冻结作用下非饱和黄土水分迁移试验研究

通过室内大尺寸非饱和黄土冻结作用下水分迁移试验,开展了土体密度、含水量、冻结温度、冻结方式对非饱和黄土水分迁移影响的研究.试验结果表明:冻结过程中土样温度变化分为3个阶段:急剧降温阶段,缓慢降温阶段,稳定阶段; 干密度越大,稳定冻结锋面的水分迁移量越大,但冻结区的整体水分增量越小; 初始含水量越大,水分迁移量越大,并且在冻结锋面处含水量增幅越大; 在未冻结区,从邻近冻结锋面到暖端,含水量先增大后减小,初始含水量越小,这种现象越明显.此现象是冻结界面抽吸力、温度梯度和基质吸力梯度共同作用的结果.冻结方式直接影响已冻结区的含水量分布和水分迁移总量.     

基于MIP的压实作用对"微膨胀性"重塑泥岩微观结构影响分析

泥岩的物理力学特性在很大程度上取决于土体内部微观孔隙结构特征及其变化规律,进而影响其工程特性,为探讨压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微观孔隙的影响,制备6种不同干密度的重塑泥岩试样,采用冷冻干燥机对饱和后的试样进行干燥,进而通过压汞试验对不同压实状态下的重塑泥岩微孔隙形状、孔隙体积、孔隙面积进行分析研究。结果表明,重塑泥岩中除了存在圆柱形孔外,还含有大量瓶颈孔;参照shear提出的孔隙划分方法对孔径不同的孔隙进行了分类,发现重塑泥岩中的孔隙多分布于颗粒间及团粒内,压实作用在微观上表现为对大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化;压实度不同的泥岩孔隙总面积几近相同且孔隙面积多存在于颗粒内,压实作用越大,团粒内孔隙面积越小;对压汞法实测孔隙率小于理论计算孔隙率这一现象进行了合理的分析及说明,应用线性回归分析了实测孔隙率与计算孔隙率的关系;确定了通过压汞法测定泥岩微孔隙结构的科学性及合理性。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对同类工程建设具有借鉴意义。     

挤密桩处理大厚度自重湿陷性黄土地区综合管廊地基及其工后浸水试验研究

确定了挤密桩处理大厚度自重湿陷性黄土地区综合管廊地基的合理处理范围,揭示了挤密桩处理地基效果随地基处理深度的变化规律,研究了挤密桩复合地基在地基浸水后的入渗规律及沉降特征。在大厚度湿陷性黄土场地进行不同深度的灰(素)土挤密桩地基处理试验及埋设TDR水分计和分层沉降仪的工后浸水试验。研究结果表明,随着地基处理深度的增大,各试验区挤密桩复合地基桩间土挤密效果呈增强趋势;挤密桩复合地基桩间土的干密度增长率随地基处理深度的增大而增大;挤密桩复合地基的抗渗性能随地基处理深度的增大而增强;外界水分在挤密桩复合地基中的入渗规律呈现出明显的阶段性,基本由4个阶段组成;挤密桩复合地基桩间土受水浸湿时的沉降变形,随地基处理深度的增大而减小,且呈现出明显的阶段性,基本由5个阶段组成。根据研究结果,在采取有效的防水措施的情况下建议地基处理深度为9~12m,处理宽度为管廊每边延伸控制在2m,作为大厚度自重湿陷性黄土地区综合管廊的合理地基处理范围。     

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。     

冻融循环作用下含水率对粗颗粒填料水分迁移影响的宏细观试验研究北大核心CSCD

冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下,不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制,采用荧光素为追踪剂,以CT细观机理观测为研究手段,开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验,探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明,冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深,初始含水率越大,不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明,经历多次冻融循环后,试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化,试样的密度普遍增加,孔隙率以减小为主,进而导致土体发生相应变形。     

饱和级配破碎泥岩压实与粒度分布分形特征试验研究

通过饱和级配破碎泥岩的压实试验,得到了不同级配下试样轴向位移和粒度分布分形维数随轴向应力变化曲线,分析了Talbol幂指数对饱和破碎泥岩压实变形与粒度分布的影响规律,建立了一种饱和破碎泥岩压缩模量与轴向应力的关系式。试验结果表明,饱和破碎泥岩的压实过程可分为2个阶段,即0~4 MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段。其中,约80%的变形发生在快速变形阶段。轴向位移、压缩模量与粒度分布分形维数均可用轴向应力的指数函数拟合。相同轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大,粒度分布分形维数越小。轴向应力大于8 MPa后,各级配试样的粒度分布分形维数相差很小,且随着轴向应力的进一步增大,各级配试样的分形维数差异将继续减小,最终,分形维数将趋于一致。在加载初期,试样压实变形主要以岩石颗粒移位为主;而在加载后期,试样的压实变形则以颗粒破碎为主。     

