非饱和花岗岩残积土粒间联结作用与脆弹塑性胶结损伤模型研究

非饱和花岗岩残积土主要为铁质胶结,遇水后强度急剧降低,结构性强,显示出脆弹塑性损伤破坏特点,其粒间联结作用正是其结构性和脆弹塑性损伤破坏的核心问题。论述了非饱和土的粒间联结作用,将其分为接触联结和非接触联结两类,这两种联结在粒间相互作用上都表现为吸力的作用,即由湿吸力、可变结构吸力组成的粒间吸力。非饱和花岗岩残积土铁质胶结为主的接触联结作用,加上其砂粒、黏粒等各级粒度成分混合,致使粒间联结作用遇水或扰动后变化大,导致力学性质上的脆性显著。通过理论推导,给出了可变结构吸力与土体堆积方式、干密度、孔隙比、含水率/饱和度的定量计算公式,并由试验验证了计算公式的合理性。进而从游离氧化铁胶结是非饱和花岗岩风化残积土显示脆弹塑性的根本原因出发,基于堆砌体模型思想,采用孔隙比与结构脆性参数构建损伤过程函数,建立了可反映非饱和花岗岩残积土脆弹塑性胶结损伤的理论模型,通过试验验证表明,所建模型能很好地反映非饱和花岗岩残积土特有的应力-应变关系,从理论上较好地解释了花岗岩残积土遇水或扰动后易破坏的机制。     

胀缩性土抗拉强度试验研究

抗拉强度是黏性土重要的力学指标之一。自行研制了简易土工拉伸仪,并通过试验确定了合适的制样方法。在此基础上,对具有胀缩性的武鸣红黏土和百色膨胀土分别进行试验,探讨了其抗拉强度与干密度、含水率、干湿循环次数等影响因素的关系,研究结果表明：两种土的抗拉强度-含水率曲线在饱和度接近66%时出现峰值,该峰值对应含水率接近最优含水率,峰值两侧呈指数关系变化,抗拉强度随含水率的变化规律受土中水的形态影响。抗拉强度随干密度的增加而线性递增,增加幅度显著。抗拉强度随干、湿循环次数增加而衰减,1～2次循环时,强度衰减幅度最大,但3次循环后,趋向于一稳定值,稳定值为初始值的20%左右,土体干、湿循环后抗拉强度降低是微结构劣化的结果。     

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。     

击实黏土抗拉强度研究

对具有不同干密度和含水率的击实黏土试样进行直接拉伸试验、直接剪切试验,并量测试样的基质吸力,分析了含水率、干密度对土体抗拉强度的影响以及抗拉强度与抗剪强度参数、基质吸力之间的关系,讨论了击实黏土抗拉强度的形成机理。研究结果表明,在试验所涉及的含水率和干密度范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增大而减小,它们之间具有很好的线性关系;击实黏土的抗拉强度与基质吸力、黏聚力都具有明显的正相关关系,但这三者并不相等,在数值上基质吸力最大,黏聚力其次,抗拉强度最小;击实黏土的抗拉强度与其内摩擦角之间没有明显的相关性;击实黏土的抗拉强度主要来源于土粒间的联结,其次来源于土粒之间的咬合作用。     

基于超微型贯入试验的黏性土干燥过程中结构强度演化规律研究

研究土体结构强度对了解土体开裂破坏过程和预防相关工程地质问题有重要意义。以南京地区下蜀土为对象,采用超微型贯入试验方法,分析了试样在干燥过程中的结构强度演化特征。结果表明:所采用的超微型贯入试验方法为定量研究土体在干燥过程中结构强度的演化规律提供了可行的途径,该方法具有操作简单、精度高和含水率适应范围大等优点; 在干燥过程中,当试样处于高含水率阶段时(w24.27%),剖面上的结构强度基本保持一致,空间差异性较小; 在低含水率阶段(w24.27%),试样结构强度空间差异性显著增强,随深度的增加,结构强度呈递减趋势并逐渐趋于稳定; 总体上,土体的结构强度在干燥过程中随平均含水率的减小呈指数递增趋势,这主要是由于土体水分蒸发导致吸力增加,土颗粒之间的作用力增强。此外,由于土体发生收缩变形,土体孔隙比减小,土颗粒间联接点增加,也会对结构强度产生贡献。     

考虑变形影响的黄土土-水特征及其滞后效应

为了研究变形对非饱和黄土土-水特征和滞后效应的影响,通过先构建恒定吸力条件下土体含水率与孔隙比的关系,再引入吸力的影响,建立了一个能够考虑变形的三维土-水特征曲面模型,模型能够很好地描述不同初始孔隙比黄土吸脱湿过程中含水率随孔隙比和吸力的变化规律。为了证实所提出模型的可靠性,对压实黄土进行一系列吸脱湿过程的土-水特征试验。试验结果表明,恒定吸力条件下土体含水率与孔隙比成线性关系,验证了模型的理论假设。另外由模型可以确定恒定孔隙比状态的土-水特征,将其与试验结果对比发现,脱湿路径由吸力引起的变形对土-水特征影响较大,会使特征参数减小,并抑制滞后效应。     

