软土流变的物质基础及流变机制探索

采用改进的直剪蠕变仪,研究结合水对软土流变性质的影响。在相同试验条件下分别完成了含高岭土、膨润土不同重量百分比2组烘干试样和1组砂土的流变性质测试。测试结果与近期已取得的试验成果对比分析表明,结合水是产生土样流变性质的重要因素;烘干试样的黏滞系数均比与其矿物成分相同的湿土试样的黏滞系数大,砂土试样的黏滞系数比湿黏土的黏滞系数大,即烘干土样与砂土土样流变变形阻力相对湿黏土的大,流变现象相对不明显。在试验基础上,探索了控制软土流变特性的物质基础,提出了“流变物质”概念,“流变物质”与软土的流变性质互相对应,是软土产生流变的主要物质基础,并给出了与其力学性质相适应的流变机制的软土流变特性的物理描述。     

总磷对黏土物理力学性质影响的试验研究

通过室内试验,考察了去离子水及不同浓度总磷溶液对黏土物理力学性质的影响,并通过土体矿物成分含量及微观形貌分析,对总磷溶液与黏土作用机制进行了初步探讨。结果表明,总磷对土体物理力学性质影响明显：黏土塑性指数随着总磷溶液浓度的增大而减小,有效黏聚力先增大后减小,有效内摩擦角则随着溶液浓度的增大而增大;各浸泡条件下,黏土应力-应变关系曲线变化规律基本一致,均呈应变硬化现象,土体剪切峰值随总磷溶液浓度的增大先增大后减小;总磷溶液与土体间相互作用主要包括离子交换作用、胶结作用及微生物分解作用,并同时受到孔隙液介电常数及黏滞性的影响,这些作用通过改变黏土的矿物成分含量,使其微观形貌及孔隙特征发生明显变化,最终导致土体的宏观力学特性改变。     

考虑温度影响的改进西原流变模型及一维固结解

随着我国热能源开发,热力管道工程大规模应用,由此带来的岩土体应力、变形、渗流和温度耦合作用问题已经成为岩土工程领域的研究热点。在长期荷载作用下,岩土体的变形和强度随时间而变化,尤其是软土,具有明显的流变特征。传统的各流变模型并未考虑升温方式和温度对其各参数的影响。为了能更好地反映流变固结特性,考虑软黏土的黏弹塑性,在西原模型基础上,引入温度膨胀系数,建立了热力耦合作用下的改进西原模型,给出了其应力-应变关系,并利用Laplace变换和逆变换求解了一维热固结方程,得到了其解析解。计算结果表明:固结压力一定时,温度升高加快土体固结;温度一定时,土体中孔压随固结压力增大而减小;改进西原模型的弹性模量越大,孔压消散速率越大,土体固结越快;土颗粒受温度影响而产生的热膨胀对于孔压消散的作用非常小;黏滞系数越小,孔压消散更快,土体固结越快;试验结果与考虑土体的黏弹塑性的热力耦合改进西原模型计算结果吻合,改进西原模型可以较好地描述土体的热力耦合特性。     

人工制备结构性软黏土长期变形特性试验研究

软黏土的结构性对其变形特性有很大的影响,由于成因等因素的不同,软黏土的结构性强弱不一,这也使得土体变形特性表现出差异性。为研究结构性强弱不同对软黏土长期变形特性的影响,人工制备含水率相同而结构强度不同的软黏土,对其进行三轴不固结不排水蠕变试验,研究结构性对软土长期变形特性的影响。试验结果分析表明,具有一定结构性的软黏土,当偏应力小于结构屈服应力时,土体结构损伤少,其蠕变变形量较小,一般不大于2%;而随着偏应力的增大,尤其是超过结构屈服应力时,土体结构出现大量破坏,应变增长很快,最终演变为临界型应变。相同偏应力作用下,土体结构性越强,各时刻的蠕变变形量也越小。在此基础上,以土体结构强度作为表征土体结构性强弱的量化参数,建立了考虑结构强度影响的长期变形预测公式。     

