Influence of fines content on the anti-frost properties of coarse-grained soil

This paper aims to determine the optimal fines content of coarse-grained soil required to simultaneously achieve weaker frost susceptibility and better bearing capacity. We studied the frost susceptibility and strength properties of coarse-grained soil by means of frost heaving tests and static triaxial tests, and the results are as follows： （1） the freezing temperature of coarse-grained soil decreased gradually and then leveled off with incremental increases in the percent content of fines; （2） the fines content proved to be an important factor influencing the frost heave susceptibility and strength properties of coarse-grained soil. With incremental increases in the percent content of fines, the frost heave ratio increased gradually and the cohesion function of fines effectively enhanced the shear strength of coarse-grained soil before freeze-thaw, but the frost susceptibility of fines weakened the shear strength of coarse-grained soil after freeze-thaw; （3） with increasing numbers of freeze-thaw cycles, the shear strength of coarse-grained soil decreased and then stabilized after the ninth freeze-thaw cycle, and therefore the mechanical indexes of the ninth freeze-thaw cycle are recommended for the engi- neering design values; and （4） considering frost susceptibility and strength properties as a whole, the optimal fines content of 5% is recommended for railway sub,fade coarse-~rained soil fillings in frozen re^ions.

含泥量对砂类硫酸盐渍土工程特性的影响分析

为了明确含泥量对砂类硫酸盐渍土的盐胀和力学特性的影响,人工配制了不同细粒土含量的砂类硫酸盐渍土,在1%和3%(质量分数,下同)含盐量单向冻结盐胀试验的基础上,选取了细粒土含量为5%、15%、30%和40%的砂样进行常温、低温三轴剪切试验。研究结果表明:此试验条件下,不同级配砂类硫酸盐渍土的冻结温度为-0.7~-0.1℃,当砂样孔隙溶液浓度在冻结温度之上达到饱和时,降温过程中会首先生成盐结晶;1%含盐量条件下,高细粒土含量(≥30%)砂样的起胀温度在4~9℃之内,而低细粒土含量砂样的起胀温度在0℃附近,3%含盐量砂样的起胀温度为20~23℃;试验含水率和细粒土含量通过影响土体中自由水的含量对盐冻胀产生显著影响。在力学特性方面,随着细粒土掺量的增加,砂类硫酸盐渍土的抗剪强度表现出先增大后减小的趋势,细粒土由增强摩擦转变为颗粒间的“润滑”作用;此外,冻结后砂土转变为承载能力更强的“土-盐-冰骨架结构”,抗剪强度大幅提高,并呈现出明显的脆性破坏特征,由于冻结砂土受相对温度的影响,随着含盐量的增加,破坏应力呈先减小后增大的趋势。

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。

砂砾土渗流侵蚀中细粒迁移-沉积-滤通的物理水力临界条件

细粒迁移机制是理解砂砾土渗流侵蚀过程的基础与关键,对研究砂砾土斜坡雨水侵蚀过程的细观致灾机制具有重要意义。目前其运移模式及运移状态发生转变的临界条件并不清晰,不同物理水力条件下的细粒运动类型有所不同。为掌握砂砾土侵蚀过程中细粒的整体运动类型及其发生改变的临界条件,采用可视圆柱入渗试验和离散元数值模拟,分析了细粒迁移的影响因素和内部机理。结果表明:(1)细粒迁移受级配和水力梯度影响显著,而受初始孔隙率影响不显著,且级配的影响大于水力梯度;(2)水力作用下细粒整体运动状态可分为沉积和滤通2种模式,内部结构不稳定的砂砾土细粒运动处于滤通状态,内部结构稳定和稳定性过渡型砂砾土随水力梯度升高细粒的运动状态从整体沉积转变为整体滤通;i=3.4-(3)细粒运动状态在粒径比和水力梯度共同作用下存在明显界限,最终得到细粒沉积-滤通转变的临界条件为0.12e(D15/d85)/1.5。研究可为砂砾土斜坡渗蚀失稳防护提供理论指导。

