干湿循环条件下木质素改良膨胀土胀缩特性

实地调查发现河南省南阳市南阳盆地周边受持续降雨、干旱极端气候影响,出现了房屋破坏、边坡失稳等膨胀土灾害问题,危害人民财产生命安全。以南阳盆地弱膨胀土为研究对象,通过自由膨胀率试验,研究木质素磺酸钙改良弱膨胀土的最佳掺量问题,并在最佳掺量的基础上对试样进行无荷膨胀和收缩试验,进一步研究干湿循环条件下木质素磺酸钙对弱膨胀土胀缩特性的影响,结合试验过程中试样的裂隙发展规律,探究干湿循环条件木质素磺酸钙改良弱膨胀土胀缩特性的原因。试验结果表明对于弱膨胀土,木质素磺酸钙掺量在0.75%、养护天数14 d时改良效果最佳,此时改良土自由膨胀率最低。干湿循环条件下的无荷膨胀和收缩试验数据显示改良前后弱膨胀土绝对膨胀率最高由29%降至3%,绝对收缩率最高由17%降至2%,改良土相对膨胀率与相对收缩率基本不随干湿循环次数发生变化,说明木质素磺酸钙可以有效降低干湿循环过程中弱膨胀土的胀缩形变,保持干湿循环过程中弱膨胀土胀缩特性的稳定,且木质素磺酸钙的改良效果不受干湿循环次数的影响。对比未改良土与改良土裂隙发展规律,木质素磺酸钙在弱膨胀土中主要起到抑制裂隙发育,提高土体胶结能力的作用,使土体形成更致密的结构,改善弱膨胀土胀缩特性。

根-土复合体的胀缩变形及干湿循环后的力学特性研究

【目的】边坡生态防护具有自然生态修复和固土作用,经济效益斐然。为了研究干湿循环作用下植物根系对红黏土的加固机理和生态防护在红黏土分布区的适用性。【方法】以贵州省贵阳市红黏土为研究对象,采用膨胀试验和收缩变形试验,探究根-土复合体在不同初始含水率下的胀缩性能,并采用固结快剪试验,测定干湿循环作用下不同循环幅度和不同初始含水率时根-土复合体的抗剪强度参数,从而分析干湿循环作用下根系的掺入对红黏土强度变化的影响。【结果】研究结果显示:(1)所测红黏土的自由膨胀率为58.0%,属弱膨胀土。膨胀率和线缩率分别随初始含水率的增加而减小和增加,根系的掺入能够有效抑制土体的胀缩变形,抑制强弱与根系含量和土体含水率有关。(2)当循环幅度分别为10%、20%和30%,且初始含水率和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前呈现先增大后减小的趋势。(3)当初始含水率分别为40%、50%和60%,且循环幅度和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前总体上随初始含水率的增加而减小。【结论】根系的掺入能够有效抑制干湿循环作用下红黏土抗剪强度的衰减。研究成果将进一步加深对红黏土力学特性和边坡生态防护的认识。

成都地铁17号线东延伸段膨胀土胀缩变形力学特性

为了研究成都地区典型膨胀土深基坑的支护参数,采用现场调研、室内试验、数据分析和现场监控量测等方法,以成都地铁17号线二期东延伸段威灵站深基坑工程为例,开展膨胀土的自由膨胀率、无荷载膨胀率及膨胀力等胀缩变形力学特性研究。结合现场施工监控量测分析,研究了各施工步骤下基坑的支护桩水平位移、断面支撑轴力和地面竖向位移的情况。研究结果表明:(1)该地区膨胀土主要分布在地下5~10 m深度处,主要为弱膨胀土,自由膨胀率在50%以内;(2)试验土样的无荷载含水率与含水率有较大的关系,遇水后的无荷载膨胀率随着土样含水率的增加而降低;(3)随着土体含水率的增加,试验土样的膨胀力呈线性降低趋势;(4)随着基坑的开挖,支护桩的水平位移逐渐增大,其主要发生在第1道支撑和第3道支撑之间,桩体主要向基坑内侧偏移,少部分向基坑外侧偏移;(5)支撑轴力出现过大的现象,当开挖至轴力监测点ZL32-3支撑位置时,ZL32-1测点处的支撑轴力超过设计值约50 kN;(6)从地面竖向位移监测结果来看,该工程深基坑开挖支护设计总体可控。

