地球化学模拟方法确定黏性土孔隙水化学组分

黏性土孔隙水的地球化学行为对于弱透水层水质水量研究、污染物在黏性土中的迁移、核废物储存场址评价及油气储层的盖层评价等均具有重要作用。受低渗透性限制,传统方法提取黏性土孔隙水非常困难。通过实验测定黏性土的物化特性,利用PHREEQC软件模拟计算了孔隙水组成。通过浸提实验,利用阴离子可通过孔隙度（50%总孔隙度）确定模型中孔隙水的Cl-和SO2-4含量;根据岩土的阳离子交换量及各离子的交换选择系数,矿物沉淀 溶解平衡,确定了孔隙水的主要化学组分。结果显示,模拟的孔隙水化学组分与压榨液（相当于原位孔隙水）相近,不同于浸提液。传统的浸提方法不可直接换算为孔隙水,受矿物可交换点阳离子的释出与矿物溶解影响,各离子含量被明显高估。模拟所得天津滨海区黏性土阳离子交换量为13.4~37.8 meq/100g土,可交换离子以Na、Mg、Ca为主。所得孔隙水为还原环境,且随着深度增加,还原性增强。模型中所选矿物均为平衡状态,溶液中可能存在的矿物大部分为未饱和或平衡状态,仅部分含Fe、Al矿物过饱和。由结果可知Fe含量偏高,对控制Fe元素的矿物需进一步精确测定。本方法在低渗透,超固结,低含水量介质的孔隙水相关研究中将发挥重要作用。     

广西北部湾人造陆域吹填土生物固结试验研究

结合微生物对岩土工程特性影响的研究现状,选取黑曲霉、放射型土壤杆菌及地衣芽孢杆菌3株菌种,首先通过压缩试验研究了不同微生物菌种及其培养液掺入土样后对土样固结特性的影响情况,然后借助矿物和化学成分分析及土粒比表面积测定等手段,初步探索微生物改良吹填土机制。研究表明,掺入微生物菌种及其培养液后土样的压缩系数av1-2均有降低,压缩模量Es1-2均有增加,最大降幅和升幅分别为29%和37%;土样的矿物成分没有改变;土中高价阳离子明显减少,但这不是造成土体压缩特性变化的主因;掺入放射型土壤杆菌、地衣芽孢杆菌后土样土粒的比表面积分别增大到1.49倍、1.45倍,菌株改变了土颗粒间的连接状态,从而导致土体颗粒的增多或者土体结构的变化。     

变荷载下结构性土一维固结近似解

采用简化的k-σ′和mv-σ′分段模型,通过把结构性土一维固结问题转化为上、下层土体厚度不断变化的双层地基一维固结问题,得出了变荷载下结构性土一维固结近似解,并与数值解对比验证了解的合理性。分析结构破坏后渗透系数和体积压缩系数的变化分别对结构性土固结特性的影响表明,在固结系数减小程度相同的情况下,渗透系数减小程度增加则按孔压定义的固结度减小程度加大,而体积压缩系数不断增加则按变形定义的固结度减小程度加大;固结过程中按孔压定义的固结度大于按变形定义的固结度,且随着体积压缩系数增加程度加大,二者的差距加大。     

基于电阻率法的黏性土场地工程性质评价

黏性土场地的工程特性评价是工程师们所关注的重要研究课题之一。电阻率法在环境监测、地质勘查等方面具有全面性、原位无损、速度快等特点被广泛应用,对上海地区典型的5个黏性土场地进行电阻率测井以及相应工程特性测试,测试分析了电阻率随场地黏性土层的含水率和密度等状态参数的变化规律,并提出了基于电阻率的黏性土工程特性评价方法。研究表明,电阻率随含水率减小呈指数函数增加,随密度增加呈线性函数降低;与土颗粒比表面积相关的土的塑性指数与电阻率之间呈指数函数关系;剪切特性和压缩特性都与黏性土的孔隙特性相关,而电阻率是土的孔隙特性反映指标之一,电阻率与黏聚力和压缩系数呈指数函数关系,与摩擦角和压缩模量呈线性函数关系。根据上述分析得出电阻率可以作为黏性土场地的工程特性评价指标。     

结构性软土力学特性试验研究

选取广州南沙典型软土为研究对象,进行了剪切、无侧限抗压、固结等室内试验.从强度和变形两方面对试样的结构性进行了研究,分析了原状土和重塑土的变形特性、强度特性和固结特性,揭示了所研究的区域性软土的结构性特征以及这一特征对软土工程性质的影响.试验结果表明:结构性软士经扰动后强度明显降低,压缩性增加;原状土的同结特性与结构屈服压力有关,压缩曲线呈现3阶段特征.在同一级荷载下扰动后的土体变形规律较原状土有更明显的主次固结划分界限.结构屈服压力是变形规律的控制因素之一,可以通过压缩系数-固结压力曲线近似确定.试验结果还表明,当崮结压力较大时,原状土的结构被完伞破坏,此时结构性对土体力学特性的影响可被削弱,甚至消失.     