干湿循环作用下原状黄土力学性质及细观损伤研究

增湿-减湿循环作用是黄土地区工程发生病害的主要原因之一,探究增湿-减湿循环对黄土体结构损伤机理有重要的理论和工程意义。本文以延安地区的黄土为研究对象,开展不同含水率、不同次数的原状黄土增湿-减湿循环试验,分析干湿循环诱发黄土孔隙率、抗剪强度及其参数的变化规律,同时使用核磁共振技术获取黄土内部裂隙发展的损伤演化。结果表明:随着干湿循环次数的增多,土体呈现出孔隙率逐渐增大、液限和塑性指数相继减小、塑限基本不变的规律,究其原因是内部颗粒的集、散动态变化引发了黄土损伤;干湿循环次数和含水率的增加弱化了土体颗粒的胶结作用,使得抗剪强度、黏聚力和内摩擦角降低,当试样含水率超过塑限后下降趋势更加明显;黄土历经核磁共振表明,试样内部小于0.025 μm的微孔隙随着干湿循环次数的增加逐渐向0.025~0.63 μm的小孔隙组过渡,同时新生孔隙开始产生。     

干湿循环下花岗岩残积土强度衰减试验研究

季节性的干湿交替循环作用可使边坡岩土体强度劣化,影响边坡安全性及耐久性。通过室内干湿循环模拟试验,探讨了干湿循环作用下花岗岩残积土抗剪强度随含水率、干湿循环次数的变化规律。试验结果表明:干湿循环下花岗岩残积土黏聚力前期衰减趋势明显,后期衰减趋势减缓,并逐渐趋于稳定;而花岗岩残积土内摩擦角在干湿循环下未呈现明显的变化规律,大小变化不定。在此基础上,采用S型曲线函数对花岗岩残积土强度衰减曲线进行拟合,拟合结果说明S型曲线函数能够较好地体现花岗岩残积土黏聚力随循环次数的衰减规律。研究成果对进一步揭示干湿循环下闽东南地区花岗岩残积土强度劣化机理具有重要的参考价值。     

非饱和土失水过程轴向位移变化规律试验研究

随着地下空间的大力开发,基坑降水导致的地面沉降对周边建筑物稳定性及地下管道系统产生一定影响,开始引起国内外学者的关注。本文选择武汉地区典型粉土,采用土-水特征曲线压力板仪开展失水过程的土-水特征曲线试验,得到了非饱和土的土-水特征曲线;质量含水率、轴向位移随基质吸力的变化规律及误差修正;不同基质吸力作用下含水率和轴向位移随时间的变化规律。根据测定曲线,非饱和土含水率随基质吸力的增大而减小,达到残余含水率时不再变化;随着基质吸力的增加,土体失水收缩,轴向位移增大,达到残余含水率时不再变化;加压过程中不仅有轴向变形,还伴随有一定径向变形。除此,对仪器本身及试验过程中可能出现的误差进行了详细的分析,为压力板仪试验提供参考依据。     

三门峡地区黄土状粉质黏土非饱和性质试验研究

以三门峡地区黄土状粉质黏土为研究对象,通过控制重塑土样的干密度及含水率制备不同状态下的试样,在改进的三轴仪上采用不排水试验法,分别对试样进行非饱和土三轴试验。试验结果表明,黄土状粉质黏土的基质吸力变化规律与土的基本状态有着密切关系,尤其是在相同含水率、相同围压、不同干密度的状态下基质吸力会随着饱和度的增加,出现先增后减的变化规律。通过单元土体中土颗粒组成的结构体参数,分析了这种变化规律。     

土中水分的蒸发过程试验研究

土中水分的蒸发是含水量动态减小的过程,伴随着土结构、应力和应变状态的演化,对土体的工程性质有重要影响,是一些工程问题的直接诱因.以初始饱和的黏土试样为研究对象,在控制环境温度(25 ～45℃)和试样初始厚度(5 ～11mm)条件下,开展了一系列室内干燥试验.通过监测试样在干燥过程中的失水量变化,获得了试样的蒸发曲线.结...     

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。     

干湿循环对非饱和膨胀土抗剪强度影响的试验研究

膨胀土是一种气候敏感性土体,研究在干湿循环过程中膨胀土剪切强度的变化,对了解在自然界周期性蒸发和降雨作用下原位膨胀土体工程性质的变化以及由此导致的地质灾害发生过程具有重要意义。文中以重塑非饱和膨胀土为研究对象,模拟了3次干湿循环过程,对每次干燥路径中的试样进行了直剪试验,重点分析含水率、正压力及干湿循环次数对膨胀土剪切强度的影响,得到如下主要结果：（1）在干燥过程中,随着含水率的减小,试样的刚度、脆性、抗剪强度值（峰值剪切应力）、抗剪强度指标（黏聚力、内摩擦角）及抗剪强度损失（峰值强度与残余强度之差）均呈增加趋势;（2）正压力越高,试样的剪切强度和残余强度越大,而破坏后的峰值强度损失越小,破坏韧性增加;（3）在3次干燥过程中,试样的剪切强度及黏聚力呈先增加后减小的趋势,在第二次干燥过程中达到峰值,但内摩擦角受干湿循环的影响无明显规律;（4）试样经历多次干湿循环后,其剪切特性越来越类似于超固结土,脆性显著增加;（5）干燥过程和干湿循环对试样残余剪切强度的影响都不明显,残余剪切强度基本都在100 kPa附近变化;（6）非饱和膨胀土在干湿循环及干燥过程中剪切强度的变化除了与吸力有关外,还与其微观结构调整和裂隙发育状态密切相关,需要综合非饱和土力学和土质学理论对试验现象进行分析。     

