降雨型浅层土质滑坡非饱和土-水作用特征试验研究

非饱和土在不同含水率条件下的基质吸力及其抗剪强度对降雨型浅层土质滑坡的防治具有重要意义。以武陵山区湘西北慈利县陈溪峪滑坡为例,选取了滑坡不同位置的多组粉质黏土原状样,首先利用现场双环渗透试验测定其饱和渗透系数,通过室内土-水特征试验获取其水-力相互作用参数,并利用VG模型和Mualem模型分别得到试样的土-水特征(SWCC)曲线和渗透系数函数(HCF)曲线;进而开展非饱和土直剪试验,研究不同含水率条件下滑体粉质黏土的抗剪强度变化规律。试验结果表明:不同水力路径下,粉质黏土土-水特征曲线和渗透系数函数曲线具有明显滞后效应,干密度越小则滞后效应越明显,基质吸力对体积含水率的敏感性就越小;粉质黏土由饱和状态到非饱和状态,基质吸力增大提高了黏聚力,导致土体抗剪强度不断增大。研究结论可为降雨型浅层土质滑坡的防治提供科学依据。     

基于以气驱水技术的含水地层灌浆改性试验研究

当对含水地层进行灌浆改性时,通常会受到土体孔隙中自由水的不利影响。为此,考虑将以气驱水技术应用于含水地层化学灌浆中,以提高改性效果。对饱和黏土与粉质砂土开展以气驱水可行性试验,结果显示在饱和粉质砂土中充气驱替孔隙中自由水具有较好的可行性,在饱和黏土中则难以顺利进行。这是因为土体内部孔隙大小会直接影响初始进气值Pc,同时充气压力亦不能超过极限压力Pmax,否则土体内部会发生劈裂破坏,形成大范围空气通道;研制含水地层以气驱水化学灌浆模拟装置,以粉质砂土为研究对象进行对比试验,试验结果显示在以气驱水技术的辅助下进行化学灌浆可更加显著地改善原有土体的渗透性、无侧限抗压强度与微观结构,电子显微镜扫描也显示出相似结果,这是因为通过充气能够在含水地层中产生空气隔幕,为浆液提供良好的灌注、凝硬环境。     

砂土地基和粉质黏土地基基坑悬臂开挖离心模型试验

分别开展砂土和粉质黏土两种典型土质条件下基坑悬臂式开挖离心模型试验,详细叙述试验过程中所要解决的关键问题,并提出合理的解决方案。通过对比分析两组试验结果,得到以下结论：非饱和土地基制备中参数控制困难,分层夯实法有待进一步改进,而砂雨法制备的砂土地基参数可控性更好;两组试验的结果有差异,砂土地基试验所呈现的土压力、地基变形、支护弯矩的变化规律更好,因此,岩土离心试验可适当考虑以砂土代替非饱和土;对于采用悬臂式支护结构的基坑,开挖引起的地表沉降曲线在砂土中呈指数型,而在粉质黏土中呈直线型;开挖引起的粉质黏土地基土体位移范围较砂土地基更大;开挖引起的砂土中挡墙弯矩较粉质黏土更大,砂土和粉质黏土中最大弯矩位置都随开挖逐渐下移;在砂土试验中开挖引起主动区土压力各处均减小,而在粉质黏土试验中开挖引起土压力在挡墙底有增大趋势。该基坑工程离心模型试验过程及数据处理方法可为进一步试验提供参考。     

冲击作用下饱和土性状的试验研究

在三轴条件下,对饱和土（砂土和黏土）进行排水与不排水条件下的冲击试验及冲击后再固结试验,对比研究了不同渗透性土在不同排水条件下的冲击动力响应和冲击后再固结性状。结果表明：饱和黏土不排水冲击时的孔隙水压力随冲击击数增加而升高并逐渐稳定,排水冲击时的孔隙水压力则是先达到峰值然后有所下降;砂土不排水冲击时的冲击能量对孔隙水压力影响最明显;饱和砂土不排水冲击时的轴向应变与冲击击数呈近似线性关系,饱和黏土冲击及饱和砂土排水冲击则呈近二次曲线关系;饱和砂土不排水冲击后再固结阶段的孔隙水压力立即消散为0,同时体变迅速增大到一定值;饱和黏土在冲击后再固结阶段的孔隙水压力在一定时间内逐渐消散完毕,同时体变逐渐增大;饱和黏土排水冲击时,冲击阶段产生的体变占冲击引起总体变的39%～49%,冲击后再固结阶段产生的体变占51%～61%;砂土和黏土的总体变均表现为排水冲击明显大于不排水冲击,改善冲击时的排水条件有利于提高加固效果。     

