超固结黏土中不排水柱孔扩张弹塑性解及应用

为求得超固结黏土中考虑K0影响的柱孔不排水扩张精确解,该文基于黏土和砂土模型(CASM)屈服准则,采用经典的应力剪胀关系,充分考虑土体静止土压力参数K0和重度超固结比,运用非相关联流动法则进行应力空间转换,进而建立超固结黏土中考虑K0影响情况下柱孔不排水扩张问题的一阶偏微分方程组求解模型。根据弹塑性边界已知的应力和位移条件,通过数值求解方法确定柱孔扩张模型的精确解。对比修正剑桥模型(MCC)解,基于SMP准侧改进的修正剑桥模型(SMP-MCC)解及黏土和砂土统一硬化模型(CSUH)解进行参数分析表明:当土体OCR≤2时,该文方法较好地模拟土体单元屈服应力和破坏应力;当土体OCR>2时,该文方法克服了超固结黏土高估屈服应力和破坏应力;当K0由1.0变化到2.5时,归一化极限扩孔压力由5.4变化到3.2,归一化极限超静孔隙水压力由2.4变化到1.0。并通过现场实测数据验证了该文方法的实用性与正确性。

基于反复直剪试验的强膨胀土强度特性研究

利用ZJ型四联应变控制式直剪仪对南水北调邯郸段不同初始含水率的重塑强膨胀土进行反复直剪试验,设置初始含水率分别为15%、20%、25%、饱和4种状态,研究含水率对其抗剪强度的影响。研究结果表明:初始含水率相同时,峰值及残余强度均随竖向应力的增长而增长;竖向应力相同时,强度随含水率的增长而降低。强膨胀土的抗剪强度指标随着含水率的增长而降低,且可能存在一个含水率的临界值使强度发生明显衰减,强度指标快速降低,研究区膨胀土强度受初始含水率的影响在实际工程中应当引起重视。

洞口膨胀土滑坡桩基+横梁复合抗滑技术研究

山岭隧道洞口膨胀土滑坡在人工扰动和强降雨条件下极易出现失稳滑动趋势,是影响隧道施工安全的重要因素之一。雅万高铁4号隧道围岩成分复杂,膨胀特性明显,在隧道进口施工过程中受连续降雨影响造成洞口仰坡变形和拉裂,隧道拱顶大幅沉降和偏压变形。为保证隧道进洞安全,提出“桩基+横梁”洞口滑坡体加固措施,通过数值模拟与现场实测,验证了该加固技术可降低隧道拱顶沉降约85%,确定了桩基长度对加固效果的影响和桩长范围,有效降低了对隧道洞口仰坡的扰动。

南水北调中线膨胀土/岩微观特征及其性质研究

对南水北调中线工程典型的强、中膨胀土/岩开展室内土工试验与X射线衍射试验,研究了其矿物成分及与胀缩性指标的关系,利用扫描电镜SEM图像进行了微观结构的定性分析,并基于MATLAB软件对孔隙和微结构单元体的微观特征进行了定量化研究,探讨了不同类型膨胀土/岩的颗粒形态、结构类型、裂隙分布等微观特征及其与工程特性的关系。结果表明:膨胀土/岩中的蒙脱石等黏土矿物含量高,强膨胀土/岩以絮凝结构,扁平状聚集体与卷曲片状颗粒为主,中膨胀土/岩以紊流状、粒状堆叠结构为主,片状聚集体与单粒体并存,前者微裂隙发育且定向性明显,孔隙比大,孔隙分形维数与颗粒尺寸小于后者。膨胀土/岩微结构单元圆形度低,复杂度高。膨胀岩定向排列特征显著,颗粒分形维数小,颗粒分形维数与膨胀潜势和孔隙比的变化规律一致。微观组分和结构特征与物性指标分别呈线性关系与负指数幂关系。

