干湿循环作用下云南红土特性与库岸边坡稳定性关系研究

研究干湿循环作用下云南红土特性变化对库岸边坡稳定性的影响,对深入认识不同岩土体库岸边坡失稳机理有重要意义。通过红土试样的干湿循环试验,结合土工试验、数值计算及理论分析进行研究。结果表明:1)在一定初始干密度条件下,干湿循环作用使红土的粘粒含量呈先增大后减小,然后趋于稳定的变化趋势,而粉粒含量的变化趋势则与之相反。随着干湿循环次数的增加,干密度呈先增加后趋于稳定的变化趋势。2)在一定初始干密度条件下,红土的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度及红土型库岸的稳定安全系数均随干湿循环次数的增加而非线性减小,但在干湿循环次数约10次时趋于稳定。红土抗剪强度、粘聚力和内摩擦角对红土型库岸边坡稳定有显著影响。以上结论可为防范和治理云南红土型库岸边坡失稳提供参考。     

基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型

孔隙率对黄土抗剪强度具有非常重要的影响,然而,孔隙率对黄土抗剪强度影响效果的认识并不充分。本文以陕西省延安黄土为研究对象,开展不同孔隙率的黄土直剪试验研究,探讨了孔隙率对粘聚力与内摩擦角的定量变化关系;并以此为基础,构建了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,并对其进行了验证。研究结果表明:(1)延安黄土粘聚力与孔隙率间呈幂函数变化关系;(2)延安不同孔隙率黄土内摩擦角取值呈现出两个区间,当孔隙率n≥0.4时,其内摩擦角在25±2.5°的范围内变动,而当孔隙率n<0.4时,其内摩擦角在29.5±2°的范围内变动;(3)通过分析得到了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,且该模型得到的黄土抗剪强度理论值与实测值间的误差较小,相对误差均在7%以内,具有较高的精确度。研究成果不仅能为延安黄土抗剪强度研究等提供技术支持,而且还能为该地区的工程建设等方面提供理论参考。     

基于边坡离心模型试验的砂土表观粘聚力研究

非饱和素砂试样的抗剪强度规律与其完全饱和或完全干燥时不相同。然而,关于含水量对离心试验条件下砂土边坡稳定性影响的研究尚未见任何报道。针对离心试验条件下不同含水量的砂质边坡稳定性的差异性,提出了低含水量砂土的表观粘聚力问题。采用TLJ-150A型土工离心实验机对由福建标准砂组成的含水量或坡角不同的四个边坡模型进行了对比试验,通过数值模拟反演了砂土抗剪强度参数,提出了基于土水特征曲线的砂土表观粘聚力计算公式和离心试验条件下的砂土表观粘聚力计算方法,并通过算例进行了部分验证。试验表明:各边坡模型均呈浅表层崩塌,对应的失稳破坏离心加速度值分别为24.6g(含水量5%,坡角75°)、35.2g(含水量2%,坡角65°)、44.3g(含水量5%,坡角65°)和40.0g(含水量8%,坡角65°);从离心实验结束后的边坡模型中取样进行直剪试验验证了抗剪强度反演值,相对误差不超过13%。研究表明:非饱和砂土抗剪强度的改变是由表观粘聚力引起的,表观粘聚力在一定程度上取决于基质吸力的大小,砂土表观粘聚力最大值与土水特征曲线拟合参数及有效内摩擦角有关。由离心试验获取的砂土表观粘聚力与水体质量、土体含水量和破坏g值成正比,与收缩膜周长和曲率半径成反比。     

大柴旦盐湖采卤区地层剖面盐渍土基本类型及其抗剪强度试验研究

选取柴达木盆地大柴旦盐湖采卤区作为试验区,对区内地层剖面盐渍土的基本类型进行划分,即通过测定Na+、Mg2+、Cl-等易溶盐离子的方法,得出区内采卤区地层剖面盐渍土的主要类型是以亚氯盐渍土为主。在此基础上,对盐渍土进行扰动试样的室内直剪试验研究,以获取抗剪强度指标粘聚力c值与内摩擦角φ值。试验结果表明,该区盐渍土的含盐量由地表开始向下呈逐渐降低趋势,即由地表的6.89%降到地下4.5 m处的1.11%。粘聚力c值主要受试样含水量大小的影响,表现出随着含水量的增加,粘聚力c值呈降低现象,即当含水量由19.8%上升至23.3%时,粘聚力c值由35.4 k Pa下降至24.9 k Pa,下降率约为29.7%;而当含水量由23.3%下降至17.4%时,粘聚力c值则由24.9 k Pa上升至34.1 k Pa,上升率约为36.9%。内摩擦角φ值则受试样粒径影响相对较为明显,随着试样中粘粒含量的增多,粗粒含量相对减少,内摩擦角呈逐渐增大的趋势,即由24.1°上升至33.3°,增加率约为37.3%。随着试样中含盐量的增加,粘聚力c值和内摩擦角φ值均呈线性增加趋势。该研究成果将有助于进一步探讨含水量、颗粒大小以及含盐量对盐渍土试样抗剪强度变化的影响,且对区内盐田及其相应的基础设施建设有一定的理论指导意义。     

