冻融循环条件下高含水率黄土构度指标研究

针对季节性冻土地区黄土结构性的特点,依据综合结构势、构度指标的思想,提出"冻融构度指标",进而通过浸水、冻融循环和加载作用释放黄土的结构性来分析冻融循环过程中结构性的演化规律。以山西阳曲地区高含水率黄土为研究对象,进行不同含水率、不同冻融循环次数的无侧限抗压强度试验和侧限压缩试验,分析冻融循环过程中浸水作用和冻融作用对无侧限抗压强度峰值的影响规律;采用冻融构度指标反映冻融循环条件下该地区黄土压缩性与结构性的关系。研究结果表明:在不同冻融循环次数下,冻融构度指标越大,土的结构性就越强,受冻融和浸水作用的破坏潜势就越大,反之则减小;冻融构度指标能够连续且有规律地反映出该地区黄土的压缩性在不同冻融循环次数和含水率下的演化规律。     

不同冻结温度条件下膨胀土冻融循环试验

为了研究冻融循环次数与冻结温度对膨胀土物理力学性质的影响规律,以南阳中膨胀土为试验对象,在不同冻融循环次数和冻结温度条件下对膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验结果表明:膨胀土试样在冻融循环过程中体积变化表现为"冻缩融胀",随着冻融循环次数的增多,试样的冻缩量和融胀量渐趋稳定,不同的冻结温度会改变试样的残余孔隙比。冻融循环作用对膨胀土的力学性质有着显著的影响,其第一次最为强烈,在冻融循环过程中,膨胀土试样的应力应变曲线形态显得越来越"瘦小",破坏应变、无侧限抗压强度和弹性模量等参数均逐渐减小,当冻结温度为-10℃时,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响最大。     

基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域,易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象,对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现,含水率对膨胀土力学性质影响较大,含水率越高,强度与弹性模量衰减量越大;冻结温度对试样体积有较大影响,尤其是-10 ℃。根据显著性分析理论,研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素间交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明,含水率对膨胀土力学性质影响最明显,含水率和冻结温度间的交互作用对强度影响较为显著;冻结温度对膨胀土体积变化影响最大,含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时,不仅要考虑单一因素的影响,还应综合考虑各种因素交互作用的影响。     

冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究

为探究季冻区恶劣气候对不同含水率下渠基膨胀土的胀缩变形和物理力学性质的影响,以北疆阿勒泰地区膨胀土为研究对象,室内模拟了北疆地区实际气候条件的冻融循环试验。基于此,对含水率为12%、16%和20%的膨胀土进行体积变形试验、无侧限抗压强度试验和SEM电镜扫描试验,着重分析了冻融循环作用对膨胀土体积变形和力学特性的影响规律。结果表明:冻融循环过程中,随含水率的增加,试样的体积变形由冻缩融胀向冻胀融缩转变。应力-应变曲线特性与冻融循环次数和含水率都有较大的关系。试样的无侧限抗压强度随着含水率和冻融循环次数的增加而降低,其中以第1次冻融循环最为明显,3次后趋于稳定。函数拟合发现,试样的无侧限抗压强度与冻融循环次数呈明显的自然指数关系。含水率越大,冻融循环作用对土体微观结构的影响越大;土体的孔隙度随冻融循环次数的增加逐渐增大,第1次冻融循环作用最为明显,宏观上表现为冻融循环作用对土体力学性质的劣化影响。     

冻融循环下废旧轮胎颗粒改性膨胀土无侧限抗压强度试验

为了研究膨胀土的无侧限抗压强度与橡胶颗粒含量、冻融循环次数之间的关系,在控制含水率一定的条件下,对经历冻融循环的废旧轮胎颗粒改性膨胀土试样进行无侧限抗压强度试验。试验结果表明在膨胀土中加入橡胶颗粒可在一定程度上提高膨胀土的无侧限抗压强度,并能降低其刚性;在同一冻融循环次数下,改性膨胀土的无侧限抗压强度随着橡胶颗粒含量的增大呈现先增大后减小的趋势,当橡胶颗粒含量为3%时,橡胶颗粒改性膨胀土的无侧限抗压强度最大;在同一橡胶颗粒含量下,改性膨胀土的无侧限抗压强度以及单次冻融循环对试样强度削弱作用均随冻融循环次数的增加而减小;当含水率为20%时,冻融循环条件下,改性膨胀土试样的尺寸变化率随橡胶颗粒含量的增大总体呈增大趋势;橡胶颗粒含量较低情况下(≤7%),膨胀土尺寸变化规律为“冻缩融胀”;橡胶颗粒含量较高情况下(9%),膨胀土尺寸变化规律为“冻胀融缩”。     

