天津软黏土触变性的思考与试验研究

 为获得扰动黏土静置后强度变化规律,针对天津滨海软黏土开展十字板剪切试验研究。研究结果表明,软黏土强度变化呈正触变性。静置100 min后强度增长3.0 kPa,继续静置1 a增长1.8 kPa,剪切强度完全恢复至少需要4 a时间。影响土体触变性的因素中：静电力作用遵循能量最低原理;氧化铁胶体是天津黏土胶体的重要构成部分;颗粒剥落不可逆;良好的排水条件可促进强度的增长。通过直剪试验发现,随着法向压力增加,强度增量不断增大,触变比增量不断减小;而含水率对触变比变化影响较小。     

扰动对粉土触变强度恢复影响规律研究

土体的触变性是导致失稳事故和工后沉降的原因之一,研究其影响因素和变化规律对于减少工程灾害具有一定的实际意义。为了探究粉土的扰动程度对其触变特性的影响,以粉土为研究对象,采用室内振动试验模拟其受扰动过程,通过无侧限抗压试验反映其强度变化,分析土体的扰动程度与其触变强度恢复程度之间的关系。结果显示:在相同频率和速率下,振动时间越长,土体受扰动程度越大;在静置时间相同的情况下,粉土的绝对强度恢复程度与其扰动程度正相关,而其相对强度恢复程度与其扰动程度负相关。建立了土体扰动程度和强度恢复程度之间的相关关系公式,为深入研究粉土工程力学性质而提供一定依据。     

深层搅拌桩周围粘土性质变化的发生机理

排土型桩如打入桩、砂桩、石灰桩以及深层搅拌桩等的施工都会引起桩周围土体的应力变化,因此周围土体的性质也将发生变化。施工完成后,周围土体的强度将经历下降、恢复和增长的过程。深层搅拌桩施工对周围土体的作用可以归纳为以下7个方面:(1)叶片的搅拌和固化剂的注入对周围土体的扰动作用;(2)软粘土的触变性;(3)施工期间周围土体的劈裂;(4)桩身水泥浆通过劈裂裂缝向周围土体中流入及由扩散作用渗入到土的孔隙中;(5)孔隙水中钙离子浓度增加引起的胶结作用;(6)超静孔隙水压力消散引起的固结作用;(7)水和作用和火山灰反应等化学作用产生的热作用。通过室内试验和理论分析来研究这些影响因素。室内试验主要研究土的触变性、土的劈裂和水泥浆扩散对软弱有明粘土的影响。理论分析则解释了土体的劈裂现象。室内试验可以直接观测到土体劈裂和水泥浆扩散现象。对于软弱有明粘土,试验结果显示周围土体的强度在70d内由触变性得到恢复。理论分析发现即使在很小的固化剂注入压力作用下,周围土体也会发生劈裂现象。     

受扰粉土随含水率变化强度恢复试验研究

以太原粉土为研究对象,通过室内振动模拟粉土施工受扰过程,研究了人工改变含水率的情况下,受扰粉土力学性能的变化情况,然后通过无侧限抗压试验,探究了不同含水率下,扰动粉土触变强度变化情况。试验表明:土体扰动时间一致时,扰动程度与含水率呈正相关;扰动后土体静置相同时间,受扰粉土强度恢复与其含水率呈负相关。本文探究了受扰粉土含水率变化对其扰动程度和强度恢复之间的相关关系,为进一步研究受扰粉土力学性能随含水率的变化提供了一定参考。     

新型固化剂与水泥混合料固化红层土水稳定性试验研究

以黏土石化剂和水泥作为土体固化剂对红层土进行固化,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、浸水稳定性试验,研究不同掺量固化剂对红层土击实特性、浸水崩解特性、吸水增湿率、抗压强度、浸水后软化系数等性能的影响规律。结果表明:加入水泥和固化剂混合料后,试件的水稳定性和抗压强度都显著高于素土和单掺黏土石化剂和水泥的试件,最大抗压强度达2.3 MPa,7 d养护龄期内强度能达到最大强度的95%以上,浸水后强度损失在0.5%以内,试验采用的土体固化剂起到了显著的固化效果。     

