含水率及干密度对桂林红黏土抗剪强度的影响

为研究含水率及干密度对桂林红黏土抗剪强度的影响机理,进行了一系列控制含水率、干密度的直剪试验,建立含水率及干密度与抗剪强度的函数关系式。试验结果表明:同一干密度条件下,粘聚力、内摩擦角随含水率的增大整体呈下降趋势;在含水率相同时,随干密度增大,粘聚力减小,内摩擦角增大。分析表明:随含水率增大,具有“水稳定”性的胶结作用减弱,引起粘聚力降低;土中结晶态氧化铁含量高于胶结态时,内摩擦角增大,反之则降低。干密度增大时,重塑土因胶结键断裂后短时间无法恢复,使土颗粒的有效胶结面积的减少程度大于其增多的程度,引起粘聚力下降;干密度的增大会改变红黏土的微观结构模型,土中封闭孔隙的增多会导致粘聚力下降;土样微观结构性随干密度的增大而增强,使内摩擦角增大。      

砌块干密度对回填施工接缝砌块体系的膨胀特性影响研究

通过室内模拟试验,采用膨润土粉末对压实膨润土砌块之间的接缝区进行二次填充,利用自主设计的刚性壁膨胀仪,以砌块干密度为基本变量,对恒体积条件下不同干密度砌块接缝以及砌块顶部的膨胀应力进行监测,分析接缝密封后砌块体系的膨胀特性。试验表明:经二次填充后的含接缝砌块体系,其膨胀应力优先向接缝区域发展,径向膨胀应力发展快于轴向,有利于砌块接缝区域的封闭。在相同接缝充填的条件下,随着砌块初始干密度的增大,砌块体系接缝区域的最终膨胀应力增大,到达最大膨胀应力时间缩短,接缝区域愈合速度加快。由于接缝的存在,砌块区膨润土吸水膨胀后首先对接缝内孔隙进行充填,轴向应力降低,产生“应力补偿”现象。砌块干密度越低,应力补偿现象越明显。根据砌块的轴向应力曲线将砌块轴向应力发展过程分为3个阶段:快速增长阶段、稳步发展阶段和应力调整阶段。其中快速发展阶段主要受砌块初始干密度的控制,而稳步增长阶段则受到水分迁移、侧壁摩擦力以及接缝愈合速率的影响更多。相较于完整样,含充填接缝的砌块体系膨胀应力分布状态趋向于等向应力分布,提高了整个屏障体系的均质化程度。     

考虑抗剪强度衰减特性的膨胀土边坡稳定性分析

针对传统膨胀土边坡稳定性分析中无法考虑膨胀土在降雨入渗过程中抗剪强度动态衰减的问题,本文开展了室内直剪试验,系统研究了干密度和含水量变化对膨胀土抗剪强度指标的影响;同时,以试验抗剪强度结果为参数,开展了基于强度折减法的膨胀土边坡稳定性分析,获得了抗剪强度动态衰减过程中边坡稳定性的变化规律。结果表明,含水量的增加和干密度降低会造成膨胀土黏聚力和内摩擦角的衰减,黏聚力衰减显著,内摩擦角衰减较少;膨胀土边坡稳定性主要受风化层土体含水量控制,随着膨胀土含水量的增加,膨胀土边坡逐渐由稳定状态演变为欠稳定状态;干密度对膨胀土边坡稳定性的影响则相对较小。     

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。     

吸力、含水率和干密度对重塑非饱和土抗剪强度影响研究

进行了一系列控制吸力、含水率和干密度的直剪试验,研究了重塑非饱和土的抗剪强度特性。试验结果表明,在试验研究的吸力范围内,非饱和土的黏聚力随吸力线性增加,而内摩擦角随吸力的变化则很小。对于控制含水率的试验,非饱和土的黏聚力和内摩擦角均随含水率增加而线性减小,且黏聚力减小的幅度更明显。干密度对非饱和土的内摩擦角几乎没有影响,黏聚力随干密度呈指数增加。对控制吸力和含水率的试验结果进行了比较,提出的考虑含水率影响的抗剪强度公式可供实际工程参考。     

压实黏质砂土脱湿过程影响机制的核磁共振分析

通过对具有不同初始含水率和干密度的两种压实黏质砂土的脱湿曲线进行测试、分析和对比,并结合核磁共振技术,探讨了干密度、初始含水率和土样组分对压实黏质砂土脱湿过程的影响规律。利用核磁共振测得了试样在各级吸力下的T2时间（横向弛豫时间）分布曲线,定性地探讨了不同吸力下试样中的水分分布特征,揭示了干密度、初始含水率和土样组分对试样脱湿过程的微观机制影响。试验结果表明：干密度仅在低基质吸力条件下对试样脱湿过程产生重要影响,而在高吸力条件下初始含水率和试样组分起主导作用;核磁共振结果证实在压实黏质砂土中,小孔隙结构主要由初始含水率和试样组分控制,而大孔隙的结构主要取决于干密度;试样组分对压实土的内部结构和孔隙大小分布的影响比初始含水率大。     