冻融循环条件下细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性试验研究

硫酸盐渍土在失水或者温度降低的情况下会产生盐胀现象,严重影响结构物的正常使用.为研究细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性,选取青海乐都公路段二十里铺区沿线硫酸盐渍土,采用自制试验箱,开展室内冻融循环试验,分析含盐量及冻融循环次数对法向盐冻胀力的影响.试验结果表明:冻融循环过程中,土中盐溶液向土体上表面迁移,同时析出的盐结晶和冰结晶使土样中硫酸钠溶液浓度增大,从而引起土体膨胀变形.压实系数为0.93、含水率为20%的细粒硫酸盐渍土盐冻胀力随着含盐量和冻融循环次数的增加而增大,盐冻胀力的增长趋势随着冻融循环次数的增加逐渐降低;在一个冻融循环周期内,按照盐冻胀力中盐胀占比及冻胀占比随温度变化的规律,将盐冻胀力变化分为四个阶段:盐胀阶段、盐冻胀耦合阶段、冻胀阶段、融化阶段,并测得含盐量为1.5%~4.0%的细粒硫酸盐渍土冻结温度在2~-5℃内变化,且冻结温度随着含盐量的增加而降低;盐冻胀力冻结峰值与残余值随着冻融循环次数的增加而增加,表明细粒硫酸盐渍土的盐冻胀力具有累加性,且含盐量越大累加性越强.

随机应力循环加卸载三轴试验土的变形稳定状态初探

为研究土在随机应力幅值循环加卸载条件下的应力-应变关系,基于土样全表面变形数字图像测量系统,以福建标准砂和硅微粉为研究对象进行一系列三轴试验。据此分析土样在不同随机应力循环加卸载过程的应力-应变行为,判断其是否达到变形稳定状态,同时与等应力幅值循环加卸载和阶梯应力幅值循环加卸载试验进行对比。结果表明:无论是恒定应力幅值、阶梯应力幅值还是随机应力幅值加卸载循环,当循环次数超过一定次数后,土样逐渐趋于变形稳定状态,且变形稳定状态对应的循环次数值不同;土在受到超过历史最大应力幅值时,应力-应变关系会回到初次单调加载的应力-应变曲线;在最大应力值小于破坏应力的条件下,应力加卸载时间过程幅值的随机特征,如幅值大小和分布对土的应力-应变行为,包括变形稳定状态没有影响。

原生微生物固化细粒硫酸盐渍土的细观特征及其强度变化机制

为解决物理和化学方法改良盐渍土工程性质时工程耗能高、环境负效应扰动大的问题,利用高原寒区盐渍环境发育的原生脲解型微生物对细粒硫酸盐渍土进行固化试验,采用微观试验和三轴压缩试验对微生物固化盐渍土的强度特征进行了研究。结果表明:细粒硫酸盐渍土被微生物固化后,抗剪强度最高可提升2.9倍,增强机制由黏聚强度的提高程度所决定;固化土的初始切线模量和刚度得到提升,抗变形能力得到增强。该研究结果对增强固化土的稳定性、承载力等具有理论研究和实践指导意义。

鄂北浅覆盖金矿区土壤微细粒分离测量有效性试验研究

土壤微细粒分离测量方法在中国北方覆盖区的找矿勘查中应用效果良好,但南方覆盖区地理、地质条件与北方地区差异较大,需要开展有效性试验研究。在鄂北浅覆盖区的小玉皇顶金矿区及卸甲沟金矿区开展方法试验,探讨该方法在鄂北浅覆盖区的采样要求,并分析其探测隐伏矿的有效性。研究表明,鄂北浅覆盖区土壤微细粒分离测量方法较为适合的采样层位为BC层,采样粒度为-120目,能够在保证结果科学性的前提下兼顾采样的经济性。卸甲沟金矿区隐伏矿脉上方的土壤微细粒分离测量结果中存在Au-Pb-Bi-W综合异常,与该区原生晕异常组合相似,表明其极有可能是隐伏矿体的地表显示,说明土壤微细粒分离测量方法在鄂北浅覆盖区具有一定的有效性。

土围堰防渗施工技术研究

介绍了土围堰防渗施工技术的特点及其原理,分析其工艺流程和操作要点,对传统的土石围堰施工技术进行优化,利用土工膜和砂砾-细粒土掺和料弱抗渗能力实现了基坑干处作业,大幅缩短了工期,降低了安全及环保风险与工程成本。

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。

深穿透地球化学勘查技术对胶东冲积土覆盖区隐伏金矿的勘查指示

胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一,随着地质勘查程度的不断提高,其找矿方向逐渐由浅表矿转向覆盖区深部隐伏矿。土壤微细粒分离技术是一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学勘查技术,已在多种景观区取得成功试验案例。本文选择胶东冲积土覆盖区曲家隐伏金矿及其外围开展土壤微细粒分离技术的勘查试验。结果表明:相比于中国土壤、山东省土壤、烟台市土壤背景值,研究区内Au元素高度富集,区域浓集系数高达2.88,金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系,能够互相印证,且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系。异常形成机理是:深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接续作用下迁移至地表,并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常。土壤微细粒分离技术对隐伏金矿的勘查指示取得理想效果,可以应用于胶东冲积土覆盖区地球化学找矿勘查。