柴达木盆地大柴旦盐湖区盐生植物根-土复合体力学强度试验研究

本文以柴达木盆地大柴旦盐湖区作为试验区,分别筛选出5种优势盐生植物,即海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)、无脉苔草(Carex enervis C. A. Mey.)作为试验供试种,分别对5种盐生植物根-土复合体试样和不含根系素土试样进行了室内直接剪切试验和三轴压缩试验,对比了不含根系素土试样与根-土复合体试样的抗剪强度指标;在此基础上,评价了5种盐生植物根系增强土体抗剪强度作用。试验结果表明：(1)当含水量和密度值分别为29.01%和1.65g/cm3时,5种盐生植物根-土复合体试样的抗剪强度指标粘聚力c值为10.38kPa-19.19kPa,且显著大于素土试样的粘聚力c值5.95kPa,内摩擦角 值未表现出变化规律;(2)相对于不含根系的素土试样,由直剪试验和三轴试验得到的5种盐生植物根-土复合体试样的粘聚力增长幅度分别为16.8%~108.7%、19.2%~113.6%;(3)由直剪试验与三轴试验结果表明,区内5种盐生植物根-土复合体试样抗剪强度大小变化顺序表现出一致的规律性,即由大至小依次为：芦苇、海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草、素土。该项研究结果为区内进一步开展盐生植物增强土体抗剪强度机理等方面的研究具有理论研究价值和实际指导意义。     

柴达木盆地大柴旦盐湖区盐生植物根-土复合体力学强度试验研究

以柴达木盆地大柴旦盐湖区作为试验区,分别筛选出5种优势盐生植物,即海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)和无脉苔草(Carex enervis C.A.Mey.)作为试验供试种,分别对5种盐生植物根-土复合体试样和不含根系素土试样进行了室内直接剪切试验和三轴压缩试验,对比了不含根系素土试样与根-土复合体试样的抗剪强度指标;在此基础上,评价了5种盐生植物根系增强土体抗剪强度作用。试验结果表明:(1)当含水量和密度值分别为29.01%和1.65 g/cm3时,5种盐生植物根-土复合体试样的抗剪强度指标粘聚力c值为10.38~19.19 k Pa,且显著大于素土试样的粘聚力c值5.95 k Pa,内摩擦角φ值未表现出变化规律;(2)相对于不含根系的素土试样,由直剪试验和三轴试验得到的5种盐生植物根-土复合体试样的粘聚力增长幅度分别为16.8%~108.7%、19.2%~113.6%;(3)由直剪试验与三轴试验结果表明,区内5种盐生植物根-土复合体试样抗剪强度大小变化顺序表现出一致的规律性,即由大至小依次为,芦苇、海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草和素土。该项研究结果为区内进一步开展盐生植物增强土体抗剪强度机理等方面的研究具有理论研究价值和实际指导意义。     

塔克拉玛干沙漠砂工程性质试验研究

塔克拉玛干腹地沙漠砂具有特殊的岩土工程性质。在对沙漠砂室内大中型槽原位模拟试验和现场原位试验的基础上,建立了静力触探、标准贯入指标和沙漠砂密实度、抗剪强度间的经验关系,并且将部分经验公式表格化。研究结果表明: 已有用标准贯入指标Ｎ值估计砂土密实度的标准用于评价沙漠砂时会得出较保守的估计;另外沙漠砂内摩擦角与相对密实度和含水量的关系密切,内摩擦角随相对密实度的增加而增大,非饱和砂内摩擦角随相对含水量的增加而增大。     

不同水力路径下非饱和粉质土的破坏与变形特性

通过压力板仪、temple仪和直剪仪对非饱和粉土经过脱湿之后和不同含水量状态分别进行抗剪强度试验研究。试验结果表明:如果采用净应力来描述,非饱和土的有效粘聚力随着含水量的增大而减小,或随着基质吸力的增大而增大,但有效内摩擦角基本保持不变。当饱和度相同时,经过脱湿之后的土体有效粘聚力较大,反映出滞回效应。如果采用有效应力来描述,抗剪强度曲线则归一化为一条临界状态线,而与含水量大小和水力路径无关,从而证明了采用有效应力的合理性与有效性。在修正剑桥模型基础上,将饱和度和基质吸力作为内变量,提出屈服强度的硬化函数,建立渗流与变形耦合模型,从而可以考虑前期降雨历史对非饱和土边坡稳定性的影响。     

