石膏质岩水化特性及矿物含量确定方法研究

硬石膏和石膏的膨胀性和腐蚀性是石膏质岩隧道工程主要致害因素,查明矿物成分、水化特性、硬石膏和石膏含量是评价石膏质岩工程危害的基础,但目前尚缺乏快速简便的石膏质含量确定方法。通过测定硬石膏岩水化过程中的波速及水化深度,分析了石膏质岩的水化特性;通过对硬石膏、石膏、方解石、白云石不同配比混合物的热重分析,提出了快速测定石膏质岩矿物含量的热重分析法。结果表明：（1）石膏质岩矿物成分的鉴别建议采用热分析、X射线衍射、红外光谱等方法相互印证;（2）硬石膏岩水化缓慢,标准尺寸试件的硬石膏岩完全水化为石膏岩约需2 a;（3）完整硬石膏岩在纯净水环境下水化速率约3 mm/a,若地下水环境富含${\rm{SO}}_4^{2-}$,硬石膏岩水化速率将增加。文章建立的石膏质岩矿物含量确定方法可以快速确定硬石膏和石膏的质量分数,研究成果可为分析石膏质岩的工程危害提供参考。     

膨胀土膨胀特性的变化规律研究

研究了击实膨胀土的膨胀压力p与50 kPa下的膨胀率 随干密度、饱和度及含水量的变化规律。结果表明：p和 与干密度 、含水量 、饱和度 的关系及p- 间的关系皆可用幂指数函数描述;在不同条件下, , , 中的某一个或两个因素可更好地描述p和 的变化规律,一般在高含水量范围含水量因素与干密度因素等价;在低含水量范围含水量因素与饱和度因素等价;含水量一定时干密度因素与饱和度因素等价;存在一临界干密度,干密度大于临介干密度时,膨胀力随饱和度的增加而减小,反之则增加。     

弱膨胀土的膨胀特性试验研究

目前测量土体膨胀力的主要方法有膨胀反压法、加压膨胀法、平衡加压法和恒体积法。基于测量膨胀力的恒体积法,利用TST-55型渗透仪、高精度压力传感器和数采系统改进了测量土体膨胀力的装置,并研究了膨胀土的膨胀特性。试验结果表明,土样初始含水率和干密度对土体的极限膨胀力都有显著的影响,并建立了极限膨胀力与两者之间的关系式;较低初始含水率时,不同干密度的土样在膨胀力达到峰值之后,都有不同幅度的降低,随着干密度的增大而降低的越多,并且发现极限膨胀力降低值与干密度之间在双对数坐标轴上存在线性关系;而在较高初始含水率时,不同干密度的土样在膨胀力达到峰值之后,会保持平稳趋势。极限膨胀力的对数与初始含水率之间具有很好的线性关系,土样吸水量的对数与初始含水率以及干密度均有着很好的线性关系。     

可膨胀波纹管水力膨胀力学特性研究

可膨胀波纹管技术主要用于解决复杂深孔井下事故频发、套管层次受限等技术难题。管串水力膨胀是该技术应用的关键环节,为了研究可膨胀波纹管水力膨胀中的力学特性,提高井下事故处理的成功率,本文采用有限元数值模拟与室内试验相结合的方式共同研究波纹管的水力膨胀过程。通过多次波纹管水力膨胀室内试验,对比有限元理论分析结果,得出二者对于波纹管水力膨胀力学特性曲线基本一致。可膨胀波纹管的弹性形变压力为0～2.5 MPa,管串压力处于3～9 MPa时截面关键点位移速率较大,可膨胀波纹管的水力膨胀压力为14 MPa,膨胀后波纹管截面尺寸外径最大均值Xmax 为136.98 mm,外径最小均值Xmin为104.58 mm,达到了波纹管机械膨胀对截面尺寸的要求,为波纹管野外试验及产业化应用提供了重要的理论依据与技术支撑。     

