湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土的性能研究

采用湿陷性黄土、红砂岩作为流态固化土的原材料,对湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土的力学性能及水理性进行试验研究。结果表明:用水量对湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土的流动度及抗压强度的影响程度最大,最优配合比为m(湿陷性黄土):m(红砂岩)=65:35,水泥掺量13%,用水量40%;随养护龄期延长,最优配合比试件的抗压强度、黏聚力、内摩擦角均呈增长趋势,压缩系数、湿陷系数、渗透系数呈减小趋势;当龄期为28 d时,标准养护和自然养护试件的无侧限抗压强度分别为1.24、1.02MPa。根据力学强度及水理性能变化认为湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土具有工程应用可行性。

微生物诱导矿化修复阿尔寨石窟红砂岩壁面酥碱病害试验研究

阿尔寨石窟寺是内蒙古地区规模最大且保存最为完整的石窟寺建筑群,其蕴含了珍贵的关于历史、宗教、科学、文化的艺术价值,被誉为“草原上的敦煌”。由于当地典型的沙旱寒区气候特征,酥碱成为石窟壁面最为严重的病害之一,目前阿尔寨石窟正处于保护阶段,因此通过室内对病害进行模拟和研究尤为重要。本研究通过微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术,对以红砂岩风化土为基质的壁面的酥碱病害进行修复,通过激光粒度分析了病害前后土颗粒粒径的变化,提出酥碱高度、酥粉体积、盐壳厚度的量化指标用以评价病害的发展程度。基于微生物矿化技术生成矿化覆膜对病害进行抑制,推荐使用微生物菌液浓度OD_(600)大于1.5的具有耐盐碱性能的矿化菌株,修复后酥碱高度下降幅度大于20%,酥粉体积下降幅度大于30%,盐壳厚度下降幅度大于25%。研究成果对生物矿化技术应用于红砂岩石窟壁面的酥碱病害的修复进行试验验证和可行性评估,为绿色生态环保的岩壁病害修复与加固技术的推广应用进行科学预研。

红砂岩粗粒土破碎性质及累积变形模型研究

红砂岩粗粒土具有易破碎性,在动力荷载反复作用下会发生颗粒破碎,导致路基产生明显的工后沉降。针对红砂岩粗粒土颗粒破碎的特点,采用室内动三轴试验仪进行了不同工况下的动力荷载试验,研究了动弹性模量、动弹性应变与粒径大小之间的关系,以及颗粒破碎率与颗粒形状系数变化率的关系。根据试验材料的动力破碎特性,构建了考虑颗粒破碎的累积变形模型,并对模型进行了修正。研究结果表明:颗粒粒径越大,动弹性应变越大,动弹性模量越小;动弹性应变先快速增大后逐渐趋于稳定,动弹性模量随着加载次数的增加不断减小,土体出现应变软化现象。颗粒形状系数变化率变化趋势与颗粒破碎率变化趋势相似,随着加载次数的增加,形状系数值趋近于1。此外,所构建的累积变形模型包含了应力状态参数、物理状态参数和拟合参数,能够较好地描述颗粒破碎状态下的红砂岩粗粒土的累积变形趋势。根据试验数据的反算结果,对累积变形模型的拟合参数进行了确定,便于在实际工程应用中对路基变形进行计算。由于室内试验与工程实践现场工况有一定区别,提出了模型修正系数ψ,提高了模型的预测精度。该研究结果可为红砂岩粗粒土路基设计、施工及运营提供理论依据和工程应用基础。

干湿循环下强风化红砂岩土强度特性及边坡稳定性研究

强风化红砂岩土作为一种工程中常见的土体,在干湿循环条件下易受水文因素的影响,导致强度特性改变,对工程安全造成困扰。针对此类问题,文章通过对强风化红砂岩土进行干湿循环实验,测试其在干湿循环条件下的强度特性及干湿循环对边坡稳定性的影响。研究结果表明,当强风化红砂岩土干湿循环次数达到四次以上时,边坡的稳定系数小于1.0,会导致边坡失稳。

