北京地区不同类型土壤弥散试验

以北京地区不同类型的土壤——黏土、重粉质黏土、粉质黏土、黏质粉土和砂土为研究对象,通过室内土柱水动力弥散试验,得到了不同类型土壤的弥散系数.穿透曲线测定结果表明,氨氮和有机物在黏土、重粉质黏土、粉质黏土和黏质粉土中运移时穿透曲线大致分为2个阶段,在砂土中的穿透曲线呈逐渐上升并最终达到稳定的趋势.     

长春地区公路路基土冻胀敏感性因素分析

以吉林省内3条干线公路路基土为研究对象,研究土(粒度成分、矿物成分、盐分,尤其是微观结构、土体密度)、水分、温度及荷载对冻胀的影响.通过室内物理化学试验、冻胀试验、SEM图片测试分析及野外长期观测,获得大量数据.分析表明:路基土具备冻胀的优势条件;亲水性强的黏土矿物含量越高未冻水含量越少,不利于冻胀;土体起始冻胀含水率随压实度增大而减小,压实度相同时,粉质黏土起始冻胀含水率大于黏土;压实度对冻胀影响有一个敏感值,研究区此值为95％;0～-5℃是产生水分迁移的主要温度;研究区路基土具团聚结构,单元体排列不定向.颗粒之间微孔隙发育,为毛细水上升提供有利通道,也为结合水提供赋存空间;以上结果为长春地区道路冻害防治提供理论依据.     

土体压缩-回弹变形特性试验研究

针对地面沉降中土体变形问题,开展了不同土体(砂土、粉土和黏土)在不同状态下的压缩-回弹试验,结合相关土体变形机理的研究,对不同土体的压缩-回弹特性进行了研究。主要结论如下:砂土的压缩变形最为显著,其次为粉土,最后为黏土。砂土的变形呈现出初期变形小,后期变形大的特点。粉土和黏土则相反,两者的变形主要发生在前期。三种土体的变形均主要为不可逆变形,其中黏土的变形存在着明显的滞后性。砂土的变形主要来源为砂土结构的重塑,黏土则来自于结构的重塑和水分的重分布,粉土则与黏土相似。     

冻融循环下粉质黏土的动力损失模型

通过冻融循环后的粉质黏土的动三轴试验,研究了粉质黏土作为路基填料的动力特性,得出了动强度和循环荷载次数及冻融循环次数的数量关系和动模量与冻融循环次数的关系曲线。建立了动模量损失模型,能够预测每一次冻融循环后的动强度和最大动模量。通过与试验对比可知,预测模型具有较高的精度,可以用来评估冻融循环对粉质黏土路基使用寿命的影响。     

基质势作用下非饱和黏性路基土水分迁移规律研究

基质势在非饱和土水分迁移的过程中起到了主导作用,水分迁移作用对非饱和土路基长期性能的演变具有重要影响,因此研究基质势作用下非饱和黏性路基土水分迁移具有重要的现实意义,基于此选取洪山区典型黏土,开展了非饱和黏性路基土在基质势梯度作用下的水分迁移试验,研究了不同初始含水率,不同含水率梯度,不同迁移时间下路基土水分迁移规律。结果表明,随时间增加土样含水率逐渐增大,基质势逐渐减小,基质势梯度降低水分迁移量减小;土样含水率梯度相同时,基质势梯度随初始含水率增加而减小,水分迁移量减小;初始含水率相同时,基质势梯度随含水率梯度增大而增大,水分迁移量随之增大;基于试验数据,建立了非饱和路基土水分迁移量和初始基质势梯度之间的关系式,二者间大体上呈线性关系。     

管桩土塞效应模型试验研究

土塞效应会对管桩的贯入阻力和承载力特性产生明显影响,这是开口管桩重要的特征之一.通过开展粉质黏土和砂土的开口管桩室内模型试验,模拟开口管桩的压桩过程,分析不同因素对管桩土塞效应的影响.试验结果表明:土体的性质对模型桩内的土塞效应有重要影响,相同加载条件下模型桩内砂土的土塞高度均大于黏土的土塞高度;管桩土塞最大高度随桩径的增大而减小;模型桩的取芯高度与模型管的压入速率关系密切,随着压桩速率的增大,土塞高度也显著增大.     

