地基土岩性、岩相变化大,其中泥炭质土、软粘土、杂填土属高压缩性土,各土层土工试验参数及变异系数亦变化较大,为不均匀性地基,离散性较大。我们在试验过程中应采用标准的试验方法和手段,才能保证土样固结试验数据的标准性和合理性,从而为工程设计和施工提供重要的参考和依据。

细粒土含水率快速检测法的研究与应用

现有的细粒土含水率快速检测方法包括微波炉法与酒精燃烧法。两种方法各有优劣:微波炉法影响因素较多,需要与常用的烘干法进行校准;酒精燃烧法不经济环保且存在安全隐患,因其燃烧温度过高,有机质会对检测结果产生影响,导致所测数值偏高。本文阐述了以快速检测法中的微波炉法作为研究对象,以烘干法检测值为基准,通过正交试验分析了影响含水率检测结果的因素,对微波炉法参数进行了优化组合,使微波炉法与烘干法检测值高度接近。介绍了具体的研究与应用过程。

基于物性指标的路基细粒土动态回弹模量预估模型研究

以某公路代表性路基细粒土为研究对象,制备不同含水率、压实度的试样,通过动三轴试验研究含水率、压实度、塑性指数、动偏应力和围压对动态回弹模量Mr的影响,利用Matlab工具箱进行全局最优化搜索,获取模型参数ki与物理性质指标的关系,进而构建基于物性指标的动态回弹模量预估模型,并就预估效果与现行规范中的通用模型进行对比。试验结果表明:Mr随动偏应力和含水率的增加呈非线性下降趋势,随围压和压实度的增加而增加,Mr与IP统一成反比关系;结合Matlab自带人工神经网络(ANN)工具包和遗传算法(GA),可以依据大量动态回弹模量试验数据,建立ki与含水率w、压实度K、塑性指数IP、细粒含量P0.075的关系式,构建动态回弹模量预估模型;与规范通用模型相比,该文所建立模型的预估误差平均值为5.03%,预估误差最大值不超过15%,预估效果得到了提升。因此,对于具体的公路路基建设项目,事先开展针对性的动态回弹模量试验以建立基于物性指标的预估模型具有一定价值。

潮湿路基水泥改良细粒土动态回弹模量试验研究

为探究中国南方地区潮湿路基设计与施工问题,选择上海崇明生态大道新建公路路基3种典型土样,采用水泥处置技术对其进行改良,利用试验方法分析含水率、压实度、水泥掺量、养生龄期和应力状态对动态回弹模量的影响。结果表明:水泥掺量、含水率和养生龄期对3种潮湿路基水泥改良细粒土的动态回弹模量影响均较大,且水泥掺量和养生龄期并非越大越好,同时压实度对动态回弹模量影响不显著。考虑到应力状态显著影响,建议在潮湿细粒土路基设计时动态回弹模量取保守值。

细粒土中黏土结构分类及其对孔隙分布的影响

本文以北京东部新近沉积细粒土为对象,结合扫描电镜和高压压汞实验对黏土组分微观结构展开研究,观察黏土微观形貌并对其结构进行分类,分析不同黏土含量的细粒土的孔隙分布特征,明确不同类型黏土结构对细粒土孔隙结构的贡献。结果表明,细粒土内黏土成分存在形式包括基质和集合体,其中集合体可根据微观形貌分为黏土团粒、黏土碎屑、絮状黏土集合体3类;压汞实验中细粒土在高压区的进汞特征受黏土组分控制,孔径分布曲线说明黏土的结构与含量共同控制细粒土的孔隙结构特征,各类黏土结构分别贡献了细粒土内不同尺度范围的孔隙;黏土基质与3类集合体的结构特征来源于不同的形成过程,结构内部矿物连接方式导致不同黏土结构在受力作用下和流体介质中的变形响应差异巨大,从而引起土体宏观性质具有较强的空间变异性。

