干湿交替环境中黄土裂隙扩展多尺度研究

为探究在干湿环境中西安特殊黄土裂隙发展规律，对试样进行不同含水质量分数条件下的干湿循环试验，而后开展固结压缩试验，并结合CT扫描技术和核磁共振技术，观察西安特殊黄土的固结性质及其孔隙结构变化规律。研究结果表明：土体压缩性随含水质量分数的增加呈增长趋势，压缩系数增加，压缩模量减小。黄土压缩性受干湿环境影响较大，随着循环次数的增加压缩性明显增强。通过观察黄土表面裂缝可以发现，含水质量分数和循环次数对裂缝的扩展都起到积极作用。应用CT扫描技术对干湿环境下的黄土试样进行实时监测，发现循环次数越多，孔隙发育越快，最终导致土体结构发生破坏。通过核磁共振技术发现干湿循环对黄土内部孔隙裂隙扩展起到促进作用，小孔隙相对减少，中孔隙和大孔隙相对增多。通过宏-微-细观多尺度方向对黄土的干湿损伤机理进行分析，为季风性气候地区黄土裂隙发展的认知提供参考。     

干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素

为研究干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的抗裂效果，分别开展了素土和剑麻纤维加筋膨胀土的干湿循环试验，并采用图像处理技术提取试样表面裂隙参数，分析了剑麻纤维含量及长度、干湿循环次数、试样含水率对裂隙发育的影响.结果表明：1）剑麻纤维加筋膨胀土具有较好的抗裂性能，且剑麻纤维的掺入对膨胀土的裂隙率和裂隙平均宽度影响较大，相较于素土试样，最优加筋土试样的裂隙率和裂隙平均宽度均比素土试样减小了约1/2. 2）纤维长度相同时，随着纤维含量的增大，裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均呈先减小后增大的趋势，且纤维含量为0.4%时各参数值最小；纤维含量相同时，纤维长度对各裂隙参数影响不大.3）随着干湿循环次数的增加，加筋土和素土试样裂隙参数均呈逐渐增大趋势，但纤维加筋土裂隙率和裂隙平均宽度的增大幅度均比素土小；从第5次干湿循环开始，各裂隙参数增长趋缓.4）单次脱湿过程中，试样含水率由20%降至10%时，裂隙急剧发育，且素土裂隙的发育对含水率的变化更加敏感，含水率低于10%时，随着含水率的减小，试样裂隙率变小并趋于稳定；相同含水率条件下，剑麻纤维加筋土具有更好的抗裂性能.5）剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂机理主要表现在两方面，一方面是剑麻纤维的掺入增大了膨胀土的渗透系数，促进了试样内水分的均匀分布，减小了试样各处的胀缩差异；另一方面纵横交错的剑麻纤维约束了聚集体之间大孔隙的收缩.     

干湿循环作用下黄土节理裂隙发育扩张的机制研究

黄土体中的裂隙对其工程性质有很大的影响,一方面使土体的整体性减弱、强度降低;另一方面裂隙增加了土体的临空面,加剧了大气营力对土体的影响,使水分的入侵和土体的风干更为剧烈,因此研究干湿循环作用下黄土节理裂隙发育演化的机制具有重要意义。在延安市安塞县取样,通过CT扫描成像技术研究土样不同干湿循环次数下土样内部裂隙的演化规律,在此基础上探讨黄土体节理裂隙发育扩张的机制。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,土样CT数的ME值不断减小,SD值不断增大,4次干湿循环后,裂隙逐渐停止发育。土体产生裂隙的机制是在湿温耦合作用下,土体含水量在空间分布不均匀,进而产生较大的水力梯度,然后在土体内部产生拉应力;当土体某处的拉应力大于该处的抗拉强度时,裂隙就会产生。     

上覆荷载作用下红黏土干湿循环试验研究

针对江西红黏土进行了施加不同上覆荷载、限制侧向膨胀、允许侧向收缩时的干湿循环试验,定性和定量地分析了干湿循环过程中红黏土裂隙发展规律.研究结果表明:对于任意一定次数的干湿循环,红黏土的裂隙分布密度、长度比、平均宽度均随着上覆荷载的增加而减小;随着上覆荷载的增加,试样经历7次干湿循环后裂隙分布密度、长度比、平均宽度减幅均很明显;上覆荷载越大,上覆荷载对裂隙的抑制作用越明显;当上覆荷载大于等于土体膨胀力时,试样不产生裂隙.     