黏性土次固结行为的盐分和矿物效应研究

我国江苏北部连云港地区海相软土蒙脱石族矿物含量相对较高,且在海陆交互环境中沉积形成,沉积过程中具有孔隙水盐分较高的特点,但在后沉积过程中由于地表和地下淡水入侵,会使孔隙水盐分发生变化,而相应的次固结行为的变化规律尚不明晰,因此需要深入了解矿物成分、孔隙水盐分在软黏土次固结行为中的作用机制。由于天然软黏土的矿物成分、孔隙水成分差异较大,试验材料采用矿物成分均一的商用高岭土与膨润土组成的人工黏土作为研究对象,配制不同浓度的NaCl溶液作为孔隙水,模拟孔隙水盐分变化。通过常规固结试验,发现对于含蒙脱石矿物的人工黏土,压缩指数C_c随着盐分浓度的增加而减小,主固结完成时间随盐分的增加而提前,且同一应力水平下和孔隙比下,次固结系数随着盐分的增加而减小。在同样的上部荷载下,次固结系数与压缩指数的比值C_α/C_c不再保持为经验常数,而是随着孔隙水盐分的增加而偏离经验值,主要原因为盐分对水膜蠕变的影响。但是,对于主要由高岭石矿物构成的人工黏土,孔隙水盐分浓度则未对其次固结参数产生明显的影响。因此,如果场地的黏性土蒙脱石含量较高且孔隙水含盐量较高,则需要考虑孔隙水盐分的变迁对地基长期变形的影响。     

加卸荷条件下饱和软黏土蠕变特性试验研究

为了研究上海软黏土的蠕变力学特性,开展了排水和不排水条件下上海软黏土的三轴蠕变力学试验,分析了不同围压水平、加卸荷水平对饱和软黏土蠕变特性的影响,得到了不同试验条件下上海软黏土蠕变的力学特性。试验结果表明:围压水平及加卸荷水平对软黏土蠕变变形有一定影响;土体蠕变变形特性与排水条件密切相关,排水条件下,固结效应削弱了土体蠕变现象;同等条件加载过程中不排水条件下土体变形量大,卸载后不排水条件下土体回弹较明显;不排水蠕变试验加载过程中,孔隙水压力随时间发展的变化规律与土体蠕变变形规律相似;排水蠕变试验加载过程中,固结变形和蠕变变形同时存在,排水量曲线在卸载后没有出现明显下降。     

饱和粘性土渗透性的研究现状及其发展方向

土体的渗透性,同强度和变形特性一起,是土力学中几个主要力学性质,岩土工程的各个领域都与土的渗透性密切相关。影响饱和粘性土渗透性的因素是很复杂的,主要有粘粒含量,矿物成分,溶液性质,孔隙大小、形状、连通性。由于以下原因使饱和粘性土的渗流规律出现偏离达西定律的现象:①粘粒表面结合水的异常性质;②渗透水流的机械作用;③实验误差。在建立渗透模型时,由于无法考虑所有影响因素,故不可避免地要采用一些假设。本文针对以往研究中存在的问题,结合实测资料,将土体中的孔隙和孔隙水这两个重要影响因素当作一个有机联系的整体,根据土体中孔隙、孔隙水的类型、作用及其相互关系,合理地解释了不同压密状态土体的渗透规律,指出了对饱和粘性土体渗透性研究的发展方向。     

大陆下地壳麻粒岩的流变学研究进展

大险下地壳麻粒岩的流变学研究可以解释地壳变形、壳幔物质交换以及岩石圈深部动力学过程等科学问题.前人通过研究各矿物的显微构造变形特征与变形机制,运用广义混合流变律探讨多矿物复合岩石的流变性质,结合水与流体对岩石变形强度的弱化作用,阐明在大陆下地壳变形环境下复矿麻粒岩的塑性变形和韧性流变性质.目前人们致力于对天然变形岩石和...     

极细颗粒黏土渗流离子效应的试验研究

采用常规固结仪对孔隙液离子浓度对极细颗粒黏土渗流固结特性的影响进行试验研究,在相同试验条件下进行了4组孔隙液含NaCl浓度不同的膨润土试样固结性质的测试,得到了各试样的固结曲线,求得相应的固结系数,再由固结系数求得相应的渗透系数。通过对各组试样的渗透系数对比分析,结果表明,孔隙液离子浓度对土体的渗流性质有重要影响,土体的渗透系数随孔隙液离子浓度的增加而增大,存在明显的离子效应。试验结果分析认为,黏土颗粒表面的扩散双电层厚度随离子浓度变化而变化,可能是产生离子效应的主要原因。试验结果有助于分析土体渗流离子效应的起因,对改进和完善现有渗流固结计算理论有一定指导意义。     