裂隙粘土现场抗剪强度的确定

<正> 裂隙粘土具有特殊的力学性质,很难用一般室内剪切试验方法确定其抗剪强度。裂隙粘土多受超固结作用,在其形成过程中,土体分布着各种不同的裂隙。这些裂隙的长短、宽窄、数量、方向以及填充物等不尽相同,不能用一种土样的强度代表整个裂隙土层的强度。裂隙粘土在开挖后,由于卸荷、裂隙张开、体积变化和应力重分布等原因产生渐进破坏,导致强度衰减。其衰减的程度也不能用室内剪切试验来确定。土体一旦滑坡,在滑坡区的土体就受到不同程度的扰动,土体结构也受到不同程度的破坏。即使土体裂隙分布的情况相同,但在滑坡区的部位不同,受到扰动的程度也不同,因此试样的强度自然也不相同。     

基于电性变化进行黄河水下三角洲饱和粉土触变过程研究

为了研究黄河水下三角洲饱和粉土触变过程特性及探索进行粉土特性研究的新型原位试验手段,在黄河口潮坪区不同位置沿深度方向取50cm长土样;现场测试了垂向振动作用和外力停止后恢复过程不同深度区间,土样电阻率随时间的变化。基于对该地区饱和粉土电性影响因素分析,研究了垂向作用力下粉土体触变过程中土体变化的时空规律。垂向振动作用过程中,粉土体沿深度方向发生分层变化,上部土体变软直至流体状态从而导致电阻率降低,下部土体密实度增加从而导致电阻率增大,达到一定的振动次数后电阻率保持稳定。这些现象表明:土体状态并不随振动的持续进行而发生连续变化。外力停止后,测试电阻率随时间的变化特征显示土体在保持新状态一段时间(2h)后才逐步向初始状态恢复,恢复过程也不尽相同,大约6h后可恢复到初始状态。对试验样品的横切观测表明了所研究结果的正确性。     

挤密碎石桩对饱和软粘土强度的影响

饱和软粘土被强制挤入某种桩体时引起强度变化,包括两个方面:一是初期扰动破坏的强度降低;二是触变恢复和排水固结的强度增长。本文援引实测资料,对这两方面作定性、定量分析评价,然后对干挤碎石桩的适用性问题提出一些看法。     

滑带土环剪剪切面的微观观测与分析

 滑带土的残余强度一直是边坡工程研究的重点。由于剪切面微观结构在剪切前后的变化与宏观的土体强度存在必然的联系,所以针对一古滑坡滑动带的含砂黏土进行环剪试验,采用电镜扫描技术分析剪切前后微观结构的变化,探讨微观结构与土体宏观力学特征的关系。研究表明,含砂黏土的强度特征不同于一般黏性土,没有明显应变软化特性,粗粒含量对峰后强度有比较明显的影响。剪切过程会导致颗粒出现明显的定向性排列,微观结构发生改变,出现颗粒破碎、孔隙率提高,颗粒形状变狭长的现象,这与滑带土的宏观强度变化有密切的关系。另外,通过周长–面积法对剪切面颗粒形态的分形研究,发现剪切面土颗粒微观形态具有明显的分形特征,分形维数与滑带土的残余强度指标呈线性负相关关系。     

湛江强结构性黏土的三轴排水蠕变特征

 利用GDS应力路径三轴试验系统,开展不同围压下湛江强结构性黏土的三轴固结排水剪切蠕变试验,获得其轴向应变、体应变与应力和时间的关系,分析蠕变性状的结构性效应,建立相应的蠕变模型。结果表明,湛江黏土的蠕变变形演化特征受其强结构性制约,其蠕变特性的敏感程度与结构性强弱相关联。在低偏应力下,其蠕变变形和变形速率均较小;偏应力超过临界值后,土体在短时间内发生破坏。湛江黏土在?3＜?k时,其体变性状总体上表现为剪缩,但随时间变化出现一定的剪缩和剪胀交替性,即存在回弹现象;而当?3≥?k时,则表现为剪缩。蠕变引起的强度衰减主要表现为黏聚力的降低,且 77.63%。采用6元件扩展Burgers模型能较好地描述湛江黏土的瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定蠕变3个阶段。在实际工程中,必须对土的结构性给予充分的认识,在较低应力范围内,可以利用其结构性的有利因素,但设计荷载严禁超出结构屈服应力。     

