基于孔内剪切试验的游离氧化铁对红黏土抗剪强度影响研究

游离氧化铁的胶结作用及其与土颗粒形成的特殊结构与红黏土力学性能密切相关。为了研究原位状态下游离氧化铁对红黏土力学性质的影响,采用连二亚硫酸钠−柠檬酸钠−重碳酸钠(dithionite-citrate-bicarbonate,简称DCB)溶液对红黏土中的游离氧化铁进行选择性溶解,再结合孔内剪切试验(borehole shear test,简称BST)获得了不同除铁效果下各深度处的红黏土抗剪强度指标。结果表明,游离氧化铁含量FIOC(free iron oxide content)与DCB溶液浸泡时间具有较好的相关性,其特点是除铁速度前期快、后期慢。由BST试验得到红黏土应力−位移关系曲线呈应变硬化变形特征;在同一测试深度下,红黏土抗剪强度随着浸泡时间的递增而降低,浸泡4 d的抗剪强度降幅已达整个试验降低幅度的79.0%左右,再继续浸泡其抗剪强度降低幅度逐渐趋缓;在同一浸泡时间和测试深度下,红黏土的抗剪强度随着法向应力的增大而增大;在同一浸泡时间和法向应力下,红黏土的抗剪强度随着深度的增加而增加;随着浸泡时间的增加,以“包膜”、“桥”或“单粒”的形式赋存的游离氧化铁逐渐被去除,微观上表现为红黏土结构性被破坏,原本致密、紧凑结构出现孔隙、裂隙、疏松的情况,宏观上表现为红黏土力学强度的降低。

重塑条件对红黏土力学特性影响试验研究

重塑条件是影响重塑土样相关力学特性的重要因素,为分析堤防建设的土工试验中各重塑条件对重塑土力学特性的影响,采用不固结不排水三轴试验研究了不同重塑条件(碎土方式、含水率和制样方式)对重塑红黏土力学特性的影响,并结合扫描电镜图像揭示了相关重塑条件对力学强度特性的影响机理。结果表明:在含水率较低时,影响红黏土重塑样强度的主要因素为制样方式;当含水率升高后,碎土方式成为主要的控制因素;结合微观试验进一步说明不同碎土方式得到不同级配的土粒,机械碎土方式会使得土颗粒集聚成不同数量的“粗颗粒”,改变土粒级配从而影响相关力学特性;不同制样方式导致土颗粒发生不同的有序排列,进而使得土体抗剪强度发生变化。

基于频域反射的细粒土压实度检测方法与误差评估

压实度是道路、房建、水利等工程领域评价土体压实质量的重要参数,与土体含水率和电导率密切相关。而频域反射技术(frequency domain reflectometry,FDR)可用于快速测定土体含水率和电导率。首先利用频域反射技术分别对多种压实状态下红黏土、膨胀土和黄土的含水率、电导率进行测量;然后对含水率测值进行室内标定,得到3种土的含水率标定曲线;通过偏最小二乘回归分析方法(partial least squares regression,PLSR)建立了3种土体的压实度-含水率-电导率之间的经验关系,并与实测值进行了对比分析;再根据扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和压汞法(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验结果分析了其微观机制;最后对拟合公式得到的压实度预测值进行随机试样验证,建立与实测值的误差评估体系,结果表明基于压实度-含水率-电导率之间的关系而提出的拟合公式预测压实度的精度较高。相关研究可为道路、房建、水利等工程中土体压实度的快速检测提供参考。