多级荷载下弱膨胀土的膨胀变形特性试验研究

为研究压实弱膨胀土的膨胀变形特性,对取自高淳某边坡的弱膨胀土进行固结及浸水膨胀变形试验,研究了在300,200,150,100,75,50,25和12.5 kPa共8种上覆压力下不同初始干密度及初始含水率土体的固结及膨胀变形特征。试验结果表明:初始含水率及初始干密度对弱膨胀土的膨胀变形特性均存在一定的影响,在其余条件相同的情况下,膨胀土的膨胀变形量随着初始干密度的增大而增大,随着初始含水率的增大而减小。分析了膨胀土固结及膨胀变形过程的典型曲线特点,研究了不同初始干密度及初始含水率下土体固结与膨胀曲线膨胀区与压缩区分界点特征,得出在初始含水率相同时,分界点的上覆压力与分界点孔隙比及土体的初始干密度均呈正比关系。通过对土体试验数据的分析拟合,结合土体变形过程中的孔隙比与初始状态关系的推导,提出了弱膨胀土的膨胀变形量计算方法,结合工程包边法路堤填筑的荷载分布,采用分层总和法推导了工程包边法膨胀土路堤填筑的膨胀变形量计算方法,并用于路堤膨胀量的预估中。     

等截面桩与扩底桩抗拔承载特性数值分析研究

建立了等截面桩与扩底桩的抗拔分析模型。采用直接约束处理的接触算法与库仑摩擦模型来模拟桩-土界面,土体选用抛物线型Mohr-Coulomb本构模型。通过程序的二次开发,实现初始应力场的合理计算,并采用位移边界对扩底抗拔桩的上拔过程进行动态的非线性有限元模拟。以现场足尺试验中的试桩为数值分析对象,通过调整计算参数使计算得到荷载-位移关系曲线与试验结果接近,来验证数值模型的正确性并确定计算参数。在此基础上,研究了上拔过程中轴力、侧摩阻力的大小与分布、桩身与扩大头附近土体变形与塑性区的发展规律。数值分析加深了对扩底桩抗拔承载特性的进一步认识。     

非饱和红黏土的不排气、不排水三轴剪切试验研究

非饱和土中由于有孔隙气的存在而使得非饱和土的力学性质变得非常复杂。气体对非饱和土体强度和变形会产生重要影响。根据12组不同饱和度、不同干密度云南红黏土土样的三轴不排气、不排水剪切试验结果,讨论了气体对非饱和土土体强度和变形的影响。黏聚力在不排气剪切情况下随着饱和度的变化不是单调的,内摩擦角则随着饱和度的增大而减小。干密度增大则黏聚力和内摩擦角都增大。在三轴不排气剪切过程中,试样出现了明显了的剪胀性,且随着干密度的减小,饱和度的增大剪胀性逐渐消失。试样最后的破坏形态与是否发生剪胀可能也有联系。     

Physical and numerical studies of stability of soil blocks reinforced by brittle shear pins

In this paper, the stability and failure mechanism of soil blocks that were reinforced by brittle shear pins and rested on a low-interface friction plane were studied by means of physical and numerical models. The humid silica sand no. 6 was employed to build the physical models of soil blocks, while the Teflon sheet was employed as the low-interface friction plane. To study the effect of stabilizing piles on slopes, the soil blocks were reinforced by brittle shear pins using pencil leads with 2 mm in diameter. Three-dimensional finite element analyses were employed to analyze the stability of this problem. The effects of numbers and patterns of shear pins on the stability and failure mechanisms of physical and numerical models were compared and discussed.

     

Study of hidden factors affecting the mechanical behavior of soil–rock mixtures based on abstraction idea

Because of spatial variability and complex compositions, the mechanical test results of natural soil–rock mixtures (SRMs) are often discrete and lack reproducibility, which has greatly restricted the practical application of the experimental findings. The objective of this study was to examine the general mechanical behavior of SRMs under the influences of some hidden factors (e.g., structural parameters, parent rock type and weathering degree). To that end, the abstraction idea was adopted to prepare purified SRM samples. Large-scale triaxial tests were performed on these purified materials. On this basis, the influences of three structural parameters on the mechanical behavior of SRMs were studied. Moreover, the relationship between the shear strength and parent rock type and that between the shear strength and the spatial distribution of rock blocks were quantified. Some additional intrinsic behavior was distinguished from individual experimental phenomena through the comparative analysis of the test data in this study and those reported in the literature. The results show that the hidden factors had significant influences on the mechanical behavior of SRMs. A greater saturated uniaxial compressive strength of rock blocks generally led to a larger shear strength of SRMs. According to the significance of their influences on the shear strength parameters of SRMs, the structural parameters are ordered as: the gradation of rock blocks, the initial dry density of sample and the spatial distribution of rock blocks. The deformation and failure feature of SRMs were considerably affected by the spatial distribution of rock blocks and shear rate. And the shear strength parameters of SRMs were mainly influenced by the content of grains between 40 and 60 mm. The findings of this study would provide useful guidance for engineering practice.

