改良膨胀土胀缩裂隙及与抗剪强度的关系研究

为研究改良膨胀土的裂隙发育特征及其对抗剪强度的影响,对掺不同比例的石灰、风化砂的膨胀土进行饱和干湿循环,利用图像处理技术对土样表面裂隙图像进行裂隙参数提取,并进行饱和抗剪强度试验。研究表明:石灰和风化砂能够有效地限制裂隙的发育。裂隙率随着循环次数的增加呈线性增长,而改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着循环次数的增加分别呈对数和幂函数衰减;裂隙率和黏聚力之间具有较好的指数函数关系,而改良土的内摩擦角和裂隙率之间存在对数函数关系;膨胀土的改良效果可考虑结合裂隙指标进行评价。

膨胀土干湿循环胀缩裂隙演化的CT试验研究

对南阳重塑膨胀土在干湿循环过程中裂隙的演化进行了CT试验研究,试样的CT图像显示了原有裂隙开展,新裂隙产生,裂隙数量增加并连通,最后形成裂隙网络的过程。定义了基于CT数据的裂隙损伤变量,分析了裂隙损伤变量随累计干缩体变的变化规律。

膨胀土胀缩裂隙演化及其扰动规律分析

为定量研究膨胀土胀缩裂隙的演化特征及其对土体的扰动规律,从而探究其引发工程和生态环境灾害的机理。论文对合肥膨胀土进行干湿循环-CT(computed tomography)扫描试验,从获取的CT图中提取灰度值以及灰度共生矩阵特征值:角二阶矩(angular second moment,ASM)和对比度(contrast,CON),研究在干湿循环作用下裂隙图像的灰度值及其纹理的变化规律;并通过三轴剪切试验研究了在干湿循环作用下膨胀土的强度特征。结果表明:1)图像灰度值随裂隙的发育状态而变化;初始阶段灰度值沿试样轴向分布比较离散,但在后期逐渐均匀,离散系数在3次干湿循环后达到最大值,比干湿循环前增加了106%,随后逐渐减小;2)ASM随干湿循环次数的增加而减小,并且在0°和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值大9%;CON随干湿循环次数的增加而减小,并且在0和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值小52%,其对纹理的方向差异性更加敏感;3)胀缩裂隙对原状膨胀土的结构性会造成破坏,强度劣化显著;在5次干湿循环后,2种土强度分别降低62%和46%,并且原状膨胀土与重塑膨胀土强度的差值也由347.3 kPa降至21.3 kPa;4)由ASM和CON定义的扰动函数与由土体原生联结结构强度定义的扰动函数,扰动过程中函数变化曲线吻合度高,故基于灰度共生矩阵特征值的扰动函数能很好地描述胀缩裂隙扰动下的膨胀土强度特性。

湿干循环作用下膨胀土胀缩裂隙演化特征

压实度是各类填筑工程施工中的关键指标,自由膨胀率是衡量膨胀土膨胀性的核心指标,探明压实度、自由膨胀率与胀缩裂隙演化特征的关系对工程建设是必要的。选择自由膨胀率分布于51%~115%的5种膨胀土并将其压实度分别控制为85%、90%、95%和100%,研究其在历经4次湿干循环作用后的裂隙特征参数。研究结果表明:增大压实度能有效地抑制裂隙在长度和宽度上的开展并减少裂隙条数,尤其是对具有中、高自由膨胀率的膨胀土,进而有效地降低表面裂隙率;裂隙宽度的大幅减小是压实度增大后表面裂隙率下降的主要原因;裂隙特征参数均会随着自由膨胀率的增大而增大,尤其当自由膨胀率达到强膨胀潜势时,裂隙特征参数的增幅更为显著。

干湿环境下膨胀土裂隙演化规律及渠坡变形研究

研究干湿循环效应下膨胀土裂隙发育规律对揭示膨胀土渠道边坡失稳机制有重要意义。针对目前研究中存在的不足,开展了仅考虑干湿循环效应的膨胀土裂隙演化试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程及裂隙动态发育特征。基于膨胀土裂隙演化规律,通过编程将块体离散元方法应用至膨胀土渠坡变形分析中,并得到如下结论:(1)膨胀土水分蒸发过程可分为稳定蒸发阶段、减速率蒸发阶段和残余蒸发阶段;(2)随着干湿循环次数增加,膨胀土面积裂隙率逐渐增加后趋于稳定,裂隙总长度逐步增加,裂隙平均宽度不断减小并逐渐稳定,裂隙夹角由T型逐步过渡至Y型;(3)土体颗粒排布总是向稳定方向发育,颗粒间应力分布向着更优势的状态发展,胀缩裂隙分布逐步稳定;(4)将块体离散元应用至膨胀土边坡分析中,实现了考虑裂隙和吸湿膨胀的膨胀土边坡位移场-应力场耦合;(5)干湿循环效应促进了膨胀土裂隙发育,裂隙率增加导致渠坡变形增加和塑性区扩大,在膨胀土渠坡坡脚处变形显著。