Thixotropic mechanism of clay: A microstructural investigation

Clays with high sensitivity exhibit varied degrees of thixotropic characteristics. Previous research has been focused on dilute suspensions, but only a few studies have investigated normal clay with water contents lower than the liquid limit. Given the limited studies performed, the thixotropic behavior of clays and the underlying mechanism remain ambiguous, particularly in the microscopic scale. In this study, samples of Zhanjiang clay from southern China were used to elucidate the thixotropic process. The samples were agitated and then subjected to unconfined compressive strength and pocket penetrometer tests, scanning electron microscopy, and mercury intrusion porosimetry to evaluate their regain strength and microstructure. After 500 d of thixotropy, the strength of the Zhanjiang clay was 2.58 times higher than that after the disturbance and significantly higher than that of the other clays reported in the literature. These findings provide evidence that thixotropy is a process in which the dispersed structure is transformed into a flocculent structure through the homogenization of the pore size distribution caused by particle movement. This phenomenon may be due to the changes in the interaction of attractive and repulsive forces between particles. Given the experimental findings, a thixotropic mechanism for clay is proposed. This study will be beneficial for predicting the strength of disturbed soils.     

氧化铁胶体与黏土矿物的交互作用及其对黏土土性影响

以湛江黏土为研究对象,采用选择性化学溶解法,利用浸泡法、改进型渗透仪与柔性壁渗透仪除去土中游离氧化铁、无定形氧化铁和络合铁胶体,比较分析除去氧化铁胶体前后土的物理与力学性质指标、矿物成分以及结构变化特点,探讨氧化铁胶体的界面活性、胶结特性及其与黏土矿物的交互作用。结果表明,湛江黏土的结构强度受黏土矿物——氧化铁胶体的电性引力和镶嵌孔隙的氧化铁胶结状态的控制是导致其具有高灵敏性、强结构性的根本原因。氧化铁胶体对湛江黏土的水稳性、稠度、黏附性、渗透性、压缩性、灵敏性、结构强度均有重要影响。氧化铁胶体与黏土矿物的交互作用的本质并不是通过改变和破坏矿物晶格结构来改变黏土矿物性质,而是通过改变土颗粒间的联结状态及粒间力来控制微观结构形态,进而影响土的基本性质。氧化铁胶体对土性的影响程度与其赋存状态、老化结晶程度、水化程度密切相关,除了游离氧化铁、无定形态的氧化铁也是构成湛江黏土胶质联结的重要组成部分。     

大气氧化致诱黏性土土性异变现象及其机理

关注了常温、常压、常态的大气环境下黏性土土性发生缓慢异变现象。以湛江黏土为研究对象,在大气氧化影响下,土色由青灰色、绿灰色变为淡黄棕、黄棕色;颗粒团聚程度增强,塑性、膨胀性、收缩性、灵敏性、结构屈服强度皆有所降低。大气氧化对土性改造使其力学性质有所强化,但因结构强度的减损对其力学稳定性的影响是长期的,且潜在危害较大。通过建立结构概化模型讨论了大气氧化致诱黏性土土性异变机理,大气环境诱发氧化还原环境变化,水-土-大气间的化学反应与运动影响颗粒间作用力改变,导致结构单元体联结形式更改进而重塑微观结构形态,控制土体的稳定性状态。氧化反应促使土中铁离子的化合价升高,在浓度梯度与土颗粒表面吸附能的作用下发生迁移并伴随着胶体态氧化铁的老化反应向晶质态发展,由#x0201c;混铁#x0201d;变为#x0201c;包铁#x0201d;为主的存在形式,微观结构变为低塑性的、物理接触的、弱结构强度的散凝结构。该研究可为因环境变化引起的地质灾害、工程灾害的预防、控制和治理提供了一定的理论支持。     

