干湿循环条件下压实黄土变形特性试验研究

由于降雨及蒸发的周期性变化等原因,压实地基土经常处于干湿交替状态,这种干湿循环作用会影响路基及地基的长期稳定性。通过气压式固结仪测试压实黄土试样经过不同次数干湿循环作用后的侧限压缩应变与垂直压力( - )曲线,研究干湿循环作用对压实黄土变形特性的影响,同时利用已有模型对实测曲线进行拟合,并基于割线模量法分析了割线模量与初始压实度及干湿循环次数的关系。结果表明：初始压实度对黄土的压缩变形有显著影响,不同初始压实度的试样其各级压力下的侧限压缩应变均随着干湿循环次数的增大逐渐增加,之后趋于稳定;初始压实度越高,干湿循环作用影响效应越显著;干湿循环作用并不改变土体 - 曲线的形式;割线模量与干湿循环次数及初始压实度的关系均呈指数关系。     

压实黏土干燥裂隙及渗透性能研究

压实黏土干燥过程中产生的裂隙可能对渗透性能有较大影响。通过室内模拟试验研究发现,裂隙面积率、裂隙总长度和裂隙宽度随含水率减小而增大。压实黏土中裂隙可分为主裂隙和次裂隙2类,次裂隙出现前后裂隙参数的变化速率有较大差异。较宽裂隙在湿化后不能完全愈合,干湿循环过程使压实黏土产生了不可逆的变化。采用试验筒壁上涂阿尔代胶的方法可以有效模拟土样中裂隙的形成,并能较好地防止侧漏。渗透试验发现,一次干湿循环导致压实黏土的渗透系数增大将近2个数量级。湿化过程中干燥裂隙不能完全愈合及微裂隙的形成可能是导致渗透系数增大的主要原因。     

增湿-减湿作用下黄土裂隙演化规律研究

黄土内部存在各种裂隙,增湿-减湿作用导致原状黄土内部裂隙不断发展演化,因此研究在增湿-减湿作用下黄土裂隙发育演化规律具有非常重要的意义。以陕北延安地区某边坡黄土为研究对象,通过CT扫描技术获得了增湿-减湿作用下土样细观结构变化图,得到了土样CT数ME及SD值随土样增湿-减湿作用的变化曲线。研究结果表明:随着土体湿度的增加,土体内部损伤速率缓慢增加,当含水率超过土样塑限后,土体内部损伤速率加快,含水率超过一定值时,速度又减缓,CT数的均值和方差随含水率变化皆呈反“S”曲线;随着干湿循环次数的增加,土样微裂纹逐渐发育,表现为伸长变宽,呈不规则的分叉、甚至贯通;4次干湿循环后,土样裂隙裂缝基本成了网状,土样较破碎,此时CT数的均值和方差变化不大;干湿循环幅度越大,土样内部损伤程度也越大,土样内部节理裂隙发展也就越快。     

干湿-冻融循环条件下膨胀土的压缩及渗透特性变化规律

北疆供水一期工程穿越膨胀土区域,历经多次干湿-冻融循环后力学特性衰减严重,易产生渠坡局部浅层滑坡和冻胀破坏等现象。为深入研究其劣化机制,通过干湿-冻融循环条件下的压缩试验、渗透试验和SEM微观扫描试验,从宏-细-微观多角度分析其压缩和渗透指标的变化规律。研究结果表明：随干湿-冻融循环次数的增加,膨胀土整体压缩性增大,其压缩曲线可分为拟弹性段与拟塑性段;随循环次数的增加,回弹指数呈波动趋势,压缩指数与循环次数呈指数正相关,与细-微观裂隙呈线性正相关。黏土颗粒在循环作用下组成“团聚体-孔隙-填充颗粒”形式的较松散的临时结构,絮凝结构增加,各向异性减少;土样承受竖向压力时,膨胀土孔隙间距减少,压缩性较大;压力超过固结屈服应力时,团聚体颗粒扁角化、极角频率增加、孔隙压密,压缩性逐渐稳定。渗透系数在循环过程中变化分为缓慢、迅速、稳定3个阶段;渗透系数在第5次循环变化较大,第7次循环后逐渐稳定,与循环次数及表面裂隙率呈正相关趋势。渗透系数与各项微观参数的灰色关联度均大于0.65,微观孔隙率是最主要的影响因素;循环作用下微观孔隙发育明显,形成新渗流通道,渗透系数与微观孔隙率呈线性正相关。     