塔克拉玛干沙漠腹地风沙土的力学性质

风沙土是形成于干旱、半干旱区的一种特殊性质的土,其力学性质不同于一般土体,结构松散性为其最主要的特点。通过对塔克拉玛干沙漠腹地14个风沙土样进行压缩试验和抗剪试验,获得了风沙土的基本力学参数:风沙土压缩模量值在50.00~142.86MPa之间,是一种低压缩性土;风沙土的内摩擦角值在31°55'~36°19'之间,低于河流冲积砂的内摩擦角值;风沙土存在结构力,其力学效应相当于粘聚力,可以在剪切试验中测出,其值在0.6~9.3kPa之间。并分析了影响这些力学参数的主要因素。     

沙土内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的关系

沙的摩擦性质是影响沙丘形态的重要因素之一,研究沙土内摩擦角对于探讨床面沙波形态、沙丘流动性、沙丘稳定性、沙丘防护等都具有实际意义。本文实验研究了内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的定量关系。结果表明:当粒径从<0.125 mm增大到0.315～0.4 mm时,内摩擦角从32.25°减小到28.06°; 而粒径从0.315～0.4 mm增大到0.63～0.8 mm时,内摩擦角却从28.06°增大到31.47°。主要原因是,粒径小时颗粒的比表面积大,颗粒间接触面积大使得内摩擦角大。粒径大时,颗粒表面棱角突出,颗粒间嵌入咬合作用明显使得内摩擦角大。当含水率从0%增加到15%时,内摩擦角从29.07°增大到31.84°; 而含水率从15%增加到20%时,内摩擦角却从31.84°减小到30.75°。主要原因是一定含水率下沙土表现出黏聚性,而高含水率下水的润滑作用使得颗粒间摩擦力减小。内摩擦角与天然坡角都反映沙土摩擦特性,两者相等。     

库岸边坡倾角及水位变化对红土型库岸稳定性影响研究

水库库岸失稳对水库安全运行有重大影响。采用土工试验和干湿循环试验,结合数值计算及理论分析,研究红土型库岸边坡倾角和库水位升降与库岸稳定性的关系。结果表明:(1)在一定初始干密度条件下,红土抗剪强度随水位升降循环次数增加而非线性减小,且在水位升降循环约10次时趋于稳定。(2)在一定水位升降速率、升降幅度和升降循环次数条件下,红土型库岸稳定安全系数随库岸边坡倾角的增加总体上呈减小的趋势,且在边坡倾角为50°左右存在稳定安全系数极小值。(3)在一定水位升降循环次数条件下,水位上升到坡高的60%左右为上升阶段的相对危险区域,且水位上升速率对库岸稳定安全系数影响很小;水位下降至坡高的70%左右为库水位下降阶段的相对危险区域,且水位下降速率越大,库岸稳定安全系数越小。(4)针对一定初始干密度,库岸稳定安全系数先随水位升降循环次数的增加而减小,但在水位升降循环次数约10次后逐渐趋于稳定。库岸岩土体性质及库岸边坡倾角、水位变化都会对库岸稳定产生影响。     

马蔺根系固土护坡效应研究

研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,通过野外调查和材料力学、土力学试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。结果表明,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为(75.22±11.40)cm、(106.09±25.62)cm和(1.51±0.55)株/m²;马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm。马蔺根径为0.20～0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为(7.94±2.91)N,(46.30±11.06)MPa和54.17%±17.08%。随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低趋势,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系。马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,增长率分别为9.48%~17.40%和7.62%。本文研究成果对马蔺用于坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有实际指导意义。     

青藏高原东北部观赏地被植物马蔺根系固土护坡效应研究

为了进一步丰富青藏高原东北部地区植被护坡工程植物选择,推动区内植被护坡工程实用性和观赏性兼顾发展。该项研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,以青海省大通县朔北藏族乡至东峡镇之间区域为研究区,在野外植物分布特征和生长特征调查的基础上,结合单根拉伸试验和重塑根-土复合体三轴压缩试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明：马蔺主要分布在研究区内洪积扇、坡积裙和河漫滩等地貌单元,立地条件包括上述地貌单元内的林下坡地、田间、道旁、湿地、荒地等;通过选取两处试验区开展调查可知,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为75.22±11.40 cm、106.09±25.62 cm和1.51±0.55 株/m2;马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm;马蔺根径为0.20～0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为7.94±2.91 N,46.30± 11.06 MPa和54.17%±17.08%,随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低关系,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系;马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,且对土体黏聚力的增强作用较为显著。该项研究成果对于选用观赏地被植物马蔺进行研究区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有理论研究价值和实际指导意义。     