温度作用下机场跑道土基中水气运移规律分析

针对机场道面"锅盖效应"现象,建立考虑水汽相变的一维有限元模型,通过数值方法模拟道面结构阻滞和环境温度共同作用下土基中的水分运移过程,分析季节性温度变化、初始温度、初始饱和度和道面结构等因素的影响.结果表明,温度降低会引起土基表层水分"富集",主要影响深度为1m,土体初始温度和初始饱和度越高,水分"富集"越明显;季节性温度变化对砂土含水量影响很小,黏土次之,粉质黏土最大,饱和度改变量可达6%左右;道面结构的存在对土基表层含水量影响十分显著,现场检测结果与分析结果规律较一致.     

公路跑道粉砂土路基地震液化及稳定性研究

依托实际工程,利用FLAC计算程序,分别基于库伦模型和Byrne模型对地震荷载作用下公路跑道粉砂土路基的地震响应进行了分析,详细分析了地震强度对粉砂土路基地震响应的影响.研究结果表明:当只考虑路堤下粉土为库伦模型时,路基不会出现液化,但是路基坡脚处可能出现瞬时屈服.当考虑路堤材料为液化模型时,路面有可能处于受拉状态,路堤底部有可能屈服,路基土有可能产生液化.随着加速度峰值的增加,路堤内拉力区和屈服区的范围增大,液化出现的可能性也增大,尤其当地震加速度达到0.1g时,路基土存在液化的可能性.     

冻融条件下粉质黏土中吸附水和自由水动态变化规律

为了研究粉质黏土中吸附水和自由水在冻融时的动态变化特征,探索土体冻融过程中土水之间物理过程。采用新型分层核磁测量技术,开展了含水量（质量分数）分别为21.1%,16.8%和12.0%的粉质黏土在封闭条件下的冻融试验,并采用电子显微镜扫描了冻融后不同深度土体的微观结构。试验结果表明:随着土体冻结过程持续,不同深度土体中自由水和吸附水均减少,且冻结区和非冻结区的自由水相对减少量均大于吸附水相对减少量;土样融化时不同深度土体中自由水和吸附水均增加;此外冻融作用导致冻结区吸附水减少,自由水增加;而未冻结区的吸附水和自由水均减少;冻融后冻结区的孔隙数量和孔隙体积增加,而未冻结区孔隙数量和孔隙体积减小。冻结过程中土体吸附水和自由水动态变化差异与水分子作用势的不均匀空间分布有关;冻融前后土体吸附水和自由水的重分布是水分迁移和土体微观结构变化共同作用的结果。     

基于广义Clapeyron方程的含盐土冻结特征曲线模型

未冻水质量分数是评估盐渍土和滨海地区土体冻结过程地层稳定性的关键参数,其主要影响因素为温度和盐的质量分数. 基于考虑溶质效应的广义Clapeyron方程,通过无盐分土冻结特征曲线得到冻土吸力的微分形式,联合考虑残余水的质量分数的Books-Corey模型,推导出在任意盐的质量分数和温度条件下冻土中未冻水质量分数的理论模型. 开展冻结试验,利用核磁共振法获得不同水的质量分数、盐的质量分数下粉质黏土和粉土的冻结特征曲线. 试验结果表明：未冻水质量分数随温度降低呈指数函数递减,在同一温度下未冻水质量分数随着初始溶液浓度的增加近似呈线性增加,不同初始水的质量分数下的无盐土体冻结特征曲线具有一致性,粉土相对于粉质黏土更容易达到残余状态. 将理论模型与试验数据进行对比,验证了该模型能够较为合理地预测含盐土体的冻结特征曲线.     