生石灰膨胀特性的试验研究

用生石灰处理软弱地基是工程中最常用的手段,生石灰膨胀量的计算是核心问题。为了研究生石灰的膨胀特性,以生石灰和生石灰与水泥的混合料为试样,考虑了磨细度、配合比及约束力等影响因素,进行室内试验,得到了生石灰的膨胀规律,即不论其他影响因素如何变化,生石灰体积膨胀系数 与约束力 总有如下数学关系： ,此关系由试验得出。用于地基处理时,膨胀系数 取决于地基土侧压力系数 、重度 以及深度 ,其关系为： ,该公式可为与生石灰有关的地基处理问题提供更可靠和准确的计算依据。     

膨胀土的强度特性研究

研究了膨胀土的强度指标c,?与含水量?、干密度 及饱和度sr的关系,以及强度与膨胀压力p之间的关系,结果表明：c,tan?和 ,sr,?的关系与膨胀压力p和 ,sr,?的关系相似;任何状态的膨胀土的强度,皆可表示为饱和状态的强度和吸力引起的,并可用不同状态土的膨胀压力表示的附加强度两部份。     

石膏角砾岩蠕变特性试验研究

对石膏角砾岩进行了单轴、三轴蠕变试验,获得了不同围压下的蠕变曲线.对其蠕变特性进行了综合分析,结果表明,其蠕变具有非线性及加速蠕变特性,而且不同围压对蠕变的影响很大.根据试验结果,按遗传蠕变理论建立了石膏角砾岩的非线性蠕变方程,该方程能描述石膏角砾岩的非线性及加速蠕变特性,通过回归分析,确定了蠕变参数数值.     

湖北省襄荆高速公路与汉十高速公路膨胀土膨胀特性的对比研究

膨胀土的膨胀性是襄荆高速公路与汉十高速公路面临的重要工程地质问题, 通过X射线衍射分析和颗粒分析试验, 发现襄荆高速公路膨胀土体的蒙脱石和伊利石质量分数相对较高, 而石英、长石和绿泥石质量分数较低.两条高速公路的膨胀性为弱至中等, 但是粘土矿物质量分数的差异导致了襄荆高速公路比汉十高速公路膨胀土体的膨胀性要高; 汉十高速公路膨胀土在50 kPa压力下饱水后的压缩沉降量基本上大于其膨胀量.      

膨胀土裂隙的工程特性研究

裂隙是膨胀土的重要特征之一,长期以来,人们常常把分布于膨胀土大气影响深度范围内受干湿循环影响而产生的干缩裂隙与膨胀土地层中特有的原生裂隙混为一谈。在对膨胀土边坡失稳机制的研究中,也忽视了原生裂隙对边坡稳定的重要影响。为研究南水北调中线工程膨胀土地段渠道破坏机制,在河南省南阳市郊建设了一条长为2.05 km试验渠道,通过渠道开挖期间的地质勘察、现场观测和取样试验,以及对现场滑坡体的取样分析,研究了膨胀土裂隙及周边土体的物质成分、密度、含水率和强度特性,结合现场观测资料分析了裂隙与渠道滑坡的关系。研究表明,膨胀土地层中的原生裂隙有两种类型：光滑蜡状裂隙和有一定厚度充填黏土的裂隙。裂隙面上的物质成分与两侧土略有不同,且天然密度低、含水率高,强度远低于相邻土体的强度,一旦地层与边坡倾向一致,将产生沿裂隙面的滑动。     

膨胀土收缩开裂特性研究

在干燥环境中,由于蒸发失水,膨胀土发生收缩,表面容易产生纵横交错的裂隙网络(龟裂)。龟裂的产生会极大弱化土体的工程性质,并导致各种工程问题。随着极端干旱气候的频发,膨胀土龟裂问题将会越来越多,越来越显著。开展龟裂研究对揭示龟裂现象的本质规律和指导膨胀土地区的工程实践有重要意义。龟裂的形成和发展是一个动态的过程,与土中水分的蒸发速率、应力状态、收缩特性等直接相关:龟裂形成时水分蒸发处于常速率阶段; 吸力和抗拉强度是制约龟裂形成的两个关键力学参数,当土体中的吸力引起的张拉应力超过土体的抗拉强度时,龟裂便会产生; 龟裂是孔隙发生收缩的直观表现。总体上,力的作用和收缩空间是土体龟裂形成的两个必要条件。此外,膨胀土龟裂具有非常复杂的发生发展过程,受土质学、土力学、土结构、试验条件和方法等许多因素的影响。龟裂定量分析是龟裂研究的重要内容之一,能为龟裂机理研究及相关理论模型的建立提供必要参数。计算机图形处理技术具有效率高、操作性强、精度高等优点,为龟裂定量分析提供了强有力的工具。目前关于土体龟裂研究还存在许多不足之处,在今后的工作中,应该重视龟裂形成和发展过程的动态特征,围绕与土体龟裂相关的水-土作用关系、力学机制、收缩变形机制、大尺度现场试验和三维观测分析技术等方面开展更多的针对性研究,综合考虑龟裂形成过程中的土质学、土力学和土结构因素,结合宏观现象与微观分析,建立土体龟裂的理论体系。     

