人工制备湿陷性黄土微观结构分析

天然黄土具有很强的结构性,在采样、运输、制样过程中,都会对试样产生不可避免的扰动。本文基于Monte Carlo原理,选用无黏性材料石英粉、砂和黏结性材料膨润土、石膏和工业盐,采用空中自由下落法制备人工湿陷性黄土,并分别施加5kPa、10kPa、15kPa竖向固结压力,固结9个月后取样进行土工试验和电镜扫描测试。土工试验结果表明:随着固结压力的增大,抗剪强度指标得到一定提升,湿陷峰值系数减小。通过扫描电镜微观结构分析表明:架空孔隙受固结压力作用影响较大,粒间孔隙对固结压力作用反应相对迟钝;随着固结压力的增大,颗粒的各向异性、面积比和等效直径增大,而扁圆度和充填比减小。土的内摩擦角、黏聚力和湿陷系数等力学参数与面积比、充填比、等效直径、各向异性、扁圆度等微结构性参数存在着良好的相关关系。从微观角度证明该人工制备湿陷性黄土是一种较为理想的湿陷性黄土模型试验相似材料。     

湿陷性黄土增湿和减湿效应的探讨

湿陷性黄土的湿陷性不是一成不变的。土中含水率的变化产生的增湿和减湿效应,对黄土湿陷性影响很大。进行黄土湿陷性评价时,应注意以动态的观点和方法综合分析、预测增湿和减湿效应的不利影响,以便采取有效的处理措施,消除工程事故隐患。     

湿陷性黄土在增湿时的强度特性

湿陷性黄土在增湿时其强度将明显降低。这种特性可以用本文所讨论的强度曲面来描述。强度曲面的参数可通过三轴试验方法来确定。对于给定的应力水平来说,临界含水量w_(cr)是应力极限平衡状态的一个临界界限值。当湿陷性黄土的含水量等于或大于w_(cr)时就不再具有承受给定应力的能力。     

增湿时黄土的抗剪强度特性分析

采用固结不排水剪切方法,对非饱和原状Q3黄土进行了增湿情况下的三轴剪切试验,得到了湿陷性黄土的极限强度与初始含水量及围压的关系曲线,分析了增湿过程中黄土抗剪强度的变化规律。结果表明,原始含水量下非饱和原状黄土的强度包线是由两条直线组成的折线,高含水量时的强度包线仍符合莫尔-库仑理论准则。非饱和黄土的黏聚力随初始含水量的增大而迅速降低,而内摩擦角受初始含水量变化的影响较小。随初始含水量的增大,总应力指标始终小于相应的有效应力指标;并发现非饱和黄土的有效黏聚力 与初始含水量w之间的关系能较好地拟合为指数函数。最后简要分析了初始含水量和围压对抗剪强度指标的影响。     

黄土抗震陷变形的酸改性方法及其微观结构分析

低黏性粉质黄土的架空弱胶结微结构,导致这种黄土在动荷载作用下呈现出强度低、震陷变形大的现象,为黄土场地地基处理提出了挑战性的技术难题。黄土结构改性是通过改变其微观结构,达到有效降低震陷变形和湿陷性等为目的。本文采用酸改性方法处理黄土,即通过加入有较强分散和胶结效果的硼化合物作为主要改性物质;加入轻质碳酸钙等填料,调整原状土的颗粒粒径级配;以磷酸稀释液调解土的pH值。对改性土样进行震陷等试验测试对比,确定最佳配方,同时分析改性前后微观结构和能谱的变化。结果表明,酸改性方法能有效改善黄土的微观结构,使得土样的震陷变形系数明显降低。并且所添加的改性原料无毒,不会对土层产生污染。     

浸水作用下湿陷性黄土微观结构及分形特征研究

针对延安新区湿陷性黄土,开展浸水试验,利用扫描电子显微镜获得不同浸水时长的黄土微观结构图像。运用Image Pro Plus（IPP）图像处理软件提取黄土的微观结构参数,结合分形理论对黄土的微观结构进行定量分析。结果表明：在浸水过程中,土体宏观表现为湿陷性减弱。土体颗粒排列、形态分布呈规律性变化;孔隙面积概率分布指数和颗粒分形维数均出现减小趋势,颗粒圆形度先减小后增大,排列发生定向改变;浸水作用对黄土微观结构的影响具有时效性,初始阶段土体受黏土矿物软化、可溶盐流失的影响,天然结构在水体扰动下逐渐失稳;随浸水时间的增加,骨架结构产生破坏,颗粒发生偏转、滑移、重组;平衡阶段颗粒形成新的结构,排列密集化,大、中孔隙减少,土体结构逐渐稳定。研究从宏观、微观两个角度研究了浸水作用下的黄土结构特征,为湿陷性黄土地区的工程问题提供了试验基础和科学依据。     

