膨胀土裂隙发育特征定量化方法的试验研究

裂隙是导致膨胀土强度衰减与渗透性增强的重要影响因素。根据膨胀土裂隙发育特征提出闭合曲线定位的裂隙定量化方法,据此进一步研究了裂隙对膨胀土强度、渗透性的影响。研究结果表明该方法不仅可显著减小裂隙宽度的相对误差,而且相比面裂隙率,线裂隙率避开了土样外边线收缩对裂隙发育特征影响的处理问题,进而提高了裂隙量测值的合理性;根据不同宽度等级的线裂隙率变化规律,丰富了裂隙演化特征;根据干湿循环次数与裂隙特征参数、土体强度参数及渗透性等的相互关系,进一步揭示了裂隙对强度、渗透性的线性定量关系,于是以裂隙发育特征代替干湿循环次数可解决实际工程中的干湿循环次数难以定量化的问题。因此,以闭合曲线定位法建立的定量化裂隙指标,较面积法更利于膨胀土性状的评估和裂隙研究的工程应用。

西夏水库扩容工程土工膜防渗系统设计方案研究

平原水库建设场地存在厚层、强透水地层,采用土工膜防渗技术可有效解决水库渗漏问题。以西夏水库扩容工程为例,对库底防渗结构为300 g长丝针刺无纺土工布+0.8 mm厚PE膜+300 g长丝针刺无纺土工布的分离式防渗方案进行了PE膜厚度分析、方案比选和渗漏估算,可为今后平原水库土工膜防渗技术在类似工程中的应用提供借鉴和参考。

高填方地基粘弹性参数反演及工后沉降分布规律预测

云南巧家高填方工程场地地形崎岖,高差悬殊,存在工后沉降量大以及不均匀沉降等问题,而传统沉降预测方法因忽略参数差异性问题不能准确预测高填方场地工后沉降。基于云南巧家高填方工程30组实测沉降数据,采用粘弹性模型、指数模型和双曲线模型三种方式进行工后沉降预测,结果显示粘弹性模型对于高填方沉降预测精度明显优于其他两种模型。基于粘弹性模型预测了云南巧家高填方工程工后沉降分布规律,探明了最大沉降速率和最终沉降的分布区域,为后续开展工程措施提供了合理的科学依据。通过粘弹性本构模型参数反演发现云南巧家高填方工程回填材料的压缩模量和粘滞系数均呈现显著的空间差异性,若不考虑参数空间差异性将会导致预测结果产生显著的误差。基于此提出了高填方场地考虑参数变异性的分区计算方法,该方法不仅能够减少整个高填方场地计算参数,并且能够有效提升预测结果精度,从而满足工程需求。

平原水库防渗膜下气胀现象产生机制现场试验研究

对库盘铺膜平原水库的气胀现象产生机制进行了理论探讨和现场试验研究。分析指出围坝填筑、库水位快速下降及地下水位上升等因素是导致膜下产生气胀的主要原因。在德州大屯水库进行了现场试验,模拟了不同膜上荷重、不同地下水位上升幅度和速率等试验工况,对膜下地层不同埋深处孔隙压力和膜下气胀现象进行了观测,分析了各因素对膜下气胀变化规律影响。试验结果表明,地下水位快速上升能够引起膜下气胀压力加大,地下水位上升幅度影响膜下气胀压力的大小;不同地下水位上升速率对膜下气场影响较小,在膜上设置一定荷载可较好地防止膜顶托或胀破。

膨胀土裂隙的量化手段与度量指标研究

为了对膨胀土的裂隙进行定量分析,利用远距光学显微镜对膨胀土试样进行观测,观测的图像经图像处理软件进行合适的灰度处理,计量裂隙所造成的暗色区域所占面积比例或灰度熵。通过对重塑膨胀土中的裂隙发展变化进行动态、定量的观测,认为裂隙图像的灰度熵可以较好地表征裂隙的发育发展程度,且土体处于裂隙不发育状态,其灰度熵越小,反之,土体裂隙越发育,其灰度熵越大。

