Cu(Ⅱ)污染作用下膨胀土的胀缩时程效应研究

为探讨Cu(Ⅱ)对膨胀土胀缩特性的影响,针对初始状态相同的膨胀土试样,采用浓度为2.5 g·L-1、5.0 g·L-1、10.0 g·L-1的CuSO₄溶液以及去离子水进行处理,开展一系列重金属Cu(Ⅱ)污染作用下的胀缩性试验,并运用Does Response模型对胀缩时程曲线进行描述;利用马尔文激光粒度测试,分析了污染前后膨胀土的粒径分布特征。结果表明:膨胀土试样的膨胀率、收缩速率、竖向收缩率及膨胀含水率皆随Cu(Ⅱ)浓度的增大而增大,但膨胀土试样的损失含水率并不随Cu(Ⅱ)浓度的变化而变化;试样的无荷载膨胀时程曲线可分为快速增长、变减速及缓慢增长阶段;膨胀土的收缩过程可分为缓慢收缩、快速收缩与收缩稳定阶段;Does Response模型不能完全适应无荷载条件下的膨胀时程曲线,但能较好地描述收缩时程曲线;随着Cu(Ⅱ)浓度的增大,未污染膨胀土颗粒在80 μm处的粒径分布峰值消失,在47 μm处的粒径分布峰值往小粒径方向偏移,说明胶结物逐渐溶蚀,引起部分膨胀土大颗粒分解,依附在土颗粒表面的水膜面积增大,膨胀土吸水能力增强,进而导致高浓度环境中的膨胀土胀缩性较高。     

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。     

弱膨胀土工程特性及其路基处治对策

针对湖北襄-荆高速公路膨胀土,在室内开展了弱膨胀土的压实特性、胀缩性状、力学特性试验研究,发现压实膨胀土的工程性状受含水率与压实度的影响,胀缩特性是膨胀土的固有特性,其大小取决于起始湿度和密度;击实膨胀土的最佳含水量和最大干密度随击实功变化而变化,压实功愈大,土的最大干密度也愈大,而对应的最佳含水量愈小;膨胀土的CBR值随其含水率的变化规律类似于击实曲线,但CBR峰值含水率大于最佳含水率,为深入认识膨胀土的工程特性提供了帮助。因此,利用弱膨胀土填筑路堤时,不仅要考虑经过击实后的土的性质,而且还要考虑在填方建成、条件改变后土的性能;膨胀土路堤填筑除考虑压实度与CBR值要求外,尚需考虑胀缩总率的影响。最后,推荐了弱膨胀土路堤结构型式,并提出了弱膨胀土用于路堤填筑的控制标准。     

粉土改良膨胀土的路用性能与现场试验

为探究粉土对膨胀土的改良效果,对不同粉土占比改良膨胀土进行了胀缩特性、路用性能和微观结构测试。研究表明：掺入粉土改变了膨胀土土体颗粒成分及结构,抑制了膨胀土的胀缩潜势;随着粉土颗粒的增加,膨胀土的密实度和无侧限抗压强度均先增大后减小,最大干密度在粉土占比为40%时达到1.889 g/cm³,无侧限抗压强度在粉土占比为10%时最大,加州承载比(CBR)值持续显著提高,回弹模量呈下降趋势,均满足规范要求;验证了粉土改良膨胀土的可行性,确定了最佳配合比为粉土掺量40%。为便于现场施工,并考虑现场拌和均匀程度,先掺入3%低剂量石灰对膨胀土进行“砂化”,降低膨胀土黏性使其破碎。在此基础上,采用粉土掺量40%对膨胀土进行改良后用于高速公路路堤填筑,并开展了现场压实度、CBR值、弯沉值等测试。现场试验结果表明：现场填筑联合改良试验段和单一石灰改良对照段整体压实质量良好,但试验段压实度易受粉土均匀程度影响而降低;试验段路基CBR值和路基弯沉与对照段相当,粉土改良有效弥补了相对于对照段减少的2%石灰所提供的强度。     

