Relationship of Resistivity with Water Content and Fissures of Unsaturated Expansive Soils

The development of fissures in expansive soils has a great effect on the stability of slope. Of the three phases of soils,the gas phase and solid phase are relatively insulated,so the average resistivity of soils can be calculated from the resistivity of the liquid phase. On this basis,the two-part model of resistivity changing with the water saturation of the expansive soil can be deduced. A 2-D resistance grid model is established based on simulating the resistance of ver-tically developed fissures. Variation in measured resistance of vertically developed fissures at different positions can be calculated from this model. Fissure development can be inversely determined from the variation in the measured resis-tance. Finally,the model is verified by an indoor resistivity test for remolded soil samples,indicating that the test result agrees well with that of the model established.

振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究

根据饱和砂土-结构相互作用振动台试验的相似性要求,对饱和砂土的相似性要求进行探讨,提出以机制砂作为通用的饱和砂土模型材料。通过动力三轴分级循环加载试验,研究饱和机制砂模型土的最大动剪切模量Gmax、动剪切模量比G/Gmax-γ曲线、阻尼比λ-γ曲线、孔压比ru-ΔW曲线的变化范围,得到其动力本构模型参数随有效粒径d10、不均匀系数Cu、曲率系数Cc和相对密度Dr的变化规律和拟合公式,并根据相似要求和拟合公式分不同情况给出饱和机制砂模型土的配制方法。与文献中多种原型砂土的相似性分析表明,饱和机制砂模型土可以对大部分原型砂土有效实现动力特性相似和液化特性相似,证明其广泛适用性。

非饱和重塑弱膨胀土微观孔结构特征与水力迂曲度研究

为得到不同干密度重塑弱膨胀土孔隙分布变化规律,用压样机制备干密度分别为1.40、1.50、1.60、1.70、1.80g/cm^(3)的试样,利用压汞试验分别对不同干密度试样孔隙结构和孔隙分布特征进行分析,基于压汞试验与土体的饱和渗透试验计算分析试样水力迂曲度。结果表明:不同干密度试样进、退汞过程呈现较一致的规律,进、退汞路径不同及瓶颈孔的存在使得汞残留在试样中;随着干密度增大,试样中孔隙的变化主要是大孔径孔隙体积和数量的减少;干密度越大,土体的孔隙结构越复杂,平均孔径、孔隙度、总孔隙体积与分形维数呈现负相关关系;根据试验结果计算得到不同干密度试样的饱和渗透系数以及水力迂曲度,发现干密度增大时水力迂曲度增大的实质是孔隙大小结构的改变使流体渗透土体的能力发生改变。

不同饱和度下膨胀土原位孔内剪切试验及强度响应特征

膨胀土强度随饱和度变化显著,非饱和膨胀土的抗剪强度一直是研究膨胀土工程问题的关键。选取南阳市某高速路沿线边坡膨胀土为研究对象,进行了天然条件下处于不同饱和度状态的膨胀土原位孔内剪切试验,获得了自然条件下膨胀土的抗剪强度随饱和度的变化特征。膨胀土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着膨胀土饱和度的增大而逐渐减小。结合现场试验数据和土-水特征曲线,提出了以法向应力、饱和度为变量和以法向应力、基质吸力为变量的两种非饱和膨胀土的抗剪强度计算模型,并结合试验数据对计算模型的适用性进行了验证。与之前常用的非饱和土抗剪强度计算模型相比较,提出的两种计算模型所需的拟合参数少,适用于更宽吸力范围、不同法向应力条件下非饱和膨胀土抗剪强度的计算,且结果更为准确。

基于信息扩散模型的砂土地震液化评价研究

饱和砂土地震液化可对建筑物、道路与水力设施等造成严重破坏。因此,合理判别与评价饱和砂土的地震液化等级显得尤为重要。针对实际工程中钻孔样本数据有限、液化等级难以区分等问题,首先选取地震震级、地面加速度、标贯基数、土层黏粒含量和有效应力构建砂土地震液化判别评价系统;其次运用信息扩散模型将判别指标离散成多个点,并将相应信息扩散到各离散点,从而建立砂土地震液化等级判别的模糊信息扩散矩阵;最后结合工程实例进行了合理评价,可为砂土液化防治工程提供借鉴。