冻融循环对土体分散性的影响及微观机理分析

以吉林乾安地区土样为研究对象,通过对经历不同冻融循环次数的原始土样及改性后土样进行分散性测试和电镜扫描试验,利用MATLAB图像处理软件、CIAS裂隙定量分析程序对土样裂隙进行定量处理,探究循环冻融作用下土体分散性的变化规律与土体裂隙参数之间的关系及其微观机理。结果表明：(1)未经明矾处理的土样分散性随冻融循环次数的增加而增加,经明矾处理的改性土样在有限次(20次)冻融循环条件下分散性不发生变化;(2)冻融循环作用下结构单元体破碎,使土样中细粒含量增加从而使土体分散性增强,同时新形成的裂隙将土体切割成大小不一形状各异的块体,进而加剧了土体的分散性;(3)裂隙参数中,裂隙分形维数与土体分散性等级值相关性较好,裂隙率次之;(4)明矾中的铝离子替代了土颗粒表面的钠离子,增大了土颗粒之间的吸引力,从而降低了土体的分散性,且试样分散性受冻融循环条件的影响较小,因此明矾可作为一种良好的改性剂用于治理季冻区分散性土。     

非饱和填土侧限压缩变形特性试验研究及应用初探

为研究吸力及压实度对非饱和压实填土压缩变形特性的影响,并建立脱湿（吸力增长）状态下的填方土体工后沉降变形修正计算应用模型,开展了控制吸力和压实度的一维非饱和土侧限压缩试验。结果表明：压缩曲线平缓段随压实度和吸力的提高而增长,表明土样的结构屈服强度同步得到提高;在比容v变化差值序列上,饱和土压缩土样最大、常规压缩土样次之、脱湿土样最小,并且吸力越大,比容v变化差值越小。经历脱湿（吸力增长）后的压实土压缩性降低,定义和建立了吸力压缩系数 及其经验模型,用以表征和度量吸力和压实度对压缩特性的影响规律及程度,发现 随竖向应力增加呈现指数型衰减。对模型参数与压实土相关参量间的关联性进行了分析探讨,同一压实度土样不同吸力所对应的参数 均值随压实水平提高而线性减小,参数λ总体上随吸力的增加而增大,但随压实度的提高吸力对于土体抗压性增强的贡献水平降低且参数 试验数值点靠拢线性趋近线,土样的压缩性随压实度和吸力大小变化而动态调整。基于分层总和法的基本原理初步构造建立了高填方非饱和填土压缩变形修正计算模型（MS）,其应用途径应建立在进一步对非饱和压实填土受荷状态下脱湿土-水特征关系的研究基础之上。     

干湿循环作用对岩溶区红黏土剪切强度的影响

以桂林雁山红黏土为研究对象,对经历不同干湿循环次数后的试样进行快剪试验,得到其剪切强度,研究自然状态下反复的降雨和干旱气候对土体强度的影响。试验结果表明,经历多次干湿循环后饱和状态下红黏土样无明显峰值,为应变硬化;干燥状态下土样出现明显峰值,为应变软化,且其曲线前部还出现"平台"状,随着干湿循环次数的增多,饱和状态下和干燥状态下的黏聚力均逐渐降低,而两者的内摩擦角则均呈现整体逐渐增大的趋势,干燥状态下土样的抗剪强度参数均较饱和状态下的土样大,黏聚力和内摩擦角的变化幅度都十分显著。为进一步研究干湿循环对土样抗剪强度及剪切强度参数的影响,量测了干湿循环过程中试样的体积变化情况后发现,随着循环次数的增多,试样体积先不断地减小,然后基本保持不变。     

