广西红粘土和膨胀土土热力学特性的比较研究

基于广西膨胀土和红粘土的成因类型、物质成分和结构特征,研究常温(-4℃～60℃)下膨胀土与红粘土的热力学特性,探讨了红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与温度之间的相关关系。试验结果表明,两种土在10℃,40℃与室温(28℃)时,主应力差σ1-σ3峰值变化不大,而60℃时有明显增大;在相同条件下,红粘土的主应力差峰值变化更大;红粘土与膨胀土的抗剪强度指标(c,φ)随热状况不同而发生变化,而且红粘土的粘聚力c和膨胀土的内摩擦角φ在室温,环境有较小值。分析结果认为,两种土的热效应影响趋势相似,但红粘土的热力学特性较为敏感,这与红粘土的成因类型及胶结特征密切相关。研究结果为红粘土与膨胀土地区工程建设及减灾防灾提供参考。     

广西红粘土击实样强度特性与胀缩性能

通过对广西贵港红粘土重型击实样的室内试验研究,探讨了其力学特性、胀缩性能、孔径分布特征与含水量之间的关系。结果表明：干密度指标总体上能反映红粘土击实样的强度规律,但非饱和击实样强度峰值对应的含水量因基质吸力作用而偏小,饱和后土体由于吸水膨胀与基质吸力的消失,使得强度峰值对应含水量较饱和前明显增大,红粘土在最优含水量下压实,虽可获得很高的压实度,但饱和后的强度并非最大;红粘土击实样的胀缩性能主要由含水量决定,同时,受到干密度的影响;孔隙主要以孔径在0.01～0.05μm范围内的小孔隙为主,为进一步掌握红粘土的工程力学特性提供了帮助。     

干湿循环对合肥马鞍山路膨胀土强度特性的影响

膨胀土属高塑性黏土,是一种典型的非饱和土,性质极不稳定,其吸水膨胀、失水收缩、干缩裂隙发育等特性常常使建筑物产生不均匀的胀缩变形,造成在膨胀土地基上的建筑物位移、开裂、倾斜,甚至破坏,是一种典型的工程灾害性地质土。另外,膨胀土边坡也常由于雨水的作用失稳,造成不必要的损失。近年来,对膨胀土的强度和变形特性的研究已成为热点。其最大的特点是：在季节气候的影响下其强度特性具有明显的规律变动。通过模拟土体季节性的干缩湿胀,测定其自由膨胀率、液塑限、抗剪强度和无侧限抗压强度,并与掺入7％石灰后的改良土的试验数据及其他试验资料对比,探讨干湿循环效应对膨胀土强度的影响。     

南水北调南阳段弱膨胀土增湿膨胀与力学特性试验研究

为了研究膨胀土自然状态下的膨胀及力学特性,对南阳弱膨胀土进行了不同增湿程度时的膨胀及力学特性试验。通过对相同初始条件下不同增湿程度膨胀土的膨胀特性试验得到,随着含水率的增大自然膨胀力和有荷自然膨胀率均是先逐渐增大后有小幅减小再逐渐稳定,无荷膨胀率的变化趋势是前期接近线性的增大后逐渐稳定。通过不同增湿程度膨胀土的抗剪强度试验,建立了黏聚力、内摩擦角与增湿含水率的线性关系曲线及关系式。对于已建工程,通过监测含水率得到膨胀土的实时膨胀特性以及抗剪强度,进而评价工程的安全运行情况。     

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。     

广西靖西红粘土的变形和强度特性研究

对广西靖西取得的3种红粘土原状土样以及室内制备的重塑土样进行单轴压缩试验和三轴剪切试验（包括浸水饱和后的试验）,其目的是研究静力荷载作用下红粘土的固结变形和强度特征。研究表明,在较大的压缩应力作用下,土样仍有较大的孔隙比;红粘土的破坏面为一个曲面变化形态,试样首先沿较为软弱的不规则面发生,然后才形成贯通的滑动面;尽管土样在破坏时出现明显的剪切破坏面（表现为一定的脆性破坏特征）,但其应力应变关系呈现应变硬化的特点,表明红粘土有很强的粘滞特性。     

不均匀收缩方式对膨胀土工程性状影响试验研究

通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,改变膨胀土试样的蒸发路径,实现饱和膨胀土在不同脱湿速率下的不均匀收缩,结合有荷膨胀率试验和直接剪切试验,研究膨胀土不均匀收缩方式下胀缩特性和强度特性。试验结果表明,脱湿速率越小,膨胀土的胀缩性越大,剪切强度越高;对比不同收缩方式,均匀收缩下膨胀土的收缩与膨胀变形和剪切强度均大于不均匀收缩下的收缩与膨胀变形和剪切强度。造成这些差异的主要原因是不均匀收缩试验中水分蒸发的路径不同,沿深度方向的含水率不同,基质吸力不同,引起的应变也不同,这种不均匀性改变了原有膨胀土的均一性,限制了膨胀土胀缩特性和强度特性的发挥。     