干湿循环与持续浸泡下老黏土强度与变形特性变化

为探究重塑老黏土强度与变形受干湿循环与浸泡作用影响规律,系统开展大量三轴压缩试验,结合数理统计方法建立重塑老黏土强度与变形受干湿循环、浸泡作用劣化模型.研究结果表明:随干湿循环次数增加黏聚力呈指数衰减,前期衰减幅度较大,衰减趋势不断减缓逐渐趋于稳定;干湿循环过程中裂隙由试样四周向中间发展,裂隙增长、增大、增多,裂隙发育是强度衰减的根本原因之一;试样呈应变硬化现象,抗剪强度随干湿循环增加显著降低.同时,黏聚力随浸泡时间增加亦呈指数衰减,前期衰减最明显,浸泡1,2d衰减幅度最大.受端部效应影响,试样近端部变形微弱;横向变形随干湿循环次数、浸泡时间的增加呈增大趋势,集中于距离顶端40~50mm处.干湿循环对土体强度、变形的劣化作用明显强于浸泡作用.     

干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的裂隙及强度特性研究

膨胀土具有湿胀干缩的特性,在干湿循环作用下土体会产生裂隙,裂隙的发育会破坏土体结构,对土体强度产生影响。通过开展室内膨胀土干湿循环试验和无侧限抗压强度试验,采用数字图像处理技术分析试样表面裂隙,研究膨胀土在干湿循环作用下的开裂特性和纤维加筋对裂隙发育的抑制作用以及强度随裂隙开展的变化规律。结果表明:膨胀土表面裂隙率以及裂隙长度、宽度和分维数等定量指标随着干湿循环次数增加呈双曲线型增大,经历5次循环之后趋于稳定;无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加呈双曲线型衰减,经历5次循环之后强度也趋于稳定;强度指标随裂隙率的增加而降低,二者呈线性递减关系。试验过程中纤维土各裂隙指标均小于素膨胀土,而强度均大于素膨胀土,体现了纤维加筋减小膨胀土裂隙性、提高土体强度和整体性的良好效果。     

湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究

为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性，开展裂隙演化试验，得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律，同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征，分析宏观和微观试验结果关联性，揭示湿热力作用下粉砂质泥岩裂隙扩展机制.研究结果表明：粉砂质泥岩裂隙发育表现为增长-平缓趋势；在单因素循环作用中，湿度循环（浸水~烘干）最易造成粉砂质泥岩开裂，温度循环（5~60 ℃）次之，荷载循环（0~50 kPa）最弱；在多因素耦合循环作用中，裂隙发育程度排序为：湿热力＞湿热＞湿力＞热力，验证了湿度循环致裂性最强的结论.湿热力耦合循环作用15次后裂隙率达0.92%，裂隙条数增至30条，平均长度延伸至60.58 mm，而平均宽度稳定在0.47 mm左右.孔隙率与裂隙率的灰关联度最大，为0.813，即微观结构变化中孔隙发育与裂隙扩展的关联程度最大.湿热力耦合循环作用中，湿度循环引起黏土矿物晶层间距变化，导致颗粒破碎、孔隙扩张形成微裂隙，温度循环使试样产生差异性热应力、水分分布，促使微裂隙发育贯通，荷载作用增加尖端应力，最终导致裂隙网络形成.     

荷载与干湿循环协同下红黏土的强度特性与裂隙演化规律

为获取符合工程实际的设计参数,研发一种荷载与干湿循环协同作用下土的直剪试验装置与方法,采用图像处理系统,提出了考虑表面裂隙和侧面裂隙下土的裂隙率计算方法,分析了荷载与干湿循环协同作用下红黏土抗剪强度指标及裂隙演化规律,建立了抗剪强度指标与裂隙率、压实度的关系。结果表明：红黏土在荷载与干湿循环协同作用下,黏聚力随干湿循环次数增加在前3次降低显著,后趋于稳定;随上覆荷载增加先显著增加,后缓慢增加;内摩擦角随干湿循环次数和上覆荷载变化总体在10°范围内波动;表面和侧面裂隙都随着干湿循环次数的增加而不断发育,其中表面裂隙在10 kPa时裂隙宽度达到最大,且大、中裂隙发育最明显,同时侧面裂隙由环向裂隙向纵向裂隙发展;裂隙率随压实度的增大而降低,随干湿循环次数增加而增加,随上覆荷载增加先增加后降低,在上覆荷载为10 kPa时达到最大,黏聚力、内摩擦角与裂隙率、压实度的关系可以用二元非线性函数关系来拟合。此研究可为获取符合工程实际的红黏土设计参数提供参考。     

