干湿作用下受荷石膏质泥岩的不可逆膨胀特征

为研究干湿作用及应力状态对石膏质泥岩膨胀性的影响,采用自行设计的试验装置对采自平-绵高速公路天水2号隧道的原状岩样进行荷载耦合的干湿循环试验,就循环过程中及干湿循环后泥岩的宏观膨胀规律和细观膨胀机制进行分析。研究结果表明：（1）该试验装置可以实现干湿循环与特定应力状态（侧限压缩）的全过程耦合,且试样无自由表面,与地下岩体真实赋存状态较为接近;（2）当法向压力小于试样膨胀应力时,第1次吸水后试样有明显膨胀变形,在排水固结后可恢复的变形比例较小,而继续干湿循环,试样的胀缩变形将不再明显;（3）第1次干湿循环后,泥岩内矿物由颗粒胶结状态退化为絮状堆积状态,黏土化趋势明显,膨胀应力下降比例超过80%;(4)增加法向压力虽然可以减小甚至消除干湿循环过程中石膏质泥岩的膨胀变形,但无法抑制其细观结构的劣化;（5）通过有荷载的干湿循环,以一定的围岩变形为代价,可以减弱石膏质泥岩的膨胀性,但需要注意干湿循环也会降低石膏质泥岩的抗剪强度。上述结论对于石膏质泥岩地区隧道建设及地质灾害防治具有一定的指导作用。     

无荷条件下原状膨胀土膨胀特性分析

为了探讨无荷条件下膨胀率与初始含水率和膨胀时间的关系,采用WZ-2型膨胀仪,通过室内无荷膨胀率试验对4组不同初始含水率的延吉盆地原状膨胀土进行了研究。试验结果表明:试样初始含水率越低,无荷膨胀率越大。各不同初始含水率下膨胀时程曲线都有着明显的规律性,可将曲线分为三个阶段:等速膨胀阶段、减速膨胀阶段和稳定阶段。试样的膨胀变形主要发生在试验的前30 min内,用Knothe时间函数模型对各组试验前30 min内的数据进行拟合,构建了膨胀时程方程,并详细分析了方程中的未知参数的物理意义及其影响因素。其中,参数a为试样的最终无荷膨胀率,其值的大小与试样初始含水率密切相关。参数b为初始膨胀速率参数,由于受多个因素的影响,其值的确定需要进一步的研究。最后,通过误差比较可知,基于Knothe时间函数模型构建的膨胀时程方程的拟合效果要优于多元回归分析。以上结论为进一步研究延吉膨胀土的膨胀机制奠定了理论基础。     

干湿循环下压实红黏土胀缩特性试验研究

为了研究红黏土的变形特性,使用常规固结仪和自制收缩仪,对压实桂林红黏土进行了无荷载条件下4次膨胀和收缩试验。结果表明:红黏土的胀缩变形过程是不可逆的;随着干湿循环次数增加,膨胀试验试样高度变化较小,收缩试验试样高度逐渐增大,膨胀变形和收缩变形均呈逐渐减小趋势;稳定后膨胀率和收缩率均逐渐减小,收缩系数不断减小,最终趋于一个较稳定数值;采用绝对膨胀率、绝对收缩率、相对膨胀率、相对收缩率等参数可以定量分析干湿循环作用下压实红黏土的胀缩变形程度及其变化规律。     

武汉地铁三号线土层盾构开挖引起的地表沉降研究

为了研究红黏土的变形特性,使用常规固结仪和自制收缩仪,对压实桂林红黏土进行了无荷载条件下4次膨胀和收缩试验。结果表明:红黏土的胀缩变形过程是不可逆的;随着干湿循环次数增加,膨胀试验试样高度变化较小,收缩试验试样高度逐渐增大,膨胀变形和收缩变形均呈逐渐减小趋势;稳定后膨胀率和收缩率均逐渐减小,收缩系数不断减小,最终趋于一个较稳定数值;采用绝对膨胀率、绝对收缩率、相对膨胀率、相对收缩率等参数可以定量分析干湿循环作用下压实红黏土的胀缩变形程度及其变化规律。     