Q2黄土浸水前后微观结构变化研究

对陕西蒲城电厂Q2黄土浸水前后的试样进行微观结构对比测试,得到了大量珍贵的微观结构图片。浸水前后Q2黄土的微观结构定性、定量分析表明：架空孔隙受力作用影响较大,对水的作用敏感;粒间孔隙对压力和水的作用相对较迟钝;Q2黄土的湿陷峰值压力大于200 kPa。随着压力的增大,Q2黄土的灰度熵、欧拉数和孔隙的面积比例、圆形度、定向度、分布分维减小;而颗粒的面积比例、圆形度、定向度、分布分维将增大;随着水的浸入,各量将继续减小或增大;浸水后孔径大于20 ?m的孔隙含量减少,孔径小于20 ?m的孔隙含量增加,湿陷的过程中大部分孔隙都在发生变化,大孔隙变成中、小孔隙,中、小孔隙则变为更小的孔隙。浸水前后微观结构的变化能较好地解释Q2黄土特殊的湿陷性。     

宁夏非饱和黄土浸水后变形特性研究

非饱和黄土广泛分布于我国西北地区,它具有湿陷性、承载力低等特殊的工程性质条件,常对工程造成严重的危害,因此成了大家十分关注的问题。分析了非饱和黄土的形成和发展过程、微观结构特征、矿物成份和化学成份特点,通过大量的土工试验对非饱和黄土浸水后的破坏变形特性进行研究,得到了黄土湿陷性与浸水时间、含水量、饱和度和压力之间的关系,为工程建设提供可靠的设计依据。     

真三轴条件下的原状黄土增湿变形特性

为了研究复杂应力条件下原状黄土的增湿变形特性,利用改进的非饱和土湿陷真三轴仪,在测量吸力条件下对原状黄土进行双线法分级浸水增湿试验,探讨力-水耦合作用下吸力的变化特性,研究真三轴浸水试验的增湿变形特性,以及吸力、净围压、中主应力和应力比对增湿变形的影响。研究结果表明:由e_i-lgp压缩曲线确定了非饱和土的屈服点,屈服点之前,曲线的斜率近似相等;屈服点之后,曲线的斜率随着初始吸力的减小而减小,且非饱和土与饱和土的交点随着初始吸力的增大呈右下方移动趋势。等向压缩过程中,吸力随着净平均应力的增加近似呈线性减小趋势,初始吸力越小,吸力减小的速度越慢,且吸力变化量越小。均压分级浸水增湿时,吸力s随着浸水量w的增加而减小,增湿体变e_v^sh随着浸水量w的增加而增大,不同净围压下的evsh-w关系曲线相互有交叉。交叉区域之前,净围压越大,增湿体变越小,而交叉区域之后,净围压越大,增湿体变越大。在同一净围压条件下,浸水量相同时,初始吸力越大,增湿体变越大。真三轴剪切增湿试验中,应力比k、中主应力参数b值和净围压s3皆对增湿变形有一定的影响...     

强夯法加固湿陷性黄土的微观研究

黄土的湿陷性对于建筑的安全具有极大的危害性,而强夯法可以有效地消除黄土的湿陷性。通过对强夯前后湿陷性黄土的物理力学性质及微观结构进行对比分析,强夯效果沿深度可分为三段,从3 m至8 m为强夯效果最佳段。强夯使土体中孔径大于20 μm的孔隙含量减少,小于5 μm的孔隙含量增加,土体的致密程度提高。     

湿陷性黄土的术语和基本概念

从黄土的湿陷性、黄土的湿陷特性曲线、湿陷特性曲线、湿陷类型和湿陷等级、增湿变形机理和力与水的作用次诒等５个方面列出了有关湿隐性黄白的３０条术语,并阐明了它们的基本概念。     

黄土地基增湿变形的实用算法

以大量黄土单线法、双线法湿陷试验的成果为基础,提出了用割线模量计算黄土由一个含水量情况到另一个含水量时增湿变形量的实用算法。利用它既可计算最大湿陷势,又可计算广泛存在的可能增湿湿陷势。     

非饱和增湿条件下典型黄土湿陷性研究

利用自制装置,对原状典型黄土试样(柱状)进行不同饱和程度的非饱和增湿,分析增湿过程中土样不同位置处水分的分布规律。对完成增湿过程的试样进行湿陷性测试,并定义非饱和增湿湿陷系数,用以探讨非饱和增湿条件下试样不同位置及总体的湿陷性特征。研究结果表明,低增湿目标含水率时,随着时间增加,原状黄土土柱上层含水率呈速度减缓的下降趋势,下层含水率呈速度减缓的上升趋势,黄土土柱含水率分布不均匀;高增湿目标含水率时,随着时间增加,黄土土柱上层含水率呈速度加快的下降趋势,下层含水率呈速度加快的增长趋势,黄土土柱含水率分布均匀,且趋于均匀的时间缩短。随增湿目标含水率的增加,黄土土柱每层的非饱和增湿湿陷系数增长速度加快,底层与上层系数数值靠拢,黄土土柱整体非饱和增湿湿陷系数增大且随着压力的增加呈速度加快的增长趋势。低增湿目标含水率时,增湿时间越短土柱整体非饱和增湿湿陷系数越大;高增湿目标含水率时,时间越长土柱非饱和增湿湿陷系数越大。成果可为黄土非饱和湿陷性的研究及评价提供一定的参考及依据。     

