上海人工二次冻融土无侧限抗压强度研究

随着上海地下空间的开发利用,冻结法越来越广泛地用于隧道建设中。为了避免冻结法施工中可能产生的地质灾害问题,有必要对上海软土地区的土体冻融过程中物理力学性能进一步地研究。通过对上海软土某工程3种不同的土样原状土、一次冻融土、二次冻融土进行不同状态下土力学试验,得到了土体在二次冻融循环作用下物理力学特征的变化规律。研究结果对隧道的设计提供了有价值的参考。     

石灰改良红层无侧限抗压强度试验研究

红层是一种特殊岩土,作为路基材料时,常会导致不均匀沉陷、翻浆冒泥等病害。为改善其力学性质,工程上通常掺入一定剂量的石灰（Ca（OH）₂）进行改良。由于降水-蒸发的周期性变化,运营期间反复干湿循环作用对路基土的工程性质造成较大影响。基于此,结合室内无侧限抗压强度试验,研究了干湿循环作用对不同掺量的石灰改良红层无侧限抗压强度的影响。结果表明：在最佳含水率下,石灰改良红层的无侧限抗压强度随石灰掺量的增加而增大;干湿循环作用对改良红层无侧限抗压强度的影响与石灰掺量有关,石灰掺量较低时,改良红层的抗压强度随干湿循环次数的增加而减小,石灰掺量较高时,改良红层的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加而显著增大;未改良红层塑性较大,试样均为塑性鼓胀破坏,掺入石灰后,红层强度增大,脆性增强,呈脆性剪切破坏,经历干湿循环作用后,石灰改良红层试样呈多缝锥形破坏。     

初始含水率对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度的影响

利用风化砂对膨胀土进行了物理改良处理,在验证这一改良方法对提高膨胀土力学指标的可行性的同时,通过改变试验时的初始含水率,深入探讨了膨胀土的无侧限抗压强度随初始含水率和风化砂掺量的变化规律。试验研究表明:1掺入适量的风化砂对膨胀土力学指标的提高效果较为显著,综合考虑风化砂掺量对各项力学指标的影响,当风化砂掺量为10%时效果最好;2当风化砂掺量相同时,无侧限抗压强度随着初始含水率的增大先增大后减小,当初始含水率略大于最佳含水率1%~2%时所对应的无侧限抗压强度最大;3风化砂掺量对膨胀土无侧限抗压强度的影响较大,当初始含水率相同时,无侧限抗压强度随着风化砂掺量先增大后减小,当风化砂掺量为10%时,各初始含水率下的无侧限抗压强度均达到最大,且无侧限抗压强度与风化砂掺量满足四次函数的关系;4综合考虑风化砂掺量和初始含水率对膨胀土无侧限抗压强度的影响,得出当风化砂掺量为10%、初始含水率为14%时,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度达到最大值。     

上海人工冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验研究

对3种不同含水率的上海冻结黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验。通过对试验数据的分析可知,单轴抗压强度受温度、加载速率、含水率及干密度等因素影响;温度越低、加载速率越大,冻土强度越高。得到了抗压强度与温度的指数函数模型参数和抗压强度与加载速率的幂函数模型参数,建立了以温度、加载速率、含水率（干密度）为变量的强度模型方程。通过正交试验分析得出,各因素对冻土抗压强度的影响程度由大到小依次为温度、加载速率、含水率。     

EPS颗粒混合轻量土无侧限抗压强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的密度、强度和变形特性,对不同水泥掺量、EPS颗粒掺量、含水率和龄期的轻量土进行密度无侧限抗压强度试验。试验配置轻量土无侧限抗压强度范围为103.2~1359.0 kPa,且随水泥掺量的增大呈指数关系增大的趋势,随EPS颗粒体积比的增大而呈线性关系减小的趋势。在大于最优含水率情况下,含水率越高,无侧限抗压强度越低,两者为指数关系,而龄期的增长能够使得轻量土的无侧限抗压强度呈双曲线增大的趋势。EPS颗粒混合轻量土的应力-应变关系曲线主要表现为应变软化型,含水率和EPS颗粒体积比的增大会使得轻量土的应力-应变关系曲线逐渐向硬化型转化。水泥掺量和龄期的增大能够增强轻量土的脆性特征,增大刚度。而含水率和EPS颗粒体积比的增大则使得轻量土的延性特征增强,刚度减小。研究成果对实际工程应用具有参考价值。     

