西北地区典型夯土遗址温度时空变化规律研究

温度是露天保存的夯土遗址由病害发育到整体消亡长期过程中的重要影响因素,遗址体内部温度的时空分布以及对环境气温的响应规律则更对其劣化形式与进程具有关键性的控制作用。研究对3处位于西北不同气候分区的典型夯土遗址的四季环境温度及其断面内部温度的日际变化进行实时监测与分析。结果表明遗址断面内部各监测点温度均随环境温度的变化而变化,其环境温度及断面内部监测点日际温度随时间的变化均可分为两个降温阶段和一个升温阶段,夏季与其余季节各温度变化阶段时长存在一定差异;更为重要的是在任何季节的每个温度变化阶段断面的温度变化范围及环境响应速率均具有纵向变化显著于横向变化的规律,而且春季的第2降温阶段的温度变化范围以及响应速率最为显著。     

祁连山南北麓明长城夯土抗剪强度指标与分维值相关关系

夯土是具有明显时代、地域、工艺和取材属性的土体,其抗剪性能评价和参数获取是干旱、半干旱地区夯土遗址稳定性评价和控制领域所面临的基础性问题。选取了分布于祁连山南北两麓的我国规模最大的线性遗址明长城18处段落的原状夯土作为研究样本,在建造地点、年代和工艺调查的基础上,采用直接剪切试验、土-水特征曲线测试、颗粒分析试验、相关与回归拟合分析对夯土抗剪强度指标、孔隙和颗粒特征及其联系进行了系统的研究。研究结果表明：18处不同属地夯土依据黏聚力和内摩擦角的取值大小可划分为抗剪性能弱型和抗剪性能强型,颗粒及孔隙的组成与分布具有良好分形特征;黏聚力和内摩擦角值与粒度分维值和孔隙分维值存在量化对应关系,以分维值为变量建立数学模型预测的抗剪强度指标与实测值的误差不超过7.5%,为有效获取抗剪参数和评价抗剪性能提供了新途径。     

黄土初始结构性对其压缩屈服的影响

黄土是一种典型的具有结构强度的欠压密土,其特殊的结构性会使黄土的压缩曲线出现类似超固结土的明显转折点（对应的压力称为结构压缩屈服应力）。为分析黄土的初始结构性对其压缩屈服的影响,对6个场地的黄土进行了侧限压缩试验及单轴抗压强度试验,分别得到了各个场地不同含水率黄土的压缩屈服应力和构度指标。研究表明：黄土的构度指标与压缩屈服应力均随含水率的增大而减小,同时随含水率的增大,构度变化幅度小的黄土,其压缩屈服应力变化幅度也小;沉积时代相同的黄土,构度越大,其压缩屈服应力越大,两者呈线性关系;黄土的沉积时代不同,其构度与压缩屈服应力的线性关系就不同。分别给出了Q3、Q2黄土的构度与压缩屈服应力的线性关系式,并通过实例初步验证了此线性关系的适用性,为以构度为桥梁,利用简便易得的物理指标计算压缩屈服应力提供了一种途径。     

黄土的构度指标及其试验确定方法

黄土的结构性是一个重要的物理性质指标,它与土的粒度、密度和湿度一起影响土的力学性质。依据加荷、扰动、浸水释放土结构势的方法,由土的无侧限抗压强度定义了黄土结构性的构度指标。通过多个场地不同黄土的无侧限单轴压缩试验,测试分析了不同含水率原状土、重塑土和饱和原状土的单轴压缩应力-应变曲线及无侧限抗压强度变化规律,由此得出土的构度指标的变化规律。并且,在粒度、密度、湿度相似条件下,比较分析了土的构度指标与其压缩性之间的关系。土的构度指标与粒度、密度和湿度指标一起能够合理描述土的物理力学基本性质。     

软土结构性破损的孔径分布试验研究

采用压汞法对天然结构性软土压缩过程孔隙大小分布的演化进行了试验研究，结果表明，当荷载超过结构屈服应力后，尺寸较大的团粒间孔隙首先发生破坏，随着荷载的增大，越来越小的孔隙受到影响，但团粒内孔隙在压缩过程中不发生变化；根据试验结果提出了孔隙结构破损势的概念，并用其表征孔隙分布随荷载变化的规律。     