压实黄土变形特性

黄土路基填料的变形特性直接关系到路基沉降和路基边坡坡度的选取,是黄土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。基于一维室内固结试验,分析了压实黄土变形特性。引入压缩变形系数,分析了压实黄土的物理指标（含水量、压实度）与变形指标（压缩变形系数、压缩系数）的关系,采用应变法来表达压缩变形曲线结果;引入非线性应力、应变关系的割线模量,研究了压实黄土的加荷本构模型和增（减）湿本构模型。结果表明：压实黄土的物理指标对其变形特性影响较大,压实黄土的应力-应变关系可以用幂函数 的形式来表达,提出了压实黄土的加荷本构模型和增（减）湿本构模型,该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路基沉降特性提供了有力依据。     

辽西黄土湿陷变形特性及湿陷后微观结构变化

初始含水率对黄土湿陷性具有重要的影响。利用人工制备不同含水率的试样对辽西黄土的湿陷变形特性进行了试验研究,并采用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微观结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形几何方法分析了黄土试样微观孔隙的变化特征。结果表明：1)初始含水率对辽西黄土的湿陷变形具有显著的影响,随着试样初始含水率的增大,同一压力下的湿陷变形量越来越小;2)不同初始含水率试样的压力-变形关系曲线可以统一用双曲线形式表达;3)湿陷后黄土试样的结构变得较为致密,孔隙总数显著增加,而孔隙面积减小。湿陷过程主要是小孔隙数量增加、孔隙形状分维数减小、孔隙复杂程度显著增加的过程。     

灌溉作用下黄土宏观力学响应及微观结构特性研究

从黄土特有的水敏性和微结构角度出发,开展灌溉作用下,水体入渗过程中黄土宏观力学响应与微观结构特性之间变化规律的研究。设定了不同含水量下的黄土宏观力学与微观结构试验,旨在得到水对黄土的应力应变响应规律及试验前后剪裂面上黄土微观结构的变化特征。结果表明:研究区Q3黄土的应力-应变曲线随着围压的增大呈现出由应变软化型向应变硬化型转变,随着含水量的增大呈现出由应变硬化型向应变软化型转变的规律;并以此确定了研究区黄土结构屈服应力σk所对应的应变值一般小于2%;结合饱和Q3黄土三轴固结不排水剪切试验获得了研究区黄土的稳态线参数及状态边界面参数,并在假设不同围压条件下稳定状态收敛的前提下,得到近似状态临界面公式;分析了Q3黄土在不同围压和含水量下的破坏模式,其特征表现在黄土试样剪切前后的微观结构变化主要表现在微结构类型的转变、孔隙含量减小及微裂隙的发育程度上。     

黄土增湿方法的试验研究

黄土增湿方法有预湿法和掩埋法。预湿法增湿时间较快,增湿程度易于控制,增湿效果较好,但无法批量增湿,需单个分别处理,工作量较大。掩埋法可以批量增湿,但增湿时间过长,增湿均匀性较差。土体含水量越高,增湿试验所需时间越短。     

基于广义塑性力学的黄土湿陷变形本构关系

分析了黄土湿陷变形的塑性特性,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构关系。将增湿含水量作为内应力,应用常规三轴浸水试验拟合得出了湿陷体积屈服面和剪切屈服面,并且给出了黄土湿陷变形的起始屈服面。该模型能够反映湿陷性黄土在不同湿陷作用,即水和力的不同组合作用下的湿陷变形特性,考虑了湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对它们的交叉影响。     

基于孔隙特征的黄土微观结构分析

利用扫描电子显微镜对湿陷前后黄土的微观结构进行观察和拍照,并对微观图像进行定量化分析。对比分析表明,湿陷后黄土骨架颗粒由支架接触为主要变为镶嵌接触为主;大、中孔隙明显减少,孔隙个数明显增多;湿陷后孔隙分形维数略有增大,孔隙的复杂程度有所增加。     

增湿高能级强夯法处理湿陷性黄土地基的研究

湿陷性黄土在浸水过程中结构弱化,湿陷变形发展很快,量也很大,强度大幅度降低,在湿陷性黄土地区进行工程建设时,必须进行地基处理。通过分析黄土湿陷性机理及其影响因素,提出了将增湿高能级强夯法应用于湿陷性黄土地基处理的方法,以增湿高能级强夯法加固黄土的机理为理论基础,将该法应用于实践工程,经试验检测,其加固效果较好,消除了黄土湿陷性的同时,还提高了黄土的强度。验证了该法是一种湿陷性黄土地区地基处理的较好的技术。