     

崩解性砂软岩改良弱膨胀土性状实验研究

引江济淮河(航)道工程引江济巢段和江淮沟通段地层连续分布弱膨胀土和具有崩解性的砂软岩,为资源化利用河道开挖弃渣开发非膨胀土来源,实验研究利用崩解性软岩改良弱膨胀土的可行性。研究表明:崩解性砂软岩易粉碎、无膨胀性、天然含水率低,具备作为改性材料的条件;弱膨胀土掺入崩解性砂岩后其膨胀率、膨胀力、最优含水率与掺入量负相关,最大干密度、渗透系数与掺入量正相关;弱膨胀土掺入崩解性砂岩后其内摩擦角随掺量呈反S型曲线规律发展,黏聚力随掺量增加近似呈二次曲线规律衰减,掺量高于30%时,改良土的抗剪强度可能低于天然弱膨胀土;在砂岩掺量及粒径范围相同情况下,砂岩粗颗粒含量越高,改良土的黏聚力越高和摩擦角越低;砂岩改良土在干湿循环条件下的强度稳定性得到改善,且水化砂岩的改良效果优于机碎砂岩。以弱膨胀土改良后强度不损失为标准,确定砂岩合理掺量为30%,并须合理控制砂岩改良土施工过程中机碎砂岩中粗粒组的含量。     

回填土物理力学性质试验探讨

探讨了回填土的素土和掺消石灰土的击实试验，以求得最大干密度、最优含水率；压实度试验为三轴剪切试验制作不同养护龄期的样品；三轴剪切试验以求得样品的内聚力、内摩擦角。通过试验对比，选掺入6％消石灰的事料作为回填土的方案。     

温度影响下膨胀土强度的试验研究

通过对河南平顶山膨胀土温度影响下的抗剪强度试验,揭示了膨胀土的强度随温度、含水量、干密度、压力等参数变化的规律。结果表明：相同压力作用下膨胀土强度随含水量不同有较显著的变化,随含水量增加而减小。但当含水量增加到一定程度,强度不再随压力而变化,即内摩擦角为0。当含水量较高时,温度影响显著,相同压力、含水量和干密度情况下,液相为全液体时,随温度的升高抗剪强度增大;当液相有部分结冰时,其规律与干密度的大小有关。含水量较小时,压力较小情况下,温度对抗剪强度影响不明显。     

静钻根植竹节桩承载力及荷载传递机制研究

静钻根植竹节桩是由预应力竹节桩和桩周水泥土构成的一种新型组合桩基,该新型桩不仅承载性能较好,而且可以大量减少桩基施工过程中所产生的泥浆污染。通过静钻根植竹节桩和钻孔灌注桩的静荷载对比试验及埋设在竹节桩桩身上的应变计对桩身轴力进行测量,分析了静钻根植竹节桩桩身的轴力分布情况以及侧摩阻力的分布,用有限元软件ABAQUS对静钻根植竹节桩进行三维建模计算,详细地分析这种新型组合桩的荷载传递机制。结合现场试验与模拟计算可以得到:在软土地区,静钻根植竹节桩这种新型组合桩的承载力比普通钻孔灌注桩要高;静钻根植竹节桩桩身变形由预制桩所控制,竹节桩与桩外围水泥土近似变形协调;竹节桩竹节的存在对组合桩承载性能有着极其重要的作用;在软土中静钻根植桩侧摩阻力是灌注桩侧摩阻力的1.05¹.10倍。     

冻结温度对原状黄土物理力学性质的影响

在陕西省黄土地区典型地点取土样,开展不同含水率、不同干密度土样在不同温度下的冻结试验,探讨冻结温度下黄土的冻胀规律。研究表明,在干燥状态下陕西黄土样不发生冻胀或冻胀量很小。黄土的冻胀性随含水率的增加而显著。随着冻结温度的降低,黄土冻胀量变化率逐渐减小,最终冻胀趋于恒定。含水率较低时,冻结温度对土样的干密度影响不明显,随着含水率的增大,在高含水率条件下,孔隙率越小,影响越显著。低含水率条件下,冻结黄土呈现收缩现象,中等含水率略有增大,高含水率增大明显。在冻结过程中,冻胀力的作用使得土颗粒间的接触点增多,大孔隙所占的比例下降,导致土体内摩擦角增大;冻结温度越低,土样含水率越高,黄土内摩擦角的增加量也越大;冰晶的生长破坏了土颗粒间联结,引起结构弱化,黏聚力减小;含水率越高,孔隙率越小,冻结作用对黄土黏聚力影响越明显。      

