大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形规律研究

为研究大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形规律,对自重湿陷土层36.5m的场地,进行直径40m的浸水试验。通过试验发现:浸水试验昼夜耗水量的变化规律基本上呈现先大、后缓、再稳定的趋势;场地中的地表沉降观测点的总湿陷量及沉降速率变化规律与深层沉降观测点的总湿陷量及沉降速率规律几近相同;大厚度自重湿陷性黄土场地湿陷变形规律呈现浸水期四个变化阶段和停水期两个变化阶段。     

关中地区黄土的湿陷变形

通过在关中地区五个湿陷性黄土场地上所进行的10个试坑浸水试验和21个浸水载荷试验,本文详细讨论了黄土地基自重湿陷变形和外荷湿陷变形的规律以及有关场地湿陷类型的判别问题.     

关中地区黄土的湿陷变形

根据在关中湿陷性黄土地区５个场地上所进行的１０个试坑浸水试验和１９个浸水载荷试验结果，详细讨论了黄土地基自重湿陷变形和外荷湿陷变形的规律以及有关场地湿陷类型的判别问题。     

黄土场地自重湿陷机理及室内评价初探

本文从复杂应状态下黄土的湿陷变形特征的角度探讨了黄土场地自重湿陷的机理，对新黄土规范中自重湿陷量计算式中β０的物理意义进行了分析，讨论了用复杂应力状态下黄土湿陷变形曲线进行自重湿陷量计算必须考虑的几个问题。     

大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和湿陷性评价试验研究

 为解决大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理深度和湿陷性评价等难题,在湿陷性黄土厚度大于36.5 m的场地进行以下浸水试验：不同深度的挤密桩处理地基深层浸水载荷试验,不同深度的孔内深层强夯处理地基载荷浸水试验,不打注水孔、埋设TDR水分计的原位浸水试验。研究结果表明：(1) 大厚度自重湿陷性黄土地基处理6～12 m、深层浸水时,发生显著地基下沉;15～20 m时,地基沉降较小;处理深度大于20 m时,地基沉降基本可忽略。(2) 浸水试坑22.5～25.0 m以上土体含水率增加较快,甚至达到饱和,以下土体含水率增加缓慢,基本没有发生湿陷。建议22.5～25.0 m作为大厚度自重湿陷性黄土地基处理和湿陷性评价的临界深度。(3) 大厚度自重湿陷性黄土地基在采取有效的综合处理措施之后,甲类建筑可以不全部消除湿陷量,乙、丙类建筑可以根据控制建议适当放宽对剩余湿陷量的要求。(4) 不同地区、不同微结构类型土的湿陷性应当采用不同的湿陷系数 来判定,即“湿陷系数 = 0.015”在自基础底面至基底下15 m的范围内可继续使用;15 m以下适当放宽,按不同深度对 进行修正,可使大厚度自重湿陷性黄土湿陷性评价趋于合理,有效节约大量地基处理费用。     

黄土的结构屈服及湿陷变形的分析

黄土是一种典型的结构性土,其湿陷性是浸水后黄土结构破坏的反应。黄土的结构性可用构度指标定量地描述,它既包含了土的物质组成,还包含了不同沉积年代黄土的结构特征。加载和浸水均可引起黄土结构性衰减,加载结构性衰减可由一定含水率黄土的压缩结构屈服应力和压缩变形曲线表征;浸水结构性衰减可由浸水的压缩结构屈服应力减小和压缩变形曲线的变化表征。针对不同场地、不同沉积年代的Q_3黄土和Q_2黄土,依据不同含水率黄土的压缩曲线,分析了不同黄土构度指标与其压缩结构屈服应力之间的关系,以及黄土压缩变形过程中孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和压缩结构屈服应力比值对数之间的关系。表明不同沉积年代黄土的构度随其反映基本物性的综合物理特征量单调变化,压缩结构屈服应力与构度之间近似呈线性关系,压缩结构屈服前后的孔隙比比值和压缩应力比值对数之间服从近似一致的变化规律。建立了由黄土沉积年代和基本物性指标确定构度,进而确定压缩结构屈服应力;依据孔隙比比值与压缩应力比比值对数的关系,分别描述天然含水率黄土和浸水饱和黄土的压缩曲线;进而,确定饱和自重作用下黄土的自重湿陷系数,计算场地自重湿陷变形的评价方法。该方法应用于西安地区黄土场地自重湿陷评价,得到了与现场浸水试坑试验实测自重湿陷量比较一致的结果,论证了考虑黄土结构性的湿陷性评价方法的合理性和准确性,为建筑黄土地基湿陷变形和大厚度湿陷性黄土地下结构地基湿陷变形评价提供了一种新途径。     