干湿循环条件下膨胀土膨胀特性试验研究

通过对北疆膨胀土开展干湿循环条件下无荷膨胀率、有荷膨胀率及微观扫描试验,探讨膨胀土吸水膨胀的特性及微观机理。试验结果表明：（1）在无荷膨胀率试验中,随着时间的增加,无荷膨胀率逐渐增加,在试验后期逐渐趋于稳定;随着干湿循环次数的增加,无荷膨胀率逐渐减小,第5次循环后趋于稳定值;（2）在有荷膨胀率试验中,随着时间的增加,有荷膨胀率逐渐增加且试验后期趋于稳定,上覆荷载越大,膨胀土试样有荷膨胀率越小;随着干湿循环次数的增加,有荷膨胀率逐渐减小,有荷膨胀率随循环次数及上覆荷载的增大而减小;（3）电镜扫描结果显示,无循环膨胀土试样结构较为牢固,经过干湿循环作用,膨胀土试样微观结构发生明显变化,土体微观结构逐渐破碎,颗粒面积减少,出现较多微小孔隙,导致膨胀率随循环次数的增加而逐渐减小。研究成果可为北疆膨胀土稳定性评价提供理论基础。     

膨胀土的矿物组成与膨胀特性关系的试验研究

介绍了用χ射线衍射法、热分析和次甲基兰－氯化亚锡定量蒙脱石等方法，对采自我国十省的膨胀土进行了矿物组成特性方面的试验研究。并讨论了它们与膨胀土的膨胀势等的关系     

多级荷载下弱膨胀土的膨胀变形特性试验研究

为研究压实弱膨胀土的膨胀变形特性,对取自高淳某边坡的弱膨胀土进行固结及浸水膨胀变形试验,研究了在300,200,150,100,75,50,25和12.5 kPa共8种上覆压力下不同初始干密度及初始含水率土体的固结及膨胀变形特征。试验结果表明:初始含水率及初始干密度对弱膨胀土的膨胀变形特性均存在一定的影响,在其余条件相同的情况下,膨胀土的膨胀变形量随着初始干密度的增大而增大,随着初始含水率的增大而减小。分析了膨胀土固结及膨胀变形过程的典型曲线特点,研究了不同初始干密度及初始含水率下土体固结与膨胀曲线膨胀区与压缩区分界点特征,得出在初始含水率相同时,分界点的上覆压力与分界点孔隙比及土体的初始干密度均呈正比关系。通过对土体试验数据的分析拟合,结合土体变形过程中的孔隙比与初始状态关系的推导,提出了弱膨胀土的膨胀变形量计算方法,结合工程包边法路堤填筑的荷载分布,采用分层总和法推导了工程包边法膨胀土路堤填筑的膨胀变形量计算方法,并用于路堤膨胀量的预估中。     

弱膨胀土工程特性及其路基处治对策

针对湖北襄-荆高速公路膨胀土,在室内开展了弱膨胀土的压实特性、胀缩性状、力学特性试验研究,发现压实膨胀土的工程性状受含水率与压实度的影响,胀缩特性是膨胀土的固有特性,其大小取决于起始湿度和密度;击实膨胀土的最佳含水量和最大干密度随击实功变化而变化,压实功愈大,土的最大干密度也愈大,而对应的最佳含水量愈小;膨胀土的CBR值随其含水率的变化规律类似于击实曲线,但CBR峰值含水率大于最佳含水率,为深入认识膨胀土的工程特性提供了帮助。因此,利用弱膨胀土填筑路堤时,不仅要考虑经过击实后的土的性质,而且还要考虑在填方建成、条件改变后土的性能;膨胀土路堤填筑除考虑压实度与CBR值要求外,尚需考虑胀缩总率的影响。最后,推荐了弱膨胀土路堤结构型式,并提出了弱膨胀土用于路堤填筑的控制标准。     