膨胀土边坡防护方案比选研究

针对膨胀土边坡的防护问题,对土工膜、砂垫层、表砂层和水泥改性土4种防护方案进行室内模型试验,在膨胀土模型边坡干湿循环工况下,对比每种方案下模型边坡的膨胀变形、裂隙开展和含水率变化情况,讨论了各方案的防护效果及工程应用问题。结果表明:4种防护方案中,水泥改性土方案的防护效果最优;采用土工膜方案时应注意土工膜间的搭接处理;采用砂垫层方案时应根据气候条件确定合理的砂垫层厚度;表砂层方案不宜单独使用,可作为辅助措施;采用水泥改性土方案时,在保证防护层厚度的基础上应注意控制其压实度并做好养护工作。

裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响

裂隙破坏了土体的完整性,使土体渗透性在不同方向上呈现出明显差异,从而显著地影响了边坡降雨入渗规律。为了揭示裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响规律,利用Seep/W软件进行了数值模拟分析,分别就各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布区域等因素进行了讨论。最后结合工程实例分析了计算结果的合理性。结果表明:裂隙诱导各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布等因素均对边坡降雨入渗有一定的影响,在边坡排水设计与稳定分析时须予以考虑,降雨强度大于顺裂隙方向渗透系数时,裂隙诱导各向异性的影响才会表现出来。裂隙诱导各向异性主要影响降雨初期渗流场,随降雨历时增大,裂隙诱导各向异性的影响逐渐减小,长历时降雨条件下可不考虑这种影响。

膨胀土裂隙的量化指标与强度性质研究

利用远距光学显微镜对重塑膨胀土中在自然风干条件下的裂隙发展变化进行了动态的、定量的观测,对不同裂隙发育程度的膨胀土进行了不排水、不排气的非饱和三轴多级剪切试验。试验结果表明,裂隙图像的灰度熵可以很好地表征裂隙的发育发展程度,适合作为膨胀土裂隙发育程度的度量指标。环境温度较高、湿度较低有利于膨胀土中裂隙的发育发展。膨胀土中裂隙发展是一个长期的、渐进的过程,初期裂隙发展速度较快,后期大大减缓。裂隙膨胀土的强度指标与饱和度和裂隙度呈线性关系,土体裂隙不发育时,饱和度是影响强度的主导因素,而饱和度较低时,裂隙对膨胀土强度的影响占主导地位。

考虑裂隙非饱和膨胀土边坡入渗模型与数值模拟

包含裂隙的非饱和膨胀土中的渗流具有随时间变化的特性。采用常规试验测定非饱和膨胀土膨胀时程曲线,定量地描述了膨胀土中裂隙在入渗过程中逐渐愈合的特征, 建立了考虑裂隙的非饱和膨胀土边坡入渗的数学模型;用有限元数值模拟方法分析了边坡地形、裂隙位置、裂隙开展深度及裂隙渗透特性等对边坡降雨入渗的影响。结果表明, 坡上位置的裂隙对边坡入渗影响较大;裂隙对边坡入渗的影响随裂隙深度的增大而增大,且存在一最大的影响程度;裂隙的存在加快了膨胀土的入渗速率;考虑裂隙随入渗而愈合时, 入渗达到平衡的时间有所延长。

基于孔隙分布模型的垫层料冻胀变形规律探讨

垫层料冻胀变形过大会影响面板坝的正常使用,研究表明,垫层料冻胀变形量大小与其级配及孔隙分布有关。为了研究寒冷环境下垫层料冻胀变形机制和规律,基于土颗粒为理想球体且完全均匀分布的假定,提出了垫层料孔隙分布模型,确定了等效孔隙直径及等效孔隙数量的计算办法。利用单向固结仪,进行了不同孔隙尺寸和不同孔隙数量垫层料的冻融循环试验,冻胀试验结果表明:垫层料冻胀量大小随孔隙尺寸和孔隙数量变化而变化。存在一个临界孔隙尺寸,小于该尺寸的孔隙越小、小孔隙越多,冻胀量越大;反之,冻胀量越小。基于孔隙分布模型,构造定义了孔隙分布指数,发现垫层料冻胀变形量与孔隙分布指数呈线性正相关关系。研究结果可为工程设计确定合理的垫层料级配提供参考。