南阳膨胀土裂隙面强度试验研究

裂隙性是膨胀土的基本特性之一,膨胀土中原生裂隙面的存在往往导致膨胀土边坡的失稳。选取南水北调中线工程南阳段膨胀土进行裂隙面强度特性试验,提出了裂隙面强度三轴试验新方法。首次将计算机X射线断层扫描技术引入裂隙面的强度试验,通过测量裂隙面真实产状,准确分析裂隙面上的破坏应力,提出了裂隙面强度参数的整理方法。研究成果表明,裂隙面的峰值强度不仅远小于两侧土的峰值强度,而且也小于两侧土的残余强度;裂隙面强度较低的原因主要是其具有较高的含水率、蒙脱石含量以及颗粒排列定向度。地下水淋滤作用对于膨胀土裂隙面存在3个方面的影响：微观上使得膨胀土中铁的氧化物由三价转变为二价,形成与两侧土颜色完全不同的灰白色裂隙黏土;细观上改变了母体土的矿物成分和颗粒排列结构,使得裂隙填充物具有较高的蒙脱石含量和颗粒定向度;宏观上形成了裂隙面与两侧土体力学强度的显著差异。     

膨胀土强度影响因素与规律的试验研究

针对同一种膨胀土,通过直剪试验和三轴试验研究了土体由无裂隙天然非饱和状态到无裂隙饱和状态再到裂隙充分发展的饱和状态的过程中强度的影响因素和变化规律。试验结果表明,含水率、密度以及裂隙是影响膨胀土强度的三个因素,其中含水率和裂隙对强度的影响较大,密度对强度的影响较小。膨胀土强度指标的确定应考虑裂隙的开展。建议用试样做5次干湿循环后的强度指标作为膨胀土裂隙发育区的强度指标。通过膨胀土残余强度试验分析表明,所得指标与裂隙充分发展的膨胀土强度指标是接近的,故也可用其作为裂隙发育区的强度指标近似值。     

长江三峡库区兴山县新址古夫地区膨胀土研究

三峡库区兴山县搬迁新址古夫地区约有1km^2的膨胀土分布，本文研究了膨胀土的分布规律，成因类型，矿物化学成分、物理力学性质，胀缩特性，特别是利用原位旁压试验对膨胀土浸水前后的强度变化进行了探讨和分析，该区膨胀土为奥陶系灰岩风化残积物经短距离搬运而成，主要粘土矿物为水云母，为中等膨胀性粘土，天然强度大小与土的类型有关，浸水前后强度变化不大。     

Characterization and constitutive modeling of red clay contaminated with ammonium carbonate

Conventionally, red clay is used for agricultural purposes in southern China. Fertilizers, especially urea, are commonly introduced into the red clay to improve the crop yields. However, due to the rapid urbanization in China, large areas of lands with red clays have been converted into sites for domestic and industrial constructions. Nevertheless, few researchers focused on the effect of urea on the strength and compressibility of red clay. In this research, the shear strength and compressibility of the red clay saturated by different concentrations of the (NH₄)₂CO₃ solution (urea's hydrolysates) were experimentally investigated using direct shear as well as oedometer tests, respectively. It was noticed that both the shear strength and stiffness of the red clay significantly decreased after exposure to the urea solution. In addition, the micromechanisms of the strength and compressibility of the red clay treated by the (NH₄)₂CO₃ were studied by the scanning electron microscope test and X-ray diffraction test. Based on the test results, a new model was developed to simulate the chemomechanical behavior of saturated clayey soil by modifying the Barcelona basic model (BBM) for unsaturated soils. The proposed model introduces four additional parameters, compared to the BBM, to account for the nonlinear shear strength behavior of the red clay. This model accounts for most of the complex features related to the strength and stiffness behavior of clayey soils. The parameter calibration procedures, by using the oedometer and direct shear test results, are also presented. To validate the proposed model, experimental results from the literature are considered in which illite clay samples were either mechanically or chemically or both mechanically and chemically loaded. Part of the experimental results is used to calibrate the model parameters and the other part along with the calibrated parameters is used to verify the proposed model. A comparison between experimental data and predicted results demonstrated that the proposed model is able to capture the main features related to the chemomechanical coupling behavior of saturated soils.     