非饱和黄土湿陷过程中有效应力变化规律

以渭北张桥非饱和原状黄土为对象，进行了增湿湿陷试验。由试验测得湿陷体应变与球应力（ε^shv-p)、湿陷体应变与基质吸力[ε^shv-(ua-uw)]曲线和湿陷剪应变与剪应力（ε^shs-q)、湿陷剪应变与基质吸力[ε^shs-(ua-uw)]曲线，确定出有效球应力参数xp和有效剪应力参数xq的湿陷体应变与湿陷有效球应力参数的ε^shv-xp曲线和湿陷剪应变与湿陷有效球应力参数(ε^shs-xq)曲线，进而得到非饱和原状黄土增湿有效应力的变化规律。     

大厚度自重湿陷性黄土场地湿陷变形特征的大型现场浸水试验研究

结合国家重点工程建设项目--宁夏扶贫扬黄灌溉工程11号泵站地基的预浸水处理,在自重湿陷性黄土厚度大于35m的场地上做了面积为110×70m2的浸水试验,试验历时251d,揭示出大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形具有与中小厚度(小于15m)自重湿陷性黄土的湿陷变形不同的3个显著特征:①湿陷量随浸水历时的发展过程包含5个阶段,即初期平缓段、浸水陡降段、中期平缓段、停水后的陡降段和后期平缓段;②湿陷速率在浸水期间呈显“小→大→小→稳定”的变化规律,在停水后则呈显“大→小→稳定”的变化规律;③湿陷量、试坑周边裂缝的宽度和裂缝两侧地面的高差远远大于既往同类研究记录。通过分析,建议把连续5d的平均湿陷量不大于2mm作为大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验的停止注水标准;采用建议的停水标准,缩短了该建设项目的工期、节省了费用。本文的研究成果可供今后类似的地基处理工程及修订黄土规范参考。     

强自重湿陷性黄土湿陷范围浸水试验研究

在兰州市榆中县和平镇38～42m厚自重湿陷性黄土场地上,做直径20m圆形试坑的现场浸水试验,试验持时69d,其中浸水观测62d、停水后观测7d,总用水量4346m3.重点考察了湿陷性黄土的湿陷范围、湿陷速率变化规律及裂缝发展规律.试验结果表明,湿陷性黄土的湿陷有一定范围,15m以下沉降量较小,渗透最大影响深度约为25m...     

隧道穿越非饱和黄土场地浸水试验初探

为了揭示隧道穿越的非饱和黄土场地及隧道地基的湿陷变形特性,在隧道上部进行原位试坑浸水试验,分别在试坑的不同位置、深度布置TDR水分计和沉降标点来实测水分的入渗情况和土体的湿陷变形。研究表明:(1)水在非饱和黄土中渗透时优先向大孔隙通道运移,然后逐步扩大至饱和区,具体表现为前一点尚未饱和,下一点已有水分到达;(2)利用TDR水分计可以实时测量水分在土体空间中的运移扩散情况,也可以估算出水在非饱和黄土中的扩散速率,同时由测量所得体积含水率变化曲线可以判定黄土是否发生湿陷变形;(3)黄土场地中的分层湿陷量、湿陷速率随着土层深度的增加而减小,湿陷性黄土的浅层处比深层处具有更大的敏感性和危害性;(4)该试验场地处约15 m以上土层性质比较接近,土体密实度相对较小,水分入渗较快,易于产生湿陷变形,而15 m以下土体较密实,工程性质相对稳定。     

非饱和原状黄土湿陷变形及孔隙压力特性

 通过用改装的应力2应变控制式三轴仪, 对等应力比条件下的非饱和原状黄土进行了“分级浸水”, 同时测试了试样在初始、加压固结和浸水湿陷几个状态下孔隙气压力和孔隙水压力的变化过程。初步分析了非饱和原状黄土湿陷变形特性以及湿陷过程中的孔隙水压力、孔隙气压力以及基质吸力的演化规律。     