考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%～95.0%、92.0%～96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。     

冻融循环对粉煤灰土动强度的影响

根据粉煤灰土和粉质黏土经过冻融循环后动强度的对比试验,对粉煤灰土和粉质黏土的动强度做出了定量分析。试验发现,冻融循环影响粉煤灰土的强度特性,经过1次冻融循环后,粉煤灰土的强度明显降低,但是粉煤灰土的动强度下降率低于粉质黏土的下降率。随着冻融循环次数的增加,粉煤灰土的动强度逐渐衰减,经历4~5次冻融循环的粉煤灰土的动剪强度趋于稳定,且高于粉质黏土,在季节性冻土地区可以减轻公路的冻害。     

均质SAP复合土质覆盖层水分运移规律研究

为了提高覆盖层的防渗性能,提出采用高性能吸水性树脂(SAP)颗粒提升土体的储水能力,掺入土中构建均质SAP复合土质覆盖层,然而其水分运移规律尚不明确。开展了一系列简易蒸发单元试验和土柱模型试验,测量了SAP复合土质覆盖层不同深度孔隙水压力和体积含水量的变化。研究表明,质量分数1%的SAP颗粒掺入土中形成的SAP混合土体,饱和体积含水量增加了29%,土水特征曲线中下降段的斜率绝对值增加了36%,但进气值几乎无变化。在失水过程中孔隙水压力降低较快,而体积含水量降低明显较慢,存在较强的滞回效应。覆盖层中的SAP混合土体的体积含水量(储水量)随着深度的增加而减少。在南京地区百年一遇的极端降雨条件下,均质SAP复合土层下渗量仅为12.7 mL,而均质砂土层渗流量高达2 510 mL,说明防渗性能良好。     

寒区路基新型含赤泥固化剂改良土强度特性的研究

为探究寒区路基新型含赤泥固化剂改良土强度特性,使用新型含赤泥固化剂(土凝岩)固化路基粉质黏土,完成了不同配合比的改良路基土的冻融强度损伤试验。将土凝岩改良路基土与水泥改良路基土进行对比发现土凝岩有很多与水泥相似的性质:10%土凝岩掺量的改良土7d无侧限抗压强度要高出水泥改良土将近0.4MPa;6%固化剂掺量的土凝岩改良土强度高于水泥改良0.13MPa,相同固化剂掺量下土凝岩改良土7d无侧限抗压强度明显优于水泥改良土。在经历3次冻融循环前,土凝岩的抗冻性优于水泥改良土,经历长期冻融循环时则不及水泥改良土。强度损失方面,根据土凝岩改良土的强度损失速率的不同,将土凝岩改良土分为强度快速损失阶段和缓慢损失阶段。改良试样无侧限抗压强度与冻融循环次数之间有着很好的关联度,以此建立了一种新型固化剂改良土强度的预测方法,为土凝岩改良土在季节冻土区的应用提供理论依据。     

滑带土强度参数的水致弱化规律试验研究

滑带土的强度特性直接关系到滑坡体的稳定性,在影响滑带土强度特性的众多因素中,水的作用至关重要,且水对不同种类滑带土强度特性的影响程度不同。粉土和粉质黏土属于两种常见的滑带土类型,笔者选取三峡的粉土滑带土和栾川的粉质黏土滑带土,进行了不同含水率下的室内直接剪切试验,旨在对比研究此两种滑带土的水致弱化规律。试验结果表明:在含水率增大的过程中,三峡粉土滑带土的黏聚力先增大后减小,在液限附近存在一个极大值,栾川粉质黏土滑带土的黏聚力则呈对数形式递减;随着含水率的增大,三峡粉土滑带土和栾川粉质黏土滑带土的内摩擦角均呈线性降低,三峡粉土滑带土内摩擦角降低的速率小于栾川粉质黏土滑带土。     

连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析

基于非饱和土水分迁移模型,给出了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,确定了模型参数.指出含水量和密度对非饱和黄土渗透系数kw均有显著影响.编制有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.揭示出降雨入渗条件下土体密实度对路基水分场的变化有显著影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移进程越快;相同条件下硬路肩较之土路肩更利于防止雨水入渗.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.     