北京地区细粒土微观特征及宏观力学性质研究

对从北京地区获取的10块代表性细粒土样品进行了X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)分析和常规土工试验,以对北京地区细粒土的微观特征及其对土体宏观力学性质的影响进行研究.结果表明:北京地区细粒土的主要矿物成分包括石英、长石、方解石和黏土矿物,其中,黏土矿物的主要组分为伊利石和伊蒙混层;北京地区细粒土土体结构疏松,颗粒矿物之间连接较弱导致较难形成骨架支撑,且粗颗粒矿物表面通常被细颗粒矿物包裹,细颗粒矿物的存在形式包括基质和团粒两种,在SEM观察中可通过组分和结构差异进行区分;北京地区细粒土的宏观力学性质受矿物组成和微观结构的联合控制,除了矿物颗粒本身性质对土体强度的影响之外,黏土矿物和粗颗粒矿物之间的结构配置对土体的抗压强度和抗剪强度也有重要影响.

基于核磁共振技术探究细粒土中孔隙水的分布

细粒土中孔隙水分布特征影响其物理力学性质,厘清细粒土的孔隙水分布特征及其影响因素对深刻认识细粒土的力学特性尤为重要。为探究细粒土颗粒孔隙水水分布机制,利用核磁共振技术进行了一系列试验,研究了细粒土颗粒物理化学性质和初始含水率对孔隙水分布的影响。随着含水率的增加核磁共振分布曲线向右侧移动,而高岭土表现得最为明显;对比不同细粒土饱和后发现,高岭土的弛豫时间要大于膨胀土和红黏土,饱和后高岭土的孔径较大。

考虑颗粒密度的细粒土分形特征研究

以广东地区两大水利工程项目的原状土为研究对象,针对细粒土颗粒结构的复杂性和不规则性,基于分形理论和数理统计,提出了考虑颗粒密度的细粒土质量分形维数模型,建立了细粒土质量分形维数预测方程,讨论了质量分形维数与宏观物理特性的关系。结果表明:考虑颗粒密度的质量分形维数模型具有更好的适用性;细粒土的质量分形维数与粉粒含量呈较强的负相关,与胶粒含量呈较强的正相关,以此建立的质量分形维数预测方程具有较好的预测效果,并初步确定了细粒土质量分形维数的变化区间为(2.674,2.921);仅用质量分形维数无法直接判断细粒土界限含水率的高低或可塑性的强弱。研究结果为今后细粒土的分形理论研究打下了基础。

侧限约束对干湿循环过程中细粒土持水和变形的影响

基于压力板仪和非饱和三轴仪分别对压实细粒土进行有侧限和无侧限约束条件下的干湿循环试验,探究了侧限约束对干湿循环过程中细粒土持水和变形特性的影响。研究结果表明:无侧限约束条件下土样在基质吸力小于100 kPa的吸湿过程中含水率增速明显加快,并且饱和时含水率较高;有侧限约束条件下的土样在饱和时依然具有较高的压实度,这是由于其在湿化过程中团聚体内的孔隙增大,团聚体间孔隙减小;无侧限约束条件下土样的剪切波速明显提高,滞回现象更为明显。这种现象可能是不同侧限条件下的应力状态以及激发频率的差异造成的,土体的饱和度与土体湿化过程中的结构演化特征和湿化时是否处于侧限条件密切相关。试验结果表明,无侧限约束条件下土体的干湿循环过程更贴合现场路基压实度的变化。