非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究

动载作用下非饱和粉土路基内部的水分迁移规律,对研究重载铁路在浸水状态下的路基稳定具有重要意义。基于范德堡原理,利用土样的电阻率特性,研制出一套基于GDS动三轴仪的非饱和土样含水率分布规律测试系统。利用该系统开展浸水动三轴试验,并对试验过程中非饱和试样的分层含水率进行连续测试,探究土样的初始压实度、动载的动应力幅值对非饱和土样内部水分迁移的影响规律。结果表明：该测试系统可在动三轴试验过程中对非饱和试样的分层含水率进行实时、无损、连续地测定,测试结果的最大误差为0.7%;非饱和土样在动载作用下随其含水率逐渐增大,土样的初始压实度对电阻率的影响程度减弱,接近饱和含水率时可忽略;土样初始压实度、含水率与土体电阻率具有确定的函数表达式,并具有良好的相关性及唯一性。结合试验结果分析认为：降雨及动荷载共同作用下,路基内水分在某一深度土体积聚,该区域孔隙水压力增大,强度降低,导致翻浆冒泥病害的发生;路基压实度及列车轴重增大,均会抑制路基内水分向下部迁移,有助于路基的稳定,但轴重增加,可能导致路基的失稳,当轴重大于临界动应力时,路基将发生破坏。     

压实度与级配对路基重塑黏土土-水特征曲线的影响

对重庆路基黏土采用压力膜仪量测了不同压实度重塑土样脱湿过程的土-水特征曲线（SWCCs）、采用体积压力板仪量测了不同压实度、不同级配重塑土样脱-吸湿过程的土-水特征曲线。试验结果表明：（1）压实度超过90%以后,不同压实度的SWCCs在其直线段范围相互靠近,即在路基土基质吸力平常变化范围的SWCCs逐渐趋于稳定;（2）随着压实度的增大,脱-吸湿循环滞回圈逐渐上移,曲线由陡变缓。表明随着压实度的增大,土体的储水系数逐渐减小,土中的水分更不易吸入和排出,对路基的稳定有利;（3）相同含水率下,大约以压实度85%为界,压实度小于85%的黏土样和大于85%的黏土样的基质吸力基本上不随压实度（干密度）的变化而变化;（4）相同压实度和含水率状态下,粗粒含量多的土吸力更小,SWCCs的滞回圈更小,即干湿循环的影响更小。因此,粗粒土较细粒土更适合用作路堤填料     

干湿循环作用下压实黄土湿陷特性试验研究

压实黄土作为重要的填筑材料,广泛应用于我国西北、华北公路、铁路、机场等基础设施建设中.由于降雨及蒸发的周期性变化,黄土路基及基础经历着强烈的干湿交替作用.基于此,开展压实黄土风干干燥-滴水增湿条件下的干湿循环试验,利用双线法测试最佳含水量条件下不同初始压实度的黄土土样干湿循环前后的湿陷系数.结果表明：没有经历干湿交替作用的土样,湿陷系数随着压实度的增大而快速减小,当压实度达到90%,提高压实度对于黄土湿陷变形特征的影响较小;5次干湿循环作用后,不同压实度下的试样的湿陷系数均明显增大,且压实度越大,干湿作用对其湿陷变形的影响越显著;压实度K=95%试样在经历5次干湿循环作用后土样上部出现肉眼可见的细微孔隙,体积膨胀,有可溶盐析出,湿陷系数达到0.017,土样出现二次湿陷.     

改良膨胀土胀缩裂隙及与抗剪强度的关系研究

为研究改良膨胀土的裂隙发育特征及其对抗剪强度的影响,对掺不同比例的石灰、风化砂的膨胀土进行饱和干湿循环,利用图像处理技术对土样表面裂隙图像进行裂隙参数提取,并进行饱和抗剪强度试验。研究表明:石灰和风化砂能够有效地限制裂隙的发育。裂隙率随着循环次数的增加呈线性增长,而改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角随着循环次数的增加分别呈对数和幂函数衰减;裂隙率和黏聚力之间具有较好的指数函数关系,而改良土的内摩擦角和裂隙率之间存在对数函数关系;膨胀土的改良效果可考虑结合裂隙指标进行评价。     

干湿循环作用下膨胀土裂隙演化规律试验研究

对南阳膨胀土在反复干湿循环作用下的裂隙演化规律进行了室内试验研究。试验中采用烘干法模拟脱湿过程,采用抽气饱和法模拟饱和过程。在脱湿过程中,定时对土样进行称重、定点拍照,以记录裂隙发育状况。利用矢量图技术对裂隙照片进行矢量化处理,以提取裂隙的各种几何要素,继而进行裂隙度计算。裂隙度变化规律分析结果表明,影响裂隙张开程度的关键因素并非土体含水率,而是含水率梯度,而脱湿速率的空间分布、土块渗透特性以及土块尺寸大小则是决定含水率梯度大小的关键因素;膨胀土裂隙在干湿循环的作用下会逐步发育,主要体现在裂隙总面积与总长度的增加,但此作用有限,裂隙的发育达到一定程度以后便会因为土块尺寸过小而停止;反复干湿循环会使土体产生范性变形,该范性变形与完整土块的胀缩特性并无直接联系,其主要成因是裂隙的发育与土体完整性的破坏,裂隙越发育,土体范性变形量越大     