承压含水层顶板固结排水规律研究

利用承压含水层顶板饱和黏性土的原状岩芯土样,开展不同压力条件下的固结排水试验,分析外力作用下黏性土体压缩体积与排水体积的变化规律,研究土体排水体积膨胀系数与外力之间的关系,以及固结过程中土体渗透性的变化。研究表明:当外力大于该土体内弱结合水抗剪强度时,部分弱结合水参与孔隙渗流并转化为自由水排出,则土体的固结排水体积大于土体的压缩体积,即深层黏性土在压密释水时会产生体积膨胀效应,其膨胀系数与外力呈幂函数关系,土体的渗透系数也随外力增大而逐渐减小,与外力呈指数关系变化,同时土体渗透性的稳定因弱结合水的排出会产生时间滞后现象。     

南宁膨胀土长期压缩特性研究

膨胀土的结构、胀缩机制、力学特性和改良方法等方面已有广泛研究,但关于膨胀土长期压缩特性研究甚少,而需对膨胀土地区路基长期稳定性、隧道开挖对地基及地下构筑物长期影响的研究,使得膨胀土长期压缩特性的研究变得尤为重要。采用取自南宁地铁东站某基坑膨胀土进行长期一维压缩试验,研究固结压力、含水率分别对压缩指数 、次压缩系数 的影响、压缩指数 与次压缩系数 的关系、预压处理和石灰处治对膨胀土长期压缩特性的影响,寻求降低膨胀土次压缩性的最佳方案。试验结果表明,南宁膨胀土的压缩指数与次压缩系数呈线性关系;与其他黏土相比,膨胀土次压缩特性较低;预压处理和改良处理可以减小土体的次压缩性,经预压处理的改良膨胀土次压缩性最低。     

黏性土的应力-应变关系归一化性状探讨

土的应力-应变关系与固结压力水平密切相关,体现为土的归一化性状.针对黏性土固结不排水剪切试验的应力-应变关系,对黏性土归一化性状的存在条件进行了探讨分析,认为黏性土应力-应变关系归一化性状的存在与否取决于土的模量与归一换化因子的正比关系及土的抗剪强度特性,通常采用围压σ3和平均固结压力σm作为归一化因子;研究表明当应力-应变关系为Kondner双曲线方程形式,对于采用围压σ3和平均固结压力σm归一化效果很差的黏性土,若采用(σ3)n或(σm)n(选取适当的n值)进行归一化,则效果较好.     

孔隙型地热储层热固结变形特性试验研究

地热资源的开采会导致热储温度、压力改变,影响其固结变形特性,引发环境地质问题。以鲁西北砂岩热储开采区孔隙型地热储层为研究对象,开展不同应力、温度条件下的固结变形试验,分析固结变形特性,并对卡萨格兰德法与能量法所计算出的先期固结压力进行比较,结果表明：地热储层固结变形量与含水率、温度均呈负相关关系;地热储层自重压缩系数约为标准压缩系数的10%;计算先期固结压力时,低压缩性土可采用能量法,中、高压缩性土可采用卡萨格兰德法Harris模型、Gaussian模型与能量法;先期固结压力与温度呈负相关关系;在25～80℃范围内,初始温度越高,升温使先期固结压力降低越快。     

上海软粘土微观特性及在土体变形与地面沉降中的作用研究

对上海软粘土的颗粒及集合体成分、孔径分布、微结构、孔隙溶液与阳离子交换性作了分析 ,对固结前后的孔径变化与人工回灌对土体性质可能带来的影响作了探讨 ,从物理化学角度阐述了软粘土微观特性对土体固结变形及地面沉降的影响.     

