冻融循环对青藏黏土抗剪强度影响试验研究北大核心CSCD

冻融作用会对土体结构和性质造成影响,在冻融作用下,不同类型土壤的抗剪强度变化呈现出不同规律。本文选取青藏高原具有代表性的黏土,开展不同初始含水率和不同冻融循环次数下的重塑土抗剪强度变化研究,结合压电陶瓷监测试验,探究冻融循环下青藏黏土抗剪强度指标的变化模式和规律。结果表明:在反复冻融作用下,青藏黏土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随含水率增大呈阶梯下降;同一含水率的抗剪强度和黏聚力劣化曲线可以分为快速劣化和稳定两个阶段,内摩擦角呈先减小后增大的变化趋势;冻融循环过程中第1次循环对青藏黏土抗剪强度影响最为明显;采用压电陶瓷监测的应力波信号通过小波包分析可以得到真实信号振幅和应力波能量,二者均能反映青藏黏土抗剪强度的劣化趋势。本文提出的强度劣化指标能很好地反映青藏黏土抗剪强度的劣化程度,这在未来工程实际中有着一定的应用前景。     

不同剪切速率对风化砂改良膨胀土抗剪强度指标的影响

土的抗剪强度指标受含水率、剪切速率以及土样的类别等多个因素的影响。为了研究不同剪切速率对风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标的影响规律,分别在2.4,0.8 mm/min剪切速率下对不同含水率和不同掺砂比例的风化砂改良膨胀土样进行了室内直剪试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验表明:采用2.4 mm/min的剪切速率测得的抗剪强度指标比采用0.8 mm/min的剪切速率测得的值要大;通过对比试验数据可知,剪切速率对内摩擦角的影响比对黏聚力的影响相对来说较小,对砂土的抗剪强度指标的影响比对黏土的抗剪强度指标要小,对含水率较小的土样的抗剪强度指标的影响比对含水率大的土样的抗剪强度指标要大。对于风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标的测定时的剪切速率应采用规范要求的0.8 mm/min。     

柴油污染重塑红黏土直剪力学特性试验研究

广西红黏土分布区柴油泄漏对土体造成了一定程度污染,为研究轻质非水相非极性柴油孔隙液对红黏土力学性质的影响,本文以0#柴油为添加剂对其重塑样进行不排水快速直剪试验,测得了不同含水率、含油率、法向压力下红黏土抗剪强度及其参数变化规律。研究结果表明:在土-水-油系统中,非极性柴油孔隙液对红黏土强度影响相对较小,且受含水率影响。同一含油率时,红黏土抗剪强度、内摩擦角、黏聚力均随含水率增加而降低;同一含水率时,法向压力影响柴油作用模式,随含油率增加,抗剪强度参数变化较为复杂,当含水率为20%,红黏土内摩擦角、黏聚力反向波动变化;同一含湿率时,柴油比例的提高导致红黏土抗剪强度参数的增大。扫描电镜观察发现,非极性柴油孔隙液的介入,改变了水-土系统的静电及结构模式,导致红黏土强度发生变化,通过所建的“多尺度多阶段柴油作用微结构模型”,阐明了柴油孔隙液对红黏土强度特性影响的微观机理。     

配合比对三合土抗剪强度影响的试验研究

按2因素3水平完全试验设计方法拟定了9组三合土配合比,然后进行各试验组的击实试验,根据每组最大干密度和相应最优含水率进行了直剪强度试块制作并分别标准条件养护7天和28天进行抗剪强度试验,得到了各个试验组的抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角。通过极差分析和趋势分析,得出结论:7天和28天龄期三合土的砂对内摩擦角的影响均大于黏土的影响;7天龄期砂对黏聚力的影响大于黏土的影响,28天龄期砂对黏聚力的影响小于黏土的影响;三合土内摩擦角最大的配合质量比为石灰:黏土:砂=1:4:5;黏聚力最大的配合质量比为石灰:黏土:砂=1:6:3;对7天养护龄期的情况,以竖向压力196 kPa为大小分界,可分别得到抗剪强度较大的两种配合比。研究成果可为工程应用中合理选择三合土配合比提供参考。     

非饱和黏土有效应力强度指标计算

因非饱和土性质的复杂性,需用高精的设备获取相关强度参数,试验难度大,应用受到限制。在分析非饱和土强度理论的基础上,从土的有效应力强度出发,利用常规三轴仪开展不同含水率、干密度组合的黏土CD试验,探讨含水率及干密度对黏土抗剪强度的影响,据此建立考虑含水率（饱和度）、干密度影响的有效应力强度指标计算公式。研究表明,黏土的强度与含水率、干密度密切相关,其中黏聚力、内摩擦角均与含水率（饱和度）呈二次曲线关系,与干密度成线性关系;二者的交互影响可按乘法效应进行组合,研究成果可为工程应用提供参考。     