吸附离子对粉质粘土及改良土特性的影响

利用疏浚土有机质含量高、吸附能力强和低渗透性等特点,探讨将其作为填埋场黏土衬垫改性材料的可能性。针对粘土垫层所关心渗透性及强度两个基本问题,比较了粉质黏土、改良土（粉质黏土添加疏浚土）吸附离子前后的变化。吸附K+、Cu2+后粉质黏土、改良土的渗透系数随着土中离子含量的增加而增大,但对改良土渗透系数的影响要小于粉质黏土;吸附离子后,粉质黏土摩擦角增幅不大,黏聚力有较大增长,而改良土的黏聚力增长较少,摩擦角增长较快。总体而言,添加一定量的疏浚土能改善吸附离子对黏土垫层的影响。采用SEM电镜试验拍摄了离子吸附前后土体微观结构的变化,并从扩散双电层理论出发,解释了吸附离子对粉质黏土及改良土的影响。     

非饱和重塑黏土渗透性试验研究

工程中常常遇到非饱和土渗流问题,其渗透性是非饱和土的重要研究内容。采用常规压力板仪详细研究了重塑黏土在3种不同击实功和5种不同击实含水率下的土-水特征曲线,并用变水头法测量了相应的饱和土渗透系数。结合土水曲线和饱和渗透系数,基于Van Genuchten模型和Fredlund模型,详细探讨了重塑非饱和重塑黏土在不同击实条件下的渗透性。结果表明,土样饱和渗透系数随着击实含水率的增大而减小,且随着基质吸力的增大土样渗透性差别逐渐减小。当试样吸力达到1 MPa时,可认为不同击实含水率下试样的渗透性基本相同;在轻型击实和简化轻型击实下,试样渗透性很相似。重型击实功下试样的渗透系数和轻型击实下土样渗透系数的比值 随着吸力的增大而逐渐增大,在饱和状态时比值约为1/100,当吸力达到1 MPa时比值逐渐稳定在1/10右。     

库水上升条件下不同土体类型岸坡渗流场特征

库水位与岸坡体内地下水渗流场的动态变化密切相关。传统的饱和土渗流分析方法无法准确描述水位上升过程中岸坡内渗流场的规律。从饱和-非饱和非稳定渗流理论出发,在室内实验得到基质吸力和体积含水量关系的基础上,通过对实验数据拟合,得出Van Genuchten模型中土水特征参数。以三峡库区典型岸坡为例,模拟库水匀速上升时,坡体为粉质黏土、粉土、砂土和砾石土4种岩土介质类型下的渗流特征,并监测坡面高程为165 m和155 m竖直剖面上的孔隙水压力变化。结果表明:库水位匀速上升过程中岸坡体内浸润线呈"V "字型,并且各时步" V"字型浸润线的拐点连线随渗透性的增大有逐渐与坡面平行的趋势;揭示了4种土体类型孔隙水压力随时间的变化规律。研究成果可为水库岸坡的防治提供较重要的借鉴与参考。      

低幅应变条件下粉质黏土泊松比的非线性特征

对哈尔滨原状粉质黏土进行共振柱试验,通过扭转及弯曲试验得出相应的弹性模量E、剪切模量G、泊松比ν,旨在分析低幅应变下粉质黏土泊松比随应变发展的非线性特征。试验结果表明：随着应变的增大,粉质黏土剪切模量与弹性模量均出现衰减,但二者衰减并不同步,剪切模量先于弹性模量发生衰减;泊松比随着应变的增大而增大,并随着围压的升高而降低;在半对数坐标系下,泊松比与归一化剪切模量 近似呈线性关系,基于此提出低幅应变下泊松比预测模型。理论推导证明：低幅应变下ν- 曲线呈线性具有其必然性;随着应变的发展和 值的降低,ν- 曲线由斜率一定的线性段过渡到斜率逐渐降低的非线性段,并最终趋近于一定值。基于理论推导建立了泊松比预测模型参数与Hardin-Drnevich模型参数的关系,由此可依据低幅应变下ν- 曲线形态对较高应变下泊松比进行预测,实例验证表明该方法预测结果较好,具有一定应用价值。     

线性加载条件下考虑应力历史的饱和黏土一维非线性固结渗透试验研究

为研究线性加载条件下不同应力历史的饱和黏土的渗透性,利用改装后的GDS三轴仪进行了一维固结渗透联合试验,对陕西洛川粉质黏土重塑样的渗透系数变化规律进行了研究。研究结果表明,正常固结与超固结饱和黏土的渗透系数均随固结应力的增大而呈非线性减小,且两者的孔隙比与渗透系数随固结应力的变化趋势一致。处于超固结状态土体的压缩性和渗透性要比处于正常固结状态小得多。在同一固结应力下,渗透系数和孔隙比均随渗透压差的增大而减小。最后,将实测值与文献[12]中修正后的达西渗透系数公式、修正后的柯森-卡门公式、斯托克斯孔隙流渗透系数公式以及固结度渗透公式计算得到的渗透系数进行了比较。结果表明,用修正后的柯森–卡门渗透系数公式计算得到的渗透系数与实测值吻合较好,因此,推荐使用修正后的柯森–卡门渗透系数公式来预测洛川饱和黏土渗透系数。     