干湿循环条件下膨胀土膨胀特性试验研究

通过对北疆膨胀土开展干湿循环条件下无荷膨胀率、有荷膨胀率及微观扫描试验，探讨膨胀土吸水膨胀的特性及微观机理。试验结果表明：（1）在无荷膨胀率试验中，随着时间的增加，无荷膨胀率逐渐增加，在试验后期逐渐趋于稳定；随着干湿循环次数的增加，无荷膨胀率逐渐减小，第5次循环后趋于稳定值；（2）在有荷膨胀率试验中，随着时间的增加，有荷膨胀率逐渐增加且试验后期趋于稳定，上覆荷载越大，膨胀土试样有荷膨胀率越小；随着干湿循环次数的增加，有荷膨胀率逐渐减小，有荷膨胀率随循环次数及上覆荷载的增大而减小；（3）电镜扫描结果显示，无循环膨胀土试样结构较为牢固，经过干湿循环作用，膨胀土试样微观结构发生明显变化，土体微观结构逐渐破碎，颗粒面积减少，出现较多微小孔隙，导致膨胀率随循环次数的增加而逐渐减小。研究成果可为北疆膨胀土稳定性评价提供理论基础。     

干湿循环条件下木质素改良膨胀土胀缩特性

实地调查发现河南省南阳市南阳盆地周边受持续降雨、干旱极端气候影响,出现了房屋破坏、边坡失稳等膨胀土灾害问题,危害人民财产生命安全。以南阳盆地弱膨胀土为研究对象,通过自由膨胀率试验,研究木质素磺酸钙改良弱膨胀土的最佳掺量问题,并在最佳掺量的基础上对试样进行无荷膨胀和收缩试验,进一步研究干湿循环条件下木质素磺酸钙对弱膨胀土胀缩特性的影响,结合试验过程中试样的裂隙发展规律,探究干湿循环条件木质素磺酸钙改良弱膨胀土胀缩特性的原因。试验结果表明对于弱膨胀土,木质素磺酸钙掺量在0.75%、养护天数14 d时改良效果最佳,此时改良土自由膨胀率最低。干湿循环条件下的无荷膨胀和收缩试验数据显示改良前后弱膨胀土绝对膨胀率最高由29%降至3%,绝对收缩率最高由17%降至2%,改良土相对膨胀率与相对收缩率基本不随干湿循环次数发生变化,说明木质素磺酸钙可以有效降低干湿循环过程中弱膨胀土的胀缩形变,保持干湿循环过程中弱膨胀土胀缩特性的稳定,且木质素磺酸钙的改良效果不受干湿循环次数的影响。对比未改良土与改良土裂隙发展规律,木质素磺酸钙在弱膨胀土中主要起到抑制裂隙发育,提高土体胶结能力的作用,使土体形成更致密的结构,...     

增湿条件下膨胀土隧道衬砌破坏数值分析

针对小河沟膨胀土隧道降雨增湿塌方现象,以围岩含水率分布变化引起膨胀应力场为主要研究内容,展开增湿对隧道支护结构的影响研究。首先,利用热传导热能量平衡方程与孔隙渗流连续方程数学描述相似性,推导出热传导膨胀模拟增湿膨胀的替代方程。然后,结合室内试验和文献资料,率定膨胀土膨胀力及渗流参数。最后,在正确考虑地质构造影响的基础上运用有限差分软件FLAC3D热-力耦合模块进行建模计算,分别对不同膨胀力模型的增湿过程进行仿真模拟,得出支护结构受力变形随含水率分布及膨胀力大小的变化规律。分析得到了对隧道支护结构造成不良影响的关键含水率和膨胀力值。研究成果可以有效指导膨胀性黄土隧道支护设计和变形控制。     

混合型缓冲回填材料膨胀变形试验研究

选用高庙子钠基膨润土(GMZ001)为缓冲回填材料的主料,添加不同比例的石英砂,对掺砂率分别为0%、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内膨胀变形试验。结果表明：膨胀率随时间呈指数增长;掺砂率一定时,最大膨胀率随初始干密度的增大而线性增长;初始干密度一定时,最大膨胀率与掺砂率呈二次函数关系。引入有效黏土密度的概念对最大膨胀率进行计算,建立了任意掺砂率和初始干密度条件下膨润土-砂混合物最大膨胀率归一化模型,为混合型缓冲回填材料在高放废物地质处置中膨胀行为的预测与控制提供了依据。     

大气影响下膨胀土包边路堤变形性状研究

在中膨胀土包边试验路堤上开挖形成试坑和试样,采用浸水与非浸水两种方式,模拟大气影响下包边路堤土的状态,通过现场直剪试验、载荷试验和室内膨胀率试验,获得路堤土强度与变形性能的对比参数。基于此建立考虑大气影响的路堤模型,利用平面应变有限元方法,计算与分析路面因路基土湿化膨胀和行车荷载作用所产生的不均匀变形,将其与容许值比较后,评价路面结构破坏的可能性,为中膨胀土路堤填筑方案设计提供依据与参考。     