纳米石墨粉对红黏土力学性质的影响

对添加了纳米石墨粉的红黏土以击实进行了重塑样制备,设计了不同掺量纳米石墨粉在红黏土最优含水率下的三轴固结不排水试验;通过应力-应变曲线,分析了不同掺量纳米石墨粉对红黏土力学性能的影响,得出了抗剪强度和抗剪强度指标的规律,并采用SEM微观手段对其改善机理进行了分析。试验结果表明:抗剪强度和黏聚力C随纳米石墨粉掺量的增加先增加后减小,内摩擦角$\varphi $基本保持不变,得出适量的纳米石墨粉对红黏土的力学性质有显著的提高,最优掺量在1%~2%之间。研究认为,纳米石墨粉红黏土呈现出的力学性质,与纳米石墨粉对红黏土孔隙结构的影响、纳米石墨粉对红黏土颗粒的黏附胶结密切相关。     

干密度与含水率对重塑红黏土抗剪强度参数影响研究

为探究了解桂林重塑红黏土抗剪强度特性,利用三轴试验研究饱和及未饱和重塑红黏土的干密度、含水率对土体抗剪强度的影响。试验结果表明:相同最优含水率下的饱和重塑红黏土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者黏聚力曲线在1.41 g ·cm-3附近两者差值最大;饱和重塑红黏土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者在干密度为1.35 g ·cm-3附近差值最大;未饱和重塑红黏土的含水率对抗剪强度参数影响显著。     

杭州地铁储气砂土的抗剪强度特性试验研究与预测分析

从地质成因角度分析了杭州地铁原始储气砂层的饱和度和基质吸力的变化范围。利用GDS非饱和三轴试验系统对变化范围内的储气砂抗剪强度特性进行了测定,得到非饱和储气砂土的抗剪强度指标。试验结果表明, 砂土抗剪强度随吸力的增大而增加,当含水率大于残余含水率时,吸力对储气砂土的抗剪强度影响较为显著;小于残余含水率时,吸力对储气砂土的抗剪强度的贡献较小。将强度试验值与各抗剪强度预测公式的预测值进行了对比分析,认为公式 可合理地用于表述杭州地铁储气砂土的抗剪强度特性。     

广吸力范围内压实红黏土的强度特性

为了研究广吸力范围内红黏土的强度特性,采用经压力板法饱和,对盐溶液蒸汽平衡法吸力平衡后的非饱和桂林红黏土样进行一系列常含水率直剪试验。高吸力时土–水特征曲线不受土体密度的影响,故等含水率试验可以认为是等吸力试验。试验结果表明,随着平衡吸力的增加,非饱和红黏土的抗剪强度与黏聚力均先增大后减小,吸力为7 MPa左右时出现抗剪强度的最大值;当吸力超过7 MPa后内摩擦角基本保持不变,说明高吸力阶段吸力增大引起的强度变化是由黏聚力的变化引起的;吸力超过70 MPa后随着吸力的增加,强度变化较小。最后结合压汞试验的结果,从孔隙大小分布的角度解释了红黏土在广吸力范围内的强度特性。     

非饱和粉煤灰抗剪强度试验研究

为避免基质吸力量测所带来的困难,通过寻找总应力抗剪强度指标与含水率w之间的关系,建立类似于饱和土的抗剪强度公式,对实际工程具有较强的应用价值。在制件过程中采取相应措施消除压实度和龄期等因素的干扰,确保试验结果能够真实反映含水率对抗剪强度的影响。在普通三轴仪上进行非饱和粉煤灰的抗剪强度试验,得到其总应力强度指标随含水率的变化规律。其中,非饱和粉煤灰的粘聚力c值随含水率的增加呈先增大后减小的二次抛物线变化,内摩擦角φ值随含水率的增加呈线性衰减。通过引入含水率,建立了非饱和粉煤灰总应力强度公式,公式中的含水率易于确定,抗剪强度计算简单,便于实际工程应用。     