基于工程包边法的膨胀土抗剪强度干湿循环效应试验研究

根据包边法施工中填芯重塑膨胀土和包边石灰改性膨胀土的实际工程状态,设计了反映其运营状态的干湿循环过程,对6次干湿循环前、后膨胀土的强度特性进行了较为系统地试验研究。结果表明,在压实度为90%~96%时,干湿循环前重塑膨胀土和石灰改性膨胀土慢剪强度及强度参数均随干密度单调增加,而干湿循环后其黏聚力c随干密度单调增加,干密度对内摩擦角φ的影响则明显变小;重塑膨胀土和石灰改性膨胀土干湿循环后的残余强度受干密度制约性不大,但干湿循环前、后重塑膨胀土和石灰改性膨胀土的残余强度参数存在差异,且干湿循环幅度对膨胀土强度参数也有一定的影响;在分析干湿循环前、后反复剪切试验结果及膨胀土边坡长期破坏机制的基础上,认为对于膨胀土路堤,在进行强度参数选取时宜适当考虑干湿循环及其幅度对于残余强度参数的影响;利用石灰改性膨胀土包边处理填筑膨胀土路基较为适宜。     

百色重塑膨胀土抗剪强度的试验研究

通过对不同初始含水率、不同干密度下百色重塑膨胀土直剪试验,研究了百色击实重塑膨胀土在不同垂直压力下的峰值强度和残余强度,分析了其抗剪强度的作用机制。研究表明：随着干密度的增加,土体的峰值强度增大,残余强度变化不大;随着上覆荷载的增加,土体的抗剪强度明显增加,表明物理处治技术填筑膨胀土路堤能保证其强度和稳定性;干密度对重塑膨胀土的峰值强度影响较大,而对残余强度影响很小;重塑膨胀土的残余强度与它的结构、应力历史、起始含水率没有关系,而只取决于黏土颗粒的形态、大小、含量和矿物成分等因素。     

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。     

膨胀土与红黏土石灰改性对比试验研究

为探讨石灰改性膨胀土与红黏土的强度发展规律,以生石灰与消石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土为研究对象,进行了无侧限抗压、固结快速直剪和固结压缩试验的对比研究。研究发现：在1 a养生龄期内,石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土无侧限抗压强度与养生龄期的对数基本呈线性关系;按大于最佳含水率3%制样的强度在养生28 d以后高于按最佳含水率制样;生石灰改性效果比消石灰改性效果好,由于矿物成分不同,石灰改性南阳膨胀土的效果比石灰改性郴州红黏土好     

Modeling of tensile strength on moist granular earth material at low water content

While most research has mainly focused on the volume change, flow, and shear strength of unsaturated earth materials, investigations of tensile strength of unsaturated earth materials especially granular materials have not received much attention except for cemented and clayey materials. Thus, direct tension experiments were carried out to quantify the actual magnitude of tensile strength induced by water in moist granular soil at especially low water contents (w<4%). The magnitudes of the measured tensile strength are significantly different from zero. A simple experimental tensile strength model is proposed. Practicing engineers can use this model for approximate estimation of the tensile strength of unsaturated granular soils without experiments and for precise design or analysis of most engineered facilities relying on the unsaturated granular soils in the vadose zone. The experimental data are also compared with a theoretical model developed for monosized spheres at low water contents, and its application for a real granular earth material having a variety of particles is discussed. The nonlinear behavior of the tensile strength for moist granular soil is appropriately simulated with a model.     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。     

有荷干湿循环条件下不同膨胀土抗剪强度基本特性

针对膨胀土分布区公路边坡常浅层坍滑现状,选取南、北方3种典型膨胀土样,模拟干湿循环并计及边坡破坏时滑面的上覆压力,改变常规试样吸湿及施剪条件开展试验研究,以获得较符合实际的膨胀土抗剪强度及其衰减规律。结果表明：不同上覆压力对膨胀土抗剪强度的影响为荷载越大其强度绝对衰减率越小;用双直线能较好表征其抗剪强度线特征,强度指标c、? 宜按高、低应力段分别获取;随干湿循环次数增加,c值呈指数函数衰减,是造成边坡浅层坍滑的主要原因;? 值随作用次数增加虽有减小趋势,但降幅不大;通过控制基本相同的试验条件,实测得3种膨胀土的最终抗剪强度均降至某一幅值范围。研究结论为解读膨胀土坡为何多浅层坍滑提供了有价值的信息。     

上海黏性土与水泥混合后强度增长特性试验研究

对于使用水泥与上海黏性土进行混合加固的土体,其强度增长特性与水泥含量、加固土的初期pH值、养护时间有关。以上海4类黏土为研究对象,对加固土的强度增长特性进行了试验研究;探讨了加固土的养护时间、水泥含量、初期pH等与加固土强度的关系。试验结果表明,当上海黏土中水泥含量或者加固土的初期pH值大于某一临界值时,水泥加固土的强度将迅速增加,对于上海黏土,该临界pH值为11.7,对应的水泥含量为17%～20%。但当水泥含量达到一定值后,它对土体的pH值的影响开始变小,而且水泥土的强度趋于稳定的时间变长。