干湿循环条件下重塑膨胀土的裂隙发育特征及量化研究

裂隙性是膨胀土的典型工程地质特性之一,对其工程性质有重要影响,直接或间接地导致各种工程问题。通过对重塑膨胀土开展室内干湿循环试验,对获得的裂隙数字图像采用图像处理技术进行一系列预处理操作,提出了表面裂隙率、裂隙条数、裂隙总长度、裂隙平均宽度和绝对收缩率等量化指标,定量描述裂隙的形态特征,分析干湿循环过程中压实膨胀土的裂隙发育规律。结果表明:含水率和干湿循环次数是影响膨胀土裂隙发育的重要因素。随着含水率的减小,重塑膨胀土的裂隙发育程度总体上有增加的趋势。表面裂隙率、裂隙条数和总长度随含水率的减小逐渐增加,绝对收缩率随含水率减小而增大,而裂隙宽度与含水率之间没有明显的规律;随干湿循环次数的增加,裂隙进一步发育,裂隙条数、裂隙总长度、表面裂隙率增加,绝对收缩率总体增大,但裂隙平均宽度存在减小的现象,这与后期发育的大量微裂隙有关。     

膨胀土强度特性的研究进展

膨胀土地区的工程灾害问题日益严峻,其本质是膨胀土强度的变化而造成的。研究表明:膨胀土的黏土矿物类型和含量是影响膨胀土强度的关键内在因素,蒙脱石的有效含量对其影响最大。含水量与密度都会影响土体强度,对于膨胀土而言,含水量的影响更为明显。膨胀土自身的胀缩性与超固结性使得其强度劣化。干湿循环与裂隙研究结合紧密,干湿循环过程中产生的裂隙是强度劣化的直接原因,土体强度随干湿循环次数增加而逐渐降低。在非饱和土理论和土体结构的各向异性两个方面有待深入研究。     

压实膨胀土表面裂隙发育规律及与强度关系研究

利用PCAS裂隙图像处理软件对干湿循环条件下不同压实度膨胀土的表面裂隙发育变化进行动态、定量的测量,并对不同裂隙发育程度的膨胀土进行了直剪试验。试验结果表明:压实度越大,裂隙开裂程度越小;黏聚力随干湿循环次数的增加呈递减趋势,而内摩擦角则受干湿循环的影响小。循环次数相同时,压实度越大,黏聚力越大;黏聚力分别随裂隙条数、裂隙总长度、裂隙平均宽度变化的曲线具有明显的相似性,说明黏聚力与这三个参数存在一定的相关性;裂隙率和分形维数与黏聚力具有线性关系。     

不同压实度荆门弱膨胀土的一维膨胀-压缩特性

为探讨压实膨胀土的体变行为,以荆门弱膨胀土为研究对象,借助高压固结仪对6种制样压实度下的膨胀土试样进行了一维无荷载膨胀和含一次卸载-再加载循环的压缩试验。基于膨胀试验结果,构建了膨胀时程方程,通过参数分析,明确了方程参数的物理意义,并建议了膨胀时程曲线3阶段的划分方法。基于压缩试验结果,探讨了固结屈服应力、压缩指数Cc、回弹指数Cs、膨胀力与制样压实度、土体结构性、膨胀势、孔隙比的相关关系。试验结果及其分析表明,膨胀土体积变化是膨胀势与外部荷载、湿度变化的耦合作用结果,且具有强烈的水-力路径依赖性。     