水化学环境对湛江组黏土结构强度的影响研究

为研究水化学环境对湛江组黏土结构强度的影响,收集湛江地区地下水水文地质资料,并通过钻孔取水进行化学分析,分析该区地下水的化学环境与影响因素;利用离心过滤法提取土中水溶液,调查土中溶液的化学成分与特性;在此基础上,采用选择溶解法去除土中胶结物质,利用扫描电子显微镜与能谱分析,对比分析去除胶结物质前后的微观结构变化。研究表明:湛江地区的地下水与湛江组黏土中水溶液的化学构成与比例含量基本一致,水化学类型为Cl-Na型,表现出偏酸性与富含铁离子的特征,水中大量的铁为土颗粒的联结提供了胶结物质,酸性环境促使游离氧化铁产生胶结效果进而提高土的结构强度。最后,提出了考虑地下水环境影响的湛江组黏土结构强度的形成机理,研究表明湛江组黏土较强的结构性源于开放式的絮凝结构加上颗粒间的强胶结作用。     

土中结合水对红黏土抗剪强度特性的影响机制

通过室内红黏土试样的直剪试验和等温吸附试验,探讨了含水量对红黏土抗剪强度的影响,并对红黏土中吸附结合水含量和类型进行了测定和划分,阐释了结合水影响红黏土强度特性的微观机制。结果表明:(1)红黏土吸附曲线可分为稳定吸附阶段(RH<0.908,此阶段主要吸附强结合水),强吸附阶段(RH=(0.908, 0.976),这一阶段主要吸附弱结合水),吸附平衡阶段(RH>0.976);(2)红黏土的抗剪强度值与黏聚力均随含水量增加呈先增后减的趋势,且均存在临界含水量,R1和R2分别约为23.0%和12.0%(与各自的土中结合水总含量接近),内摩擦角则随含水量增加不断减小,呈一阶线性负相关;(3)红黏土强度的改变是土中各种微观作用力共同作用的结果,当土中吸附水主要为强结合水时,颗粒间的水膜连结力和胶结作用力增大,宏观表现为黏聚力增大,抗剪强度增大;(4)随着土中自由水的出现,结合水膜变厚,水膜连结力减弱,同时胶结作用也被破坏,黏聚力下降,抗剪强度减小。     

湛江黏土动剪切模量的结构损伤效应与定量表征

湛江黏土是一种具有高结构强度的灵敏性黏土,其强度包络线在固结围压达到结构屈服应力时存在明显转折,为了考察小应变条件下该黏土的动剪切模量随围压水平演化规律,开展了原状样与重塑样在不同围压水平下的共振柱试验与三轴CU试验,探讨考虑土体结构性损伤影响的动剪切模量表征方法。结果表明,重塑土最大动剪切模量G_(max)随有效围压的变化可用Hardin公式很好表征,而原状土G_(max)随有效围压的变化呈现先增大后减小特征,其转折点对应围压大于结构屈服应力,但最大动剪切模量与不排水剪切强度比值或经孔隙比函数归一化后的最大剪切模量随有效围压变化的转折特征点与结构屈服应力相当。出现上述现象的缘由在于该黏土G_(max)同时受土体压硬性的正效应与结构损伤的负效应双重影响,当固结压力小于结构屈服压力时,正效应占主导,反之则相反。针对Hardin公式未考虑结构性损伤的影响与难以延伸极端应力水平的不足,提出具有更广适宜性的描述模式。基于不同固结压力下该黏土的静刚度与微观结构演变性状,阐明了结构性损伤对其动剪切模量影响的物理机制,并间接印证了提出表征公式的合理性。     

基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律

 为探求土体在变形过程中微结构形态的演化规律,对湛江结构性黏土进行室内压缩试验,通过真空冷冻升华干燥法对天然土和压缩后土制样,进行扫描电子显微镜扫描试验和压汞试验,基于灰度计算土的三维孔隙率,分析压缩过程中微观孔隙的变化规律。结果表明,较二值化处理获得的二维孔隙率,三维孔隙率物理意义明确,求取方法简单,有较高准确性。湛江天然黏土孔径为1.0～0.1 μm的小孔隙组占优,其孔隙体积占总孔隙体积的73%。压缩过程中,P＞?k前,各孔径组分变化甚微。P＞?k后,随压力的增大,小孔隙含量表现为先增加后降低。各孔隙组对外力的敏感度与孔隙体积含量正相关。由于压汞过程存在“瓶颈”效应,其结果可能会夸大小孔隙的分布密度而低估大孔隙的分布密度。结构性黏土压缩过程中微观结构形态的演化可分为结构微调、结构破损、结构固化3个阶段。该研究有助于深入了解土的变形机制,为结构性土的工程设计提供科学的依据。