非饱和盐渍土三轴蠕变试验与模型分析

为研究非饱和盐渍土的蠕变行为,开展了一系列三轴固结不排水蠕变试验,分析了不同加载应力、含盐量及压实度下的蠕变特性,并采用修正前、后的Singh-Mitchell蠕变模型对非饱和盐渍土蠕变行为进行预测.结果表明:蠕变曲线呈三阶段发展,稳态蠕变阶段的蠕变速率趋于0;应力应变等时曲线呈非线性的曲线簇由密向疏发展,长期强度在100~150 kPa范围内,为瞬时强度的0.39~0.73倍;加载应力、压实度、w(NaCl)对其蠕变特性有显著影响;修正后的Singh-Mitchell蠕变模型不仅克服了原Singh-Mitchell蠕变模型的应力局限性,还可有效预测非饱和盐渍土三轴蠕变行为.

饱和盐渍土渗透吸力的回顾及研究

为了能够准确地计算不同含盐量、盐类和温度条件下饱和盐渍土中渗透吸力的大小,首先从试验和理论方面对渗透吸力的研究成果做了简要的回顾;其次通过不同温度条件下氯化钠和硫酸钠溶液的电导率试验,探讨了两溶液饱和后土体渗透吸力与浓度的相互关系;最后基于分形理论和溶质电离度分别对EC模型和van’t Hoff方程进行了改进,并对改进后的模型进行了相关的数值分析。试验结果表明氯化钠饱和后土体的渗透吸力与浓度呈幂函数增长关系,而饱和硫酸盐渍土的渗透吸力随浓度的增大呈指数关系。因此表现出硫酸盐渍土的渗透吸力先大于氯盐渍土,而在某一浓度之后氯盐渍土的渗透吸力大于硫酸盐渍土,且浓度值mA随温度的增大呈线性增长关系。数值分析结果表明改进后的模型能够实现复杂条件下的渗透吸力计算,且优于传统模型。

饱和盐渍土分数阶蠕变模型及试验研究

采用等温条件下饱和盐渍土的固结蠕变试验研究了其蠕变特性。在元件模型的基础上,通过引入Abel阻尼器和渗透吸力后,建立了饱和盐渍土的分数阶蠕变模型,从表观现象学方面展开了含盐量与饱和盐渍土蠕变特性的相关性讨论。结合试验结果和分数阶模型,拟合分析了渗透吸力同次固结系数与压缩指数的比值C_a/C_c和初始剪切模量以及初始剪切应变的相互作用关系。在蠕变试验的基础上,通过不同应力水平、含盐量的试验结果对分数阶模型进行了拟合分析,并结合给出的黏度系数公式对模型的有效性进行了验证。分析结果表明:次固结系数与压缩指数的比值C_a/C_c随着渗透吸力的增大而增大且呈指数关系,初始剪切模量随着渗透吸力的增大而减小,初始剪切应变与渗透吸力呈现出线性关系。相比与整数阶元件模型,所提出的分数阶蠕变模型更适合于饱和盐渍土蠕变行为的预测。结合试验和模型分析结果,发现含盐量的增大促进了盐渍土的蠕变行为。

饱和氯盐渍土抗剪强度特性的试验研究

盐渍土作为一类特殊的工程地质体,其抗剪强度受环境因素的影响是复杂的。人工配制氯盐渍土,试样抽气饱和,通过直接剪切试验研究不同含盐量下饱和盐渍土抗剪强度参数的变化规律,分析饱和盐渍土抗剪强度参数的变化机理。研究表明:对于饱和盐渍土,内摩擦角φ和粘聚力c都将随着含盐量的增加而增大;含盐量低于8%时,增加幅度较大,含盐量高于8%时,增加幅度较小;饱和盐渍土中,土中盐是以晶体形式存在的,成为土体骨架的一部分,影响土体的抗剪强度。

温度梯度作用下非饱和盐渍土水盐迁移及变形特性研究

基于多孔介质理论以及连续介质力学原理,建立了温度梯度作用下非饱和盐渍土水-热-盐-力多场全耦合数学模型。该模型从固、液、气三相系统的质量、能量和动量三大守恒定律出发,考虑孔隙率演化、水体渗流、气体传输、盐分解吸-吸附效应、固体颗粒和孔隙流体可压缩性等因素的影响,更为准确地描述了非饱和盐渍土热质传输过程及其变形特性。此外,通过选取孔隙率、孔隙水压力、孔隙气压力、温度、含盐量和位移等基本未知量,并利用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件对上述多场耦合过程进行了数值模拟。通过室内试验的实测结果对数学模型及模拟结果加以验证。结果表明,该模型可以较好地揭示非饱和盐渍土在温度梯度作用下的水、盐迁移机制和变形机制。同时,数值分析过程也进一步深化了对盐渍土水盐迁移及其变形特性的认识。对盐分吸附作用的研究也为进一步研究盐渍土的盐胀作用提供了理论准备。