不同配比土石混合体压实特性及颗粒破碎特征研究

为探讨土石混合体填料的压实特性及击实后混合体内部的颗粒破碎程度,在室内进行了不同含石量(P5)的击实试验及颗粒破碎试验。研究结果表明:当P5含量不变时,改变细粒料组成成分及比例对最优含水率的影响较最大干密度更明显;不同级配下土石混合体试样的初始含石量是影响颗粒破碎的关键因素;击实前后颗粒级配曲线所围成的面积可以表征粒径变化程度,粒径发生变化的主要区间为2.5~20mm,且粒径变化大小程度随着粒径减小呈递减小趋势;击实后分形维数与最大干密度和最优含水率有良好的拟合关系,最优含水率对击实后分形维数的影响较最大干密度更为显著;根据分形理论,击实后的分形维数较击实前均增大,且击实前后分形维数的差值与破碎指标都能够在某方面表征混合体的颗粒破碎程度;混合体的相对分形维数随着含石量的增加而增大,即相对分形维数越大,颗粒破碎程度越大。

含细粒珊瑚土抗液化特性试验研究

珊瑚土作为新兴的热带地区岛礁与港口工程的首选土工材料,宽级配是其结构组成的主要特征。由于相关工程面临较高的地震风险,珊瑚土的抗液化能力正逐渐引起重视。为探究含细粒珊瑚土的抗液化能力,以东太平洋某热带港口工程的实际珊瑚土场地为背景,通过大粒径循环三轴液化试验测试了设计相对密实度为0.4~0.8的3组代表性级配试样及剔除细粒的两组试样的饱和不排水动强度。试验结果表明:幂函数可以模拟含细粒珊瑚土的循环应力比与液化所需振次关系;细粒的存在与相对密实度的提高不会显著提高珊瑚土抗液化能力;珊瑚土液化过程的超静孔压发展模式与砂土相近,两参数或三参数的反正弦模型可以较好地模拟含细粒珊瑚土的液化超孔压发展过程。研究表明,含细粒珊瑚土仍然属于可液化土类。以背景工程为例,同类型工程在设计施工及使用阶段都需要考虑对地震液化灾害的设防,该研究为珊瑚土液化防治工作提供了技术支持。

一种新型南55渗透仪研制及工程应用

南55型渗透仪广泛用于测定细粒土渗透系数,结构简单,操作方便,但在原状土渗透试验中,由于环刀与试样之间密合不理想常引起侧壁渗漏,极大影响试验结果,甚至试验失败。为解决侧漏问题,通过采用对开环刀结构设计,研制了一种新型南55渗透仪,利用不透水的凡士林等膏状物充填试样与环刀之间的空隙,阻断侧漏通道,并在整体结构上沿用了南55渗透仪的基本框架,具有结构简单和操作方便的优点。同时,对测试结果可靠性进行了试验分析,结果表明,新型南55渗透仪有效解决了侧壁渗漏问题,测试的原状土渗透系数具有较高的精确度和稳定性,远高于南55型渗透仪,具备在实验室推广的前景。

深穿透地球化学勘查技术对隐伏稀有金属矿的勘查指示:以甲基卡X03号锂矿脉为例

花岗伟晶岩型锂矿是锂资源的重要矿产类型,目前随着勘查程度的提高,发现地表出露的伟晶岩型锂矿资源的几率越来越小,下一步的勘查重点应放到找寻隐伏型锂矿资源。近年来,深穿透地球化学勘查手段在隐伏矿勘查中发挥了重要作用。其中土壤微细粒分离测量技术能有效探测深部异常信息,已在多种景观覆盖区进行了试验,并取得了显著的效果。本文以四川甲基卡X03号隐伏锂矿脉为研究对象,利用土壤微细粒分离测量技术,开展深穿透地球化学勘查技术对隐伏锂矿脉探测的试验研究,并分析了成矿及伴生元素组合特征,结果表明:Li、Be、Rb、Cs、Sn、Nb、Ta、Bi、Pb、U等元素具有较好的相关性,富集程度高,异常明显,异常峰值显著;其中,Li-Be-Bi-Cs-Rb-Pb-U元素组合与研究区X03号矿脉成矿元素组合具有良好的耦合性;利用土壤微细粒分离测量技术取得的元素高异常范围与已知隐伏矿体具有较好的对应关系,可以将上述元素作为该区域寻找锂矿的指示元素。以上结果证实了深穿透地球化学勘查技术能有效指示深部隐伏锂矿体,可以将深穿透地球化学勘查技术应用于西部高寒山区景观覆盖区地球化学找矿勘查中。