不同加载频率和应力状态下细粒土路基动力特性研究

加载频率是反映交通荷载的重要参数,对路基动力特性的影响不容忽视。重点研究了在车辆荷载作用下,路基细粒土填料在不同加载频率和应力状态作用下的动力特性。研究结果表明:同一应力水平下,加载频率增大,路基动态回弹模量逐渐增大,阻尼比逐渐减小;围压减小将降低增大加载频率对动态回弹模量增大的影响,细粒土路基动态回弹模量在围压为35kPa和50kPa下分别增大了5.86%和7.31%;围压相同,动偏应力比越小,加载频率提升引起细粒土路基动态回弹模量增大的现象越明显;细粒土路基动态回弹模量随围压的增加而增大,随偏应力的增加而减小;在不同行车速度作用下,典型细粒土路基路床区的动态回弹模量在85.65~89.74 MPa。

冻融循环作用下细粒土抗剪强度特性试验研究

细粒土在季节变化条件下的冻融循环造成了其物理力学性质的改变,给实际工程施工带来危害.通过室内均匀正交试验设计,对不同含水量、密实度、易溶盐含量和粘粒含量的细粒土进行冻融循环试验,研究了不同状态下细粒土在冻融循环作用下抗剪强度的变化规律;运用PPR对试验结果进行分析,得出试验各因素对细粒土抗剪强度指标C、Φ值影响变化的重要性排序.

西沙海槽东部海底浅表层土工程地质特性及水合物细粒土力学性质试验

利用2012年在西沙海槽东部海域获得的25个重力柱状样的土工试验分析,以及以南海北部陆坡区浅表层土为试验介质的含水合物细粒土的力学特性模拟试验结果,对西沙海槽东部海域浅表层土的工程地质特性和含水合物细粒土的力学特性进行了综合分析。结果显示西沙海槽东部海域浅表层土土质类型单一,主要为高液限粉土,粉砂含量较高,黏粒含量次之,砂粒含量极少。通过差异显著性检验,陆坡斜坡及北槽坡区与槽底平原和南槽坡区浅层土的工程地质特性差异显著,而垂向上各区浅表层土的工程特性无显著性差异,整体为一高含水率、高塑性、高压缩性和低抗剪强度的软弱高液限粉土层。以细粒土为试验介质,不同水合物饱和度土的土力学特性有较大差异。低饱和度的土表现为两次塑性破坏,而高饱和度的土仅表现为一次塑性破坏。水合物细粒土的黏聚力值随饱和度的增加呈现先增加后降低的趋势,内摩擦角随饱和度的变化不明显。

季冻区公路路基细粒土冻胀性分类研究

对4种不同塑性细粒土扰动样进行了室内闭式冻胀模拟试验,简述了土的含水量和塑性对冻胀性的影响,即各种细粒土的冻胀性都随着含水量增大而增强;在含水量相同时,土的冻胀性随着塑性增强和颗粒变细而减弱。应用数理统计方法分别得出了各种黏性土和粉土的冻胀率关于超塑含水量的经验公式,并经综合分析建立了细粒土的冻胀率关于超塑含水量的经验公式。在此基础上,对黏性土、粉土及细粒土进行冻胀性分类研究,并将研究结果与现行规范进行比较,给出合理建议。此外,还取原状样进行了室内冻胀试验并对原状样和扰动样冻胀性试验结果的相容性进行了分析,指出用扰动样模拟试验结果对细粒土进行冻胀性分类研究,是可靠和可行的。

青藏铁路清水河段细粒土用作路基填料问题的探讨

用作冻土区的路基填料,在冻胀敏感性方面有其特殊的要求,为了分析青藏铁路清水河段细粒土是否可用作冻土区路基填料,收集了该区粘性土、粘砂土和细粒含量较多的砾砂,分别用两种密实度进行了土的室内物理、力学实验、冻胀实验以及毛细管上升高度和含盐量实验。从变形、稳定和冻胀敏感性方面综合分析实验结果后,提出了该区使用粘性土的局限性及其改良途径。根据试验得出:增加土的压实密度,控制施工中的含水量,采取严格的隔热、隔水措施,对防治或减少路基冻胀可起到较显著的效果。