非饱和氯盐渍土抗剪强度特性试验研究

为研究非饱和氯盐渍土的抗剪强度特性,给工程应用提供理论基础,采用人工配置氯盐渍土,进行了室内三轴剪切试验。在定性分析的基础上,定量分析了非饱和氯盐渍土抗剪强度及其指标与含盐量的相互关系。结果表明:试验条件下存在临界含盐量9%,当含盐量小于9%时,非饱和氯盐渍土的抗剪强度及其指标随着含盐量的增加而减小;当含盐量大于9%时,抗剪强度及其指标随着含盐量的增加而增加。

饱和强盐渍土地区地基处理技术的应用研究

以青海察尔汗盐湖某高速公路地基处理为例,介绍了盐渍土地区地基处理技术以及适用条件;针对饱和盐渍土地基,提出了粒料桩处理技术;针对现场粒料桩施工出现的问题,进行了大量不同工艺的试桩,最终确定了饱和盐渍土地区粒料桩的施工工艺及注意事项。对试桩进行了检验,结果表明:新工艺施工的粒料桩,桩身长度达到了设计要求、桩体密实度、单桩承载力和复合地基承载力得到了很大的提高,满足了工程需要,解决了技术难题。

碎石排水桩加强夯法处理饱和盐渍土地基的时效特性分析

采用碎石排水桩加强夯法处理饱和盐渍土地基属于新的地基处理工法。青海盐湖集团综合利用项目综合楼采用该工法处理,强夯结束后在不同的龄期进行了载荷试验、动力触探和静力触探等原位试验,通过试验结果分析探讨了饱和盐渍土地基处理的时效特性,对工程实践具有指导意义。

芯吸纤维作用下盐渍土水盐降低效果研究

为控制盐渍土路基中的水分,针对现有芯吸纤维土工布在控制盐渍土路基水分的应用中纤维吸水能力不足、易于被盐分堵塞的问题,通过改变纤维截面结构,新研制了涤纶芯吸纤维。采用尺寸为0.15 m(直径)×0.36 m(高)的土柱试验,对自研纤维与成品纤维作用非饱和盐渍土时水分与盐分减少量进行了对比研究。试验时试样被置于温湿度控制的试验箱中,芯吸纤维置于试样中部,并将纤维两端暴露于空气中,芯吸纤维特有的槽状导水通道在蒸汽压力差的驱动下主动排水。通过安装在试样不同深度的EC-5土壤水分传感器监测水分随时间的变化,通过易溶盐含量测定试验对试样不同位置处的盐分含量进行测定,并采用扫描电镜(SEM)对2种纤维的微观结构进行了分析。结果表明:2种芯吸纤维均可明显降低试样的含水率,且在竖直方向上,距离纤维更近处含水率下降更为明显,自研纤维相较于成品纤维具有更好的排水效果;水分作为盐分运移的载体,在水分迁移排出的过程中部分易溶盐随水分被带出,自研纤维试样盐分减少量更为明显,并且不同位置处盐分的排出与水分的排出有较为良好的对应关系;芯吸纤维的截面结构对于纤维的作用效果有较大影响。

硫酸盐渍土热-质迁移试验与耦合模型

为研究西部寒旱区盐渍土传热传质行为,首先,在无压补给条件下进行非饱和硫酸盐渍土的单向冻结试验;其次,考虑结晶潜热、结晶阻抗及结晶消耗等因素,建立非饱和硫酸盐渍土水-热-盐三场耦合模型;最后,采用COMSOL Multi-physics对耦合模型进行数值模拟,将模拟结果与试验数据进行对比分析.研究结果表明:盐渍土内温度随冻结时长呈三阶段发展,逐步形成上冷下暖的温度梯度;在温度梯度和基质吸力双重驱动下,水、盐向冻结锋位置迁移,冻结锋位置水、盐含量出现峰值,峰值含水率、含盐量相较初始值分别增加2.16%和0.28%;冻结锋沿冻结温度线移动,形成冻结锋面;土柱最大冻结深度约为15.5 cm.

基于冻融作用的氯盐渍土-钢块界面力学模型

在中国西北特殊气候环境下冻融作用是一种风化过程,反复改变着土体的微结构和物理性质,强烈影响着土体与结构的相互作用。针对冻融作用对盐渍土-结构接触面力学特性的影响,进行不固结不排水直剪试验,开展了冻融次数、含盐量、基质吸力等因素对非饱和氯盐渍土-钢块接触面力学性能影响的相关研究。试验结果表明,不含盐时接触面力学参数(黏聚力与内摩擦角)随冻融次数增加均先增大后减小,含盐时接触面黏聚力随冻融次数增加呈下降趋势,内摩擦角略有所增大;冻融前后接触面力学参数随着含盐量的增大先减小后增大,均存在含盐量阈值;未冻融时接触面力学参数含盐量阈值约为8%,随着冻融次数增加,该阈值有所变化;接触面基质吸力随冻融次数增加大体呈减小趋势并最终趋于稳定,随含盐量增加先减小后增大,基质吸力含盐量阈值约为10%;接触面剪应力-剪切位移分为线弹性变形阶段和强化阶段,竖向荷载较小时表现为弱硬化,未出现明显的应变软化现象。对接触面剪应力-剪切位移适用性模型进行评价发现龚帕兹模型能够与试验结果很好地吻合,据其建立了冻融作用的氯盐渍土-钢块界面力学模型,基于试验数据验证了其可靠性。