Characterization of thick varved-clayey-silt deposits along the Delaware River by field and laboratory tests

The existence of thick compressible varved clayey silt deposits along the Delaware River presents one major obstacle for design and construction of structures or industrial facilities in this region. To understand the characteristics of this thick weak soil layer and then develop reliable soil parameters for future earthwork design and construction, a comprehensive soil testing program was carried out. The program consisted of both in situ tests [e.g., standard penetration test borings, piezocone penetration test (CPT) soundings, Marchetti flat dilatometer test soundings, seismic shear wave test soundings, CPT pore pressure dissipation tests, and field vane shear tests] and laboratory tests (e.g., soil index tests, consolidation tests, triaxial tests, and chemical tests). Additionally, a field surcharge test program with and without installation of wick drains was carried out to investigate the compressibility of the thick clayey silt deposit and the efficiency of wick drains to help accelerate consolidation. The field and laboratory test results showed that the varved clayey silt deposit was normally consolidated to slightly overconsolidated and moderately to highly compressible. Its physical properties were intermediate between those of Savannah muddy clay and Shanghai soft clay, while much closer to that of Shanghai soft clay. Due to its lamination structure in the horizontal direction, the horizontal consolidation coefficient of the varved clayey silts was significantly greater than that in the vertical direction. The measured undrained shear strength of the varved clay silt almost increased linearly with depth. The installation of wick drains in the thick clayey silt deposits accelerated primary consolidation, but showed no effect on the secondary consolidation under constant loading. The findings obtained from this study will be beneficial for future design and construction of earthworks along the Delaware River.     

Strength Behavior of Shanghai Clayey Soil Reinforced with Wheat Straw Fibers

It is generally recognized that the low strength and high compressibility are the characteristics of soft soil. In addition to other techniques, reinforcement can also be used in increasing the strength and decreasing the deformation of this kind of soil. The results of an investigation into the effects of a natural fiber on the consolidation and shear strength behavior of Shanghai clayey soil reinforced with wheat straw fibers are presented in this paper. A series of one dimensional consolidation and triaxial tests were conducted on samples of unreinforced and reinforced Shanghai clayey soil with different percentages of randomly distributed wheat straw fibers. The results show that the preconsolidation pressure decreases and the coefficient of swelling and compression generally increase with increasing the fiber content until a optimum content value. Furthermore, the addition of wheat straw fiber leads to a significant increase in shear strength and friction angle of the natural soil and there is an optimum wheat fiber content that makes this increase maximal.     

聚丙烯纤维加筋对高岭土固结压缩特性影响试验研究

工程中为了改良压实黏土的强度和抗干裂性能,将分散的聚丙烯纤维均匀掺入土体中制成纤维加筋土。利用聚丙烯纤维与高岭土在室内人工拌和并压制成纤维加筋土样,基于一维固结试验研究了控制干密度条件下纤维加筋掺量与长度对加筋高岭土固结、压缩特性的影响规律。研究结果表明,在控制干密度和纤维长度条件下,随着纤维掺量的增加,加筋土的固结系数和压缩模量均先增大后减小;掺量为0.2%时固结系数最大,掺量为0.1%～0.15%时压缩模量最大;在控制干密度和纤维掺量条件下,随着纤维长度的增加,加筋土的固结系数先减小后增大,纤维长度为10 mm时固结系数最小;当固结压力较高（≥400 kPa）时,加筋土的压缩模量随纤维长度增大而减小。此外,加筋土的压缩指数总体上随纤维掺量和纤维长度的增大而增大,但纤维掺量为0.15%～0.20%以及纤维长度为10 mm时压缩指数有一极小值。     

季冻区草炭土固结特性研究

季冻区草炭土的工程性质很差,具有高压缩性的同时蠕变特性明显,路基工后沉降量大。目前针对季冻区草炭土固结压缩蠕变特性的研究仍相对匮乏,亟需对其固结压缩及蠕变特性进行深入研究,为季冻区草炭土路基的沉降预测提供参数依据。选取吉林省敦化市江源镇典型季冻区草炭土为研究对象,通过一维固结压缩试验和一维固结蠕变试验,获得草炭土压缩系...     

黏土岩时效变形特性试验与理论研究

高放废物地质处置岩体材料选取中,黏土岩因具有低渗透性、损伤自修复特性、对放射性核素具有良好的吸附作用等优点,被认为是一种合理的高放废物地质处置屏障。以黏土岩为研究对象,从黏土岩短期、长期力学特性等方面开展研究工作,主要内容如下：（1）进行黏土岩短期自然固结试验,确定了黏土岩的基本物理力学参数,主要包括前期固结压力、压缩指数等;（2）进行流-固耦合固结试验,试验结果表明盐水作用对黏土岩力学特性具有重要影响,且流-固耦合过程中的膨胀现象与黏土岩的黏土矿物含量和类型密切相关;（3）通过对黏土岩进行固结流变试验,研究黏土岩渗流-应力耦合作用下的长期力学特性,试验表明黏土岩具有明显的流变特性,且流变现象与载荷密切相关;（4）根据固结流变试验建立黏土岩一维流变本构模型,同时将模型计算结果与试验结果进行对比,分析表明,该模型能够很好地反映黏土岩一维固结流变特性。该研究对我国未来黏土岩高放废物处置库的规划、设计、选址和运营等具有重要的参考意义。     