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。

黏土质砾强度特性与影响因素研究

通过对黏土质砾土样进行室内物理力学试验,研究了黏土质砾抗剪强度和承载强度的主要影响因素。研究表明,细粒土含量、含水率对黏土质砾土样的黏聚力、内摩擦角和加州承载比CBR强度有显著影响。含水率研究范围覆盖最佳含水率和天然含水率。随着细粒土含量增多,黏聚力逐渐增大,而内摩擦角逐渐减小;随含水率增大,黏聚力和内摩擦角均减小,细粒含量增多对黏聚力下降明显,而对内摩擦角影响较小;细粒土含量越多,CBR越小;当含水率超过最大CBR含水率时,击实功效果随含水率增大逐渐减弱,细粒土含量越多,不同击实功之间差异性越小。建立了黏聚力、内摩擦角及CBR同含水率和细粒土含量的关系,提出的经验公式可为现场填料的强度预估提供理论依据。

硫、铅同位素对地表土壤微细粒金属全量测量异常的示踪——以水银洞卡林型隐伏金矿体为例

在覆盖区寻找隐伏矿床是解决目前资源困境的重要途径之一。国内外所发展的深穿透地球化学方法对已知隐伏矿床开展了大量试验研究,取得了较好的效果。由于无法确定地表金属元素异常是否直接来自深部矿体,使上述方法未在未知覆盖区开展广泛的找矿工作,因此急需发展地表异常示踪技术。贵州水银洞金矿是我国超大型全隐伏的卡林型金矿床,成矿流体富含S、Au、As、Sb、Hg等元素。本文以该矿床为研究对象,采集地表微细粒土壤样品,分析5种微量元素(Au、As、Cu、Sb、Hg)的含量,以验证微细粒土壤全量测量技术在该矿床的找矿效果,并用S、Pb同位素识别地表土壤异常来源。研究发现:(1)微细粒土壤测量技术在该矿区的指示效果好,Au-As-Sb-Hg高异常区与隐伏矿体和断层的分布较为吻合,其中Hg对隐伏矿体的指示效果最好;(2)隐伏矿体及断层上方土壤中δ^(34)S值、放射成因的w(^(207)Pb)/w(^(204)Pb)和w(^(206)Pb)/w(^(204)Pb)显著高于围岩区土壤,可有效示踪地表微细粒土壤中的异常来自于深部的隐伏矿体。该研究为在同类型覆盖区用微细粒土壤全量测量技术寻找隐伏卡林型金矿提供了理论依据。

冻融作用下粗细颗粒混合土无侧限抗压强度劣化规律与机理

针对不同粗细颗粒掺量下的粗细颗粒混合土试样,开展了一系列室内击实试验以分析不同粗细颗粒掺量下混合土试样的压实特性。基于室内冻融循环试验和冻融循环前后的微观试验(核磁共振试验和三维CT扫描试验),明晰了冻融循环作用下粗细颗粒混合压实土的无侧限抗压强度劣化规律以及微观机理。结果表明:随着粗细颗粒混合土中粗颗粒掺量的增加,粗细颗粒混合土的水分敏感性逐渐降低,其有利于现场碾压施工;当混合压实土中粗颗粒掺量低于27.5%时,随着粗颗粒掺量的增加,粗细颗粒混合压实土的无侧限抗压强度提升很缓慢,但冻融循环作用会诱发其抗压强度快速衰减;当混合压实土中粗颗粒掺量超过27.5%时,随着粗颗粒掺量的增加,混合压实土的无侧限抗压强度快速提升,冻融循环作用对强度的衰减不明显,其本质在于混合压实土的内部形成了粗颗粒骨架,此时混合压实土的无侧限抗压强度由粗颗粒骨架控制且冻融循环作用对骨架形成后混合压实土的内部孔隙影响不明显。为此在西部地区高速公路建设过程中,如将粗细颗粒混合土用作路基填料,建议将混合压实土的粗颗粒掺量提高至27.5%以上,其不仅有利于现场碾压施工,同时其强度特性能够得到保证且冻融循环作用对强度的劣化影响不明显。

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。