G318川藏公路段泥石流危险性评价

以野外调查为基础,选取坡度、地表起伏度、岩石抗剪强度指标(内摩擦角与粘聚力)、距断裂距离、地震烈度、岩体风化程度、最大24 h降雨量、年平均气温、土地利用类型等10项指标作为基本判别因子,分析泥石流对影响因子的敏感程度.研究表明,G318川藏公路最有利于泥石流发育的条件为:1.坡度:20°～35°;2.地表起伏度:100 ～300 m;3.岩石抗剪强度指标:内摩擦角＜35°,粘聚力＜25 MPa;4.岩体风化程度:＞0.4;5.距断层距离:0～10km;6.地震烈度:大于Ⅶ度;7.土地利用:荒漠草原、冰川、裸岩砾石、坡草地;8.年平均气温:＜8°与10°～12°;9.最大24 h降雨量:＞40 mm.结合GIS与信息量模型分析G318川藏公路段沿线泥石流危险性,研究结果表明:公路大部分路段处于中度、高度与极高度危险区,三者面积之和占总面积的71.99％,范围较大,主要分布在大渡河、金沙江、澜沧江、怒江、帕隆藏布江等大江大河的深切峡谷区;基本无危险区范围较小,主要位于成都平原和高原面路段,仅占总面积的4.21％.研究成果与实际灾情吻合,可为川藏公路泥石流风险评估及新路选线提供科学依据.     

呼伦贝尔沙质草原表土物理力学性质

通过野外现场调查、载荷试验、轻型圆锥动力触探及室内试验,对呼伦贝尔沙质草原厚度30 cm的表层沙土物理力学性质及承载力、剪切变形特征进行研究。结果表明:表层沙土工程分类为细砂,颗粒级配不良,沿深度有明显分层;干密度1.34～1.51 g·cm^-3,黏聚力12～27.4 kPa,内摩擦角22.5°～24.0°,变形模量8.5 MPa;各指标表明沙土的工程性质上部差于下部;沙土承载力特征值和极限承载力分别为150 kPa和300 kPa,承载力不足导致表层沙土发生冲剪破坏(塑性破坏)和整体剪切破坏(脆性破坏)。     

基于核磁共振技术的结合水含量对重塑黄土抗剪强度影响试验研究

重塑黄土抗剪强度对黄土重大工程的长期稳定与安全有着极其重要的影响,然而,由于传统测试方法的限制,对于结合水与抗剪强度之间关系的认识并不充分。本文基于无损、可靠、精确与便捷的核磁共振技术,针对不同含水率的重塑黄土开展了结合水发育特征与重塑黄土抗剪强度的试验研究。利用结合水与自由水的冰点不同,寻找二者的核磁共振信号界限—T_2截止值,然后获取不同含水量直剪试样的核磁共振驰豫曲线,最后结合快剪试验分析结合水含量与土体抗剪强度的关系。试验结果表明:(1)重塑黄土内结合水含量随含水量的上升而增多,且增长趋势逐渐变缓,结合水所占比例也在不断地下降。(2)当土体内含水量增大时,并不会单独发育某一赋存状态的水,而是在某个含水率区间内主要发育某一种赋存状态的水。(3)重塑黄土中结合水的增加会导致粘聚力的降低,对内摩擦角没有明显影响。重塑黄土试样内结合水主要是通过削弱土体的粘聚力从而降低黄土土体抗剪强度,且土体内结合水含量与粘聚力c值及抗剪强度大小呈线性负相关。本文研究成果可为非饱和黄土边坡与高填方工程的稳定性计算等方面提供技术支持与理论参考。     