潭邵高速公路膨胀土特性与外部影响因素的关系

(湘)潭—邵(阳)高速公路要穿越长约22km的膨胀土地带,面临严重的膨胀土自然病害问题。本文通过大量的室内试验,对所取3种膨胀土的膨胀特性与外部影响因素的关系进行了细致的研究。结果表明:膨胀土的起始含水量和干密度是影响膨胀力、膨胀量大小的主要外部因素;荷载的大小对膨胀量的影响也很显著,各土样膨胀量都有随荷载增大而减小的趋势。同时,通过对试验数据的半对数曲线回归分析,得出膨胀土的膨胀特性与外部影响因素的相关关系显著的结论。     

加石灰改性后膨胀土的工程性质研究

膨胀土掺石灰后其性质有很多改变。通过对荆宜高速公路膨胀土的石灰改性试验,得到了膨胀土加石灰后的工程性质的变化规律,如自由膨胀率、膨胀量、收缩率、塑性指数下降、抗剪强度与CBR增加等。从而为改善膨胀土的工程性质以满足工程设计的要求提供了可靠的试验数据。     

击实膨胀土工程变形特征的试验研究

以湖南邵阳膨胀土为例,对3种击实膨胀土工程变形特性进行了试验研究。试验结果表明：膨胀土的起始含水率和起始干密度对其膨胀力和膨胀量大小的影响是主要的外部因素;根据膨胀力试验和膨胀量试验的试验数据,拟合出膨胀力曲线和膨胀量曲线的变化规律均为指数关系。同时,还研究了膨胀速度曲线、收缩特性曲线的特征及膨胀和收缩两个过程的相似关系。研究结果为膨胀土路堤的设计及膨胀土地基处理等膨胀土问题提供了重要的依据。     

陕南膨胀土加灰改良的试验研究

陕南膨胀土分布地区由于膨胀土地基的胀缩变形，常常导致建筑物开裂和毁坏。如何改良膨胀土，消除其胀缩性，加固膨胀土地基，确保工程建筑物的安全和稳定，是膨胀土分布地区工程建设实践中急待解决的重要课题。结合陕南三种类型的膨胀土，我们选取有代表性的试样进行了加灰（石灰、粉煤灰）处理的试验研究，其效果较好，消除或减弱了膨胀土的胀缩性，达到了改良膨胀土不良工程地质性质的目的。     

合肥重塑膨胀土三向膨胀力试验研究

以合肥重塑膨胀土为研究对象,采用改进的三向胀缩仪开展了16组不同初始含水率与干密度的三向膨胀力试验。研究结果表明,(1)在所研究的含水率、干密度范围内竖向膨胀力总是大于横向膨胀力,快速膨胀阶段大致在0~2 h以内,该阶段竖向膨胀力可达到极限膨胀力的80%以上;(2)同一干密度下竖向膨胀力随初始含水率增大而减小,竖向膨胀力与初始含水率之间具有良好的线性关系,且干密度越大,竖向膨胀力随着初始含水率的变化速率越大;(3)在竖向膨胀力与干密度的关系图中,每条曲线均以干密度1.6 g/cm~3为分界点呈双线性关系;(4)由膨胀力对数与初始干密度的关系,不同初始含水率下的ln(P_z)-ρ_d关系为一系列近似平行的递增直线,直线斜率大致相同,说明膨胀力随初始干密度的变化速度不随含水率的变化而变化。     

湿胀条件下合肥膨胀土土-水特征研究

膨胀土在吸水时会产生体积膨胀,研究湿胀条件下膨胀土的土-水特征具有重要意义。以合肥地区9种弱膨胀土为研究对象,采用滤纸法和渗析法试验测定了膨胀土的土-水特征,采用蒸汽加湿法试验测定了膨胀土在吸湿过程中的体积变化。基于土-水特征曲线（SWCC）试验及加湿试验,获得了膨胀土在吸湿过程中的体积变化规律,得到了湿胀条件下膨胀土的重力含水率?基质吸力曲线（w-ψ曲线）及体积含水率?基质吸力曲线（θw3-ψ曲线）,分析了膨胀土吸湿过程中的体积变化对体积含水率?基质吸力曲线的影响,探讨了w-ψ与θw3-ψ曲线拟合参数的变异性及参数间的相关性。结果表明：蒸汽法加湿土样是一种较为理想的增湿方式;湿胀条件下,w-ψ曲线与考虑体变的θw3-ψ曲线的差异程度与吸湿结束后的土样含水率有关;w-ψ曲线的变异性小于θw3-ψ曲线的变异性;拟合参数n的变异性小于参数a及m的变异性;w-ψ曲线及θw3-ψ曲线的对应拟合参数间呈线性关系。     