干密度和含水率对岩溶地区黄壤抗剪强度的影响——以重庆市南川区木渡河小流域为例

选择广泛分布于岩溶地区的黄壤,通过对室内三轴剪切试验,测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响。试验表明:(1)在相同干密度情况下,黄壤粘聚力c随着含水率的增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,粘聚力c随干密度增大而增大;黄壤内摩擦角φ在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势,衰减速率基本一致;同一含水率水平下,内摩擦角φ随干密度变化不明显,土壤干密度为1.6g/cm3内摩擦角相对较大。(2)含水率和干密度的交互作用对黄壤粘聚力c有显著影响,粘聚力c在1.3~1.7g/cm3范围内随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个特定含水率与之对应,在这样一个交互作用下粘聚力c达到最大。(3)含水率和干密度的交互作用对内摩擦角φ影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大,相对而言,含水率对内摩擦角φ的影响更明显,黄壤内摩擦角φ随含水率的增大呈非线性下降。      

Effect of Biochar Produced from Mesquite on the Compaction Characteristics and Shear Strength of a Clayey Sand

Biochar is a carbon-rich and low microbial degrading material obtained after pyrolysis of biomass in the absence or limited content of oxygen. The impact of biochar on hydraulic properties of soil is extensively studied in agricultural and geotechnical or geoenvironmental engineering for potential application in bioengineered structures. While a little study is conducted to assess its effect on soil mechanical properties, especially shear strength. However, the effect of biochar on the combined shear strength and compaction characteristics of soil is not studied. The shear strength of biochar amended soil is thought to be related to the compaction characteristics. In addition, the effect of biochar on the shear strength of the soil is soil and biochar specific. In this study, an attempt was made to investigate and better understand the effect of biochar on the shear strength and compaction characteristics of a clayey sand for potential application in bioengineered structures. Standard proctor, direct shear and unconfined compression tests were conducted on bare soil and soil amended with 5, 10 and 15% (w/w) biochar. The experimental results revealed that the amendment of biochar from 5 to 15% (w/w) decreased the dry density and increased the shear strength parameters such as cohesion (c) and angle of internal friction (ϕ) of the soil. While it decreased the undrained shear strength (c_u) at higher compaction density (> 0.95MDD) and increased at lower compaction density (< 0.9MDD). Thus, in undrained condition, the initial compaction density has a strong influence on the shear strength of biochar amended soil. In addition, the increased c and ϕ and decreased dry density in biochar amended soil is observed to increase the stability of slopes (hypothetical). The increase of c and ϕ is believed to be due to the roughness and active chemicals (functional groups) present on the surface of the biochar. The decreased c_u at higher density is believed to be due to the lubricating effect by the higher water content.

     

弱膨胀土的膨胀特性试验研究

目前测量土体膨胀力的主要方法有膨胀反压法、加压膨胀法、平衡加压法和恒体积法。基于测量膨胀力的恒体积法,利用TST-55型渗透仪、高精度压力传感器和数采系统改进了测量土体膨胀力的装置,并研究了膨胀土的膨胀特性。试验结果表明,土样初始含水率和干密度对土体的极限膨胀力都有显著的影响,并建立了极限膨胀力与两者之间的关系式;较低初始含水率时,不同干密度的土样在膨胀力达到峰值之后,都有不同幅度的降低,随着干密度的增大而降低的越多,并且发现极限膨胀力降低值与干密度之间在双对数坐标轴上存在线性关系;而在较高初始含水率时,不同干密度的土样在膨胀力达到峰值之后,会保持平稳趋势。极限膨胀力的对数与初始含水率之间具有很好的线性关系,土样吸水量的对数与初始含水率以及干密度均有着很好的线性关系。     

相邻水平平行顶管推进引起的附加荷载分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在相邻水平平行管道上引起的附加荷载计算公式。探讨了管道净间距、直径、埋深以及土体泊松比对附加荷载分布的影响。分析结果表明,采取注浆措施时后续管道摩擦力在相邻管道上产生较小的压力,其峰值出现在开挖面后方。在正常施工时,正面附加推力引起的附加荷载非常小,使相邻管道开挖面前方产生压力、后方产生拉力,以开挖面呈反对称分布。掘进机摩擦力引起的附加荷载分布规律与正面附加推力相似,但零点位于掘进机中间部位相对应处,其引起的附加荷载较大,在三者共同作用中占主要地位,应予以重视。