天然沉积结构性黏土原位压缩规律及预测模型研究

通过天然沉积黏土的原状样与重塑样的压缩对比试验,揭示了屈服后土结构性的渐进性破损过程以及由常规 曲线确定的压缩指数 随固结压力呈非线性变化性状给实际工程沉降计算参数选取带来不便。采用 双对数坐标表示方法,通过不同初始结构大小的黏土试验数据证实了 压缩曲线在屈服前后段具有良好的线性关系,实现了结构屈服应力、屈服前后压缩指标有效统一确定。在该坐标体系下给出了考虑取样扰动影响的原位压缩曲线恢复方法,建立了结构性黏土的双线性压缩模型,结合文中与文献中试验数据给出了结构屈服应力与不排水强度、屈服后压缩指标与稳定指数SI和液限wL的经验关系。研究结果可为天然沉积土地基固结沉降计算参数的合理选取提供依据。     

原状黄土的压缩曲线特性

原状黄土是一种具有结构强度的欠压密土,其侧限压缩变形特性区别于一般土。为研究原状黄土侧限压缩变形的共性,对西安、兰州6个场地不同含水率的原状Q3、Q2黄土进行了侧限压缩试验,得到了相应场地不同含水率原状黄土的压缩曲线,分析了其压缩曲线的形态,通过曲线对应的压缩屈服应力及初始孔隙比,将各黄土不同含水率下的压缩曲线归一化为同一曲线,且形成时代相同的黄土归一化曲线位置相同,并利用复合幂?指数模式分别描述了Q3、Q2黄土归一化的曲线。将文献中试验黄土的初始孔隙比与压缩屈服应力代入归一化曲线的表达式,计算得其压缩曲线和压缩性指标。经对比,与文献实测压缩曲线及压缩性指标很接近,验证了黄土压缩曲线的归一化特性并对其进行了应用。结果表明：试验黄土压缩曲线具有可被其初始孔隙比和压缩屈服应力归一化的特性,此特性为黄土侧限变形性质的分析提供了一条便捷的途径。     

土石混合体压缩性的三维颗粒力学研究

土石混合体是由作为骨料的砾石或卵石与作为填充料的黏土或砂土组成的特殊工程地质材料,无论天然形成或人工合成,其力学特性与均质土体或岩体相比均有较大差异。以昆明新机场高填方中大量采用土石混合体填料为工程背景,在三维颗粒流程序中对特定的土石混合体试样的侧限压缩试验进行数值模拟,比较了不同级配条件下土石混合体模型的微观结构及基本力学物理性能。通过比较侧限压缩模量和压缩后孔隙率,研究了含石率对土石混合体骨架效应等结构性的影响,并提出了工程中建议采用的土石比例区间,在颗粒流方法用于实际工程方面进行了有益的探索。     

原状黄土的结构性及其与变形特性关系研究

在不同含水率下对兰州、西安原状黄土进行压缩试验,根据同一压力下原状、重塑及饱和黄土的孔隙比定义了一个定量结构性参数,探讨了结构性参数随压力及含水率变化的规律性。研究表明：（1）用结构性参数随含水率及压力变化特性来研究结构性对原状黄土的压缩性、湿陷性的影响可以得到良好的规律性。（2）同一含水率下结构性参数在压力未达到结构强度以前,随压力的增大而增大;达到结构强度之后,压力增大使结构性参数明显减小或缓慢增大。（3）同一压力下结构性参数在含水率未达到结构破坏起始含水率?f之前降低很小;达到?f之后,含水率增大,使结构性参数快速减小。?f随压力的增大而减小,高压力处含水率变化对结构性参数有显著影响。（4）两地黄土在不同压力或含水率下湿陷系数与结构性参数mp关系可以归一为一条直线,即湿陷系数受结构性影响的规律是相同的。     

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。     

粉煤灰改良膨胀土试验研究

研究掺粉煤灰对合肥膨胀土的物理性质指标以及胀缩性指标等的影响,探讨利用粉煤灰改良膨胀土的措施与效果。试验研究结果表明,在膨胀土中掺入适量的粉煤灰可有效降低膨胀土的塑性指数、降低膨胀势、减小线缩率与降低活性。在膨胀土中掺入粉煤灰还可改变膨胀土的击实特性,一定击实功作用下,随着掺灰率的增加,土体的最优含水率与最大干密度均减小,膨胀土中掺入粉煤灰后,膨胀土可在较小的含水率下通过击实或压实达到稳定。掺灰膨胀土的膨胀量与膨胀力随养护龄期的增长而减小;没有经过养护的掺灰土,其无侧限抗压强度随掺灰率的变化几乎没有变化,经过7 d养护后,土的无侧限抗压强度有所增长,并且存在一个峰值点,合肥膨胀土的无侧限抗压强度所对应的最佳掺粉煤灰率约为15 %～20 %。     