合肥弱膨胀土力学特征及饱水扰动影响

为了研究合肥地区弱膨胀土遇水及扰动对其强度和变形等力学性质的影响,对合肥地铁7号线徽富路站深基坑内弱膨胀土的原状样及饱和扰动样,分别开展了50 kPa,100 kPa和200 kPa三种围压下常规饱和三轴压缩(CTC)和三轴拉伸(CTE)以及原状非浸水样双压力室三轴压缩试验。通过对比原状样与饱和扰动样的应力–应变、强度指标以及变形模量的差异,探讨了饱水扰动对膨胀土力学性质的影响,且采用XRD衍射测试了膨胀土的矿物成分及含量。试验结果表明:(1)合肥地铁7号线基坑土质为弱膨胀土,黏土矿物中蒙脱石含量占46%;(2)合肥地铁7号线基坑的弱膨胀土强度的降低主要表现为黏聚力的降低,原状样较扰动饱和重塑样黏聚力下降了56%,而内摩擦角的变化并不显著;(3)合肥地铁7号线基坑内弱膨胀土有超固结现象,表现为原状样具有剪胀软化特征;(4)合肥地铁7号线基坑弱膨胀土原状样遇水扰动后初始模量下降了20%左右,水的浸润大幅降低了膨胀土抗变形能力。

饱和砂土地基地震液化深度的试验研究

为探究地下工程场地深层饱和砂土的抗液化强度特征和液化深度,通过动三轴液化试验,选取汉口某轨道交通工程场地埋深超过20 m的饱和砂土为研究对象,分析了深层饱和砂土试样液化特性,获取了试样抗液化强度曲线。分别利用动三轴液化试验和标贯试验击数为指标的液化判别方法,比较分析了深层饱和砂土的地震液化可能性。结果显示本地区饱和砂土地基液化深度在地震烈度Ⅶ度、Ⅷ度时超过20 m。研究成果可为本地区工程实践抗液化处理深度提供参考。

穿越不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道地震响应三维数值分析

地震液化对隧道结构有重大威胁,且位于不同抗液化能力地层交界处的盾构隧道段更易发生严重的地震破坏。采用三维数值方法研究穿越不同密实度状态饱和砂土地层的盾构隧道的地震响应规律。饱和砂土用一种描述不同密实度砂土液化行为的边界面模型进行模拟,首先通过隧道液化上浮的振动台试验结果验证该本构模型的合理性。其次,应用多自由度连接弹簧表征管片环间相互作用,采用文献中的拼装管片的逐级加载试验结果验证该方法的可行性。最后,建立穿越两种不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道三维数值模型,研究相对密实度、输入加速度峰值和交界面倾角对砂土地层-盾构隧道系统动力响应的影响。结果表明,可液化地层中隧道结构位移模式是水平地震激励下产生的水平位移与由于液化上浮效应产生的竖向位移的耦合作用,加之隧道在不同土层中变形存在差异,从而导致隧道呈现扭转的变形形态。在靠近交界面处,隧道整体上浮量急剧变化且该处结构上浮量随着交界面倾角增大而增大,同时管片结构弯矩出现突变,接头螺栓的环间剪切和拉伸位移也显著增加。分析结果进一步印证地震作用下盾构隧道在不同性质饱和砂土地层交界面处更易破坏,在设计阶段应予以重点关注。

SICP方法加固饱和砂土提高抗液化能力的动三轴试验研究

在地震作用下,饱和砂土地基易达到液化状态,从而形成安全隐患。以标准砂为材料进行大豆脲酶诱导碳酸钙沉积(SICP)的胶结固化,对30%、40%和50%相对密实度下的中密砂分别做1~3次处理,进行不同循环剪应力与有效固结围压比值下的动三轴试验。通过分析动应变、超孔隙水压力、动循环次数,对SICP方法处理饱和砂土的抗液化效果进行评价。结果表明:试样的孔压与应变发展都呈现出分阶段增长的特点,孔压在加载瞬间会急剧增长到一定水平,而后伴随塑性应变以稳定的速率增长,直至破坏。SICP方法处理饱和砂土能有效增强砂土的抗液化能力,减缓超孔隙水压力的增长速度,且处理次数越多,密实度越高,抗液化效果越好。