黄河源区高寒草地根—土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布关系

植物类型及土壤营养元素含量等因素随植物群落演替而发生规律性变化,并影响植物根-土复合体抗剪强度。本文选择黄河源区高寒草地,开展植物根-土复合体直接剪切试验及土壤营养元素含量测试,分析区内不同植物群落根-土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布之间的关系。结果表明:区内草地沿剖面线方向分布4种植物群落类型,即:高山嵩草-矮嵩草群落、高山嵩草-异针茅-垂穗披碱草群落、青藏苔草+藏嵩草群落和藏嵩草群落;土壤营养元素含量总体表现出由边坡高海拔位置向低海拔位置逐渐增大的变化特征,有机质含量在坡顶相对最小为59.48 g·kg~(-1),在坡底最大可达178.13 g·kg~(-1),增加值为117.65 g·kg~(-1);植物根-土复合体黏聚力c值随边坡海拔降低而逐渐增大,即坡顶位置为21.70 kPa,至一级阶地位置达到最大为34.87 kPa;进一步研究表明,区内根-土复合体抗剪强度与营养元素含量间存在一定程度相关关系,即营养元素含量相对较高位置处其植物根系相对较发达且密集分布,其根-土复合体抗剪强度亦相对较大。研究结果对于科学有效地防治黄河源区高寒草地水土流失、浅层滑坡等现象,具有理论研究价值。     

分析软弱岩石峰后应变软化力学特性

软弱岩石在采矿工程当中给巷道支护与维护带来许多棘手的问题,深入探讨软弱岩石的受力变形与破坏机制和规律,对于确保围岩的稳定与安全拥有非常重要的意义。经过对软弱的泥岩所做的常规的三轴压缩实验,得到了不一样围压下,全应力与应变的关系曲线,以应力状态符合Mohr-Coulomb极限破坏为前提,创建软弱岩石屈服面的模型,用广义的黏聚力c与广义的内摩擦角?这两个状态参数表达。     

安徽郎溪县十字镇第四纪红土理化性质及其古环境意义

第四纪红土广泛分布于中国长江中下游地区,是反映中国南方第四纪古环境的重要载体。基于安徽郎溪县十字镇一处典型黄棕色土-网纹红土剖面的155个样品的粒度分析,并结合磁化率、色度和漫反射光谱数据,再结合前人年代地层学和磁性地层学的研究,将郎溪十字镇剖面与长江中下游地区广泛分布的下蜀黄土进行对比,旨在探索该剖面红土的物源。并且对上部黄棕色土和下部埋藏红土的风化程度进行比较,进而揭示从网纹红土到黄棕色土的转变反映出的古气候古环境变化信息。结果表明:1)样品均不含2 mm的砾石,砂质量分数较少,以"风尘基本粒组"(10~50μm)为优势粒级,其次为黏粒(2μm),粒度组成特征反映了明显的风成特性;粒度频率曲线和粒度参数对比分析表明,网纹红土平均粒径较上覆黄棕色土细,细粉砂(2~10μm)和黏粒(2μm)更加集中,说明网纹红土沉积后经历了更强的风化成土过程;2)磁化率、色度和漫反射光谱数据分析表明,网纹红土较上覆黄棕色土含有更多的赤铁矿和针铁矿。这是因为网纹红土形成于中国南方一个极端湿润期,高温高湿的还原环境导致强磁性的亚铁磁性矿物部分被溶解转化为弱磁性矿物(如赤铁矿和针铁矿);3)郎溪十字镇剖面磁化率值与黏粒(2μm)质量分数具有很好的可比性,呈明显负相关关系,说明郎溪十字镇剖面的磁化率值具有指示风化作用强度的意义。郎溪十字镇剖面从上部黄棕色土到下部网纹红土的各项理化指标都具有非常明显的变化,可能反映了中国南方一次重大的气候转型事件,可以被视为长江中、下游地区对中更新世全球性重大气候变化的响应。     

古尔班通古特沙漠砂的物理力学性质

野外勘察和大量物理力学性质试验结果表明,古尔班通古特沙漠砂的厚度一般小于200m。粒径较均匀,控制粒径(d₆₀)变化范围在0.12~0.25之间,由北至南,从上到下砂粒直径略有减小。在天然状态下,沙漠砂含水量1%~2%,干密度1.55~1.62g·cm^-3,中密状态,低压缩性,渗透系数2.0×10^-2~4.0×10^-3cm·s^-1,临界破坏比降0.9~1.7,破坏形式为流土。抗剪强度指标c=5.0~14.0kPa,φ=29°~34°。承载力特征值100kPa。天然状态的沙漠砂按冻胀率划分为不冻胀性砂,当含水量小于18%时,为不冻胀或弱冻胀性砂。当砂在饱和状态时为冻胀性砂。沙漠砂力学性质的变化主要受干密度和含水量的影响。干密度越大,含水量越小,其力学性质越好。对于沙漠工程,提高沙漠砂的干密度,做好构筑物的防渗排水,避免地基含水量增高,是保证工程设施安全、正常运行的关键。