竖向应力及干湿循环对黄土土-水特征曲线的影响

土-水特征曲线是描述非饱和土水力特性的重要参数之一。本文利用非饱和土固结仪对2组5个压实非饱和黄土试样进行土-水特征试验,研究了不同的竖向应力和干湿循环对压实非饱和黄土土-水特征曲线的影响。试验表明,随着竖向应力的增大,压实黄土的进气值和脱湿率逐渐增大;在一个干湿循环中,同一基质吸力下脱湿曲线所对应的含水率大于增湿曲线所对应的含水率,脱湿率大于增湿率;第2次干湿循环所产生的滞回圈大小小于第1次干湿循环;滞回圈大小随竖向应力的变化而变化。     

初始基质吸力对原状黄土水敏特性影响研究

选取延安市典型Q_2原状黄土为研究对象,利用自制装置开展其非饱和状态下的水敏特性研究,定量评价初始基质吸力对黄土水敏特性影响规律.结果表明,非饱和状态下Q_2黄土水敏特性变化差异显著,Q_2黄土基质吸力随含水率增大而减小,吸湿、脱湿路径下的土水特征曲线滞回效应明显;随初始基质吸力增大,Q_2黄土吸水速率及崩解速率均增大,表明其吸水能力及崩解性也逐渐增强.随着初始基质吸力不断降低,Q_2黄土抗剪强度逐渐降低,强度呈现由硬脆性向软塑性转变规律,且抗剪强度曲线滞回效应显著,脱湿强度大于吸湿强度,脱湿样的抗剪强度参数大于吸湿样.     

基于冻融-干湿作用的非饱和重塑黄土强度试验

冻融循环和干湿交替作为两种典型的风化作用,对土体强度有着显著的影响.为了探讨二者对土体强度影响的差异及吸力机制,对不同含水量的非饱和重塑黄土开展冻融及冻融干湿耦合作用下的直剪试验,同时测试基质吸力.结果表明:冻融条件下,黏聚力随冻融次数呈指数函数减小,内摩擦角随冻融次数呈指数函数增大,抗剪强度随冻融次数增加而增大.冻融干湿耦合下,黏聚力和内摩擦角均随着冻融干湿耦合次数呈指数函数减小,抗剪强度随冻融干湿耦合次数增加而减小;干湿路径对抗剪强度具有一定的影响,先吸湿后脱湿的抗剪强度和强度参数大于先脱湿后吸湿的抗剪强度和强度参数.基于试验数据分别给出黏聚力和内摩擦角随冻融-干湿耦合次数变化的定量表达式.     

干湿循环效应对纤维膨胀土抗剪强度室内试验研究

为探究干湿循环效应对纤维膨胀土抗剪强度的影响,本文进行了大量的干湿循环和直剪试验,纤维含量按0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%来设计,干湿循环次数为0～6次。试验结果表明：1)随着干湿循环次数的逐渐增加,内摩擦角先是小幅度提高,然后逐渐减小并趋于稳定;随着干湿循环次数的逐渐增加,黏聚力则是逐渐减小并趋于稳定,其衰减规律基本符合二次函数。2)随着干湿循环次数的增加,抗剪强度逐渐减小,在干湿循环1～3次的时候衰减幅度较大,之后逐渐减小并趋于稳定。3)适当的增加上覆荷载能够有效的抑制纤维膨胀土在干湿循环过程中强度的衰减。综合比较干湿循环效应对纤维膨胀土内摩擦角和黏聚力的影响,当纤维含量在0.3%时,对纤维膨胀土在干湿循环过程中抑制抗剪强度的衰减作用明显。     

考虑密度与干湿循环影响的黄土土水特征曲线

采用Ku-pF非饱和导水仪和压力膜仪实测不同干密度和不同干湿循环状态下重塑黄土的土水特征曲线,给出黄土土水特征曲线的进气值与残余含水率等特征值,同时利用环境扫描电镜观测黄土试样的微结构特征,统计黄土孔隙结构的变化情况,从宏观和微观2方面分析干密度和干湿循环作用对黄土土水特征曲线的影响,并利用已有模型对实测曲线进行拟合。研究结果表明:干密度对黄土的土水特征曲线有显著影响;干密度大的土样具有较低的初始饱和含水率、较高的进气值和良好的持水性能,土水曲线形态平缓,土体进气值的对数随干密度增大呈线性增长规律;干湿循环作用促使土中胶结物被溶蚀,孔隙贯通或扩张,大孔隙增多,土体的持水性能降低;Van Genuchten模型可以很好地描述和预测非饱和黄土的土水特征曲线。     

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。     

干湿循环和吸力对非饱和下蜀土力学特性影响的试验研究

为研究干湿循环和吸力共同作用对非饱和下蜀土力学特性的影响,选取镇江某边坡的下蜀土为研究对象,通过非饱和直剪试验,对不同干湿循环次数及吸力水平下下蜀土力学特性的变化规律进行了研究.结果 表明:随着干湿循环次数的增加,下蜀土表面裂隙明显增加并具有不可逆性;下蜀土的抗剪强度经短暂增大后逐渐降低,并在第4次干湿循环作用后趋于稳定;下蜀土的黏聚力在经历短暂提高后逐渐降低并趋于稳定,而其内摩擦角则随干湿循环次数的增加变化幅度较小,呈上下波动态势;相同干湿循环次数下,吸力的存在对于下蜀土的黏聚力具有提升作用,而对土体内摩擦角的影响则不明显.研究结果可为干湿循环作用下下蜀土边坡的稳定性分析提供计算参数,具有实际工程意义.     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩微观结构及持水特性研究