重塑膨胀土的三向膨胀力试验研究

用三向胀缩仪对南阳陶岔重塑膨胀土做了12个三向膨胀力试验,9个湿胀干缩试验和9个控制变形的膨胀力试验。试验结果表明,三向膨胀力不等,水平膨胀力小于竖向膨胀力;湿胀干缩使重塑膨胀土的膨胀力降低,第一次干湿循环后膨胀力减小最多;微小的位移可以使膨胀力大大降低,膨胀力与位移呈对数关系;给出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系式。

荆门膨胀土的水稳定性及其力学效应

本文针对湖北襄荆高速公路膨胀土,在室内开展了原状土在脱湿吸湿过程的无侧限抗压强度演化特征与击实土的胀缩性状及力学效应试验研究,发现原状膨胀土的工程性状同时受含水率与裂隙性的耦合影响,耦合程度随裂隙发育程度和膨胀潜势等级而各异;膨胀土的CBR值随其含水率的变化规律类似于击实曲线,但CBR峰值含水率大于最佳含水率,并非压实度最大时CBR值也最大,CBR值取决于击实膨胀土浸水膨胀后的含水率与干密度以及结构所处状态;膨胀土路堤填筑除考虑压实度与CBR值要求外,尚需考虑胀缩总率的影响,为深入认识膨胀土的工程特性提供了帮助。

模糊数学在当宜高速公路膨胀土判别和分类中的应用

膨胀土胀缩性与指标集之间的关系尚未完全弄清，存在较大的模糊性。应用模糊数学理论对当宜高速公路膨胀土胀缩等级进行分类，该方法通过验证是可行的。

干湿循环作用下膨胀土表观胀缩变形特性

为揭示不同上覆压力及含水率幅值条件下膨胀土胀缩特性及表观不可逆变形,开展了干湿循环作用下膨胀土表现胀缩变形特性试验研究.从微观的角度分析了膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性及产生裂隙的原因;探讨了不同压力及含水率循环幅值条件下,膨胀土试样高度、相对膨胀率、相对线缩率、随含水率及循环次数的变化关系以及试样表观相对不可逆变形量与累计不可逆变形量随循环次数的变化关系.研究结果表明:膨胀土吸水膨胀失水收缩是土颗粒间水体变化叠加的直观反应,也是土体内部产生裂隙的主要诱因;膨胀土失水收缩过程中,基质吸力以最大程度限制含水率减小的方式逐渐增大;不同压力作用下,试件高度随含水率呈线性变化关系,而无压力作用下的变化关系波动较大;随着循环次数的增加,膨胀土相对膨胀率逐渐减小,而相对线缩率先增大后减小,且上覆压力越大,相对膨胀率越低;不同含水率幅值范围内的相对膨胀率与相对线缩率随着循环次数的增加具有逐渐减小的趋势;不同压力作用下,含水率为15%时,膨胀土的累计不可逆变形随着循环次数的增加逐渐增大,而在含水率为25%时其反而逐渐减小.

膨胀力变化规律试验研究

对膨胀土胀缩机理进行了阐述,剖析了膨胀力概念,指出GB/T50279-98界定的膨胀力为最大膨胀力或极限膨胀力,提出自然膨胀力概念及其试验方法。首次开展了自然膨胀力随增湿程度变化规律的试验研究,并对膨胀力随增湿程度、干密度大小、起始含水率等因素的变化规律以及等同土样进行不同程度脱湿后的膨胀力变化规律开展了试验研究,得到了诸多有价值的结论,使对膨胀力概念的认识更加深入,其应用也更符合工程实际。

膨胀土的循环胀缩特性试验研究

膨胀土分布的大多数地区气候都存在明显的干湿循环特征。这种气候的干湿循环会引起膨胀土含水量的变化,导致膨胀土发生胀缩循环效应。文章主要研究了合肥膨胀土的胀缩循环特性,试验结果表明,土样经过一个膨胀-干缩循环后再回到初始含水量点,土样的高度有所增加,不再是未膨胀前的高度,即膨胀与收缩并非是可逆的;膨胀土经过循环胀缩作用后,土体的胀缩性减弱,其抗吸水与抗失水的能力也随之下降;土的微结构变化主要集中在前几级循环胀缩过程中。