水泥-碱渣改良膨胀土干湿循环耐久性及其劣化机制试验研究

通过系统的室内试验对水泥-碱渣改良膨胀土的工程性质及其干湿循环耐久性进行评价,并通过微观测试技术分析了改良机理以及干湿循环劣化机制。结果表明,经水泥-碱渣改良后,膨胀土的液限、塑性指数和自由膨胀率明显减小,无侧限抗压强度显著增大;降低水泥-碱渣质量比引起的工程性质劣化可归因于复合型化合物CaO·SiO₂·CaCO₃·nH₂O的胶凝性能比典型水化胶凝产物弱。干湿循环初期,试样宏观形貌及无侧限抗压强度无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试样强度明显减小,其宏观破坏特征表现为剥落。干湿循环作用下,改良土的微观劣化作用机制在于水化胶凝产物对土颗粒或团聚体的胶结作用遭到破坏,以及微裂缝的发育及扩张。     

基于CT技术的混凝土孔隙结构冻融损伤试验

运用电子计算机断层扫描(CT)技术对经历冻融循环后的混凝土试样细观损伤过程进行实时扫描,获得二维断层扫描图像。在此基础上,运用图像处理技术对孔隙结构进行三维重建,得到不同冻融循环次数下试样内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律,以此分析孔隙结构与单轴抗压强度之间的关系。运用分形理论对冻融环境下试样孔隙结构与冻融循环次数的关系进行定量化描述。研究结果表明:试样内部孔隙的结构分布特征和演化规律与其力学性质和宏观破损特征密切相关。在冻融循环作用下,混凝土孔隙率随冻融循环次数的增加而逐渐增大,并与单轴抗压强度呈负相关;混凝土试样孔隙盒维数呈现初期降低后期增加的变化规律,即在孔隙结构的扩展经历了复杂无序—单一有序—复杂无序的演化过程。     

干湿循环作用下红砂岩堆石料力学性能研究

为研究红砂岩堆石料在干湿循环作用下的力学性能,以干湿循环次数为主要变量,开展常规三轴压缩试验。研究结果表明:不同干湿循环次数下,红砂岩堆石料应力-应变曲线变化规律基本一致,整体呈现出明显的应变软化。应力-应变曲线在初期快速增加,直至出现峰值,而后开始降低,最后趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样破坏强度随围压增大而逐渐增长;相同围压,破坏强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,破坏强度与干湿循环次数呈现指数关系;当干湿循环次数增加时,试样强度指标黏聚力逐渐减小,从125.9 kPa降低到62.3 kPa,黏聚力降幅约50%,且黏聚力与干湿循环次数之间成负线性关系;与之相似,另一强度指标内摩擦角逐渐减小,但降低幅度较小,减小幅度为15%左右,与干湿循环次数呈现指数关系。     

干湿循环下宁明粉砂岩宏微观损伤劣化规律研究

为揭示干湿循环下广西宁明地区粉砂岩损伤劣化规律,首先通过干湿循环试验模拟了岩石失水-吸水过程,分析了干湿循环作用下粉砂岩饱和含水率、纵波波速变化规律,并研究了干湿循环后粉砂岩的单轴压缩力学参数劣化特性以及微观结构变化,然后以弹性模量定义干湿循环后粉砂岩损伤,并基于Weibull分布定义受荷后粉砂岩的损伤,耦合得到了干湿循环作用下受荷粉砂岩的损伤演化方程。研究表明：随干湿循环次数增加,粉砂岩饱和含水率呈非线性增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量呈非线性减小,可采用指数函数进行拟合,且变化趋势均呈现出3个阶段;干湿循环作用对弹性模量劣化程度较单轴抗压强度劣化程度更为显著;阶段劣化度随干湿循环次数的增加而减小,总劣化度随干湿循环次数的增加而增大;峰值应变逐渐增大,岩样塑性得到了显著发展,破坏模式由脆性破坏向延性破坏转变。     