为研究预崩解炭质泥岩持水特性在长期大气环境影响下的演变规律,通过扫描电镜和压汞试验研究干湿循环作用下预崩解炭质泥岩的微观结构及孔隙分布特征,并开展预崩解炭质泥岩土水特征曲线试验和渗透试验。基于Van Genuchten模型建立考虑干湿循环作用的预崩解炭质泥岩土水特征曲线修正模型,并预测预崩解炭质泥岩非饱和渗透系数。研究结果表明：干湿循环可促进预崩解炭质泥岩继续崩解,导致大孔隙体积及孔隙率增加,土体结构变得松散,但在干湿循环作用6次后孔隙率趋于稳定;干湿循环对预崩解炭质泥岩的持水特性影响显著,土水特征曲线随干湿循环次数增加整体向左偏移,土体进气值减小;在高基质吸力阶段,不同干湿循环作用下Van Genuchten修正模型预测得到的预崩解炭质泥岩的土体非饱和渗透系数曲线基本重合,说明干湿循环作用对其渗透性影响较小。     

干湿循环效应对膨胀土抗剪强度的影响

膨胀土除具有一般非饱和土的共性外,还受季节性气候的影响,其抗剪强度具有明显的变动特性．为此,通过模拟土体季节性的干缩湿胀,采用常规直剪试验方法,测试了宁明膨胀土击实土样经干缩湿胀饱水后的抗剪强度,并与其它类似的试验结果进行了比较,以探讨干湿循环效应对膨胀土强度的影响及试验方法的合理性．     

干湿循环作用下膨胀土开裂和收缩特性试验研究

膨胀土的变形特性包括裂隙性和胀缩性,其中开裂和收缩特性对于膨胀土边坡变形研究具有重要的作用。取陕西汉中十天高速公路边坡膨胀土进行室内干湿循环试验,研究不同干湿循环次数下脱湿过程中膨胀土的开裂、收缩特性,观察脱湿完全后裂隙的扩展特性,探讨收缩的方向性随干湿循环次数和初始含水率的变化规律。结果表明:前2次干湿循环脱湿过程中,裂隙与收缩开展剧烈;脱湿过程中裂隙面积率先增大后减小,第1次干湿循环的裂隙面积率峰值最小,且出现时间较早;脱湿过程中收缩面积率先增大,后趋于平缓,随着干湿循环次数的增加,收缩面积率逐渐增大直至第三次干湿循环趋于稳定,前2次干湿循环其差值最大;随着干湿循环次数的增加,试样的变形量逐渐增大,收缩比开裂更早趋于稳定;裂隙的宽度和长度近似正态分布,裂隙面积概率随着裂隙面积增加逐渐减小;膨胀土的收缩具有明显的各向异性性质,初始含水率越高,各向异性表现越明显。     

干湿循环下万州侏罗系泥岩残积土的环剪试验

对取自万州区侏罗系库岸某泥岩残积土,分别进行5次、13次和21次干湿循环后得到3组重塑样,利用大型环剪仪开展固结不排水剪切和自然排水残余剪切试验.试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,饱和泥岩残积土在不排水剪切过程中更易产生较高的超孔隙水压力,不排水残余强度因干湿循环而劣化;随着干湿循环次数的增加,饱和泥岩残积土的有效残余黏聚力急剧增大,有效残余内摩擦角则显著减小,残余强度变由粒间黏聚力基本控制;泥岩残积土的残余强度具有显著的剪切速率相关性,且在较小的速率范围内具有"负速率效应",而在较大的速率范围内则有强烈的"正速率效应".随着干湿循环次数的增加,残余强度表现出强"正速率效应"的起始速率将减小.研究结果对三峡库区侏罗系岸坡在季节性降雨和周期性库水位变动下的稳定性评价具有一定的参考价值.     

冻融循环作用下黄土抗剪强度劣化试验研究

黄土地区冻融现象时常发生,这一气候现象对土体强度劣化显著,影响工程安全建设和正常使用。针对黄陵地区Q2黄土开展不同条件下的三轴剪切试验,探讨含水率、初始围压等因素对黄土抗剪强度的影响规律。结果表明:黄土土样处于相同的含水率和围压的条件下,冻融循环次数对土体内部应力值有较大的影响;土体的黏聚力随着冻融循环次数的增加不断减小,且变化幅度逐渐变小,而土体内摩擦角变化不大。获得冻融次数、含水量和黏聚力三者之间的曲线关系,得到三者之间的拟合公式。试样破坏特征显示:试验后土样的破坏形式主要为剪胀、劈裂和剪切三种类型,随冻融循环次数的增加,破坏形式从剪胀破坏过渡到劈裂破坏。     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