重复利用的城市垃圾炉渣无侧限抗压强度实验

以江苏某城市的垃圾炉渣为实验材料,通过标准分析筛得到粒径小于等于2mm的颗粒,将制样重复利用后的炉渣颗粒配比成不同含水率后,通过分层击实实验制成不同干密度的试样,制样干密度为d=1.4、1.5和1.6的试样,制样模具为高80mm、直径39.1mm。不同干密度的试样分别做龄期为3d、7d、14d、28d无侧限抗压强度试验,其中一种干密度试样在某一龄期做5组实验以降低离散性的影响。通过大量的实验数据,研究重复利用后炉渣颗粒制成试样的强度随龄期、干密度的变化趋势,并与炉渣初次使用时制成的试样强度进行对比,得出炉渣的强度具有一定的离散性,但总体上随龄期和干密度的增加而增加,且炉渣颗粒重复利用后制成的试样强度有很明显的降低。对炉渣材料做XRD分析,以获得炉渣的主要组成成分来更好的理解炉渣试样的强度特性。文中得出的结论为更好的将炉渣应用到具体的工程中提供参考意见。     

含裂隙膨胀土无侧限抗压强度特征试验研究

膨胀土易发育大量裂隙,对其工程性质影响显著。引入一种膨胀土试样预制裂隙方法,对特定裂隙形态下膨胀土试样开展无侧限抗压试验,研究了膨胀土强度特征受裂隙形态的影响,并揭示了裂隙的作用机制。研究结果表明：（1）裂隙形态显著影响试样破坏模式,垂直于受力方向裂隙越宽,破坏模式由剪切-拉伸破坏向张拉破坏转变;平行于受力方向裂隙条数...     

超细水泥对固化软土早期抗压强度影响的试验研究

为研究超细水泥含量对水泥固化软土的早期力学性能的影响,本文通过在普通水泥中加入不同掺量的超细水泥组成复合水泥固化剂用以固化软土。具体研究不同超细水泥掺量、不同初始含水率、及不同养护围压条件下,复合水泥固化剂对固化软土早期抗压强度及刚度的影响。采用自制K₀围压养护装置(施加不同轴向压力的方式)、无侧限抗压强度仪(UCS)、X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描仪(SEM)和低场核磁共振孔隙测试仪(NMR)等试验手段获取复合水泥固化软土不同龄期的抗压强度、刚度及微观结构的变化规律,并揭示其固化机理。研究结果表明:(1)相同轴向压力作用下,随着超细水泥掺量的增加,固化软土的抗压强度和弹性模量均有提高,其中复合固化剂中的活性颗粒发生水化反应生成大量胶凝产物用以黏聚土颗粒和填充孔隙,惰性颗粒用于填充土颗粒间的孔隙;(2)随着含水率的提高,固化软土中孔相对发育,从而使固化软土结构致密性减弱,抗压强度降低;(3)在K₀围压养护7d时,固化软土的抗压强度和弹性模量随着轴向压力的提高而增加,表明养护围压对软土颗粒的压缩作用能提高固化软土的密实性,同时围压对固化软土产生有效应力,与水化产物共同促进固化软土形成密实的土骨架,进而使其在7d内具有较高的抗压强度。基于试验结果,建立轴向压力、含水率和超细水泥掺量等多因素的固化软土强度预测公式,并提出复合水泥固化软土结构模型,为工程实践提供理论基础。     

无侧限压缩条件下黏性土磁各向异性研究

近年来基坑、隧洞等开挖工程活动中的卸载导致黏性土体发生过大侧向变形,引起的工程事故越来越多。目前多采用测斜仪对基坑周围土体变形进行水平位移监测,然而由于软土的特殊工程性质,在监测中软土无法带动测斜仪一起变形,往往监测效果不尽人意,不能准确给出实际软土的真实变形。因此,需要加强开挖卸荷工程施工中土体的侧向变形监测技术研究工作。本文基于磁性矿物受荷载变形具有定向性特征,运用磁组构试验对无侧限压缩后的黏性土试样进行磁各向异性研究,同时与有侧限压缩试验变形测试结果进行比较,分析试验轴向应力、土样含水率对无侧限压缩条件下磁各向异性的影响规律,以及主磁化率值与应变的数学关系,探讨了由黏性土磁各向异性推求其受力变形规律的可行性。研究成果表明,受力作用的黏性土变形与其磁性矿物定向性具有较好的一致性。这一认识对于有效监测软土地区卸荷工程周围软土变形情况具有重要的理论意义和实际应用价值。     