延安新区黄土结构性参数对无侧限抗压强度的影响规律

为研究高填方黄土的结构性在无侧限压缩状态下对其强度与变形特性的影响,以延安新区某高填方场地黄土为研究对象,开展不同试验条件下原状黄土与重塑黄土无侧限抗压强度试验,研究含水率与压实度对黄土结构性的变化规律及其力学特性的影响,并构建原状黄土和重塑黄土的初始结构参数与抗压强度关系的数学模型。结果表明：随着土样含水率的增大或压实度的减小,土体的应力-应变关系曲线由“陡峭”向“平缓”特征过渡,应力峰值减小且后移,结构性参数-应变关系曲线的峰值减小且前移;塑性指标可以作为影响初始结构性参数变化的临界值指标,含水率小于塑限值时,小应变会导致黄土结构性增强,反之则减弱;随着含水率的增大,初始结构性参数呈非线性减小,抗压强度呈线性减小;原状黄土结构性参数-应变关系曲线比相应的重塑黄土曲线分布“陡峭”, 含水率增大对原状黄土初始结构性的削弱程度明显大于重塑黄土;初始结构性参数与抗压强度具有非线性关系,可较为精确地表征出原状黄土和重塑黄土基于抗压强度、饱和黄土抗压强度及初始结构性参数的双曲线函数模型。     

新疆古尔班通古特沙漠土力学性质研究

通过对沙漠土物理性能、固结试验、剪切试验、冻融循环后无侧限抗压强度试验分析,对新疆古尔班通古特沙漠土力学性质进行了研究,得到了沙漠土的物理力学参数.研究结果表明:冻融循环7次对沙漠土的破坏较明显,其强度值只有初始强度的87％,12次冻融循环后只有初始强度的65％,在含水率不变的情况下,干密度越大的沙漠土,相同的冻融次数...     

木质素改良上海黏土无侧限抗压强度试验研究

为改善上海地区黏土颗粒含水率高、强度低的力学特性,采用木质素加固黏土的方法,通过无侧限抗压强度试验和ＳＥＭ试验,研究了不同木质素掺量、养护温度和养护龄期对木质素固化黏土无侧限抗压强度的影响。试验结果表明:木质素磺酸钠能够增强上海黏土的无侧限抗压强度;随木质素掺量的增大,黏土无侧限抗压强度先增大后减小,存在最优掺量值。不同养护温度下最优掺量不同,养护温度为25℃、－15℃、101℃时试样木质素最优掺量分别为8％、2％、8％。养护温度对黏土试样无侧限抗压强度影响显著。木质素掺量一定时,在一定范围内黏土无侧限抗压强度均随着养护龄期增长而增大,然而101℃养护温度下由于水蒸气逸出和裂隙通道不断发展,14ｄ后黏土无侧限抗压强度开始下降。ＳＥＭ试验分析表明,木质素能够加固上海黏土,一方面因为木质素水溶液与土体反应生成的胶黏性物质将土颗粒联结成整体;同时填充了孔隙,改善了土体级配,使土体更加密实。     

冻融循环对玄武岩纤维水泥土力学性能的影响试验

对素水泥土及玄武岩纤维水泥土进行了冻融循环作用前后的无侧限抗压、劈裂抗拉试验,探讨并对比了冻融循环次数、养护龄期、水灰比、纤维掺量等因素对两种水泥土力学性能的影响规律。结果表明:掺入玄武岩纤维后水泥土的冻融强度损失率降低;水泥土的冻融强度损失率随水灰比的增大而增大,随龄期的增大而减小;冻融后水泥土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度与其受到的冻融循环次数之间的关系可用双曲线拟合;水泥土的劈裂抗拉强度与无侧限抗压强度的比值在14%～17%之间。     