非饱和花岗岩残积土崩解机制试验研究

为研究非饱和花岗岩残积土的崩解机制,将取自广州的残积土试样根据不同含水率和压实度进行制备,用自制仪器进行崩解性试验,并对相关公式进行修正并用于试验数据处理。同时,从微观角度将土颗粒的粒间受力状态进行简化分析,继而对非饱和花岗岩残积土的崩解机制进行分析,结果表明,主要控制因素为孔隙气压（有效孔隙率）和基质吸力。结合试验结果,建立崩解稳定阶段平均速度与有效空洞率及基质吸力的关系,结果表明,分别呈指数函数和对数函数正相关。     

Influence of Cyclic Wetting Drying on Collapse Behaviour of Compacted Residual Soil

The climatic zones where residual soils occur are often characterized by alternate wet and dry seasons. Laboratory studies of earlier workers have established that the alternate wetting and drying process affects the swell-shrink potentials, water content, void ratio and particle cementation of expansive soils. The influence of cyclic wetting and drying on the collapse behaviour of residual soils has not been examined. This paper examines the influence of alternate wetting and drying on the collapse behaviour of compacted residual soil specimens from Bangalore District. Results of such a study are useful in anticipating changes in collapse behaviour of compacted residual soil fills. Experimental results indicated that the cyclic wetting and drying process increased the degree of expansiveness of the residual soils and reduced their collapse tendency. Changes in the swell/collapse behaviour of compacted residual soil specimens from wetting drying effects are attributed to reduction in water content, void ratio and possible growth of cementation bonds.     

Effects of coarse-grained material on hydraulic properties and shear strength of top soil

Sidewalk failures associated with top soil of low shear strength are a common problem in urban areas. Mixing top soil with granite chips can be used to increase its permeability and shear strength. The effects of mixing granite chips with top soils on the hydraulic properties and shear strength under saturated and unsaturated conditions were investigated in this study. The results showed that the mixing top soils with granite chips caused changes in several key parameters of the soil–water characteristic curve (e.g., the air-entry value, the residual matric suction, and the residual volumetric water content) and the unsaturated permeability of the top soils. The saturated permeability and shear strength of the soil mixture increased with increasing content of granite chips.     

花岗岩残积土路用性能影响因素研究

为了分析花岗岩残积土路用特性,从影响因素入手研究。取湖南境内花岗岩残积土进行室内试验,通过薄片和XRD试验,得到残积土矿物成分及基本结构,发现云母含量较高且呈叠片状结构;通过大量统计与试验,从粒径组成、击实功、含水率三个因素出发,研究残积土路用特性变化。结果表明:细砂对残积土含水性影响关键,粗粒含量与CBR强度呈指数关系,特定粒径组成对残积土路用特性有利;以黏土质砂为试验对象,击实功增加,最大干密度增速“两头大、中间小”,最优含水率降速“两头小、中间大”,最大CBR值先线性增加后基本不受影响;结合击实功进行分析,含水率存在wcr,小于wcr,击实功与CBR正相关,反之负相关。     

压实红黏土失水收缩过程的孔隙演化规律

失水收缩是诱发黏性土体开裂的主要因素之一,揭示收缩开裂的内在机制对预防工程灾变具有十分重要的意义。以压实红黏土为研究对象,开展自然风干条件下4种初始干密度试样的自由收缩试验。依据试样收缩曲线的特征,确定了4个特征含水率点,包括饱和含水率、比例收缩阶段中间含水率、缩限以及残余收缩阶段中间含水率。试样从饱和含水率状态风干到上述特征含水率点后立刻用液氮冻干法干燥,并通过孔隙分析仪测定该脱湿状态下的孔隙分布特征,着重探明细观孔隙体积与宏观总体积收缩的对应过程。结果表明：失水过程的前阶段（偏湿时）团聚体间的孔隙优先收缩,表现为大孔隙体积峰值半径随着含水率的降低而减小,小孔径的孔隙体积则增多;而当达到残余阶段后团聚体内的孔隙会发生收缩,表现为小孔隙的体积峰值会减小;随着含水率进一步降低,土体进入零收缩阶段,团聚体间和团聚体内的孔隙均不会发生变化。整个失水过程中孔隙总体积明显减小,与所测得的宏观变化规律相吻合。