人工冻土单轴抗拉,抗压强度的试验研究

简述了国内外冻土单轴抗拉、抗压强度的试验方法，分别在３个不同温度下（－７℃、－１２℃、－１７℃）进行了单轴抗拉、抗压强度测定。试验表明，采用劈裂法测定冻上抗拉强度是可行的。试验的结论对冻土工程的设计与施工有一定参考作用。     

黑龙江东宁地区季冻土抗压抗剪强度试验研究

以牡丹江市东宁地区土层(粉土、粉质黏土、黏土)为研究对象, 通过工程钻探等技术手段实地采取原状土样, 筛选不同含水率、不同土质的样品, 经过室内试验设置不同负温条件对原状土单轴抗压强度和三轴剪切强度等物理力学性质进行研究.结果显示, 原状土在不同负温条件下冻结后单轴抗压强度随着温度的降低而增大, 黏聚力随着含水率的增加呈指数型增大, 内摩擦角随含水率的增加先增加后趋于稳定; 在试验负温条件下, -20℃为变化界限, 小于-20℃时, 冻结土体的单轴抗压强度随含水率的增加呈现先增加后减小的变化规律, 黏聚力随着冻结温度降低而增大, -10℃、-20℃条件下冻土的内摩擦角有相似的规律, 未随含水率增减发生明显变化, 此时冻土抗剪强度随着冻结温度的降低而增加; 大于-20℃时, 冻结土体的单轴抗压强度随含水率的增加而增加, 黏聚力不随冻结温度降低而增加, 内摩擦角随着冻结温度的降低而增大, 冻土抗剪强度随着冻结温度的降低缓慢增大趋于冰的剪切强度.     

三种典型岩石单轴抗压强度的尺寸效应试验研究

尺寸效应是岩石力学领域研究的难点与热点。本文利用自主研发的大尺寸刚性试验机,开展了最大样品尺寸为400 mm×400 mm×800 mm大理岩、闪长岩和凝灰岩的单轴抗压强度试验,从等高宽比条件下岩石强度的尺寸效应和不同高宽比条件下岩石强度变化两个方面开展了岩石强度尺寸效应研究,结果表明:相同高宽比条件下,岩石强度随样品尺寸的增大呈对数形式减小,且逐渐趋于定值;不同高宽比情况,岩石长宽为200 mm×200 mm,高度分别为200 mm,400 mm,600 mm和800 mm,岩石单轴抗压强度随高宽比的增加表现出先减小后增大的变化规律,对应的破坏形式表现为复杂劈裂、劈裂和剪切破坏。本文试验结果为丰富岩石尺寸效应研究提供了基础数据,同时对实际工程中岩体强度尺寸效应的修正具有一定参考价值。     

干湿循环下原状黄土抗压强度试验研究

黄土是干旱、半干旱条件下形成的,具有特殊结构的土,季节性的降雨和蒸发作用必将引起其力学性质和结构改变,从而造成其强度降低和变形增大的问题。通过单轴抗压强度试验探讨了黄土抗压强度与含水率、干湿循环次数的变化规律,借助SEM图像定性和定量分析了其强度变化的微观机制。试验结果表明：黄土单轴抗压强度随含水率的减小表现为非线性的增大;随干湿循环次数的增加而减小,经历多次干湿循环后趋于稳定;含水率增大和干湿循环次数的增加不仅仅会使得粗颗粒的接触方式改变与胶体物质和腐殖质数量减少,还会使得土体孔隙直径增大,大、中孔隙所占百分比之和明显增多,进而从微观结构阐述了土体宏观强度的变化规律。     

温度对季节性冻土水分迁移的影响研究

寒区季节性冻土冻胀性质对工程实际影响很大。为了了解温度对水分迁移现象的影响,本文通过地温测试仪对野外不同深度处的土层温度进行测量,并在不同时间相应深度取土样,测其含水率,通过比较不同时间不同深度处的含水率的变化情况来分析温度变化对水分迁移现象的影响。在气温回升之前,当地表温度降低时,温度随深度的降低而升高;随着地表温度不断降低,各深度处的温度也不断下降,温度梯度增加,各深度处地层的含水率变化大,即温度梯度的增加促进了季节性冻土区水分迁移现象的发生。     