冻融循环对原状过湿土固结变形特性的影响

为了研究季冻区过湿土的固结变形特性,对黑大公路青冈段路基原状过湿土进行固结试验和渗透试验,研究了冻融循环作用下原状过湿土的固结变形特性。试验结果表明：原状过湿土的含水率越高,土体的压缩性越高;初始孔隙比越大,渗透性越高。冻融循环后,过湿土产生不规则裂缝,土的结构也发生改变,土的压缩系数有所增大,随着冻融循环次数的增加,压缩性先增大后趋于平缓。冻融后过湿土的竖向渗透系数明显增大,且随着冻融循环次数的增加渗透性呈现先增大后趋于平缓的规律,而横向渗透系数冻融前后无明显差异。     

宁波土层的流变固结试验及流变模型参数研究

固结与流变特性及其参数取值研究是软基上结构物长期沉降课题的重要组成部分。针对宁波轨道交通工程的两个典型土层,开展了基于GDS固结仪的流变固结试验,获得了土样的主固结与次固结性状参数。采用Gibson三元件流变模型结合Matlab软件的拟合功能,得到了土样的三元件流变模型参数。通过对试验结果进行分析总结,发现宁波软土的次固结过程表现出较明显的非线性。次固结系数Ca与压缩指数Cc近似符合 Ca/Cc=0.02±0.01。宁波软土的一维流变过程符合Gibson三元件流变模型规律,且其模量参数和黏滞系数均随固结压力的增大而增大。     

广州饱和软土固结过程微孔隙变化的试验分析

软土的孔隙特征及其变化规律对软土的压缩性和渗透性有重大的影响,软土孔隙特征随荷载变化规律的试验研究为揭示软土排水固结过程与变形规律,建立基于孔隙压缩规律和渗流机制的排水固结模型提供有力依据。利用美国全自动压汞仪,对不同压力下固结的广州番禺淤泥土样的孔隙及其尺度分布进行测试,根据测试结果对土样孔隙尺度分布特征及其随固结压力的变化规律给出了定量分析。试验结果表明：淤泥土中介于0.4～2.5 μm范围的颗粒间及团粒内的小孔隙所占比例最大,而大于10 μm的大孔隙和小于30 nm的超微孔隙所占比例均很小;较大的孔隙更易于被压缩而湮灭或被分裂成微小孔隙;固结压力将显著改变淤泥土的孔隙尺度及其分布特征,以致改变土体的压缩性和渗透性。在固结前期( 200 kPa)孔隙尺度较大,压缩系数和渗透系数较大并随固结压力增加而快速减小;在固结后期( 200 kPa)孔隙尺度小,压缩系数和渗透系数小,且随固结压力增加的变化趋于平缓。     

盐溶液饱和黏土的力学行为模拟

由于黏性土表面带有丰富的负电荷,孔隙水溶液化学状态的变化对黏性土的物理力学特性存在明显影响。随着化学-力学耦合的相关岩土工程问题日益突出,进行有效的化学-力学耦合行为的数值分析评价显得尤为重要。因此,建立一个简单有效的考虑化学-力学耦合的本构模型是非常关键的。基于传统的修正剑桥模型,提出了一个简单的化学-力学耦合模型。该模型采用渗透吸力π描述孔隙水的化学状态,建立了前期屈服应力,临界状态线斜率M和弹性刚度与渗透吸力π之间的关系式,从而实现了模型对盐溶液饱和黏性土的变形和强度特性的有效模拟。通过与试验数据的对比和分析,说明该模型能有效地模拟孔隙盐溶液饱和黏性土的等向压缩行为、 状态下压缩行为以及 状态下化学-力学循环加载行为。此外,通过对黏性土三轴压缩试验的模拟,说明该模型能反映黏性土三轴应力状态下的基本力学特征。     

不同应力路径下某高速公路路基黏性土湿化变形试验研究

针对某高速公路黏性填土路基浸水湿化的情况,进行了大量室内试验研究。为了研究土在实际应力路径下的湿化变形规律,分别在常规三轴应力路径、常规三轴K0固结应力路径、K0固结+常规三轴压缩应力路径以及使用真三轴仪的平面应变下K0固结 + 平面应变剪切应力路径和平面应变等应力比路径下进行了黏性土的湿化试验。通过对试验数据的分析,得到了湿化附加轴向应变与湿化时应力水平的幂函数关系。通过总结研究不同应力路径下应力-应变曲线的规律,提出了不同应力路径下的应力-应变关系的公式。