不同含水率与剪切速率下超固结红砂岩粗粒土的剪切特性研究

为研究不同含水率和剪切速率下超固结红砂岩粗粒土剪切特性,利用Shear TracⅢ大型直剪仪对其进行固结排水剪切试验,研究含水率和剪切速率对不同超固结比土体剪切特性的影响规律。结果表明,不同超固结比的红砂岩粗粒土剪切特性在初始剪切阶段有很大的不同,正常固结土会先产生剪缩,而超固结土会产生不同程度的剪胀。随着含水率的增加,超固结土体的剪切变形特性由不同程度的剪胀现象转为剪缩;随着剪切速率的增加,土体的剪切变形特性由剪缩转变为剪胀;随着超固结比的增大,土体会逐渐产生剪胀现象。超固结比越大的土体,其抗剪强度越大,含水率和剪切速率对土体的剪切特性影响越小。在相同的超固结比下,随着含水率的升高,其抗剪强度呈先增后减的趋势,当含水率为8%时,抗剪强度最大;随着剪切速率的增加,剪胀效应越明显,抗剪强度呈先减小后增大的趋势。在剪切过程中,土颗粒间不同的移动方式,会影响剪切带的形成,从而导致产生不同的剪切特性。

红砂岩粗粒土动力试验及颗粒破碎模型研究

铁路路基建设需要经过泛红砂岩地区,红砂岩路基的稳定性对列车安全起到至关重要的作用。为研究列车荷载对红砂岩粗粒土动力特性以及颗粒破碎的影响,采用室内大型动静三轴试验系统,开展动力荷载下的红砂岩试样动力响应测试,分析了粒径大小、加载次数对轴向应变、动力软化以及颗粒破碎的影响。根据动力破碎三轴试验结果,构建了动力作用下的颗粒破碎模型,并对模型进行了验证。研究结果表明:在加载次数一定的条件下,颗粒粒径越大对应的轴向应变越大;颗粒粒径越小,越早完成颗粒破碎及土体结构调整。粗粒土软化曲线呈半对数关系,颗粒粒径越大,软化系数越小。动力荷载下,大粒径颗粒主要演化为下一级粒径颗粒和细小粒径颗粒,破碎形式为研磨,存在一个极限破碎级配。根据动力破碎试验建立了动力破碎的概率密度函数f,构建了动力条件下的颗粒破碎模型。该模型能够较好的模拟动力作用下的颗粒破碎过程。Marsal颗粒破碎率Br与颗粒破碎模型中的死亡率Ps-t呈线性关系。研究结果能为铁路路基工程相关设计提供一定的理论参考价值。

非饱和红砂岩风化土土水特征及降雨对其边坡稳定性的影响

为防止非饱和红砂岩风化土边坡因水分状态的变化出现失稳破坏,对其开展土水特征及降雨作用下稳定性变化研究。首先,针对不同初始干密度、初始质量含水率条件下的非饱和红砂岩风化土进行脱湿试验,得到其土水特征曲线,通过分析其规律,提出改进指数函数模型,并与F-X模型进行对比。应用该模型进行数值模拟,分析降雨强度及时长对边坡稳定性的影响。结果表明:在参数更少、表达形式更简洁的条件下,改进的指数函数模型达到了与F-X模型相近的拟合精度,并且对残余含水率的估算结果更准确,对红砂岩风化土具有更好的适用性;在降雨持时相同时,降雨强度增大,坡体饱和度增加,边坡稳定性降低;随着降水持时延长,0~6 h段边坡稳定性显著降低,之后稳定性下降较小;短时间的强降雨对于红砂岩风化土边坡稳定性影响较大。