细粒土不均匀分布对粗粒土力学特性的影响

为了研究冻融循环条件下细粒土的不均匀分布特性对粗粒土力学特性的影响,对不同冻融循环次数、冻结温度、围压条件下的含有不同细粒土分布的粗粒土进行常规的静三轴剪切试验,研究冻融循环后具有不均匀细粒土分布的试样的最大剪胀位置、应力–应变关系曲线、起始屈服强度、起始屈服应变、静强度、破坏应变变化规律。研究结果表明,在相同的细颗粒与粗颗粒不均匀分布的条件下,试验后试样的最大剪胀位置随着试样上两层中细粒土含量的增加而沿着试样高度上升,随着冻融循环次数的增加,最大剪胀位置的上升速率是不断增加的。细颗粒与粗颗粒不均匀分布的程度越高,尤其是粗颗粒的富集程度越高,试样的脆性越高,试样的应变软化程度越明显。冻融循环次数的增加,降低了粗、细颗粒较均匀分布的3种试样的应力–应变软化程度的差异性,即冻融循环次数的增加可以使粗颗粒和细颗粒的组合结构趋于稳定。在相同的围压条件下,冻融循环次数的增加削弱了因细粒土不均匀分布而导致的起始屈服强度的差异性和静强度的差异性。试样中的粗颗粒和细颗粒分布越不均匀,试样的起始屈服强度和静强度越大。当围压为100 k Pa时,静强度与起始屈服强度的比值随冻融循环次数波动较大,当围压增加到300 k Pa时,比值随冻融循环次数的波动较为平缓。细粒土不均匀分布是起始屈服应变和破坏应变的最显著性影响因素,但是围压对破坏应变的影响程度明显大于围压对起始屈服应变的影响程度。细粒土不均匀分布对破坏应变影响的显著性明显小于它对起始屈服应变影响的显著性。

含粗粒的细粒土的压实特性研究

以2种不同的细粒土及18种不同级配的含粗粒的细粒土为研究对象,进行了大量的室内击实试验,来寻求含粗粒的细粒土的最佳击实功,从而确定当路基填料为含粗粒的细粒土时,其室内最大干密度的试验方法。在此基础上,提出含粗粒的细粒土的最大干密度宜采用重型击实试验法确定,且每层的击实次数宜增加为130击。同时,利用多元线性回归方法对试验结果进行了分析,得到了最大干密度与土中各个粒组含量之间的线性关系式。结果表明,含粗粒的细粒土的最大干密度与各粒组含量之间存在良好的线性关系。

饱和细粒土固结过程的三维孔隙演化特征

孔隙作为软土的重要组成单元，在软土性质发生改变时其变化最直接、最明显。研究软土固结过程中孔隙演化特征，对于认识软土排水固结机制具有重要理论意义。本文对大亚湾饱和细粒土在梯度压力下的孔隙结构进行微纳米尺度定量分析：将圆柱形土样进行真空冷冻升华干燥，利用同步辐射显微CT获取分辨率1.625μm的二维切片，应用Avizo软件的灰度阈值截断法将二维切片重建三维结构，采用形态学算法对三维孔隙结构进行量化和表征。研究表明：自沉状态下超过90%孔隙的等效直径为4～10μm，只有少数孔隙的等效直径大于40μm；土样在100kPa压力作用后，大孔隙数量迅速减小，小孔隙数量迅速增加，表明初始状态下孔隙对压力最为敏感；大中孔隙容易被压缩消灭或被分裂为小微孔隙；随压力增加孔径变化趋于平缓，小孔隙和微孔隙占优势，孔隙的抗压能力与大小成反比。经梯度压力作用后土体从絮凝结构逐渐变成片叠结构，颗粒之间平行排斥，孔隙丰度逐渐减小，形状变得细长，方向趋于水平。本研究利用同步辐射显微CT技术结合三维可视化软件Avizo，建立具有真实孔隙结构特征的软土三维模型，从微纳米尺度分析了饱和细粒土的固结蠕变机理。