非饱和膨胀土/岩持水与渗透特性试验研究

以南水北调中线工程原状强、中膨胀土/岩为研究对象,开展压力板试验与双环注水试验,结合试验结果与土-水特征曲线(SWCC),对比研究不同性质膨胀土和膨胀岩的持水性能及影响因素,计算并分析水体积变化系数的变化规律,在该基础上重点探讨渗透系数的变化特征及其与基质吸力的非线性关系,总结出膨胀土/岩的渗透特性及其规律。结果表明,膨胀土/岩的持水特性受岩土的物理性质、矿物成分与结构特征的影响,膨胀潜势强、细颗粒含量大、孔隙结构小的试样有着较低的脱水速率;渗透系数和水体积变化系数均随含水率的减小而减小,变化特征受到膨胀潜势与干密度的共同影响,并与基质吸力呈幂函数关系。研究成果可为工程建设提供计算参数及理论依据。

埃塞俄比亚新建铁路主要工程地质问题及对策

研究目的:通过地质测绘、勘探及室内试验,综合分析埃塞俄比亚新建铁路工程地质及水文地质特征,指出沿线不良地质及特殊岩土的分布及特点,并提出工程处理措施意见,以期对施工提供参考。研究结论:全线主要分布第三～第四纪火成岩,基本没有滑坡、泥石流及煤层采空区等重大不良地质,地质条件总体较好。地表水、地下水不发育,对工程基础影响较小;软土不发育,膨胀土及冲沟大面积分布;基岩差异风化明显,变化厚度大并且存在软弱夹层,对路堑、隧道及桥梁工程影响较大;受地形及构造影响,局部地段存在危岩落石及岩堆,但规模较小,较易于治理;受火山活动影响,局部地段地裂发育,对线路影响较大,宜作专题研究。

膨胀地层层状膨胀对盾构隧道结构荷载影响

研究目的:层状地层中地下水位的均匀降升将引起膨胀岩土发生层状均匀膨胀,从而影响盾构隧道衬砌结构所受的荷载。本文从理论上推导岩土层状膨胀引起的地层应力计算公式,并对隧道上方、下方及两侧地层发生层状膨胀时衬砌结构的外侧压力进行数值计算。研究结论:(1)由于土体物性参数发生改变,岩土层状膨胀将引起隧道结构外侧压力发生改变,产生附加荷载,该荷载与岩土膨胀力大小、自由膨胀率等因素有关;(2)当层状膨胀产生于隧道上方或下方时,该膨胀荷载量值较小,且受岩土膨胀力、层厚、与隧道间距的影响也较小;(3)当层状膨胀产生于隧道两侧时,岩土膨胀引起的隧道结构外侧荷载增量较大,且其值随岩土膨胀力的增大而显著增加,一定膨胀范围及膨胀力对隧道结构所受的荷载是有利的;(4)该研究结果可用于指导盾构隧道结构设计中膨胀荷载的取值。

膨胀岩土地层盾构隧道管片结构荷载及内力特征

选取成都地铁2号线ZCK40+805.8隧道断面为目标断面,在管片上布设土压力盒、水压力计和混凝土应变计,对具有弱膨胀性的强—中风化泥岩地层盾构隧道施工过程中管片结构的荷载及内力特征进行跟踪测试。分析测试数据可知:脱环初期管片结构水压力变化较大,在管片拼装60环后,水压力开始缓慢增加,隧道贯通后的最终水压力低于理论静水压力;管片结构土压力的实测值小于理论值,它反映了注浆层、地层水土压力等因素对结构主体的共同作用;管片结构内力的稳定需要时间较长,最大内力值出现在隧道贯通后。管片结构内力的实测值与理论计算值的对比分析表明,在该地层中应用荷载—结构模型进行管片结构内力分析时,若采用水土合算方法计算荷载,无须考虑地层膨胀力的作用。

饱和土体柱形扩孔时大变形不排水统一解析解

将柱孔周围的土体分为弹性区和塑性区,在弹性区中采用小变形理论,在塑性区中采用大变形理论和统一强度准则。根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体大变形和不排水时柱形扩孔问题的塑性区半径、极限扩孔压力和超孔隙水压力的理论解答。理论计算结果与现场实测结果较为接近,说明该理论具有一定的参考价值。通过计算分析还可知:扩孔压力随着参数b的增大而非线性增大,而超孔隙水压力则正好相反。