非饱和土体在开挖扰动和降雨入渗影响下的稳定性理论与应用

结合国家自然科学基金重点项目<受施工扰动影响的土体环境稳定理论与控制方法>,以基坑工程作为研究的工程背景,系统地研究了开挖扰动和降雨入渗对非饱和土工程性质和工程稳定性影响.将开挖扰动对土体的影响用应力路径的变化来反映,通过模拟应力路径变化的三轴试验,研究了开挖扰动对土的工程性质的影响,为了提示土样受开挖扰动后工程性质发生变异的原因,在电镜下观察了开挖扰动土样的微观结构,结合具体的基坑工程研究了开挖扰动对土体工程稳定性的影响.主要研究结论是1.开挖扰动对土体的强度参数有明显的影响,但对内磨擦角φ值的影响更为明显.2.电镜观察结论表明(1)原状土一般为架空结构或骨架结构,结构疏松,颗粒之间呈点结触或者接触程度较差,粘土矿物胶结,整个界面比较平稳,无明显折段或错动痕迹.(2)开挖扰动后土体的原始结构受到损伤,颗粒之间的胶结物(粘土矿物)发生不同程度的破裂、断开或错动,局部胶结差的地方,原来胶结在一起的颗粒被撕裂断开.(3)微观结构的损伤是导致土体强度降低的内因,造成这种损伤的关键因素就是基坑开挖后边坡土体内应力场的变化,电镜照片有助于从微观角度揭示受开挖扰动影响的土体强度降低的本质.3.针对具体工程的计算结果表明开挖扰动对边坡稳定性的影响幅度大约在10%左右,当边坡安全储备比较大时,开挖扰动的影响尚不至于造成边坡失稳,但是在边坡安全储备不大且在降雨等其他不利因素的共同作用下,开挖扰动的影响就不能忽略.依据非饱和土的强度理论和常规的边坡稳定性分析方法,建立了分析非饱和土边坡稳定性的计算模型和计算程序。非饱和土基质吸力与土体含水量有着密切的关系,降雨入渗是导致土体含水量发生变化的一个主要因素。现有的非饱和土工程设计理论主要沿用饱和土的理论,基本不考虑含水量的变化对工程稳定性的影响。论文运用非饱和土壤水分运动的基本理论,结合北京地区的降雨特征和地下水位特点,以含水量作为控制变量建立了降雨入渗的一维数学模型,在计算模型中通过变换上边界条件,考虑了降雨过程中土壤入渗能力的变化,采用有限差分法编制了计算程序,可以求解给定降雨条件的边坡土体瞬态含水量的数值解,根据试验确定的土-水特征曲线,计算了降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响,系统地讨论了降雨强度、持续时间、土壤初始含水量和土的渗透系数等参数与边坡稳定性的关系。     

非饱和填土(黄土)的湿化变形研究

 为探讨非饱和路堤填土湿化变形规律,应用非饱和土三轴仪,对干密度为1.7和1.8 g/cm3的重塑黄土进行24组剪切试验,控制净室压力为50,100和200 kPa,控制吸力为0,50,100和200 kPa。采用2种简化的模型和双线法分析湿化变形,给出应用线性简化模型和双曲线模型计算湿化变形的公式,并确定公式中的参数取值。通过分析2种模型计算的湿化变形发现,干密度对湿化变形影响很大,因此提高路基压实度可以有效地控制湿化变形。     

软土卸荷时效性及其孔隙水压力变化试验研究

 采用英国GDS公司生产的STDTTS+UNSAT(7 kN/1 700 kPa)型号三轴测试系统,对上海淤泥质软土进行一系列室内试验研究,系统地探讨基坑不同区域的卸荷时效性特性及其孔压变化规律。试验结果表明,软土卸荷后蠕变可出现3个阶段：衰减蠕变、等速蠕变、加速蠕变。当应力水平较低时,蠕变曲线只出现蠕变的第1阶段;当卸荷应力水平增大到一定值时,蠕变曲线出现第1,2阶段;当应力水平较高时,变形急剧增加,土样很快就出现破坏。但不会出现从蠕变的第2阶段(等速蠕变阶段)直接过渡到蠕变第3阶段(加速蠕变阶段)的情况。孔压系数随时间而变化,并不是常数。卸荷时基坑不同区域孔压均减小,然后在不排水蠕变阶段逐渐增加到最大值,此时基坑安全系数达到最小。     