基于数字图像的砂土压缩变形模式的试验研究

基于数字图像处理技术,利用图像分析程序包PhotoInfor分析了侧限压缩条件下砂土各加荷阶段土体位移的产生、发展与演化全过程,发现砂土的位移场类似于抛物线形状,位移等值线呈轴对称分布,位移量最大的区域总是发生在上透水石的下底面中心处。单调加荷条件下,位移增量主要集中在局部变形带附近,其范围有继续延展和贯通的趋势,顶部、中部测点的土体位移与整体压缩量基本呈同步增长;顶部的土体位移量始终大于中部,加荷的中后期差别更加明显。与粉质黏土位移场进行对比试验分析,砂土内部的应力传递、变形模式以及荷载的影响范围均表现出明显的差异。上述研究为深入探讨基底压力的分布规律,利用宏观试验现象研究砂土细观结构变化的定量模型提供了新的思路。     

结构性软土力学特性试验研究

选取广州南沙典型软土为研究对象,进行了剪切、无侧限抗压、固结等室内试验.从强度和变形两方面对试样的结构性进行了研究,分析了原状土和重塑土的变形特性、强度特性和固结特性,揭示了所研究的区域性软土的结构性特征以及这一特征对软土工程性质的影响.试验结果表明:结构性软士经扰动后强度明显降低,压缩性增加;原状土的同结特性与结构屈服压力有关,压缩曲线呈现3阶段特征.在同一级荷载下扰动后的土体变形规律较原状土有更明显的主次固结划分界限.结构屈服压力是变形规律的控制因素之一,可以通过压缩系数-固结压力曲线近似确定.试验结果还表明,当崮结压力较大时,原状土的结构被完伞破坏,此时结构性对土体力学特性的影响可被削弱,甚至消失.     

扁铲侧胀试验在软土工程特性评价中的应用研究

相较于其他原位测试方法,扁铲侧胀试验具有扰动小、测试精度高、获取参数多等优势,适于评价软土的工程特性。本文介绍了拟建场地软土地质特征,利用扁铲侧胀试验采集数据,研究材料指数、侧胀水平应力指数、侧胀模量和侧胀孔压指数的变化规律,进一步地计算软土的重度与类别、静止侧压力系数、不排水抗剪强度、侧限压缩模量和超固结比,评价软土的工程性质。研究表明,材料指数能准确地对各软土层进行类别划分,图表法提供的重度值偏小;侧胀水平应力指数能计算和分辨出不同土层的静止侧压力系数、不排水抗剪强度和侧限压缩模量;侧胀水平应力指数是反映土层超固结比的稳定指标,根据此参数可获得较为精确的超固结比。     

黄土结构性力学特性研究与应用的探讨

大孔隙、高孔隙比、欠压密的非饱和黄土具有显著的结构性,结构性是影响土力学性质的关键因素。在讨论土结构性力学特性研究途径的基础上,从反映土的结构可稳性和可变性的综合结构势出发,阐述了反映力、水作用的黄土压缩变形结构性参数、应力结构性参数和应力比结构性参数,以及与土的物理性质指标对应的反映结构特征的构度。通过黄土的单轴抗压试验、非饱和直接剪切试验、三轴试验和真三轴试验,揭示了结构性参数和构度的变化规律,以及它们分别与强度指标之间的关系,提出了湿、剪变形过程等结构性临界状态的概念。将正常固结土视为结构性参数或构度等于1的无结构性土,在修正剑桥模型的基础上,考虑临界状态线和等向压缩曲线随结构性参数的变化,建立了结构性屈服面方程,为建立结构性弹塑性本构方程打下了基础。同时,阐述了黄土隧道围岩和黄土地基稳定性分析中应用结构性强度变化规律研究成果的途径,深化了黄土体稳定性分析的理论基础。     