加筋红砂岩力学特性研究

为改变传统红砂岩由于强度低无法作为高速公路路基填料的现状,将红砂岩与土工格栅及格宾组合形成加筋土,探究加筋条件下的力学特性。采用粗粒土三轴剪切仪,进行0层、2层、3层水平铺筋条件下的不排水剪切试验,并引入强度比参数对加筋效果进行定量评价。试验结果表明:当轴向应变小于2%时,加筋土的强度没有明显变化,轴向应变继续增大,加筋土强度逐渐超过纯土样,在400 kPa围压时大主应力差提高了50%;相同层数的格宾加筋强度普遍高于格栅加筋,其加筋效果系数均在1.39以上;筋材能明显提高红砂岩的峰值强度和土体延性,使红砂岩的黏聚力最大提高149%,摩擦角最大提高15.32%。采用邓肯-张模型和离散元模拟对加筋土的力学性质进行评估,为加筋土力学评价体系的建立提供参考。

湿陷性黄土-红砂岩集成水泥土填筑材料冻融循环试验研究

在湿陷性黄土地区,基槽回填区常因回填土自身沉降和湿陷等问题产生区域大面积沉降,对建筑正常使用和居民正常生活造成了严重影响。根据区域工程实际,提出湿陷性黄土–红砂岩集成水泥土填筑材料,并通过设置湿陷性黄土、红砂岩、水泥及水的不同占比进行正交试验,得到了利用黄土、红砂岩开发新型基槽回填材料的最佳配合比。通过对集成水泥土试件与素水泥土试件进行冻融循环试验,发现集成水泥土的抗冻性能明显优于素水泥土,具有更好的力学性能与使用耐久性。本研究为湿陷性黄土地区填筑材料的工程应用提供了一定的参考。

红砂岩碎石土高填方路基强夯加固时的动应力扩散及土体变形试验研究

利用4种不同的夯击能量(840,960,1 080,1 200 kN.m)对红砂岩填土路基分别进行动应力扩散和夯后路基的沉降试验研究。试验结果表明:强夯对红砂岩填土路基的加固效果明显,动应力在水平方向上的有效加固宽度从2～3 m变化至3～4 m,在竖直方向上的有效加固深度从3.5～4.0 m变化至5.0～6.0 m;随着夯击次数的增加,动应力在有效加固范围内的增加亦更加明显,但在3～5击后基本稳定;4种夯击能量在土体中产生的变形为4.0～6.0 m的变化比较显著,但当深度超过6.0 m的之后,产生的沉降量就几乎相等,而且在不同夯击能量以及在不同夯击次数下,其最终的下沉位移在5.5 m处都为5.0～7.0 cm,因此这4种夯击能量在红砂岩碎石土高填方路基中的有效加固深度基本上都在4.0～6.0 m之间。这些试验成果可为以后同种条件下的山区公路加固提供参考。

格宾网加筋红砂岩粗粒土的强度和变形特性

开展了不同加筋层数、不同压实度、不同含水率的格宾网加筋红砂岩粗粒土大三轴试验,分析格宾网层数、试样含水率和压实度对红砂岩粗粒土应力应变关系、强度和变形特性的影响,引入强度比参数评价加筋效果,并与土工格栅加筋方案进行对比。试验结果表明:格宾网加筋能明显提高红砂岩粗粒土的峰值强度和土体延性;格宾网加筋使红砂岩粗粒土的黏聚力大幅提升,但其内摩擦角提高幅度不大;在同一压实度下,加筋和未加筋土体的黏聚力随含水率变化呈现非线性变化关系,且在最佳含水率附近达到峰值;在同一含水率下,黏聚力和内摩擦角随试样压实度的增加而增大;加筋效果与加筋层数、土体含水率和压实度有关,格宾网加筋的作用发挥随围压增大而减小。