地震荷载作用下深厚饱和砂土中桩动力特性试验研究

以某工程为依托,进行1∶20比例缩尺2×1桩基模型振动台试验,输入与当地地震设计反应谱接近的3种地震波,研究深厚饱和砂土场地条件下砂土-桩基-结构动力相互作用响应规律。试验再现液化宏观现象,研究表明:深厚饱和砂土场地对地震波高频部分过滤作用显著;随着地震动强度增大,场地液化程度提高,结构水平运动由高频向低频移动,频带范围变宽。同时,上部结构水平运动放大系数由4.56降低至2.75,但该效应对承台不明显;上部结构及承台在加载过程中相互影响,上部结构对承台的影响较大;砂层中部(距土体表面8D处)桩身弯矩相对于桩顶弯矩对输入地震波峰值加速度敏感度更高,随砂层液化程度增大而显著增大。

组合模型在膨胀土地区地铁站沉降预测中的应用

为了提高施工质量、效益和安全性,对地铁车站基坑施工引起的地表沉降进行预测具有重要的现实意义。通过对合肥膨胀土地区地铁车站地表沉降实测数据的分析,其地表总沉降量与时间之间具有发生、发展、成熟最后达到极限值的变化关系,这一规律与饱和曲线及Usher曲线相似。文章基于组合预测的思想,建立饱和曲线-Usher曲线组合预测模型。统计学结果显示,组合预测模型相对于单一模型的准确度至少提升了98%。工程应用实例显示,组合预测模型具有良好的适应性和准确性,能够较为精准的预测膨胀土地区地铁车站地表沉降的变化趋势,研究结果对于实际工程有较好的参考价值。

考虑水化状态影响的膨胀土强度特性

从膨胀土水化作用时间和温度两个影响因素出发,在室内研究了膨胀土的膨胀变形特性与强度特性。结果表明,膨胀土饱和后还会经历相当长的膨胀过程,这就使得土体的饱和强度随水化作用时间的延长而逐渐降低;膨胀土在膨胀过程中,温度越高,土体的膨胀速率越大,土体最终的膨胀率也越大,土体的饱和强度随水化作用温度的升高而逐渐降低。饱和膨胀土的抗剪强度指标宜考虑水化作用时间和温度的影响,采用变动强度公式更为合适。

饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述

在分析饱和粘土中静压桩的贯入机理的基础上，对静压桩沉桩分析的圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等五种方法逐一进行评述，并提出在传统的平面圆孔扩张理论基础上加以改进，采用准静态空间轴对称方程组对静压桩贯入过程进行模拟，从而得出土体位移、应力、初始超孔压的空间解析解，同时采用有限元分析。

饱和砂土动力液化研究进展

饱和砂土在动载 (如地震荷载、爆炸荷载、振动荷载等 )作用下液化问题是防灾减灾领域中重要的研究内容。结合目前国内外饱和砂土在动荷载作用下研究的最新进展 ,着重对在动荷载作用下饱和砂土液化问题的理论模型研究、试验验证研究和数值模拟分析研究作了较详细的评述 。

三相饱和土爆炸液化机理模型研究

三相饱和土是由固体土颗粒、水和少量封闭气体组成的混合物介质。在爆炸压缩波荷载作用下 ,三相饱和土极有可能液化 ,这主要与孔隙流体与土骨架动力响应之间的差异有关。从微观力学角度着手 ,通过选取适当的坐标系 ,明确各相间相对运动和变形的物理意义 。