细粒土路基填料承载比试验技术要求及影响因素

分析了美国、英国、日本和我国交通行业标准对承载比(CBR)试验要求的异同,强调了承载比试验的操作技术及注意事项,并对试验中的一些问题进行了有益的探讨。为了研究影响黏性土CBR值的主要因素,结合在建高速公路15组填料进行了物理、力学试验。分别从土体的颗粒组成、矿物成分以及黏土矿物成分等几方面研究了黏性土填料CBR值的影响。结果显示,在标准的试验方法和相同的试验条件下,当土体的塑性指数相同时,影响CBR值的因素主要是土体中矿物类型及其含量的多少,其次为黏粒组颗粒曲线分布情况及黏粉比m。     

黏土矿物对软土结合水特征及力学性质影响的定量分析

黏土矿物对软土结合水特征及力学性质的影响尤为重要,但国内研究多侧重于宏观物理力学性质层面。在微观层面探讨黏土矿物对软土工程性质的影响为此研究重点,利用X射线衍射仪(XRD)测得各地软土的矿物成分,并用同步热分析仪对各地软土进行热重分析(TG)和微商热重法分析(DTG)。试验结果显示,软土的黏土矿物含量与其吸附水含量正相关,其中蒙脱石含量对软土吸水性影响巨大;软土的TG与DTG曲线与其所含黏土矿物类型、含量有关,失重曲线在一定程度上可以体现软土中黏土矿物类型,DTG曲线中的失重谷对软土中的矿物类型起到一定的指示作用。     

冲击荷载作用下海积软土的动力释水规律研究

通过真三轴试验,研究冲击荷载作用下海积软土的孔隙水压力、轴向变形等动力响应特征。利用热失重法和理论计算法,分析试验前后软土中结合水含量。研究表明,冲击荷载作用前后含水率变幅为15.6%～23.5%,结合水含量变幅为17.6%～29.4%,体积增大系数为2.1%～9.5%,冲击荷载作用下饱和软土的排水固结作用明显;试验前后软土中结合水含量变化较大,冲击荷载作用下软土的动力释水不同于静力作用下的释水规律;影响软土动力释水的主要因素有初始含水率、结合水含量、孔隙比、土的状态、动荷载大小和加载方式等。最后,总结出冲击荷载作用下海积软土动力释水规律和对工程设计的启示,该研究可为动力排水固结法的设计提供参考。     

The combined effect of clay and moisture content on the behavior of remolded unsaturated soils

The behavior of unsaturated clayey soil is highly influenced by the coupled interaction between water and clay content. Various aspects of the behavior of artificial clay–sand mixtures with variable water content were experimentally studied. Laboratory tests were utilized for the determination of consistency limits, the stress–strain relationship, strength parameters, hydraulic conductivity, and volume change characteristics for various combinations of water and clay content in soil mixtures.

Results presented for various clay–sand mixtures include: new normalized consistency limits; the combined effect of clay content and water content on the stress–strain relationship and on the strength parameters (c and φ); and the effect of clay content on hydraulic conductivity and swelling potential. The cohesion of clayey sand is found to increase with increasing water content to a certain limit, above which it decreases. The angle of internal friction for clayey sand is found generally to decrease with increasing water content. The degree of saturation is found to be better than the water content in explaining the strength behavior. The hydraulic conductivity sharply decreases with increasing clay content up to 40% beyond which the reduction becomes less significant. Simple empirical equations are proposed for predicting the swelling potential of clayey soils as a function of either the clay content or plasticity index.     

淤泥质软土动态流变特性与流变参数研究

实际调查和理论分析表明,软弱岩土具有流变特性,动态载荷作用加速了软弱岩土的流变行为,成为诱发岩土地质灾害的重要因素和主要动力。在测试分析动载作用下淤泥质软土的流变力学特性基础上,建立了动态黏弹塑性流变力学模型和流变方程,推导出动态流变参数计算式;通过测试,分析了动态剪切作用频率、动态剪切应变、淤泥质软土含水率等因素对动态流变参数影响特性。研究结果对揭示动载作用下淤泥质软土动态流变特性与流变参数影响变化规律,探索软弱岩土突发地质灾害的流变动力学机制等具有一定的理论和现实意义。     