膨胀岩部分膨胀性指标测定方法初探

针对按膨胀土试验规范测定膨胀岩的自由膨胀率,无荷载膨胀率,膨胀力三种膨胀性指标的适用性进行探讨,通过分析对测试方法中不适用于膨胀岩的步骤提出修改意见,以保证试验结果的准确性,并使膨胀岩膨胀性指标的测定方法更臻完善。     

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。     

考虑状态含水率和密度的膨胀土膨胀模型试验研究

以邯郸强膨胀土为研究对象,通过室内K0应力状态膨胀试验,研究了膨胀土的膨胀率与压实度、初始含水率、上覆荷载之间的关系,进而建立了考虑上述3种影响因素的膨胀率公式。同时,建立了终了含水率与初始含水率、压实度、上覆荷载之间的关系,从而得到了膨胀土线膨胀系数表达式。利用提出的膨胀模型可以得出任一含水率状态下膨胀土的膨胀本构关系。该试验操作简单,模型表达式简洁,具有较强的实用性,可为膨胀土工程的设计施工提供理论依据和参考     

引江济淮试验工程膨胀土电导率特征实验研究

南水北调中线工程实践研究表明,膨胀土的电导率与自由膨胀率呈现线性关系。引江济淮试验工程为开发膨胀土判别快速方法以及提出针对江淮地区土质的电导率法判别适用标准,开展膨胀土电导率特征实验研究。工程现场取多组土样进行基本性质、膨胀性和不同含水率下的电导率实验,寻求该地区膨胀土电导率与含水率和自由膨胀率的关系。研究表明,电导率随土体含水率增加呈现先增加后减小的变化趋势,土体处于液限含水率附近状态下,具有最强的导电性,电导率具有峰值特征。相同含水率条件下,土体的膨胀性越强电导率越大;电导率和自由膨胀率总体上线性相关,试样在液限含水率附近时相关性最大;线性经验模型的精度由相关性水平控制,本试验提出的江淮地区弱膨胀土电导率经验模型的精度控制标准为R2=0.78,可以达到自由膨胀率实测值的精度水平,具有实用价值。     

南京红山窑第三系红砂岩膨胀变形性质试验研究

针对原状红砂岩具有自由膨胀率为3.5 %、而膨胀力高达270 kPa、干燥岩样峰值强度为5.85 MPa、饱和岩样抗压强度仅为0.20 MPa等这些特殊性质的膨胀岩,采用MTS815.02型岩石力学刚性伺服试验机与自行研制的岩石膨胀测量仪,进行了不同含水率红砂岩膨胀变形性质试验。结果表明：(1) 在低荷载状态下,红砂岩膨胀应变随着含水率增加而呈对数形增长;(2) 在高荷载作用下,红砂岩膨胀应变与吸水率之间存在着线性关系;(3) 红砂岩吸水膨胀应变在较短的时间内基本完成,随着时间的延长,膨胀变形将趋于稳定。在此基础上,提出了确定膨胀稳定时间的理想概化数学模型。研究成果对南京红山窑水利工程膨胀岩地基处理方案设计、施工具有重要的指导意义。     

中膨胀土CMA改性室内试验研究

CMA是一种新型膨胀土生态改性剂,依托合(肥)－六(安)－叶(集)高速公路工程,对CMA改性后中膨胀土的基本物理性质、击实特性、胀缩特性、力学特性等进行了3种配方的室内对比试验研究。结果表明,中膨胀土经CMA改性后,其自由膨胀率由改性前的71 %下降到20 %左右,液限和塑性指数也显著降低,亲水能力大幅度下降;胶粒含量明显下降,粉粒含量增加,说明改性后粒度组成已接近粉土;各项胀缩性指标较改性前也有大幅度下降,无荷膨胀率约为改性前的2 %,膨胀力约为改性前的5 %;改性土的CBR值可达50 %,浸水变形不到1 %;在非饱水和饱水状态下,改性土都具有较高的抗剪强度和无侧限抗压强度,说明改性后其水稳定性较好。经对比分析,认为1#配方改性效果最好,较适用于合肥膨胀土的改性处理。     