膨胀土和软岩边坡加固优化设计的几个关键问题——以东深供水改造工程中BⅢ_2边坡为例

结合东深供水改造工程中BⅢ2 的特点 ,分析了膨胀土和软质岩土边坡的基本特征 ,提出了该类边坡固优化设计中的若干关键问题 ;指出在该类边坡加固设计中应着重考虑滑动面的搜索、计算参数的选择、加固计算模型和方法、坡形与排水设计以及表面护坡等问题 ,以保证边坡加固设计的合理有效性。

膨胀土地段新型基床结构动力响应数值分析

采用一种新型的防排水结构层控制膨胀土的含水率变化,对新建云-桂高速铁路广西段的膨胀土进行整治。采用FLAC3D有限差分软件分析云-桂线中强和中弱膨胀土地段新型基床(基床中设置新型防排水结构层)在列车荷载作用下的动力响应规律,利用现场试验结果对数值分析结果进行验证,对比分析两类膨胀土地段基床动力响应规律的异同。研究表明:新型基床结构动应力、动位移、振动速度和加速度随深度的增加而减小;基床动应力的现场实测值与软件计算值规律基本一致,且大小相近,说明该数值模拟分析新型基床的动力响应规律可行;中强、中弱膨胀土地段的新型防排水结构层上下表面的动应力、剪应力存在差异,但其基床结构内的动应力、动位移、速度和加速度的衰减规律一致。本文为膨胀土地区高速铁路基床的设计、施工及其动力响应研究提供参考。

红山窑膨胀红砂岩湿化特性试验研究

针对红山窑膨胀红砂岩具有微膨胀、易软化、易风化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS815.03岩石力学刚性电液伺服试验机等先进的设备为测试手段,对3种不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行观察和机理分析,从试验和机理两方面探讨膨胀红砂岩的湿化性,从而进一步阐明红砂岩膨胀性、裂隙化具有本质的区别。试验结果表明:(1)中风化红砂岩干燥时抗压强度为5.85MPa,饱和试样为0.20MPa,岩石本身强度随吸水率增加而明显下降,具有强烈的软化作用;(2)膨胀红砂岩的湿化性随胶结系数的减小而愈加强烈,与红砂岩风化程度(埋深)无关。这些研究成果对红山窑水利枢纽工程红砂岩地基开挖易裂以及边坡表层溜坍预治具有较大的指导意义。

膨胀岩裂隙发育的现场观测及描述方法研究

基于图像灰度化及二值化的数值处理技术,提出了膨胀岩裂隙度的概念及定量描述方法。在南水北调中线新乡潞王坟试验段进行了膨胀岩裂隙观测试验,定量分析了膨胀岩边坡在干湿循环中的裂隙的变化规律及其与含水率的相关关系。分析表明,膨胀岩裂隙的发育与天气变化密切相关,随着干湿循环的发展,裂隙的宽度和裂隙度逐渐增加,利用Matlab数字图像处理方法得到的裂隙率可以较好地描述裂隙的发育和发展情况。

膨胀岩处理措施合理性研究

为研究换填黏土处理措施抑制膨胀岩膨胀的作用,采用英国GDS公司的动三轴试验系统进行了邯郸膨胀岩吸湿膨胀的三轴试验,在试验结果的基础上提出了膨胀岩三轴非线性膨胀本构的具体公式,并采用有限元法对膨胀岩渠道处理措施换填黏土的厚度进行了探讨,结果表明,对于邯郸强膨胀岩来说,2m的处理层厚度是比较合适的,能够有效抑制膨胀岩膨胀,满足实际工程的需要。

膨胀土(岩)湿化性的试验方法研究

对膨胀土（岩）湿化性的各种测试方法进行比较，研究了试验用水，网板孔径，试样尺寸、摆放方位、初始含水率、温度、团粒大小及干容重对湿化性试验结果的影响，对试验方法的完善具有一定的理论和实践意义。