动态多步流动法预测非饱和土水力学参数

选取４种具有代表性的土样,运用Ｗｅｉ和Ｍｕｒａｌｅｅｔｈａｒａｎ提出的饱和度随时间的演化方程对其进行动态多步流动试验,来预测其非饱和土的水力学参数。以平衡态法的试验结果作为参考标准,将预测结果与其相比较发现：在砂土与粉土的试验中,试样饱和度较大时两者偏差较大,这是由于试验采取的３Ｂａｒ陶土板的渗透系数与砂土和粉土的渗透系数相差较大,导致孔隙水不能被及时排出。粉质黏土的预测结果与平衡态试验结果非常接近,说明该方法对粉质黏土的预测非常有效。由于受到实验设备与陶土板规格的限制,黏土的预测范围偏小,但是预测结果较为理想。通过平衡态实验发现,４种土样的土水特征曲线均为典型的“Ｓ”型曲线,以进气值与残余饱和度为分界点可将其分为三部分。动态多步流动试验根据该三个部分来确定试验的吸力增量与吸力步长,并给出了合理的值。     

水泥土冻胀特性试验研究

为了从理论上揭示水泥土抑制冻胀的规律,对掺入不同比例水泥的南京地区典型黏土和砂土进行了冻胀试验研究.试验结果表明:黏土质水泥土和砂土质水泥土的冻胀率均随水泥含量增大而减小,随含水率增大呈线性增大,随龄期增大呈指数减小,随温度升高而呈线性增大,随荷载增大呈指数规律减小;且冻胀率与水泥掺入比变化规律均存在一个最佳掺入比,最佳掺入比对应土体较小的冻胀率,南京地区的典型黏土和砂土的最佳掺入比分别为10%、5%.综合分析可得:冻结法施工时,在土体中预先注一定量的水泥浆并将放置一段时间后再冻结,可减小由于冻胀对工程和环境造成的影响.     

重载铁路改良土和A组填料过渡段的动力特性

为分析不同类别填料相邻填筑特殊过渡段的动力特性,依托浩吉(浩勒报吉-吉安)重载铁路工程,采用现场激振试验与数值模拟相结合的方法,揭示了改良膨胀土和A组填料过渡段横、纵向路基的动力特性差异.结果 表明:同荷载条件下,A组填料路基横断面动力响应大于改良膨胀土,具体表现为:动应力的增幅达到5％～8％,加速度的增幅达到40％～50％;当速度为120 km/h,轴重为25～30 t的重载列车运行时,过渡段交接处纵向路面动力响应存在0.8％～13％的加剧现象,且一定程度上受行车方向影响.本文研究成果可为重载铁路填料过渡段的精细化建设养修提供理论依据.     

高分子固化剂对水泥土强度的影响研究

为研究高分子固化剂对水泥土强度的影响,对不同高分子固化剂掺量和土质条件下的水泥土进行室内无侧限抗压强度试验,从宏观上分析高分子固化剂对水泥土强度的影响规律;结合X射线衍射测试和扫描电镜测试,从微观结构上揭示高分子固化剂作用机理,分析高分子固化剂掺量和土质对水泥土强度的影响。宏观分析结果表明：在粉质黏土中,高分子水泥土的抗压强度高于普通水泥土,在粉土中两者强度相近,且两种土质中高分子固化剂掺量变化对水泥土强度影响较小;高分子水泥土在粉质黏土中的韧性表现优于普通水泥土;高分子水泥土在粉质黏土中的破坏应变大于普通水泥土;高分子水泥土在两种土质中的强度不随高分子固化剂掺量的增加而增加。微观测试结果表明：高分子水泥土在粉土中生成较多低硬度矿物成分;高分子水泥土内存在的高分子固化膜,对土颗粒进行包裹、填充与连接,增强了土颗粒之间的黏结。该结果可为地基处理材料相关研究提供一定的参考。