基于电阻率法的膨胀土膨胀性评价研究

目前膨胀土的膨胀率一般只能通过室内试验获取,无法通过简单快速的测试得到。结合课题组前期的相关膨胀土电学特性试验研究发现,膨胀土吸水膨胀会改变土体内部结构,而土体内部结构的变化会引起电阻率的改变。通过对取自合肥的膨胀土进行电阻率、膨胀率等相关性能的试验,分析电阻率指标,并对膨胀土的吸水膨胀特性进行预测评价。研究发现,膨胀率随着初始电阻率的增大而增大,且随着上覆荷载的增大而减小;竖向电阻率与实时膨胀率基本呈直线增加关系,直至土体电阻率达到孔隙液电阻率为止。根据膨胀土基本电学试验和膨胀土吸水膨胀及相应横纵向电阻率实时测试试验研究发现,膨胀土的膨胀性能与电阻率结构参数吻合很好,因此,可以通过电阻率相关指标对膨胀土的膨胀特性进行预测。由于相应膨胀率为无量纲指标,故通过黏性土电阻率结构参数去除孔隙率影响,建立了无量纲综合电阻率指标Er与膨胀率之间的关系,以供后期膨胀土的膨胀率预测。     

KCl溶液对安康膨胀土膨胀性影响的多因素耦合分析

进行了不同浓度KCl溶液改良安康膨胀土的自由膨胀率试验,分析了不同质量分数的KCl溶液对安康膨胀土膨胀性的影响,进一步对安康膨胀土的膨胀机理作深入的讨论。在自由膨胀率试验中,以加入质量分数为3%、6%、9%及12%KCl溶液的改性膨胀土为研究对象,结果表明:相比于素膨胀土,各浓度的KCl溶液均可以使膨胀土的自由膨胀率降低,土样的自由膨胀率随KCl浓度增大加呈现先降低后升高再降低的波动下降趋势。在3%、6%、9%的添加浓度下,变成弱膨胀潜势的膨胀土,在12%的添加浓度下自由膨胀率达到最低值33%,变为非膨胀土。根据试验结果,从晶层膨胀作用及对其抑制作用、孔隙间盐溶液浓度的变化对安康膨胀土膨胀特性的影响等方面出发,对形成膨胀率波动趋势的四种作用进行了研究,重点分析不同浓度区间内各种作用的主次关系,最后结合晶层扩张理论和渗透理论,提出了膨胀土的膨胀潜势影响关系表达式,并详细讨论了影响膨胀潜势的分项系数,各分项系数在不同浓度区间内的影响作用不同。该表达式可以合理解释安康膨胀土自由膨胀率呈现先下降后上升再下降的波动趋势变化,是由晶层膨胀作用及其抑制作用、孔隙间盐溶液浓度的变化等四种作用之间的相对强弱决定的,从而弥补了晶层扩张理论的不足。     

不同荷载条件下冻土融化沉降过程试验研究

融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8~24 ℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验（试样的初始温度为-1 ℃）,研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明：温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3~4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依据。     

江淮膨胀土自由膨胀率特征

自由膨胀率是公路及其他行业膨胀土判别与分类的常用指标,研究自由膨胀率特征对指导膨胀土判别分类具有重要意义。本文依托皖中地区在建的合(肥)六(安)高速公路,开展了自由膨胀率及其他相关性指标的试验研究,分析了皖中膨胀土的自由膨胀率特征。研究表明:皖中地区膨胀土自由膨胀率与反映膨胀本质的指标蒙脱石含量,以及液限、塑性指数等间接性判别指标具有较好的相关性,可将其用作膨胀土判别与分类的指标;分类实践发现《公路路基设计规范》所推荐的自由膨胀率分级评判标准不能适用于皖中地区膨胀土;根据研究结果给出了具有合理分类特征的分类标准建议。     

荆门弱膨胀土的胀缩与渗透特性试验研究

以荆门弱膨胀土为研究对象,开展了完整的胀缩与渗透特性试验,获得了5种不同压实度下膨胀土及其石灰改良土的胀缩与渗透特征。结果表明：膨胀土的膨胀力-干密度关系可用幂函数表达,而无荷膨胀率、有荷膨胀率、体缩率与干密度均非单调关系;由于压实与膨胀效应的耦合作用,95%压实度下膨胀土的无荷膨胀率、有荷膨胀率和体缩率均较小,若直接利用膨胀土进行路基与地基填筑,该压实度下土样不仅具备较大的刚度与强度且胀缩变形较小。经石灰改性后,膨胀力与湿胀变形基本消除,干缩变形大幅降低,胀缩总率仅为0.7%。膨胀土与石灰土渗透系数均很小,且都随干密度的增大而降低,其与干密度的关系仍可用幂函数描述;石灰土的渗透系数大于相应压实度下的膨胀土;而当二者干密度相近时,渗透系数接近。