引江济淮工程膨胀土下伏崩解岩边坡处治试验研究

为论证引江济淮工程规划的可行性,针对膨胀土和崩解岩的处治问题,采用原位试验的方法,辅助采用模型试验和室内试验方法,在工程的可行性研究阶段开展试验工程,针对膨胀土及崩解性砂软岩的防护问题开展研究。研究结果表明:江淮膨胀土层呈非连续分布,主要呈弱膨胀性、低渗透性,新生裂隙深度在6个月时可达1.2 m。膨胀土强度指标黏聚力的合理试验面积近似为表面裂隙率统计面积的合理面积与比例系数的乘积。采用PIV成像技术可建立膨胀土样本在限定风干条件下的表面面积收缩时程线,据此鉴别原状土的膨胀性。采用崩解性砂软岩改良膨胀土,可提高改良土的耐久性;当砂岩质量分数为30%时,综合改良效果最佳。循环荷载会加剧锚杆体界面的黏结蜕化;GFRP锚杆用于渠道软岩边坡加固其承载能力比钢筋锚杆的强,与胶结体的变形协调性更好,预应力衰减率更低。膨胀土下伏崩解性软岩边坡的防护方法为:水下边坡采用改性土换填与锚杆(钢筋、GFRP筋)加固,水上膨胀土边坡的改性土换填厚度采用1.0 m(弱膨胀土)、1.5 m(中膨胀土);弱膨胀土中钢筋和GFRP筋锚杆的长度不宜小于5.0 m,软岩中钢筋锚杆长度不宜小于3.5 m,GFRP筋锚杆长度不宜小于3.0 m。

ISS改性强膨胀土胀缩和强度特性试验研究

运用离子土壤固化剂(ISS)对南阳强膨胀土进行改良试验研究。依据不同配比改性土的液塑限和自由膨胀率试验结果,选定ISS溶液改良该膨胀土的最优配合比为1∶300,对膨胀土改性前后的脱湿和吸湿过程进行了试验研究。结果表明:在脱湿试验中,ISS能够较好地抑制膨胀土的垂直收缩,但不能抑制膨胀土的水平收缩;在吸湿试验中,吸湿膨胀稳定时,素土的膨胀增幅为1.72 mm,ISS改性土的膨胀增幅为1.36 mm,ISS能够较好地抑制膨胀土的膨胀性;在抗剪强度试验中,ISS能够增大膨胀土的黏聚力和内摩擦角,改变率分别达59.33%和4.96%,使其工程性质得到较好的改良。

极震区的地震动与潜在震源区内重大工程安全

潜在震源区是未来可能发生破坏性地震的震源所在地区 ,区内的地震属近场或“直下型” ,其地震破坏和地震动特征相应于已发生地震的极震区。近期国内外诸多强烈地震的实际资料和相关研究成果表明 ,直下型地震不仅地震峰值加速度大 ,且竖向和水平峰值加速度比值也有别于远场地震的统计关系。文中从极震区岩土体破坏。

干湿交替条件下膨胀围岩胀缩规律的试验研究

为研究干湿交替条件下膨胀围岩的胀缩演变规律,利用南宁地区的膨胀土制作了膨胀土隧道物理模型。通过对隧道模型进行五个循环的干湿交替试验,得出了围岩在吸水及失水条件下的应力—时间关系曲线,并对围岩在吸水及失水过程中的力学响应及行为表现进行了分析与描述。结果表明:随循环次数的增加,各应力—时间关系曲线趋于平缓,各阶段围岩应力变化值呈减小及各阶段循环所耗时间呈逐渐短化的趋势。说明干湿交替作用,使围岩的胀缩能力减弱,渗透性提高。此外,在围岩湿胀引起的洞周总围岩应力增加值中,底板处最大约为40kpa,因此在隧道设计和施工时应注意底板的变形。

广西膨胀岩土气候影响层的研究及其应用

结合南昆铁路膨胀性红土和膨胀泥岩两处路基工程试验，通过现场含水量测试，本文探讨了岩土含水量及其变幅随深度变化的规律，以及地温及其变幅与深度的关系，初步确定广西膨胀岩土的气候影响层厚度为４ｍ、剧烈影响层厚度为２．０～２．５ｍ。研究结果已试用于加固工程设计与计算之中。