侧限压缩条件下土体结构性参数的单变量模型

通过分析侧限压缩条件下基于应变考虑的土结构性参数和基于应力考虑的土结构性参数,给出了结构性参数的统一表达式,即采用割线模量表示的土体结构性参数。这种表示的积极意义在于避免了初始状态下基于应变考虑的土结构性参数和基于应力考虑的土结构性参数均无法求解的现象。构建了以主动作用为单变量描述的土体结构性参数模型,即基于相同应力方法的土结构性参数模型和基于相同应变方法的土结构性参数模型,并对杨凌黄土的原状样、重塑样和饱和样进行侧限压缩试验。通过试验值和计算值的比较,检验了模型的合理性。研究结果表明,试验值和计算值能够较好吻合。采用主动作用为单变量描述的土体结构性参数直观地反映主动作用对土体结构性的影响,同时简化结构性参数计算过程,实现数值计算。     

软弱破碎围岩分次压实力学特性试验分析

由于煤矿再生岩体围岩结构和成分进行了重组,其力学特性将发生本质变化。根据再生岩体压实成岩过程中破碎岩体多次受压的实际情况,采用广西州景煤矿再生顶板破碎围岩进行有侧限条件的分次压实试验。结果表明:分次压缩过程可分为压实破碎、压实应力记忆和压密固结3个阶段。在第1次压缩时,压实特性曲线呈线性变化,后续压实特性曲线逐渐向指数形式转变,而"压实应力记忆"阶段表现为多项式变化。在侧限压缩条件下,提出以最小势能原理作为判定不规则岩样挤压破碎判据。破碎岩样压缩特性受压实次数和装岩高度的影响,破碎岩样分次压实次数越多,累积压缩应变越大,后续压缩时的应力增量越大。装岩高度越大,压缩至相同压应力时,累积总应变越大。压实应力达到一定程度,不同粗粒径破碎岩样的粒径分布规律趋于一致,据此建立了破碎岩样粒径分布与工程中破碎岩体压实程度之间的相关关系。     

高放废物地质处置库预选缓冲材料压缩性能研究

缓冲材料是高放废物深地质处置多重屏障系统中非常重要的一道人工屏障，内蒙古高庙子钠基膨润土被确定为我国高放废物深地质处置缓冲材料的首选基料。通过研究该钠基膨润土（GMZ01）在不同含水量条件下的压实成型性、不同压实干密度和不同含水量压实样品的无侧限压缩性能，认为：含水量为15％的高庙子天然钠基膨润土压实成型性最好，压实干密度越大，无侧限抗压强度越大；在无侧限压缩实验时，含水量为15％的高密度压实膨润土样品比含水量为10％和20％的样品的抗压强度大，变形小。     

冻融作用对南方粉质黏土物理力学性质的影响

室内模拟极端冰雪环境下,对我国南方典型不扰动粉质黏土进行反复冻融试验研究,分析了冻融作用下土体物理力学指标的变化规律。试验发现,随着冻融次数的增加,土体的含水量、密度、液限和塑性指数减小,塑限略有减小,孔隙比渗透性增大。冻融作用对土体力学性质的影响尤为显著,使其抗剪强度减小,而无侧限抗压强度在冻融10次后基本丧失。通过对反复冻融土的扫描电镜试验发现,多次冻融后土体变得破碎,土体中孔隙变大且数目增多,裂隙增多。这表明,多次冻融后土体遭到结构性破坏,土颗粒得以重新排列,导致土体骨架的结构性转移,使整个受力体系发生变化,这也是冻融作用后土体物理力学性质变化的主要原因。     

侧限压缩条件下土体的侧应力松弛试验研究

侧向应力松弛是侧限压缩土体的重要流变性质之一。通过在改装的固结仪上进行的土体侧限流变试验表明,在恒载侧限压缩条件下,土体的侧应力松弛曲线与竖向蠕变曲线同步出现不稳定、稳定、急剧变化3个阶段。将试验结果结合土的结构颗粒定向排列理论和强度理论探索了土体侧应力松弛的机制并得出结论：侧应力松弛曲线的3阶段特征是由于土体结构连接的压密恢复与剪切破坏相互作用所致;而侧应力松弛稳定的极限状态是由土的抗剪强度控制。此外,较高的应力水平将会使土体侧应力松弛程度相比低应力水平时更为显著。该分析结论为进一步研究地基长期承载力和地基沉降的关系奠定了基础。