南宁膨胀土长期压缩特性研究

膨胀土的结构、胀缩机制、力学特性和改良方法等方面已有广泛研究,但关于膨胀土长期压缩特性研究甚少,而需对膨胀土地区路基长期稳定性、隧道开挖对地基及地下构筑物长期影响的研究,使得膨胀土长期压缩特性的研究变得尤为重要。采用取自南宁地铁东站某基坑膨胀土进行长期一维压缩试验,研究固结压力、含水率分别对压缩指数 、次压缩系数 的影响、压缩指数 与次压缩系数 的关系、预压处理和石灰处治对膨胀土长期压缩特性的影响,寻求降低膨胀土次压缩性的最佳方案。试验结果表明,南宁膨胀土的压缩指数与次压缩系数呈线性关系;与其他黏土相比,膨胀土次压缩特性较低;预压处理和改良处理可以减小土体的次压缩性,经预压处理的改良膨胀土次压缩性最低。     

红山窑膨胀红砂岩湿化特性试验研究

针对红山窑膨胀红砂岩具有微膨胀、易软化、易风化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS815.03岩石力学刚性电液伺服试验机等先进的设备为测试手段,对3种不同风化程度的膨胀红砂岩湿化过程进行观察和机理分析,从试验和机理两方面探讨膨胀红砂岩的湿化性,从而进一步阐明红砂岩膨胀性、裂隙化具有本质的区别。试验结果表明：(1) 中风化红砂岩干燥时抗压强度为5.85 MPa,饱和试样为0.20 MPa,岩石本身强度随吸水率增加而明显下降,具有强烈的软化作用;(2) 膨胀红砂岩的湿化性随胶结系数的减小而愈加强烈,与红砂岩风化程度(埋深)无关。这些研究成果对红山窑水利枢纽工程红砂岩地基开挖易裂以及边坡表层溜坍预治具有较大的指导意义。     

风化砂改良膨胀土的动力特性研究

风化砂与膨胀土结合作为路基具有操作工艺简单、环保友好、费用低廉等优点。通过GDS动三轴试验,研究不同围压、振动频率对风化砂改良膨胀土动强度、动弹性模量与等效阻尼比等动力特性参数的影响规律。试验结果表明,风化砂改良膨胀土的应力-应变骨干曲线及阻尼比与应变关系均可用双曲线函数描述;随着动应变增加,风化砂改良膨胀土动弹性模量减小,阻尼比增大;在循环动应力作用下风化砂改良膨胀土应力-应变关系曲线呈封闭滞回圈,滞回曲线轴线随动应力增加逐渐拉长且斜率减小,土样呈现出典型的应变软化特征;随着围压和加载频率增大,风化砂改良膨胀土动弹模增大,阻尼比减小;频率对动弹模影响集中在应变ε_d0.2%范围内,对阻尼比的影响集中在ε_d0.1%范围内。     

膨润土加砂混合物膨胀特性研究

通过有荷膨胀试验,对膨润土加砂混合物的膨胀特性进行了研究,分析了膨胀应变与轴向应力、膨胀应变与吸水量以及轴向应力与吸水量之间的关系,并建立了能综合反映轴向应力和吸水量对膨胀应变影响的混合物膨胀本构关系式。试验研究表明,膨胀应变随着轴向应力的增大而减小,两者之间的关系可以采用对数线性关系来表达;吸水量的变化对膨胀应变有明显的影响,膨胀应变随吸水量的增加而线性的增大;而吸水量受到轴向应力的影响,随着轴向应力的增大,吸水量减少,在轴向应力一定时,吸水量会达到一个最终的饱和值。由于考虑了膨胀变形过程中吸水量的变化,所建立的膨胀本构关系式能较好地反映膨润土加砂混合物的膨胀特性。