膨胀土单向浸水膨胀时程特性试验与应用研究

通过膨胀土单向浸水膨胀试验,研究了单向浸水条件下膨胀土的膨胀时程特性,并运用神经网络方法对试验拟合参数进行了预测.结果表明:膨胀土的膨胀过程可分为吸水膨胀、加速膨胀和缓慢膨胀3个阶段,各阶段膨胀速率与时间呈半对数关系;试验拟合参数与初始干密度及含水量有关;利用修正的分层总和法可计算单向浸水边界条件下的膨胀土层任意时刻的膨胀变形量;通过裂隙两侧土体随时间膨胀过程的计算,可刻画出裂隙逐渐愈合的过程.

土石坝力学参数反演技术研究进展与展望

系统梳理了影响力学参数反演结果的三项基本要素(待反演参数、反演方法和实测数据),并从4个方面系统总结了近年来土石坝力学参数反演技术的研究进展:①发展了智能反演算法;②针对多材料、多模型的参数反演问题,发展了“参数解耦”方法;③发展了影响反演结果可靠性的测点布置优化方法,以及消除观测误差、补充虚拟测值等测值预处理方法;④反演结果唯一性可通过相关性分析和试算验证等方式进行评判,反演结果的唯一性与工程特性、反演分析的基本要素相关。随着土石坝工程规模的扩大以及坝料、坝型的创新,需进一步发展实时动态反演技术和适用于新材料坝、新坝型的反演技术。

裂隙对压实膨胀土渗气性影响试验

为了研究裂隙膨胀土渗气规律,采用自行设计加工的气体渗透测试装置,对人工制备裂隙膨胀土试样进行渗气试验。结果表明:压实膨胀土中气体渗透符合达西定律;试样完全切开且未夹纸条时,试样中仍然存在贯通裂隙,此时气体渗透系数相比压实膨胀土试样中的渗透系数提高了1倍;土中裂隙的存在为气体运移提供便利通道,改变气体原有运移路径,形成"优势流"现象;对比达西理论和非达西理论分析结果,土体中出现贯通人工裂隙时,采用非达西理论分析更合适。

膨胀土边坡土工膜防护方案试验研究

为了进一步研究采用土工膜防护方案的膨胀土边坡在降雨和蒸发过程中水分分布规律，验证土工膜防护方案的可行性，进行土工膜防护方案的室内模型槽试验，在人工条件下对膨胀土边坡进行降雨和蒸发的若干次循环，并测量试验过程中模型边坡不同深度含水率的变化。结果表明：土工膜在降雨过程中阻碍了雨水入渗膜下土体，使得膜下土体保持较低含水率，在土水特征曲线上对应较高吸力，这将使土的有效应力增加，增强了边坡的稳定性；坡顶土工膜覆盖在7～10m范围时。边坡边缘及其下部土体能够不受雨水入渗和蒸发的干扰，始终保持较高吸力状态。

水力劈裂楔劈效应试验研究

心墙是否会发生水力劈裂关系土石坝的安全,该问题的难点和关键之一是水力劈裂的发生机制和条件。利用自制模型,在2种不同加压速率条件下,对有无初始裂缝和5种不同初始裂缝深度的试样进行了水力劈裂试验;结合数值模拟和CT观测试验,验证了水力劈裂的楔劈效应机制—当水压力作用在初始裂缝形成的劈背上,引起劈刃上的力超过临界值时就可能导致发生水力劈裂。研究结果表明:初始裂缝深度越大、加压速率越高,越容易发生水力劈裂。为避免土石坝发生水力劈裂破坏,应注意心墙迎水面的施工质量和平整性,宜采用较慢的蓄水方案。