模糊数学在当宜高速公路膨胀土判别和分类中的应用

膨胀土胀缩性与指标集之间的关系尚未完全弄清,存在较大的模糊性。应用模糊数学理论对当宜高速公路膨胀土胀缩等级进行分类,该方法通过验证是可行的。     

基于收缩试验的膨胀土地基变形预测方法

进行膨胀土的三相收缩试验,确定了广西膨胀土的体积收缩指数。对依托工程膨胀土进行了现场静力触探试验,根据比贯入阻力随深度的变化曲线特征,确定了膨胀土活动区深度,给出了膨胀土裂隙开展深度的理论解,膨胀土裂隙开展深度的计算值与静力触探试验确定的膨胀土活动区深度和现场观测的裂隙开展深度基本一致。最后介绍了基于三相收缩试验基础上的膨胀土地基变形计算方法,并在试验基础上给出了膨胀土地基变形计算模式和计算结果。以膨胀土地基变形量作为膨胀土地基的分类指标,对膨胀土地基进行了分类,对膨胀土基础选型具有重要意义。     

膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。     

非饱和红粘土和膨胀土抗剪强度的比较研究

红粘土是对环境湿热变化敏感的塑性粘土,具有一般膨胀土吸水膨胀失水收缩的特性。与普通粘性土相比,红粘土与膨胀土的强度特性更为复杂。它既是土体抵抗剪切破坏能力的表征,也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性以及支挡构筑物土压力的重要参数。通过试验研究讨论了红粘土与膨胀土的强度特性以及与一般粘性土的差别及其各种影响因素,并探讨了非饱和红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与含水量之间的相关关系。试验结果表明,红粘土与一般膨胀土的吸水膨胀规律完全相同。其试验结果可为红粘土与膨胀土地区工程设计与建设提供参考依据。     

Coupled modelling of hydro‐mechanical behaviour of unsaturated compacted expansive soils

The Barcelona basic model cannot predict the mechanical behaviour of unsaturated expansive soils, whereas the Barcelona expansive model (BExM) can only predict the stress–strain behaviour of unsaturated expansive soils without the water‐retention behaviour being incorporated. Moreover, the micro‐parameters and the coupling function between micro‐structural and macro‐structural strains in the BExM are difficult to determine. Experimental data show that the compression curves for non‐expansive soils under constant suctions are shifted towards higher void ratios with increasing suction, whereas the opposite is true for expansive soils. According to the observed water‐retention behaviour of unsaturated expansive soils, the air‐entry value increases with density, and the relationship between the degree of saturation and void ratio is linear at constant suction. According to the above observation, an elastoplastic constitutive model is developed for predicting the hydraulic and mechanical behaviour of unsaturated expansive soils, based on the existing hydro‐mechanical model for non‐expansive unsaturated soil. The model takes into consideration the effect of degree of saturation on the mechanical behaviour and that of void ratio on the water‐retention behaviour. The concept of equivalent void ratio curve is introduced to distinguish the plastic potential curve from the yield curve. The model predictions are compared with the test results of an unsaturated expansive soil, including swelling tests under constant net stress, isotropic compression tests and triaxial shear tests under constant suction. The comparison indicates that the model offers great potential for quantitatively predicting the hydraulic and mechanical behaviour of unsaturated expansive soils. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

膨胀土膨胀模型及其反演

对膨胀土膨胀性这一难题,目前通用的做法是施加一个膨胀力,但是无法给出一个合理的解释,膨胀力的大小也是根据经验来施加的,本文提出了膨胀土的膨胀模型(ESEM)并根据土坡的位移采用反演方法来确定了膨胀土的膨胀力;采用公式推导的方式,指出给膨胀土施加膨胀力和施加膨胀变形是一致的;结合降雨分析,运用Drucker-Prager模型编制了有限元程序,选用2范数进行反演运算;计算过程显示,膨胀土膨胀参数与2范数是单值连续具有凹点的,采用牛顿迭代法迭代,计算得出膨胀土膨胀参数;最终的计算结果,确定了膨胀土边坡的膨胀参数以及膨胀力公式。     