干湿和冻融循环作用下泥质白云岩宏观劣化研究

水岩相互作用是岩土工程及相关学科的研究热点。通过干湿和冻融循环试验,对泥质白云岩的力学特性劣化规律及扩容研究,取得了一定的成果。结果表明：(1)泥质白云岩在干湿和冻融循环作用下均会出现明显不均匀的强度劣化。60次循环作用下,干湿循环比冻融循环对岩石的影响更大。(2)冻融循环作用60次的岩样的抗压强度的总劣化度会随围压的增大而增大。(3)干湿和冻融循环作用下,屈服点(扩容点)与峰值点的应力比-围压呈线性关系。(4)60次循环作用下,低围压时,干湿循环岩样的泊松比大于冻融循环下岩样的泊松比,高围压时,冻融循环下岩样变形模量大于干湿循环下岩样的变形模量。     

采用核磁共振的大孔隙残积土水分迁移分析

为揭示大孔隙残积土的水分迁移机理，以原状、重塑花岗岩残积土为研究对象，基于核磁共振分析入渗试验、吸湿试验及干湿循环试验过程中土样基质域和大孔隙域的水分迁移规律。结果表明：入渗试验中，初始状态下原状和重塑土试样中水分主要分布在基质孔隙，随着入渗持续，大孔隙中T2曲线信号幅值逐渐增大且随着时间增加增速变快；吸湿试验中，由于基质吸力的存在，水分主要进入基质孔隙中，且土壤初始含水率与基质吸力呈反相关关系；干湿循环试验中，干湿循环后土壤中出现微小裂缝和孔隙，随着循环次数增加，裂隙逐渐贯通形成大孔隙，部分基质域中的水分进入大孔隙中。     

干湿循环作用下深部砂岩强度劣化及能量演化规律

为研究干湿循环对深部砂岩的强度劣化机制和能量演化规律,对经历不同干湿循环次数的砂岩进行基本物理参数的测定、单轴压缩试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测,探讨砂岩单轴抗压强度劣化及单轴压缩过程中能量演化规律.试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,单轴抗压强度和弹性模...     

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土力学性能试验研究

为进一步研究不同冻融介质下再生骨料透水混凝土冻融循环后的性能变化,分别以清水和3. 5wt%Na Cl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土透水系数、连续孔隙率、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律。试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的透水系数、连续孔隙率、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;冻融循环作用下,再生骨料透水混凝土单轴抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率呈负相关,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土孔隙率来评估其剩余抗压强度,试验成果可为进一步研究冻融环境下再生骨料透水混凝土内部孔隙结构损伤特征及破损机理提供参考依据。     

聚乙烯醇改良高原黏土水稳定性实验研究

为研究聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)对西藏地区黏土的力学性质改良效果,以高分子聚合物PVA为研究对象,改良藏东南地区高原黏土,通过无侧限抗压强度试验,研究PVA的改良效果,在干湿循环及浸水条件下探讨改良土的水稳定性,并利用扫描电镜研究PVA改良黏土的固化机理.结果表明:PVA的加入对黏土的抗压强...     

白鹤滩库区小坝组泥岩崩解特性及边坡破坏机制

降雨与库水位变动引起的干湿循环作用是导致库岸边坡破坏的关键因素之一.为了探究白鹤滩水电站库区蓄水后边坡的长期稳定性,以小坝组红层软岩为例,采用X射线衍射技术、扫描电镜技术及耐崩解仪,研究了干湿循环作用下红层软岩微结构演化机理及其崩解特性,并结合数值模拟方法与不同现场案例,分析了白鹤滩库区边坡的破坏机制.结果表明,干湿循...     

含水率与干湿循环对蒸压轻质混凝土抗压强度的影响

为研究水分对蒸压轻质混凝土力学性能的影响规律,开展了不同含水率和干湿循环次数蒸压轻质混凝土砌块的单轴压缩试验、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)试验和微观分析,得到了不同含水率和干湿循环次数下蒸压轻质混凝土抗压强度和弹性模量,并探讨抗压强度、弹性模量与含水率、干湿循环次数之间的变化规律.结果 表明:抗压强度和弹性模量在含水率从0增加到20％时,先快速降低,后降低速率变得缓慢并趋于稳定;随着干湿循环次数增加,水化反应在不断进行,水化产物不断增多,但干燥收缩作用也在不断加强,故导致抗压强度和弹性模量呈先增加后下降的趋势.     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。