郑开下穿越工程非饱和土土-水特征曲线室内试验研究

利用气相法和渗吸法,对郑州至开封下穿越工程降水施工引起的非饱和砂质粉土和粉质黏土的土-水特征曲线进行了室内试验研究。研究结果表明,非饱和砂质粉土和粉质黏土的进气值约为2 kPa和250 kPa,残余饱和度对应的吸力值约为15 MPa和28 MPa,两种非饱和土的减饱和过程都具有明显的阶段特征。通过该工程非饱和土土土-水特征曲线的分段性研究,对于工程降水施工以及掌子面加固等有重要的指导意义。     

江苏太仓浅部淤泥质土层的工程地质特征

太仓浅部广泛分布的淤泥质粉质粘土层具有高含水量、高压缩性和低渗透性,对开采浅层地下水引起的地面沉降研究有重要意义。本文通过一系列微观和宏观室内试验,查明该层土的矿物成分主要为伊利石,其次为绿泥石、高岭石,土中孔隙主要为中孔隙和小孔隙。在一定应力范围内,随固结压力增大,土中的中孔隙明显减小,渗透系数也明显减小,孔隙比与渗透系数之间有单对数线性关系,但当固结压力超过一定值后,土中以小孔隙为主,随固结压力增大,孔径分布变化不明显,渗透系数随孔隙比的变化也小得多。淤泥质粉质粘土层的变形以不可恢复的塑性变形为主,具有显著的蠕变性,在开采地下水引起的地面沉降中将会有明显的变形迟后。     

冻结硫酸钠粉质黏土强度与本构模型研究北大核心CSCD

为了研究冻结硫酸钠粉质黏土的变形规律和强度特征,在1 MPa围压下,对-2、-6、-10℃三组温度下不同硫酸钠含量的粉质黏土进行负温三轴剪切试验研究。基于实验数据,计算了冻结硫酸钠粉质黏土的切线模量,研究了轴向应变与偏应力的非线性关系,推导了试样的p-q平面强度准则,提出了冻结硫酸钠盐粉质黏土强度公式,建立了含参数的冻结含盐粉质黏土的修正Duncan-Chang本构模型,并拟合了相关参数,验证了模型精度及适用性。结果表明:试样的偏应力在应变后期趋于稳定,处于向应变硬化过渡的阶段,切线模量E随含盐量的增加呈现先减小再增大再减小的变化规律,切线模量E变化幅度较小,p、q呈明显的线性关系,在0℃至-15℃温度范围内,修正Duncan-Chang本构模型对含盐量小于2.5%的冻结硫酸钠粉质黏土强度具有良好的预测效果。     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

初始剪应力与加荷速率共同作用下饱和软黏土孔压模型试验研究

通过GDS循环三轴试验系统,对循环荷载作用下饱和软黏土的孔压变化规律进行了研究,分析了循环应力比,初始剪应力与振动频率对孔隙水压力的影响。研究结果表明：随着循环应力比的增加,孔压发展速度增快。循环荷载作用下饱和软黏土存在临界循环应力比,通过孔压也可以确定其值大小。在循环初期,孔压率较大,随着循环时间的增加,孔压率逐渐减小。随着循环应力比的增加,孔压率增加。振动频率对孔压比-循环次数关系影响明显,随着频率的增加,孔压比减小;然而,当振动频率大于1 Hz时,振动频率对孔压比-时间与孔压率-时间关系影响不明显。随着初始剪应力的增大,孔压增加。初始剪应力对应变率具有显著影响;随着初始剪应力的增加,应变率增加。在对数坐标下,孔压率与时间呈线性关系。在上述试验基础上建立了孔压率与时间关系表达式,通过积分得到了循环荷载作用下饱和软黏土的动孔压模型     

长江入海口原状土动剪切模量预测方法探究

为探究同一类原状土在各应变范围内动剪切模量G随土层深度H的变化规律,对长江入海口处同一钻孔自地表至基岩深度范围内原状粉质黏土与粉土展开系列共振柱试验。试验发现：原状粉质黏土与粉土在各应变范围内G均随H的增加而规律性增加,最大动剪切模量Gmax随H的增加而线性上升;G衰减关系随H的增加呈现规律性降低。试验结果表明：原状土G与土层深度H存在一定相关,据此提出了分别基于土层深度H和Hardin模型的G预测方法,用以预测各类原状土在不同深度下的Gmax及其在各应变范围内的G。通过3种预测方法的对比分析,得出基于土层深度H的G预测方法最具优势,并且通过对渤海海域原状土数据的重新处理进一步验证了该方法的适用性。     