基于正交设计的红砂岩改良土抗剪强度试验和回归分析

兰州地区地铁深大复杂基坑日益增多,为了保护生态环境和减少工程造价,通过试验将开挖后的红砂岩添加黄土和水泥进行改良作为路基填料。基于兰州某地铁工程,采用正交试验,对不同配合比下的改良土展开了击实试验和快剪试验,分析了红砂岩改良土抗剪强度的影响因素及其影响大小,给出各因素最佳配合比,并得出了红砂岩改良土抗剪强度的回归模型。试验结果表明:黄土对内摩擦角的影响显著,水泥和含水率对黏聚力影响显著,各因素对黏聚力影响的主次顺序为:水泥掺量→含水率→黄土掺量,对内摩擦角影响的主次顺序为:黄土掺量→含水率→水泥掺量。针对不同配合比下的试验数据,建立回归方程预测改良土的黏聚力和内摩擦角。试验结果对评价红砂岩作为路基回填料具有一定参考价值。

红砂岩粗粒土流变工程特性试验研究

在自行设计的粗粒土单轴流变试验仪上,进行红砂岩粗粒土流变试验,分析红砂岩粗粒土的流变特性。流变试验结果表明,在比较低的应力状态(轴向应力σ≤0.8MPa)下,红砂岩粗粒土表现出线性黏弹性;在较高的应力状态(轴向应力σ>0.8MPa)下,红砂岩粗粒土表现出非线性黏弹塑性。为描述红砂岩粗粒土的非线性黏塑性变形特征,提出一个新的双曲线型黏塑性体,将双曲线型黏塑性体与Burgers流变模型串联,建立一个新的红砂岩粗粒土非线性黏弹塑性6元件流变本构模型,该流变本构模型能很好描述红砂岩粗粒土的非线性流变特征。同时,通过红砂岩粗粒土流变试验曲线,采用改进的最小二乘拟合方法确定该流变本构模型参数;流变试验曲线和该流变本构模型的理论曲线进行对比,对比结果验证了该模型合理。

加筋格宾挡墙在重复荷载作用下动变形特性试验研究

为研究加筋格宾挡墙变形特性,对加筋格宾挡墙进行重复荷载作用下的模型试验,得出5种频率(2,4,6,8,10Hz)、3种振幅(40～80,50～100,60～120kPa)的动载作用下加筋格宾挡墙面墙累计侧向变形和竖向变形(沉降)的变化规律,以及影响面墙动变形特性的主要因素及其显著性;并对分级卸载时面墙的变形特性也进行分析研究。结果表明:挡墙动变形特性受振动次数、动荷载幅值以及格宾笼填充率等因素的影响,振动频率影响不显著;挡墙较大侧向变形发生在第3～5层;随着动荷载幅值的增大,达到变形稳定所需的振动次数增加,变形值亦增大;动变形的发展随振动历时的增长而增大,初期增长较快,随后逐渐变缓;分级卸载过程中,面墙侧向变形几乎没有弹性恢复。

红砂岩土在低量级单点冲击荷载下的能量消耗

采用改装击实仪对赣南地区红砂岩土进行室内单点冲击试验,自制小环刀测量不同方案下红砂岩土的密度,电子万能试验机测试静压力作用下的压缩位移.试验研究表明,静压作用后单位体积土体的能量消耗值与其密度符合y=Ae-xt+y0关系;冲击荷载作用下,土体的粒径范围决定其竖直方向的密度变化幅度,粒径范围越大,级配越好,出现密度急剧减小的深度越浅;水平方向密度变化幅度均匀;冲击作用在土体表面形成的硬壳层阻碍了能量的传递,使能量消耗以竖向为主.研究成果对于强夯法处理地基的方案选择具有指导意义.