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。     

脱湿条件下黏性土吸力强度演化规律及其微观机理

含水率的增减变化是非饱和土强度改变的关键因素。开展室内脱湿条件下压试样的直剪试验结果表明,在土样脱湿条件下土体抗剪强度特性变化显著,低含水率下非饱和黏性土抗剪强度变化有明显峰值,展示应变软化特性,高含水率下展示应变强化特性。通过联系土–水特征关系(SWCC)及吸应力特征关系(SSCC)曲线建立的非饱和土抗剪强度模型,能够预测含水率变化下非饱和土的抗剪强度演化。基于实测数据开展的模型验证结果表明,所建模型利用测定的土–水特性和饱和土的抗剪强度参数,能够准确地确定脱湿过程中非饱和土的吸力强度,该模型的应用将极大地简化试验和节约测试时间。采用核磁共振(NMR)技术对脱湿过程中的剪切样开展了孔隙水分布的测试,从微观上解释了非饱和黏土抗剪强度随含水率改变的演化机理。     

微生物矿化作用对红黏土的影响研究

引入微生物矿化技术,利用其中巴氏芽孢杆菌的代谢产物对红黏土进行改性研究。对微生物矿化作用的红黏土试样开展常规物理指标试验,分析试样含水率、密度、比重、孔隙比和颗粒粒径的变化。利用三轴固结不排水剪切试验,测定土体的抗剪强度指标,并结合扫描电镜分析微生物矿化下红黏土的微观结构特征。结果表明:巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀胶结充填红黏土空隙作用明显,土样经过恒温养护10 d时的作用效果最佳,红黏土的物理性质朝着工程性质好的方向发展、抗剪强度有所增强。从SEM图像分析,红黏土试样中生成碳酸钙晶体填充胶结于土体孔隙,加强了土壤颗粒间的连接。      

宽级配砾质土作为GCls防渗垫保护层的抗剪强度试验研究

水化后的土工织物黏土垫层(GCls)是良好的复合防渗材料,但同时表现出较低的抗剪强度特性。为改善水化后的GCls抗剪强度低的缺陷,拟采用取自天然并经人工调配的宽级配砾质土料代替黏土作为GCls防渗垫的保护层,共同构成复合防渗系统。文中利用TGH直剪摩擦拉伸仪对筛选出的宽级配砾质土及其与不同水化条件下的GCL接触面进行了试验研究,得到宽级配砾质土样及其与质量含水率分别为50%和完全水化的GCL接触面的抗剪强度试验数据并进行了整理分析。结果显示,宽级配砾质土样的抗剪强度大于其与不同水化条件下的GCL接触面的抗剪强度,且宽级配砾质土与GCL接触面的抗剪强度随GCL含水率的增加而减小。因此,可以根据外荷载作用下土中应力会发生扩散的原理,利用抗剪强度高和压缩性低的砾质土来承担部分甚至全部荷载,以弥补水化后的GCls抗剪强度低的缺陷。     

千枚岩残坡积土大型直剪试验研究

土体抗剪强度是边坡稳定性分析的重要力学参数,而大型直剪试验是确定粗粒土抗剪强度指标较为有效的方法,但获取所需原状土样较为困难。通过现场挖取边坡残坡积原状土样,开展原状土样和击实土样的室内常规小型直剪对比试验,证明在有效控制密度、干密度和含水率条件下采用击实土样获取的直剪强度指标可替代原状土样试验结果。击实土样的大型直剪与原状土样的常规直剪试验结果对比分析表明,由常规小型直剪试验获得残坡积土的抗剪强度略高于大型直剪试验结果。由于室内常规小型直剪试验获取的抗剪强度指标往往比边坡实际发生滑动时的抗剪强度指标稍大,建议在边坡稳定性分析中对抗剪强度指标选取时,采用以大型直剪试验获得的有效控制密度、干密度和含水率条件下击实土样的峰值强度和残余强度,由此进行的边坡稳定性计算将更为科学合理     

铜尾砂和钨尾砂的抗剪强度及宏细观分析

铜矿和钨矿在经过开采和选矿过程后产生大量的尾砂,尾砂的抗剪强度直接影响到尾砂筑坝的稳定安全性和材料的创新利用。尾矿库现场取回尾砂的级配曲线不同于选矿产生的全尾砂,选用合适的尾砂抗剪强度参数以及对不同尾砂抗剪强度的比较和分析有助于评估尾矿库的溃坝安全性。为了深入研究铜、钨两种尾砂的抗剪强度及异同点,针对不同粒径范围的铜、钨尾砂进行了直剪试验、X射线衍射分析和扫描电镜分析。直剪试验结果表明,干燥尾砂表现出无黏性土的强度性质,相同粒组尺寸的铜尾砂抗剪强度要高于钨尾砂的抗剪强度;铜尾砂和钨尾砂在含水率为15%情况下的抗剪强度表现出一定的黏聚力,使其抗剪强度相对于干燥状态下提高了16.7%~83.8%;随着含水率从10%增加到20%,细粒钨尾砂的内摩擦角变化不大,含水量的增加使得钨尾砂的黏聚力较明显地减小并使得抗剪强度降低。X射线衍射分析结果显示铜尾砂和钨尾砂都以石英为主晶相,其余矿物成分大都是以硅酸盐为主的次生矿物;5000倍扫描电镜照片显示细粒尾砂颗粒的表面附着一定量的黏土矿物,黏土矿物的存在导致了尾砂抗剪强度随含水率增加而发生变化。     