流变物质对软土流变参数影响的蠕变试验

流变性是软土的一种长期变形特性,对软土地基的沉降产生重要影响。现有研究表明,软土中高黏性的流变物质是产生其流变特性的主要物质因素,当流变物质分布具有一定均匀性时其流变特性与流变物质的分布形态无关,仅与流变物质本身性质和含量比例相关。通过蠕变试验研究了流变物质对软土流变参数的影响,视强亲水性的膨润土微小颗粒为具有高黏性的流变物质,均匀地把其掺入到人工土试样中进行一维压缩蠕变试验,引入基于邓肯非线性弹性的流变元件模型对蠕变试验曲线进行拟合分析,根据流变物质含量确定流变模型参数的变化规律,建立了模型等效黏滞系数、等效弹性模量和邓肯非线性弹性模量与膨润土（流变物质）含量的关系。模型拟合分析发现,基于邓肯非线性弹性的软土流变元件模型与试验结果具有良好一致性,模型参数与流变物质含量之间关系为双曲线方程。     

天津滨海地区深部黏土层弹塑性变形特征与地面沉降关系研究

利用在滨海新区施工的2眼全取芯钻孔（G2和G3）,通过原状土样工程特性指标测试、固结压力试验、0-P0反复加、卸荷试验及地面沉降分层标监测数据分析等,系统阐述了滨海地区深部黏性土层弹塑性变形特征与地面沉降的关系。结果表明：天津滨海地区100 m以浅主要为欠固结土层;100～400 m土层处于超固结和微超固结状态,主要是由过去地下水超量开采造成的;400 m以下土层以正常固结为主。G2和G3孔不同层位黏性土层在反复加、卸荷试验过程中表现出塑性变形量逐渐减小,而弹性变形量几乎不变,与反复加、卸荷次数无关,表明黏性土层在水位反复升降条件下,逐渐变为以弹性变形为主。黏性土层这种特性显示,在地下水位反复升降多次后,黏性土层将会逐渐变成弹性体,在水位恢复时,将产生同步回弹,对防治地面沉降具有重要意义。分析弹塑性变形与黏性土层深度、天然含水率和黏粒含量的相关性发现：弹性变形量与黏性土层深度、天然含水率及黏粒含量呈正相关性;塑性变形量与深度相关性不明显,与天然含水率和黏粒含量呈负相关性。     

非饱和黏性土的电阻率特性及其试验研究

在讨论黏性土导电特性的基础上,假定非饱和黏性土中存在3种电流流通路径,针对已有的非饱和土电阻率结构模型存在的缺陷,推导了适用于非饱和黏性土的电阻率结构模型,探讨了土电阻率的主要影响因素,并将其归纳为3类。最后,通过对合肥膨胀土相关试验研究,分析了含水率、孔隙水电阻率、温度以及孔隙率对膨胀土的电阻率的影响特征,探讨了非饱和膨胀土的电阻率基本特性。     

软土稳态流变参数多因素影响特性试验研究

软土具有明显的流变特性,导致土体沉降变形、滑坡等严重的岩土地质灾害,对工程的稳定性和安全性构成极大的威胁。在静态荷载作用下测试了淤泥质软土的初始剪切力、塑性黏度等流变参数,并分析了黏粒含量、含水率等因素对流变参数的影响特性。采用理论分析微观结构显微技术,揭示了黏粒含量、含水率等对流变参数的影响作用机理。研究结论对分析软土流变参数影响特性、快速预测流变参数、加固处理软土地基、提高承载力和整体强度等具有理论和实际意义。     

泥质岩成岩作用中的黏土矿物研究

文章通过对泥质岩的黏土质矿物组分、成岩作用中黏土质矿物变化综合研究,认为泥质岩中存在大量黏土矿物,且泥质沉积物由松散到固结成岩实质上是黏土矿物组成的变化。泥质岩中主要黏土矿物包括高岭石、蒙皂石、绿泥石、伊利石以及其组成的混层型矿物伊利石/蒙皂石、绿泥石/蒙皂石,其成岩过程可划分为成岩早期的压实阶段、成岩晚期的黏土矿物转化阶段。压实阶段的泥质沉积物中黏土矿物具有物源的继承性、沉积水体古环境指示意义;受压实作用孔隙水、层间水被排出,原生絮凝团被压破,使片状质点趋于平行排列,黏土矿物与孔隙水发生反应,亦形成少量的新生作用矿物,因而黏土矿物具继承源和新生作用源特性。成岩晚期阶段发生层间水释放及层间阳离子交换,从而使得矿物晶体结构与成分发生变化,主要表现为一元黏土矿物向二元混层型转化,最后再到一元型黏土矿物的转化,最终形成转变源黏土矿物。