宝鸡地区非饱和黄土水力参数试验研究

我国黄土分布广泛,且多处于非饱和状态,土-水特征曲线和渗透系数函数是研究非饱和黄土工程地质特性的重要水力参数。利用瞬时释放和吸入法(TRIM法)对陕西省宝鸡地区非饱和黄土进行土-水特征曲线试验;并采用van Genuchten模型、FredlundXing模型和Gardner模型对试验数据进行了拟合,其中van Genuchten模型整体拟合效果最好。试验结果表明:在脱水与吸水过程中,土-水特征曲线呈现出明显的滞回效应。以测得的土-水特征曲线为基础,采用ChildsCollis-Geroge预测模型,求出了黄土在非饱和状态下的渗透函数方程。结果表明:非饱和黄土的渗透系数与体积含水率呈正相关,与基质吸力呈反比关系,且两者均可以用指数函数表示。这为本区黄土工程地质问题,如在降雨作用下的边坡稳定性评价等提供了可靠的水力参数。     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。     

基于一种新强度理论的非饱和土边坡稳定性分析

非饱和土强度及其边坡稳定性一直是工程界和理论界的一个重要课题.Bishop和Fredlund提出的抗剪强度公式虽被广泛接受,但应用工程仍存诸多不便.针对于此,作者提出了一种有效应力与土水特征曲线发展成的一种新的非饱和土强度公式.该公式不需多组的非饱和土剪切试验,便于工程应用.基于此强度公式,采用VB语言,结合Bishop法,编写了非饱和土边坡稳定性的计算程序,讨论了强度分层的影响,还分析了裂隙对非饱和土边坡稳定性的影响.研究结果表明,对于膨胀土边坡,强度的分层是合理的,也是必要的.     

非饱和黏土土体吸力及其对抗剪强度影响试验

非饱和土基质吸力及土-水特征曲线研究对于预测土体的渗流、强度、体变等工程特性具有重要意义。针对合肥典型非饱和黏土,采用滤纸法和温湿度计法开展不同含水率下黏土的吸力试验,同时采用4种预测模型对土-水特征曲线进行对比分析。结果表明,非饱和黏土基质吸力与总吸力均随含水率的升高而降低;当土体处于高含水率时,其吸力随含水率变化速率较低;当土体处于低含水率时,土体吸力随含水率降低迅速升高,呈指数型增长。土体渗透吸力随含水率的增加逐渐增大,达到饱和时渗透吸力基本稳定在750～850 kPa;修正模型兼有较高拟合精度和数值稳定性等特点,适用于计算非饱和黏土基质吸力。最后,结合直剪试验结果可以得出,黏土的黏聚力绝大部分由土颗粒间吸引力所产生,高含水率、低吸力状态下基质吸力对黏聚力的影响占比可达91.13%,而后基质吸力贡献值则逐渐减小直至趋向于0。     

干湿循环条件下碱渣-钢渣-电石渣固化疏浚淤泥的强度性质

为扩展固体废弃物的资源化利用途径,以碱渣和钢渣作为固化剂、电石渣作为激发剂,对高含水率疏浚淤泥固化处理,研究固化淤泥在干湿循环条件下的强度性质。正交试验表明,碱渣对固化淤泥强度的影响随养护龄期的增加而增强,固化污泥养护28 d时,碱渣对强度的影响显著,而钢渣和电石渣对强度的影响不显著。在干湿循环条件下,固化剂掺量较少的试样在第3次浸水时破坏;其他试样经5次干湿循环整体仍完整,1次干湿循环使固化淤泥的强度降低约1/2,后续干湿循环对强度的影响不大;增加固化剂掺量有助于提高固化淤泥的干湿循环耐久性。固化淤泥的水化产物主要有水钙沸石和钙钒石,钙钒石随养护龄期和固化剂掺量的增加而减少。与碱渣-矿渣-电石渣固化淤泥相比,碱渣-钢渣-电石渣固化淤泥中胶结力较强的水化产物偏少,而钙钒石具有膨胀性,使试样端部破损形成薄弱带,故后者的强度较低和干湿循环耐久性较差,但仍能满足对强度要求较低的一般填土工程的需要。     

干湿循环作用下黄土力学特性研究

为了研究西安特殊黄土的强度特性,在不同含水率和不同增湿减湿作用下进行无侧限抗压强度试验和单轴压缩试验,借此观察西安特殊黄土的力学特性及强度变化规律。结果显示：西安地区特殊黄土,无论是其单轴压缩强度还是无侧限抗压强度均随着含水率的降低而逐渐增大,并且呈现出黄土的含水率越低其强度值就越大且强度值增加越来越快的现象,当黄土为干燥状态时其强度是达到最大;无论试样经历增湿减湿循环多少次,黄土的弹性模量随着含水率的降低在持续增大,并且呈现出随着含水率的降低其下降相同比例时弹性模量增大越明显的现象;无论经历增湿减湿循环多少次,泊松比随着含水率的降低逐渐减小,但与其他参数相比泊松比并没有明显的变化。