ISS对不同初始含水率膨胀土的改良效果研究

离子固化剂(ISS)对膨胀土改良后,膨胀土稳定性会改善。为了分析研究不同初始含水率的膨胀土经过ISS改良效果,进行了膨胀土改良前后的剪切试验、界限含水率试验和自由膨胀率试验。通过改良前、后土体的抗剪强度、塑限、液限、塑限指数、自由膨胀率的变化规律研究,得出膨胀土的初始含水率在11%～30%区间时,改良后土体的膨胀性得到了消除,抗剪强度得到了明显提高; 初始含水率不在11%～30%区间时土样改良后仍具有一定膨胀性,抗剪强度提高不明显。这是因为,当膨胀土烘干时,靠毛细吸力吸附的固化剂量不能与所有黏土颗粒进行反应; 当膨胀土饱和时,靠溶液渗透到膨胀土表面的固化剂也不能与所有黏土颗粒进行反应。该试验结果对膨胀土现场改良时含水率的确定具有重要的指导意义。     

含水率和离子浓度对滑带土抗剪强度的影响

滑坡地下水环境的变化对滑带土的强度和变形参数有着极大的影响,并影响滑坡的稳定性。三峡库区受到库水位升降及降雨入渗的影响,使得发育于该地区滑坡的滑带土含水率及离子浓度一直处于不断的变化中。以重庆万州区兴福寺滑坡为例,针对滑带土重塑样,采用X射线衍射分析了其矿物成分,然后进行了不同含水率下固结排水直剪试验、不同SO_4~(2-)离子浓度下滑带土的固结排水慢剪试验以及不同SO_4~(2-)离子浓度下滑带土直剪反复剪切试验。试验结果表明:滑带土成分以黏土矿物、石英、钠长石等为主,其中黏土矿物以伊蒙混层、伊利石为主;含水率对滑带土抗剪强度指标的影响较为明显,具体为黏聚力随含水率的增大而增大,内摩擦角随含水率的增大而减小;SO_4~(2-)离子浓度对滑带土抗剪强度指标的影响也较为显著,随着SO_4~(2-)离子浓度的增大,黏聚力与内摩擦角均减小;滑带土经过反复剪切后,残余强度、黏聚力和内摩擦角均随着SO_4~(2-)离子浓度的增大而减小。     

干湿循环下红黏土裂隙演化规律及对抗剪强度影响

应用计算机图像处理技术和三轴试验分析了干湿循环下红黏土裂隙演化规律和抗剪强度指标的变化规律,建立了红黏土的抗剪强度指标与裂隙密度的关系,采用强度指标折减法对边坡稳定性计算参数进行了探讨。结果表明,裂隙密度随干湿循环次数的增加而增大,最终趋于稳定,第一次和第二次干湿循环作用对红黏土的裂隙发育影响最大。干湿循环下红黏土应力-应变为弱硬化型,破坏形式为鼓胀破坏。干湿循环显著降低红黏土抗剪强度指标,第一次衰减幅度很大,最终强度指标趋于稳定状态。黏聚力的衰减幅度比内摩擦角明显大。干湿循环下边坡稳定性计算参数取值建议采用长期强度指标值,即黏聚力稳定值为未经循环值的54%～57%,内摩擦角稳定值为未经循环值的45%～63%。干湿循环下红黏土抗剪强度指标与裂隙密度的关系可用二次多项式来拟合。     

非饱和红黏土的强度特性研究

红黏土是一种富含胶结作用物质的塑性黏土,与普通黏性土相比,红黏土的强度特性更为复杂。通过直剪仪对不同含水率和不同含丙三醇溶液的重塑红黏土进行了抗剪强度试验,发现红黏土的强度、黏聚力随着溶液含量的增加出现了“双峰”值现象,且内摩擦角基本保持不变,用丙三醇溶液替代水溶液配制的土样其强度有了明显的降低。结合核磁共振仪对红黏土试样的孔径分布研究情况,基于Bishop提出非饱和土的有效应力原理,探讨了非饱和红黏土的强度随含水率变化出现“双峰”现象的影响机制,认为红黏土本身孔径大小分布特征起了非常重要的作用。