膨胀土CBR强度特性机制分析

以在建的周集—六安高速公路为依托工程,采集典型弱、中膨胀土开展系统的试验研究,探讨了膨胀土CBR强度随含水率、击实功和膨胀潜势的变化规律。试验研究表明:CBR峰值含水率要大于最优含水率,且膨胀潜势越高,击实功越大,CBR峰值含水率与最优含水率的差值越大。结合非饱和土气水状态理论,分析了膨胀土CBR强度特性的内在机制。研究发现,CBR强度特性的上述规律性,主要是由不同饱和度条件下膨胀土所处的气水状态所决定的。当饱和度小于界限饱和度时,土体处于非饱和状态,CBR强度随饱和度的增加呈指数增长,说明膨胀土的固有特性对CBR强度的影响很大;当饱和度大于等于界限饱和度时,膨胀土强度特性与饱和土类似,CBR强度主要受干密度控制。

基于等效骨架孔隙比指标的饱和砂类土抗液化强度评价

为探讨各类饱和砂类土的物理特性对其抗液化强度CRR的影响,将具有不同细粒含量FC的福建、南京和南通砂类土分为3组：（1）相同的相对密度Dr;（2）相同的孔隙比e;（3）相同的骨架孔隙比esk。对具有不同物理特性的三类饱和砂类土进行了一系列均等固结不排水循环三轴试验,结果表明：e或Dr相同的饱和砂类土的CRR随FC的增加而降低;但esk相同的砂类土的CRR随FC的增加而增大。结合文献中十类砂类土的CRR试验数据,分析表明：各类饱和砂类土的CRR随其等效骨架孔隙比＊ske的增大而单调地降低,且两者呈现较好的幂函数关系。这表明能综合反映砂类土颗粒组成,密实状态和粗细粒接触状态的＊ske是表征饱和砂类土CRR的一个有效物理特性指标;并首次发现饱和砂类土的CRR–＊ske关系曲线的最佳拟合参数A和B值由砂粒和细粒的物理特性共同决定。据此,饱和砂类土的CRR可仅由其物理特性指标较好地预测。

非饱和膨胀土总强度指标随饱和度变化规律

建立在有效应力基础上的非饱和土强度理论公式参数测试复杂、不便于工程应用,而包含吸附强度的总强度指标也能反映非饱和土的强度特性且易于获取。为此,以土水特征曲线为理论依据,采用抽气饱和、风干脱水法控制试样的饱和状态,用常规直剪仪对不同状态下的宁明膨胀土进行固结快剪试验,得到其总强度指标随含水量、饱和度的增大而衰减的变化规律。其中,黏聚力、内摩擦角的对数和含水量之间以及内摩擦角与饱和度之间成线性关系;黏聚力随饱和度的变化可用二次抛物线描述。对该规律的普遍性还用廖世文、卢肇钧同类试验结果的分析来加以检验。此外,针对膨胀土路堑边坡滑坍的特点,对如何将非饱和膨胀土总强度指标用于边坡稳定性分析进行探讨,研究结果可为工程应用提供参考。

裂隙性膨胀土饱和-非饱和渗流分析

降雨入渗条件下的裂隙性膨胀土边坡稳定性与其渗流场分布密切相关,对渗流分析中的积水深度进行了数值模拟,结果显示,不同的积水深度对渗流场的影响很小,因此,在进行裂隙性膨胀土渗流分析时,积水深度为0的假定是可以接受的。基于膨胀土开裂裂隙的规模及渗透性的不同,提出了考虑裂隙系统的膨胀土边坡渗流分析方法,计算结果表明,土体开裂显著改变了膨胀土内部的渗流场分布。该方法可以更好地模拟坡渗流场随时间的变化规律,以及更合理地解释了降雨入渗引起的膨胀土边坡浅层滑动机制。

膨胀土自然边坡吸力和饱和度量测

为查明非饱和膨胀土边坡中吸力和饱和度(体积含水量)的变化和规律,以及降雨对吸力和饱和度的影响。在湖北襄樊某高速公路旁的天然边坡设立观测井,并埋设热传导探头和含水量探头,进行了为期2 个月的观测。通过精度较高的多项式的拟合获得的土-水特征曲线,得出进气值和残余饱和度对应的基质吸力。根据土-水特征曲线,获得非饱和土的渗透系数,为工程设计提供了必要的参数,同时解释了非饱和膨胀土的吸力随深度变化的规律和原因。