百色膨胀土用作路堤填料的试验验证

基于膨胀土可以直接用作路堤填料的分类指标体系,在室内开展了3种不同膨胀土的物理性质、击实性状、强度特性试验研究,验证广西百隆高速公路膨胀土路段的膨胀土也可以直接用作路堤填料,并结合现场实体工程的效果验证用改进CBR值、改进CBR膨胀量和稠度3指标作为膨胀土路堤填料的分类指标体系的合理性。通过对标准CBR试验和改进CBR试验的对比,进一步验证了用改进CBR试验法评定膨胀土承载强度的合理性。由百色膨胀土的不浸水CBR试验,说明可以用封闭包盖对百隆路膨胀土路堤进行物理处治。实体工程中采用土性最差的1号膨胀土做填芯和用红黏土包边,得到的工程效果令人满意。由室内外试验结果,可以得出这3种百色膨胀土都可以直接用作路堤填料。     

荆门非饱和膨胀土的变形与强度特性试验研究

通过压力板试验,对比分析了荆门原状膨胀土与石灰改良土持水特征的差异性;应用非饱和土三轴仪,开展了原状膨胀土、石灰改良膨胀土与重塑膨胀土的变形及强度特性试验。结果表明：①石灰改良膨胀土与原状膨胀土相比,其进气值有显著降低,残余含水率显著升高,土-水特征曲线两个特征点的斜率较为平缓,说明其水稳定性较好,土体性状更为稳定;②原状膨胀土和石灰改良膨胀土在非饱和与饱和状态的应力-应变关系曲线均呈应变软化型,随净围压的增大,应变软化的程度趋缓;随含水率的减小,峰值应力增大,应力峰值点有所提前,应变软化现象更加显著。饱和重塑膨胀土的应力-应变关系呈应变强化型,非饱和重塑膨胀土则呈现为应变软化型,但其应变软化的程度较前两类土大为趋缓;③经石灰改性后,膨胀土强度参数值有大幅度提高,即使在湿化饱和后,石灰改良膨胀土仍保持了相对稳定的力学性质和较高的抗剪强度参数值。相比之下,无论是重塑膨胀土,还是原状膨胀土,对湿化作用均十分敏感,其强度参数值或波动较大,或整体水平较低。     

土样厚度对橡胶加筋膨胀土裂缝演化规律的影响研究

膨胀土具有多裂缝性的不良工程特性,对边坡等膨胀土地区工程具有潜在威胁。再生橡胶加筋膨胀土(ESR)对膨胀土动力、静力以及胀缩性有良好的改良效果。膨胀土的裂缝演化形态会受到土样厚度的影响,本文使用橡胶加筋膨胀土,对照素膨胀土探究橡胶粉末对膨胀土裂缝演化的影响与ESR裂缝的厚度效应。试验共设计未添加橡胶素膨胀土与ESR各4组不同厚度试样展开研究,结果如下:(1)膨胀土自然干燥过程含水率可分为3阶段变化,ESR的含水率变化更为迅速;(2)膨胀土的开裂过程存在明显厚度效应,ESR的厚度效应相较更不明显,裂缝演化更具有均匀性;(3)膨胀土开裂过程中的裂缝总长度与总面积受厚度效应影响严重,橡胶加筋可以约束膨胀土裂缝长度与面积并减少不同厚度样品间差值;(4)膨胀土裂缝发育的分形维数最终在1.4~1.5之间,不同厚度橡胶加筋膨胀土的分形维数变化更为接近。     

压实膨胀土路基的膨胀变形规律研究

首先分析了现有规范中膨胀土膨胀量计算方法存在的缺陷,然后以宁淮高速公路淮安段膨胀土为研究对象,根据膨胀土的有荷膨胀率试验成果,分析探讨膨胀土有荷膨胀率与填土初始含水率、上覆荷载和压实度的关系,总结提出了在侧向约束条件下,压实膨胀土的有荷膨胀率与初始含水率、上覆荷载和压实度之间的关系式,并使用该公式得到的膨胀率计算了宁淮高速公路直接使用膨胀土作为路堤填料可能产生的膨胀变形量,分析了初始含水率不同对膨胀量的影响。