含水率和压实度对路基填土力学特性的影响

路基填土的强度特性和压缩特性直接关系到路基的长期稳定性。为研究含水率和压实度对路基填土的力学特性的影响,对某路基填土进行了直剪和压缩试验,得到了不同初始含水率和压实度下土体的抗剪强度指标和压缩特性指标,讨论了粘聚力、内摩擦角和压缩系数随含水率和压实度的变化规律,并从水分变化和土体结构差异的角度分析了其影响机理。结果表明:相同含水率下,粘聚力随压实度的增大而增大;相同压实度下,粘聚力在最优含水率ωop附近有峰值,当ω>ωop时,粘聚力急剧减小。相同含水率下,内摩擦φ随压实度的增大而增大;ω<ωop时,φ随压实度的变化率较小,反之则较大。路基填土的压缩系数随压实度的增大而减小,随含水率的增大而增大。

冻融循环条件下垫层料冻胀变形试验研究

垫层区是混凝土面板的支撑体,又是坝体抗渗的第二道防线,对大坝安全有着至关重要的作用。为研究垫层料在长期低温条件下的工作性能,采用改进的单向固结装置,进行了不同初始含水率和不同相对密度垫层料的冻融循环试验。研究了冻胀变形规律。结果表明:垫层料冻胀变形随着冻融次数的增加逐渐减小,随初始含水率的增大而增大,随相对密度的增大略有增大。分析表明,垫层料冻胀变形的大小主要取决于垫层料的孔隙分布和饱和度。

对欠固结土的超固结比的探讨

欠固结土是在自重作用下尚未固结完成的土,欠固结土的超固结比(overconsolidationratio,简称OCR)取值在现有文献中可见两种不同的表述,分别是等于1和小于1,这容易导致概念混淆和超固结比取值误用等问题。对国内外使用较为广泛的土力学教材中超固结比相关内容进行了整理,发现超固结比有两种不同的定义表达式,这两种表达式中分母的不同是导致欠固结土超固结比取值差异的根源。采用知识图谱法,对超固结比和欠固结土的概念内涵、历史源头和研究应用等进行了综合分析,结果表明:研究欠固结土相关问题时,采用固结度或固结状态参数作为分析变量可完全替代超固结比的作用;将超固结比定义为前期固结应力与现有有效应力的比值(即OCR=p_(c)/p_(0)′,p_(c)为前期有效固结压力,p_(0)′为竖直有效应力),契合应力历史对土体工程特性影响的内在机制,也符合概念的历史渊源。

干湿循环下膨胀土裂隙CT试验研究

为了对膨胀土裂隙进行定性、定量分析,采用64位螺旋CT仪对重塑膨胀土在干湿循环过程中裂隙演化规律进行了CT试验。运用MATLAB进行图像处理,计算了裂隙图像的平均灰度值、灰度方差及灰度熵。试样的CT图像揭示了裂隙的产生与开展规律,描述了裂隙发育的深度;三维重建后的CT图像清晰描绘了裂隙产生-发育-贯穿的过程;定量分析了裂隙发育程度与图像灰度均值、图像方差、灰度熵的关系,提出了以变异系数来描述裂隙发育规律,由此得出膨胀土裂隙沿深度方向分为裂隙发育、过渡、不发育三个部分的规律。

饱和—非饱和非稳定渗流数值分析中初始状态的研究

总结了饱和—非饱和非稳定渗流场分析中初始孔隙水压力确定的一般方法。讨论了通过给出实测的数据概化孔隙水压力分布和采用稳态渗流解确定初始孔隙水压力各自的适用范围及存在的问题,并进一步指出了确定饱和—非饱和非稳定渗流场初始状态的研究内容。