静力压实不同厚度红砂岩土变形特征试验研究

为研究不同厚度红砂岩土静力压实变形特征,利用自制装置在电子万能试验机上进行静力压实试验,得到5种不同厚度情况下的红砂岩土压实试验的压力-位移关系,分析粗土层厚度对静力压实变形特征的影响,结果表明红砂岩土在静力压实过程中的应力与应变符合指数关系;在相同的应力作用下,土体的应变随厚度增大而逐渐减小;红砂岩土的压缩模量随对应应力范围终值的增大而增大,两者之间呈线性关系;在相同应力范围内,土层厚度越小,土体的压缩模量越小,压缩性越高;红砂岩土的静力压实过程可分为三个阶段:压密阶段、破碎阶段和稳定阶段;在静力压实过程中,应变增长存在拐点。

红砂岩风化土在不同约束条件下单点冲击作用效应

采用改装的击实仪对赣南地区红砂岩风化土进行室内单点冲击试验,通过预埋带有编号的钢珠测试土体的水平和竖向位移,采用自制环刀取土,测试不同位置土体的密度变化.研究表明,在侧面刚性约束、底面柔性约束时,红砂岩风化土的密度随着总夯击能的增大而增大,增大的幅度在一定深度范围内是随着深度的增大而越来越小的,总夯击能越大,土颗粒竖向位移与深度之间的非线性关系越显著.在侧面和底面都刚性约束时,土颗粒水平位移的大小与其离夯点的水平距离先正相关,然后负相关.

红砂岩粗粒土流变机理试验研究

对风干的红砂岩粗粒土及饱水红砂岩粗粒土进行了压缩试验、剪切试验和压缩流变试验研究,针对每组试验进行了试验前后土样的级配分选试验,以此研究红砂岩粗粒土在不同受力状态、受力时间和不同湿度条件下的颗粒破碎程度,从粗粒土粗颗粒破碎的角度解释红砂岩粗粒土的流变机理以及水对红砂岩粗粒土流变影响。试验结果表明,水和应力状态对红砂岩粗粒土颗粒破碎和流变影响很大,在压缩流变试验中,湿土样的破碎指标Bg为145.04,最终流变量为15.5%,而干土样Bg为88.44,最终流变量为9.86%,干土样的破碎率由大到小排列为:流变试验、压缩试验、剪切试验。最后通过试验研究和理论分析,将红砂岩粗粒土的流变机理归结为粗颗粒的破碎效应和细颗粒的填充效应,并将流变过程划分为3个阶段。

红砂岩风化土室内冲击试验研究

通过改变锤重和土柱高度两个因素来设计击实试验方案,研究红砂岩风化土在不同方案下,单位面积冲击能与冲沉量、土体干密度的关系;锤击数N与抗剪强度的关系.根据试验得出的冲击荷载作用下红砂岩风化土的加固作用效应,来探讨红砂岩风化土冲击加固规律.试验结果表明:单位面积冲击能与平均冲沉量之间基本符合公式y=Aln(x)+B的关系;填土的高度直接影响着土体的最终冲沉量值;随着单位面积冲击能的增加,土体的干密度增加;增加锤重比减少土柱高度对于抗剪强度增加的影响要大些.这些试验成果可为以后研究冲击荷载在红砂岩填土地基上的加固作用效应提供参考.

冲击载荷作用下红砂岩土能耗规律试验

选取寻乌南桥-龙川上坪公路路基红砂岩土为试验材料,利用动静组合加载试验装置,研究了红砂岩土峰值应力、吸收能、体积吸收能等与冲击次数和干密度之间的关系.结果表明:随着冲击次数增加,峰值应力呈"缓慢增长-急剧增长-平稳发展"3个发展阶段,拟合关系为logistic函数;随着冲击次数增加,红砂岩土试样的吸收能逐渐增加,且达到一定冲击量时,吸收能有减小趋势,吸收能与冲击次数存在二次函数关系,且相同冲击次数,干密度越大,试样吸收能越大;体积吸收能变化曲线呈S递增型,材料吸收能挤压土体颗粒间孔隙,主要表现为土体颗粒滑移,使土颗粒重新排列,增强了红砂岩土体抵抗外界冲击力;干密度对红砂岩土体积吸收能影响较大.