石灰及其外加剂固化天津滨海软土的试验研究

天津滨海软土力学性质较差,不能直接满足工程需要,在软土中加入固化剂能有效提高软土的工程力学性能,但若在固化剂中再添加适量外加剂,又能再次提高固化土的强度。本文以石灰作为主剂,水泥、石膏作为辅剂改良天津滨海软土,以无侧限抗压强度作为固化效果判断标准,同时进行相应的微观结构测试,并对破坏后的试样进行抗压试验。试验结果表明:水泥的最佳掺量仅随石灰掺量不同而变化,如12%的石灰固化土中,水泥掺量不超过3%可以最好地提高石灰固化土强度; 石膏则不能改善土体强度,并且会使土体水稳定性差,遇水开裂。纯石灰固化土及掺外加剂的石灰固化土都是低压缩性土,各种力学性质都得到明显提高,其破坏形式为脆性破坏,破坏后强度很低且不能恢复,在实践中值得重视。微观结构分析表明:固化土中有CSH网状胶凝(水化硅酸钙)、针状钙矾石、无定形文石(CaCO3)、Ca(OH)2晶体等能够填充孔隙、胶结颗粒的物质生成,有效、适量的生成物有利于固化土强度的提高。土体中总孔隙个数及总颗粒个数都随荷载的增加而增多,孔隙面积、孔隙等效直径及颗粒等效直径都随荷载的增加而减少。     

泾河南岸黄土抗拉强度试验研究

通过对黄土试样进行单轴拉伸试验,分析了泾河南岸原状黄土的抗拉强度特性。研究表明,含水率对黄土的抗拉强度大小有重大的影响,它与抗拉强度之间满足负幂函数递减关系。黄土单轴抗拉试验中,黄土试样的极限拉应变只有万分之几,其极限抗拉强度在几千帕到几十千帕之间。因此,在雨水以及灌溉作用下,黄土的抗拉强度进一步降低,并促进黄土边坡后缘裂缝的进一步发育,这也是导致黄土滑坡发生的因素之一。     

新型高分子聚合物固化高含水率淤泥的早期强度试验研究

本文在传统固化材料的基础上,引入新型高分子材料,针对高含水率淤泥固化后早期强度不足和实际工程适用性问题,模拟原位填筑和异地填筑两种使用工况进行系列土工试验。研究环境因素、固化剂掺量和初始含水率对固化淤泥早期强度的影响,并确定最优固化剂掺量;通过一维压缩应力-应变曲线来分析固化淤泥的破坏特性;通过电镜扫描图分析固化土的微观结构,探究固化剂的固化机理。试验结果表明：该新型高分子固化剂对高含水率淤泥固化效果良好,固化剂的最优掺量为5%,固化淤泥土7d无侧限抗压强度可达2.4 MPa;异地填筑工况更有利于固化土的强度发展,相比于原位填筑强度增长了大约30%;固化土在达到极限强度时会发生脆性破坏,在工程使用中应避免。通过对固化淤泥的微观结构分析,结果表明固化淤泥的强度主要来源于带有极性离子的土颗粒积聚成团以及高分子聚合物水化形成的链状网络结构对土颗粒的胶结作用。     

巴东组软岩非饱和碎屑土夹层的长期强度

巴东组软岩碎屑土夹层的非饱和蠕变特性明显、强度时间效应显著,研究其长期强度对含碎屑土夹层软岩路堑边坡稳定性分析有所帮助。为研究非饱和碎屑土夹层的长期强度问题,首先利用GDS非饱和三轴仪开展碎屑土夹层的非饱和强度、蠕变试验,得到其不同基质吸力下的应力-应变曲线、应变-时间曲线,分析基质吸力对其强度与蠕变特性的影响; 其次基于碎屑土夹层的蠕变曲线,利用等时曲线法确定其不同基质吸力下的长期强度。结果表明碎屑土夹层的长期强度较瞬时强度大幅降低,强度产生折损,损失率在34%~62%之间。碎屑土夹层的基质吸力越小,其长期强度越小,强度损失率越大。即巴东组软岩碎屑土夹层的饱和度越高,其强度越小,在荷载长期作用下的强度损失越大,且强度损失率增加的幅度随饱和度的增高而不断增大。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。