胀缩性土抗拉强度试验研究

抗拉强度是黏性土重要的力学指标之一。自行研制了简易土工拉伸仪,并通过试验确定了合适的制样方法。在此基础上,对具有胀缩性的武鸣红黏土和百色膨胀土分别进行试验,探讨了其抗拉强度与干密度、含水率、干湿循环次数等影响因素的关系,研究结果表明:两种土的抗拉强度-含水率曲线在饱和度接近66%时出现峰值,该峰值对应含水率接近最优含水率,峰值两侧呈指数关系变化,抗拉强度随含水率的变化规律受土中水的形态影响。抗拉强度随干密度的增加而线性递增,增加幅度显著。抗拉强度随干、湿循环次数增加而衰减,1～2次循环时,强度衰减幅度最大,但3次循环后,趋向于一稳定值,稳定值为初始值的20%左右,土体干、湿循环后抗拉强度降低是微结构劣化的结果。

干湿循环下膨胀土胀缩性能试验

采用压缩仪和收缩仪,对重塑膨胀土进行了无荷条件下的反复膨胀和收缩试验。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样的最终膨胀率和最终收缩率逐渐减小;膨胀变形明显减小,而收缩变形减小的幅度不大;试样的最终高度均呈现减小趋势;收缩系数不断减小,最终趋于稳定;采用绝对膨胀率、相对膨胀率、绝对收缩率和相对收缩率等参数可以合理描述干湿循环作用下膨胀土的胀缩变形特征。

胀缩性土强度衰减曲线的函数拟合

通过广西地区红黏土和膨胀土的室内干湿循环模拟试验,探讨了干湿循环条件下胀缩性土的强度衰减规律;在此基础上,建立了黏聚力衰减率与循环次数的关系;根据黏聚力衰减曲线变化特征,提出采用S型曲线函数进行拟合,并与其他类似的试验结果进行了拟合效果验证。研究结果表明:①胀缩性土的黏聚力随干湿循环次数增加而衰减,最终趋于稳定;干湿循环次数引起内摩擦角的波动变化极小,基本保持一稳定值。②S型曲线函数能很好地描述土体强度干湿循环衰减规律,反映土体干湿循环达到一定次数后土体强度趋于稳定的规律,克服了以往线性函数、多项式函数和指数函数拟合存在的不足。

掺绿砂改良膨胀土室内试验研究

绿砂高额的处理费用与其具有的再利用潜力相比,使绿砂再利用的研究得到重视,尤其对公路路基改良具有很大的利用潜力。针对膨胀土路基的胀缩问题,围绕绿砂及膨胀土-绿砂混合物进行一系列室内土工试验,探讨绿砂作为公路膨胀土路基改良剂的可行性。在不同含水率及不同配比条件下,对绿砂以及绿砂改良后膨胀土的基本物理性质、击实特性、力学特性等进行室内对比试验分析。分析结果表明,绿砂改良膨胀土试样的强度主要取决于试样的含水率、掺砂率;随着掺砂率的增加,塑性指数逐渐降低,最佳含水率也随之减小,最大干密度增大的幅度变化很小,无侧限抗压强度先降低而后提高,其后又降低。

气候影响下膨胀土工程性质的原位响应特征试验研究

以广西膨胀土为研究对象,考虑气象因素的影响,通过现场试验对膨胀土的胀缩变形、变形模量与渗透特性进行了原位跟踪测试。结果表明,较小的降雨量就可以使表层土体的含水率和膨胀状态达到极限。对降雨过程而言,自然状态下膨胀土雨水入渗的影响深度是有限的;膨胀土变形模量随含水率的增加以幂函数的形式逐渐降低;当含水率较低、裂隙较发育时,土体的渗透性会大大提高,而植被的存在也会较大幅度地改善土体渗透性,为深入认识膨胀土边坡的灾变机制提供了依据。

膨胀土湿胀干缩特性试验

为研究膨胀土湿胀干缩变形与含水率变化的一般规律,采用压缩仪和收缩仪对重塑膨胀土进行了无荷载条件下的分级浸水膨胀试验和收缩试验。结果表明:试样的初始干密度越大,初始含水率越小,土体的膨胀系数越大,最终膨胀率也越大;初始干密度越大,初始含水率越小,土体的收缩系数越小,最终线缩率和体缩率也越小;膨胀系数和收缩系数反映了膨胀土受含水率变化而产生变形的特性,可作为评判膨胀土胀缩性能的指标。