马兰黄土孔隙结构参数与渗透性关系研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪进行马兰黄土渗气及饱和渗透试验,得到两个渗透性参数渗气率k_a和饱和渗透系数K_w,通过室内常规试验得到的孔隙比e,并利用图像处理软件（IPP）处理扫描电镜（SEM）照片得到的平面孔隙比e₀,结合试验结果并利用数学模型建立宏-微观孔隙参数与渗透参数之间的关系。结果表明:重塑土干密度增大,单位体积内颗粒数量增多,孔隙面积减少。原状风干土样埋深增大,大孔和中孔的孔隙面积、孔隙数量、孔隙平均直径明显减小;半对数线性模型可以消除K_w和k_a与孔隙结构参数在量级上的差异,拟合效果更好。lgK_w、lgk_a与e、e₀之间都呈现较好的线性关系;含水率变化时,渗气率拟合直线的斜率和截距的变化规律更明显。重塑土由于制样均匀,曲线的拟合度更高,而不同深度的原状黄土试样由于沉积过程造成的结构性的差异,致使其拟合度较重塑土偏低。     

静压沉桩与CPTU贯入离心模型试验及机制研究

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制,开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验,获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时,将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入,应用圆孔扩张解答,建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明：随着桩体的压入,桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大,当桩头通过监测点时,超孔压与土压力均达到最大值;在饱和黏土中,CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符,较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。     

砂-黏土混合物高压压实性能试验研究

利用自行设计高压固结仪对5种不同含砂率的饱和砂-黏土混合物开展一系列高压压缩试验,研究砂-黏土混合物压缩性和渗透性演化规律及其对矿物组分的依赖性。试验结果表明,饱和砂-黏土混合物的孔隙比-压力(e-lgP)曲线随着含砂率增高呈现出指数函数模式向双曲线函数模式转化,而e-P曲线在压力高于8.1 MPa则呈线性变化,其斜率依赖于含砂率。最优含砂率随固结压力的增大而逐渐从75%移向30%。不同含砂率的砂-黏土混合物的孔隙率、固结压力和含砂率存在统一的幂函数关系。渗透系数与含砂率有关,渗透系数与孔隙率符合指数函数关系。从砂-黏土混合物骨架结构和孔隙类型的角度出发,从本质上分析含砂率、固结压力对混合物压缩性和渗透性的作用规律。结合SEM微细观结构观测结果,验证砂-黏土混合物骨架结构与含砂率之间的相关性。     

马兰黄土渗气率与饱和渗透系数的关系研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪进行马兰黄土渗气和饱和渗透试验,确定稳定渗气率对应的稳定渗径,进而探讨渗气率ka和饱和渗透系数Kw的关系。研究结果表明: ka不仅能描述非饱和土孔隙和结构特征,也能用于预测Kw。气体渗气率随着渗径的增大而减小,最终趋于稳定,原状和重塑黄土的稳定渗径均约8 cm。ka和Kw间呈明显的双对数线性关系,不同深度的原状风干黄土和不同粒组的重塑土的lgka和lgKw间的相关性都比较明显,但原状风干黄土和重塑土之间的拟合公式有很大差异。另外,黏粒含量较高时,重塑土拟合直线的斜率β和截距α明显增大。不同含水率下,重塑土拟合公式有很大的差异,当含水率较大时,随着干密度的增大,ka的变化程度比Kw大,拟合直线的斜率β和截距α都有明显的减小。     

活性氧化镁碳化固化粉质黏土微观机制

以活性氧化镁碳化固化粉质黏土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验、酸碱度测试、X射线衍射试验、压汞试验和扫描电镜试验,研究了不同初始含水率和碳化时间影响下活性氧化镁碳化加固粉质黏土的强度、pH值、碳化产物和微观结构等变化。根据碳化固化土强度与碳化产物含量及累积孔隙体积间的内在联系,提出了粉质黏土的碳化反应微观模型。结果表明：随碳化时间增加和初始含水率减小,碳化固化土的碳化产物含量增加、累积孔隙体积减小,同时氧化镁碳化加固土的强度提高;碳化固化土的pH值随碳化时间不断减小,而随初始含水率变化不大;最后提出了粉质黏土的碳化反应微观模型,确定了活性氧化镁固化粉质黏土在碳化约6.0 h时可获得最高强度。