膨胀土在不同约束状态下的试验研究

用环刀取样,在不同约束压力下进行膨胀力和膨胀率试验,发现约束压力对膨胀土膨胀性有很大的影响,且压力越大,膨胀性越小。在此基础上,还设计了膨胀土的3种不同约束状态下的试验:(1)土样周围与上下端都有约束;(2)土样周围与下端约束而上端自由;(3)土样周围约束而两端自由。试验结果表明,不同的约束状态对膨胀土的含水率、密度、孔隙比和抗剪强度等物理力学性质指标有显著影响,且两端无约束的膨胀土吸水膨胀后,含水率接近其液限,膨胀土最容易沿无约束面发生膨胀变形。试验结果对膨胀土的治理具有重要的指导意义。

压缩过程中重塑黏土渗透系数的变化规律

重塑黏土渗透系数是岩土工程众多领域中的一个重要参数,分析其主要影响因素并提出简单实用的定量表达式有着重要的理论价值及工程应用前景。已有的渗透系数预测方法或者由于参数复杂,或者由于适用范围窄、精度低,不能很好地得到应用。收集了已有不同文献23组液限变化范围为40%～300%的重塑黏土的固结渗透试验数据,通过分析指出了土体压缩过程中当应变大于20%时渗透系数对数值与孔隙比成非线性指数关系而非线性关系,明确了已有渗透系数预测方法的主要缺陷。采用多元线性回归分析方法,揭示了影响黏土渗透系数的主要影响因素,提出了适用范围广、参数简单的渗透系数定量计算表达式。

结合水对高液限土固结压缩特性的试验研究

高液限土的压缩沉降计算问题一直被广泛关注。为了研究结合水对高液限土压缩特性的影响,提高固结压缩量计算的精度,选取海南万洋高速公路的高液限土进行研究,采用容量瓶法进行了结合水含量的测试;开展了SEM电镜扫描与XRD射线衍射分析的微观试验,研究土体组成成分对结合水吸附性能的影响;提出考虑结合水含量的修正土体孔隙比计算方法,假定不同的结合水密度,进行了相同常规孔隙比及考虑结合水含量的修正孔隙比下的一维饱和固结试验。同时选用长沙砂性土进行以上试验作为对比研究。结果表明:海南高液限粉土的结合水含量远高于长沙砂性土;土体中的黏粒含量、亲水性黏土矿物的含量以及高岭石的叠状结构影响了结合水的吸附性能;结合水的密度约为1.3 g/cm^3,考虑结合水含量后两种土样的固结压缩量随时间变化一致,且试验结束后的含水率高于试样结合水含量,工程实践中难以脱去,可以归为固相的一部分,建议考虑结合水含量对高液限土的孔隙比计算方法进行修正,这对高液限土路基压缩特性以及工程应用具有实际意义。

修正Kozeny-Carman方程预估黏土渗透系数的研究

Kozeny-Carman方程具有明确的物理意义被广泛用于粗粒土渗透系数的计算。为了提高其预估黏土渗透系数的准确度,首先建立等径球形颗粒理论模型,量化结合水占据总孔隙的份额,计算结果表明黏土颗粒间的孔隙几乎都被结合水占据,渗透性受到了极大的影响。然后利用界限含水率与结合水含量的关系,得到了黏土液限含水率推求有效孔隙比的计算公式,对常用的Kozeny-Carman方程进行修正。最后借助热失重试验测算出合肥黏土中结合水质量占液限的比例系数α0选取合肥原状黏土的相关物理参数,分别代入未修正和修正后的Kozeny-Carman方程中,将得到的渗透系数计算值与室内试验的实测值进行对比,发现经修正的Kozeny-Carman方程能较为准确地预估黏土渗透系数,具有一定的实用性。

水土压力分算与合算的统一算法

以土中孔隙水特征为基础,假定土体中的黏性土颗粒吸附的结合水会抵消一部分土中孔隙,最终把土的孔隙比、界限含水量、颗粒分析等物理参数引入土水压力计算,提出一个可以采用土层物理指标计算的水压力比率ξ,给出通过土体渗透系数试验测定ξ值的方法,通过该参数可以把有效应力强度指标与总应力强度指标统一在一个强度公式中。同时,给出一个可以统一水土分算和合算的算法,实现水土压力分算和合算结果之间的过渡,为解决水土压力分算和合算结果的跳跃提供一个新思路。根据理论分析,渗透系数–孔隙比实测曲线应该沿e轴正向平移,土体中黏粒成分含量越高,平移量越大,相关文献的试验数据可证实这点;含有黏粒成分的砂性土采用水土分算偏于保守,而孔隙比较大的黏性土采用水土合算偏于不安全;围护结构上的水土压力计算不但与土体分类有关,还与孔隙比直接相关。

水土压力统一计算理论的提出和发展

地下结构上水土压力的合算与分算既关系到基坑围护的设计,又关系到地下结构的抗拔桩设置。现场数据表明,砂性土采用水土压力分算是合理的,但黏性土采用水土压力合算是否合理一直是学术界与工程界争论的焦点问题。为解决争议,笔者提出了可以统一水土压力合算与分算的方法,作为一个逻辑上自洽的理论,实现了水土分算与合算之间的过渡,为水土合算提供了理论基础。回顾该理论的提出过程,对其合理性做了进一步说明,分析了该理论的学术价值和发展前景。

结合水对高液限土变形行为的影响

为研究结合水对高液限土变形的影响机制,并建立有助于工程应用的压缩系数预估公式,本文选取了高液限黏土、高液限粉土和黏土质砂展开室内试验研究。通过不同浓度的NaCl溶液对土样初始结合水进行控制,用热重分析法测定了3种土样在不同浓度下的结合水含量;通过液塑限联合测定仪测定了不同浓度下液塑限的变化规律;为了研究结合水对固结特性的影响,采用固结法对3种土样在不同浓度的盐溶液下进行了饱和固结试验。结果表明:随着盐溶液浓度的增加,其结合水含量降低,液塑限也降低;对于相同初始孔隙比的饱和土样,压缩指数随结合水含量的增加而降低;在相同修正孔隙比条件下,不同土体的压缩曲线趋于一致。根据本文结果及已有文献数据,建立了初始孔隙比与压缩指数的预估公式,由于结合水在土中起到了一定骨架作用,与未修正的孔隙比相比,修正后的孔隙比可将不同土样压缩行为进行归一化,从而提高压缩指数预估公式的相关性。

室内土工试验法在基础设计中的应用

通过对地基软弱下卧层采取原状土进行室内土工试验的方法，确定了该软弱下卧层的地基承载力，为施工和设计提供参考。

不同干湿状态下高液限土变形特性对比试验研究

为进一步揭示类固相结合水对高液限土变形特性影响的内在机制,通过干湿两侧对比研究,分析不同结合水含量对土样变形影响的差异性。取相同干密度下不同含水率的4种高液限土,并以一种低液限土为对比样开展变形试验研究。利用容量瓶法对各试验土样中吸附结合水的含量进行了测试,通过SEM和XRD试验从土样的微观层面进行分析,对各土样开展了击实试验,在击实曲线上选取相同压实度、不同含水率的点作为初始控制目标进行压缩试验,从而对比研究高液限土击实曲线干湿两侧的变形特性。