湿陷性黄土高贴坡变形模式和稳定性分析

采用原状黄土与重塑黄土联合制作模型,针对湿陷性黄土高贴坡在天然含水量及饱和状态时的稳定性和变形模式开展离心试验研究。结果表明：湿陷性黄土高贴坡在天然含水量状态下稳定性较好,贴坡体固结变形是高贴坡变形的主导因素,高贴坡工后变形量及变形速率前期较大,后期较小,且贴坡体厚度越大,工后沉降也越大,变形稳定所需的时间也越长,贴坡体厚度与工后沉降量呈现线性关系;当土体饱和时,贴坡体固结及黄土湿陷共同导致高贴坡沉降变形,若沉降变形过大,坡体可能沿水分浸入时形成的软弱带开裂破坏;湿陷性黄土层的强度决定湿陷性黄土高贴坡的稳定性,坡体破坏时滑裂面将通过湿陷性土层,其位置取决于湿陷性黄土层与其相邻土层的强度差异。当强度差异较大以致湿陷性黄土层与相邻土层的接触面形成软弱夹层时,则接触面必为滑裂面的一部分,且强度相对较小的接触面首先破坏,滑裂面上部土层表现出比较典型的平移滑动模式;反之,滑裂面近似圆弧,且与接触面之间存在一定厚度的过渡层。     

循环孔隙水压力作用下砂岩变形损伤的能量演化规律

 从能量的角度出发,分析砂岩在循环孔隙水压力作用下的变形损伤过程,并探讨在这一变形损伤过程中的能量吸收与释放的演化规律,结果表明：单个循环过程中岩石的滞回曲线分为4个阶段,同时单个循环过程中能量吸收与释放也分为4个阶段。在加载段,单位体积吸收能和单位体积释放能均随着循环次数的增加而减小且逐渐趋向于稳定,孔隙水压力循环下限值越大,单位体积吸收能和单位体积释放能均越大;能量吸收与释放分界点对应的轴向有效应力随着循环次数的增大而增大。在卸载段,单位体积释放能随着循环次数的增大而减小,而单位体积吸收能随着循环次数的增加而增大且孔隙水压力循环下限值越大,单位体积吸收能越小;能量吸收和释放分界点对应的轴向有效应力随着循环次数变化有逐渐下降的趋势。单位体积塑性能随着循环次数的增加而逐渐减小,即随着循环次数的增加,岩石在单个循环孔隙水压力后的损伤变形逐渐减小;在循环初期阶段,孔隙水压力循环上限值相同的情况下,下限值越大,单位体积塑性能越小。     

循环荷载作用下黄土边坡变形研究

 通过室内不排水动三轴试验,研究列车循环荷载长期作用下,Q3黄土的动强度以及动应力–动应变关系。结果表明,Q3黄土动应变随动应力及振动次数的增加而增大,动弹性模量随动应变增大逐渐减小,动强度随循环次数的增加而降低。在此基础上,建立黄土边坡的动力分析模型,分析机车振动荷载作用下边坡的变形规律。结果表明,边坡位移随时间的增大而增大,下边坡的变形量要远远大于上边坡的变形量,边坡位移表现为一个非稳定的变形过程;由于机车荷载的作用,黄土的动强度下降,从而造成边坡的稳定性降低,相对于上边坡而言,下边坡更易失稳。     

孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究

利用MTS815岩石力学测试系统进行两类三轴压缩对比试验:一类是非充水条件下不同围压时的三轴压缩试验;一类是充水条件且围压保持恒定时不同孔隙水压力作用下的三轴压缩试验。基于莫尔-库仑准则,分析非充水条件下,不同围压σ3作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、剪切强度τ和正应力σ等参数的影响;充水条件下,围压σ3恒定时不同孔隙水压力P作用对细砂岩的峰值破坏强度σ1max及其对应的轴向应变ε1max、有效峰值破坏强度σ1′max、有效围压3σ′、有效剪切强度τ′和有效正应力σ′等参数的影响。研究结果表明:(1)充水条件下,随着有效围压σ3′的增加,有效峰值破坏强度σ1′max呈增大的趋势,但在相同围压条件下随孔隙水压力P的增加有效峰值破坏强度σ1′max呈逐渐减小的趋势;(2)非充水条件下的τ-σ曲线和充水条件下的τ′-σ′曲线既可采用一元二次方程拟合,也可采用线性方程拟合,其相应强度曲线均能较好地符合莫尔-库仑准则;(3)有效剪切强度折减系数K可以较好地表征孔隙水压力P对有效剪切强度τ′的影响。     

动力排水固结法处理软土地基孔压和变形问题研究

通过动力排水固结法处理饱和软粘土地基现场试验测试数据。寻求动荷载作用下饱和软粘土的孔压和变形的发展规律。发现同一深度土体超静孔隙水压力的消散与变形具有一致性关系。对动力排水固结法加固淤泥类软土地基的作用机理研究和工程实践具有指导意义。