水化学环境变化对泥质岩胀缩性的影响

通过膨胀试验研究不同水化学环境下泥质岩的胀缩性能,分析层理面方位、同种类不同浓度、同浓度不同价位阳离子以及不同化学路径对泥质岩胀缩性的影响规律。并结合扫描电镜能谱分析,探讨泥质岩胀缩性能发生变化的内在机制。结果表明:(1)泥质岩膨胀性随岩样端面与层理面夹角的增大而减小。(2)泥质岩膨胀性受溶液浓度和阳离子价的共同影响。同种类水溶液中,溶液浓度越高,膨胀性越差;同浓度同种类阴离子水溶液中,阳离子价位越高,膨胀性越差;不同种类浓度水溶液中,膨胀性与其所经历的化学路径有关。(3)当膨胀性低的水溶液置换膨胀性高的水溶液后,泥质岩将发生体积收缩。(4)泥质岩膨胀性与其所含交换阳离子中低价阳离子与高价阳离子的比值有关,比值越大,膨胀性越强。

干燥及饱水状态下裂隙岩石冻融特征研究

岩体冻融风化作用主要受控于岩性、岩体结构、饱和状态及温变环境等因素。采取新疆寒区4种裂隙岩石进行温度变化下的冻融应变试验,得到了裂隙岩石在饱水及干燥冻融状态下的应变过程,即饱水状态下为8个阶段、干燥状态下为5个阶段;针对饱水裂隙岩石提出了冻融作用的胀缩率?,得到了不同岩性的?与冻融循环次数的拟合关系表达式,同时分析了在循环冻融过程中应变的变化规律,即裂隙岩石的冻胀阶段的微应变最大值都随循环次数的增加而增大。此外,通过在不同恒温下裂隙岩石冻融应变试验,分析了应变的变化规律,得到应变与不同恒温的拟合关系表达式;试验结果表明:裂隙岩石的?都随冻融次数的增加而增大,胀缩率的变化程度与不同岩样的孔隙率特征有关。饱水裂隙岩石在冻融过程中对温度具有较强的敏感性,损伤表现在温度损伤和冻胀损伤。

物化型软岩微结构单元特征及其胀缩性研究

在对物化型软岩的物质组成、矿物结构及其失水–吸水过程的物理力学机制研究的基础上,提出物化型软岩由硬质砂粒–黏土矿物叠层构成的四面体微结构单元的胀缩几何模型,建立相应的胀缩几何方程。所建立的胀缩方程为定量进行软岩胀缩性能的研究提供理论基础,但这个胀缩方程的具体应用还有待于对各类软岩的成分组成、各类黏土矿物的结构特征以及胀缩性能参数等进行进一步的定量研究。

合安高速公路膨胀土掺石灰试验研究

在穿越膨胀土地区的高速公路路基修筑工程中,通常采用统一的掺灰率进行膨胀土性质改良。由于膨胀土工程性质的差别,采用相同的掺灰率处理是不合理的。文章对合安高速公路沿线肥西、庐江和桐城三地区膨胀土进行掺石灰试验研究,探讨掺石灰对膨胀土的胀缩性与强度的影响规律。试验研究结果表明:在膨胀土中掺入一定量的石灰可有效降低膨胀土的胀缩性;土体的最佳含水量随掺灰率的增大而增大,而其最大干密度则随掺灰率的增大而减小;土体的无侧限抗压强度随掺灰率的增加先增大,当达到峰值后,随掺灰率的继续增加而降低,存在一个最佳掺灰率点,肥西、庐江和桐城三地区膨胀土的最佳掺灰率分别为8%、8%和6%。文章最后从膨胀土地质成因角度分析了肥西、庐江与桐城三地区膨胀土工程性质差异的原因,为膨胀土研究提供了新的方法和思路。

武广客运专线红黏土变形特性的研究

研究目的:客运专线对施工后的路基沉降控制要求非常严格,允许的工后沉降量特别小。武广客运专线武汉至韶关段分布有长达100 km的红黏土路段,红黏土的变形特性可能对路基变形和边坡稳定产生不良影响,为避免施工后的路基边坡失稳和不均匀沉降等灾害,对红黏土的变形特性,从红黏土的应力-应变关系、固结变形和胀缩变形3个方面进行研究,提出控制红黏土的变形措施及改善其工程特性的方法。研究结论:以武广客运专线工程实例为背景,通过大量的室内三轴试验,固结试验,胀缩实验等,研究了红黏土的应力-应变特性、固结变形特性和胀缩变形特性,发现红黏土具有超固结性、固而不密,固结反剖面特性,中等压缩性,其膨胀性较小而收缩性较强等变形特性。对红黏土路段,可通过优化红黏土的粒径分布来减小红黏土的变形;采用足够大的荷载抑制红黏土地基的膨胀。在红黏土路段施工时,可采用CFG桩加固地基,采用桩板墙和锚杆加固边坡等措施,这对于客运专线实体工程的修建具有十分重要的指导意义,并可为类似工程提供借鉴作用。