冻融循环对新型高分子材料SH固化黄土力学特性的影响试验研究

西北和华北地区广泛分布的黄土受到季节性冻融循环的破坏,导致黄土构筑物强度逐渐降低,引发各种不良问题。采用新型高分子固化剂(SH)对黄土进行固化,开展室内冻融循环对固化黄土抗压、抗剪强度影响的试验研究。结果表明:加入固化剂SH可以显著提高黄土的抗压强度,SH掺量越高,黄土抗压强度提升越大,经冻融循环后强度损失率越小,质量损失率越低,试样完整性越好;固化黄土的抗剪强度随冻融循环次数增加而减少,冻融循环对黏聚力影响明显;固化黄土经历3~4次冻融循环后黏聚力与内摩擦角下降最大,5次后下降幅度减小并渐趋于稳定。试验结果为固化剂SH在黄土冻融区的推广及应用提供参考,并为黄土冻融区治理提供一些理论依据。     

玄武岩纤维加筋黄土力学参数优化试验研究

为了研究玄武岩纤维加筋黄土的力学性能,通过正交试验设计进行无侧限抗压强度试验,并采用极差分析和方差分析相结合的方法对试验结果进行分析,研究了含水率、纤维掺量、压实度等3个主要因素对玄武岩纤维加筋黄土无侧限抗压强度影响的主次顺序。随后还基于分析结果进行固结不排水三轴压缩试验,进一步研究了纤维掺量对玄武岩纤维加筋黄土抗剪强度指标的影响规律。研究结果表明:影响玄武岩纤维加筋黄土抗压强度的主次因素顺序依次为纤维掺量、含水率、压实度;方差分析得到的最优水平组合为纤维掺量0.4%、含水率11%、压实度0.95;玄武岩纤维的掺入能够有效提高抗剪强度,凝聚力随掺量的增加先增后减,而内摩擦角波动区间较小;玄武岩纤维加筋黄土的应力-应变关系总体能够较好地符合双曲线模型,其拟合结果b值随围压增大而减小,随纤维掺量增加而先增后减,且纤维掺量存在0～0.2%这一临界区间。     

冻融循环条件下水泥土损伤劣化特征研究

水泥土材料目前在寒区工程建设中被广泛应用,寒区气候温度交替变化,对水泥土各方面性能影响较大,因此,研究冻融循环条件下水泥土的损伤劣化特征对于寒区工程建设和工程设计具有重要的参考价值。将取自新疆某边坡的原状土与普通水泥配制成水泥土,在冻结温度为-20 ℃、融解温度为20 ℃条件下分别进行0,3,9,15次冻融循环试验,不同循环次数后对水泥土试样进行单轴抗压强度试验和质量变化测定。在此基础上,采用扫描电镜分析水泥土的微观结构变化,探讨冻融循环条件下水泥土的损伤劣化机制。结果表明,水泥土的抗压强度和剩余质量随着冻融循环次数的增加而降低,水泥土抗压强度随冻融循环次数的变化规律可用关系式R_c=-0.11n+3.29表达。     

冻融循环对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度影响研究

研究了风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度与风化砂掺量、冻融循环次数之间的定性和定量关系。在膨胀土中分别掺入0,10%,20%,30%,40%,50%的风化砂,在经过0,1,3,6,9,12次冻融循环后,在万能试验机上进行无侧限抗压强度测试。试验结果表明在同一冻融循环次数下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随掺砂比例的增大总体呈现先增大后减小的趋势,当掺砂比例为10%时,风化砂改良膨胀土试样的无侧限抗压强度最大;在同一掺砂比例下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的增大而减小,其降低的幅度随冻融循环次数的增大也呈减小的趋势;对试验数据进行回归分析,建立无侧限抗压强度与冻融循环次数之间的数学模型,二者之间表现出良好的自然对数关系,且无侧限抗压强度与冻融循环次数的自然对数呈线性负相关关系。     

波形纤维对砂质黏性紫色土力学性能的影响

加筋土目前已被广泛运用在加固软土地基、边坡、挡土墙等工程中,其中纤维加筋土作为一种新型复合材料,因其具备相对均质的、近似各向同性的性质而备受关注。为研究波形聚丙烯纤维对砂质黏性紫色土力学性能的影响,通过控制纤维含量（0.2%,0.3%,0.4%）、长度（20,30,40 mm）两个因素进行无侧限压缩和三轴压缩试验。结果表明：随着波形纤维含量的增加,加筋土无侧限抗压强度呈现先增大后减小的趋势,在纤维掺量为0.3%时,无侧限抗压强度和残余强度均达到最大值;纤维长度对加筋土无侧限抗压强度也有影响,纤维长度大于20 mm时,会提高无侧限抗压强度,但同时也会削弱破坏韧性;随着纤维含量和长度的增加,试样的凝聚力升高、内摩擦角降低。     