膨胀土初始破损与湿干交替耦合作用下的力学行为

为研究不同初始破损程度、不同干湿循环次数及两者耦合工况对膨胀土孔洞及裂隙发育、演化规律的影响,以及相应的土体变形、力学行为,以合肥膨胀土为研究对象,对制备的不同初始破损程度（圆柱孔直径分别为0、2.5、5 mm）的3组20个试样进行干湿循环试验及三轴剪切试验（控制吸力为50 kPa,有效围压分别为100、200、400 kPa）。并解释了孔洞-裂隙的产生及发育新机制。结果表明：干湿循环次数为0时,一定程度的初始破损会提高土体的强度;与常规认识不同,干湿循环次数为1～2次时,初始破损的存在会诱导土体裂隙开裂的方向和贯通模式,形成的结构块较无破损土体形成的更完整,因而具有相对于无初始破损土体更高的强度;干湿循环次数为3次时,裂隙完全扩展,土体结构性被严重破坏,有无初始破损的土体强度趋于一致;孔洞-裂隙的演化机制是：脱湿-增湿过程中产生的水力梯度使土体具有不同的软硬性质和胀缩变形,产生的拉压应力在微裂纹、尖端形成应力集中而开裂,更易与具有的初始孔洞破损联合、交汇、贯通,萌生的裂隙增大了水汽交换界面面积,进一步平衡拉压应力而最终完全碎裂。研究可为普遍存在初始破损的膨胀土工程研究提供新的思路。     

干湿循环下南阳膨胀土的土水和变形特性

对初始状态相同南阳膨胀土试样进行1～6次干湿循环,选取其中的1、3、6次循环后的试样,采用饱和盐溶液蒸汽平衡法测定其含水率、孔隙比、饱和度等与吸力的关系,并对比分析干湿循环对南阳膨胀土的持水能力影响。在1～6次干湿循环过程中,以环刀为参照物拍摄每次烘干后试样上表面照片,用数字图像处理提取图像中的裂隙与收缩面积,以此分析试样烘干过程中裂隙与收缩与干湿循环次数的关系。试验结果表明,干湿循环过程中相同吸力的试样含水率略降低、孔隙比略增大、持水能力略降低,烘干过程中试样收缩面积增大,裂隙展开面积增大,但上述性质变化幅度都随干湿循环次数增加而减小。试验成果为研究膨胀土的持水能力和湿胀干缩变形性质随干湿循环的变化规律提供实测数据。     

干湿循环下高庙子钙基膨润土持水和变形特性

膨润土因具有湿胀、干缩特性,其水力-力学性质易受干湿循环的影响。采用饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了干湿循环对压实高庙子钙基膨润土持水特性的影响。对相同条件下制作的试样进行0～6次干湿循环,选取其中的原试样（0次）、循环3次和6次试样,进行蒸汽平衡法试验,测定其土-水特征曲线。同时,在0～6次干湿循环过程中,对每一次脱湿后试样表面采集图像,用数字图像处理技术提取了收缩及裂隙开展区域,分析得到收缩率与裂隙率。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加（0→3次时）,土-水特征曲线向下平移、持水性下降、孔隙比增大、平均骨架应力减小,试样烘干时收缩率和裂隙率增加明显;但随着循环次数的继续增加（3→6次时）,持水性、收缩率和裂隙率趋于稳定。     

干湿循环作用下膨胀土的贯入特性试验研究

揭示干湿循环作用下膨胀土力学特性的演化规律对防治膨胀土灾害有重要指导意义。提出了一种基于超微型贯入试验的土体内部力学特性研究方法,在干湿循环条件下对重塑膨胀土开展了一系列贯入试验,获得3次干燥过程中试样贯入阻力随深度和含水率的变化曲线。结果表明:(1)通过超微型贯入试验能够简单、快速和有效地掌握膨胀土在干湿循环过程中力学特性的时空演化特征;(2)试样的贯入阻力在干燥过程中总体呈增加趋势,相对于深部土体,表层土体的贯入阻力对干燥作用更加敏感;(3)干湿循环作用对膨胀土的力学特性有重要影响,随干湿循环次数的增加,膨胀土的贯入阻力总体上呈减小趋势,贯入曲线由单峰结构逐渐向多峰结构过渡,贯入阻力的空间差异性更加突出,且该现象在低含水率区间更加明显。基于土力学、土结构的基本理论以及试验中观测到的一些现象,对干燥过程和干湿循环作用下膨胀土的贯入力学特性进行了分析和探讨。干燥过程中土颗粒收缩靠拢、密实度和颗粒接触点增加及土吸力增加是导致膨胀土贯入阻力增加的重要原因,而干湿循环作用导致的土结构松散化、裂隙化则是引起膨胀土整体力学性质弱化的重要原因。