有机磷农药污染黄土的强度及微观特性研究

为研究农药污染土的力学特性,开展了有机磷农药（草甘膦、草铵膦）不同含量、压实度、含水率、养护龄期条件下黄土的无侧限抗压强度试验,并对试样进行了微观结构分析。结果表明：污染黄土无侧限抗压强度随农药含量的增加而减小,草甘膦与草铵膦两种农药影响效果相似。污染黄土无侧限抗压强度随压实度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小且逐渐趋于平缓。通过微观结构分析发现,农药侵入土体并未改变土中的矿物成分,而是吸附于土中的黏粒矿物上,与矿物层间离子发生反应,从而降低了层间的支撑作用,使得土体颗粒更为破碎,土中大孔隙增多、颗粒排列更加分散导致了土体强度的降低。     

含水率对麦秸秆加筋土强度影响的试验研究

通过直剪与无侧限抗压强度试验,研究了含水率对麦秸秆加筋土抗剪强度指标与无侧限抗压强度的影响。研究结果表明:一定的含水量是麦秸秆发挥加筋性能的必要条件。随着含水率的增加,麦秸秆加筋土的粘聚力呈现先增大后减小的趋势,以最佳含水率时粘聚力最大;然而,加筋土的内摩擦角却随含水率的增加而逐渐减小。在合适的含水率条件下,麦秸秆加筋土的最佳质量加筋率在0.1%至0.3%间。     

洞庭湖区掺粉煤灰水泥土性能试验研究

采用粉煤灰代替部分水泥作为胶凝材料的水泥土桩法,近年来逐渐在软弱地基的加固处理中得到应用。针对洞庭湖区湖泊相淤泥质软弱地基加固处理问题,结合该区域某分洪闸地基处理工程,在室内开展了不同粉煤灰掺量的水泥土试件的无侧限抗压强度、含水率以及中心部位土样溶液pH值的测定试验,然后探讨建立了不同粉煤灰掺量的水泥土无侧限抗压强度的组合指数式模型。研究结果表明:水泥土试件无侧限抗压强度在60 d龄期前随着粉煤灰掺量的增加而降低,但在90 d龄期时,不同粉煤灰掺量的4组试件强度值较为接近;水泥土试件含水率在28 d龄期之后随着粉煤灰掺量的增加而增加;水泥土试件中心部位土样溶液的pH值始终随着粉煤灰掺量的增加而降低;采用组合指数式强度模型能较好地描述粉煤灰掺量和龄期对水泥土无侧限抗压强度增长规律的影响;通过对不同粉煤灰掺量水泥土桩方案进行比选,建议洞庭湖区水泥土中粉煤灰掺量应在20%左右为宜。     

冻融循环下云母石英片岩三轴力学特性与强度预测模型

为探究云母石英片岩物理力学特性受冻融循环作用的影响,对饱水云母石英片岩开展了0、25、50、75、100次冻融循环试验,并对试样分别进行了4级围压下的常规三轴压缩试验,研究了其动弹性参数、三轴压缩破坏形式及三轴抗压强度的变化规律,取得如下成果:①随着冻融循环次数的增加,三轴抗压强度、动弹性模量、动剪切模量及动体积模量呈指数衰减,黏聚力及内摩擦角则呈线性衰减趋势;②随着冻融循环的进行,围压对试样强度的增大作用逐渐削弱,冻融循环对试样强度的劣化作用逐渐凸显;③冻融作用使云母石英片岩三轴压缩破坏形态由张拉破坏逐步演化为顺片理剪切破坏;④基于Jaeger破坏准则建立了一种以冻融循环次数、片理面倾角及围压为控制参数的斜交片理云母石英片岩三轴抗压强度预测模型,预测结果与实测数据具有较好的一致性。研究成果可为研究云母石英片岩冻融损伤劣化规律提供参考。