砂泥岩埋藏过程孔隙度演化特征探讨

砂泥岩的孔隙演化规律对油气成藏机理研究具有重要意义,通过大量实际数据统计以及实验模拟研究资料分析,认为砂泥岩埋藏过程孔隙度演化具有差异性和阶段性两方面的特征,即砂泥岩埋藏过程孔隙度演化普遍发育两种类型的孔隙度-深度曲线,且两者的演化形态都具有阶段性,正常压力条件下的孔隙度演化经历快速压实、缓慢压实和停滞压实3个阶段;而欠压实条件下的孔隙度演化过程则经历快速压实、平稳压实、较快压实和缓慢压实4个阶段。在欠压实条件下的孔隙度演化过程中,沉积相、成岩作用等因素对每个阶段的深度-孔隙度曲线变化特征的影响程度有所差异,一般是一种主要影响因素和多种次级影响因素综合作用的结果。     

单一裂隙优势渗流对黏土层防渗性能的影响分析

垃圾填埋体不均匀沉降等容易引起压实黏土防渗层开裂,显著降低其防渗性能。将裂隙作为高渗透性的多孔介质材料,建立了含单一裂隙压实黏土层的饱和/非饱和渗流模型,数值研究了含裂隙黏土层中的优势渗流过程,对比分析了裂隙位置、深度、宽度和渗透系数对压实黏土层水分击穿时间和稳定渗漏量的影响。结果表明,含裂隙压实黏土层的渗流过程可分为3个阶段：初始阶段、击穿阶段和稳定阶段;底部裂隙对压实黏土层防渗性能的影响较小,而顶部裂隙和贯通裂隙的影响较大;水分击穿时间随裂隙深度增大而迅速缩短,为保证黏土层防渗性能,宜将裂隙深度控制在0.1倍土层厚度以内;水分击穿时间和稳定渗漏量随裂隙宽度、渗透系数的增大而分别缩短和增加,且当其达到一定值后逐渐趋于稳定;裂隙贯通后将显著降低压实黏土层的防渗性能,其稳定渗漏量随裂隙宽度和渗透系数的增大而呈线性增长。     

不同降雨模式下膨胀岩边坡模型试验研究

采用原状膨胀岩进行室内边坡模型试验,研究膨胀岩边坡在连续降雨和湿-干循环模式下的变形和水分入渗特性,揭示两种模式下膨胀岩边坡的变形破坏模式。试验发现,连续降雨模式下初期数次降雨对膨胀岩边坡变形影响最大,有明显的水平方向位移,后期变形很小且趋向稳定。湿-干循环模式下边坡膨胀变形及深部岩体含水率降雨完成后一段时间才达到峰值,随循环次数及降雨量增大,边坡变形速率及变形量都明显增大,岩体裂隙不断发育,水分入渗深度增大,但限于表面一定深度,对深部岩体影响较小。试验结果对工程应用有一定的指导意义：连续降雨模式初期膨胀较大,须加强和完善初期的排水措施,做好边坡的支挡防护措施;湿-干循环模式下,随循环次数增加,做好坡面的防护措施,以起到保湿防渗作用;两种降雨模式均说明纯膨胀性泥岩边坡不发生典型的圆弧滑动等破坏模式,而工程边坡的滑动多发生在软弱夹层上,因此,要做好该类边坡的软弱夹层特性勘察,对于不含软弱夹层的纯泥岩边坡要重点监测其浅层变形特性。     

高速公路膨胀土路堤处治后期土体性状试验验证

为了解膨胀土路基改性填筑后的土体性状，加深对膨胀土改性处治的认识，对某高速公路膨胀土路基改性处治1年多以后的土体性状进行了后期试验验证。结果表明：膨胀土路基后期含水量和干密度均有不同程度的变化，变化规律与处治方式、钻孔位置和取样深度密切相关。膨胀土直接用于路基填筑，后期干密度有所降低，将对路基长期稳定性造成不利的影响：石灰改性后填筑后期干密度的增加，有利于路基的长期稳定：煤粉灰改性在一定程度上改善了膨胀土性能，但处治效果不如石灰，隐患尚未彻底消除。     

干密度对非饱和膨胀土水分迁移参数的影响

研究了非饱和膨胀土的两个水分迁移参数--水体积变化系数 和渗透系数kw,得出非饱和膨胀土的水分迁移参数 和kw并非恒值,是基质吸力的函数,而基质吸力与含水率密切相关。因此,其参数大小随含水率变化而变化。此外,还明显受到干密度的影响,随干密度的不同而变化。取得了考虑干密度和含水率的水体积变化系数 、渗透系数kw和基质吸力之间的非线性关系,为进一步研究非饱和膨胀土地基水分场变化提供基础资料。     

温度变化条件下重塑黄土水分迁移试验

土体内部由于所处环境差异会造成水分场的不均匀分布,为了探究不同影响因素下重塑黄土水分迁移的规律,配置不同干密度、初始含水率水平的重塑土样,在不同温度梯度、不同温度水平下进行重塑黄土水分迁移室内试验,分析在4种不同因素变化下黄土体内部水分场的变化规律及机理。结果表明:土样两端施加的温度梯度越大,水分迁移速率就越快,温度势是引起土体内部水分迁移的主要驱动力;土样的干密度越大,基质势越大,同时渗透系数越小,阻碍了水分的迁移,故水分迁移速率越慢;当土样含有较大的含水率时,由于渗透系数较小,造成迁移速率较小,当土样初始含水率较小时,由于总土水势较小,造成迁移速率较小,当初始含水率在一定范围内时,其迁移速率较快;在土样两端施加的温度水平越低,导致总土水势越大,故水分迁移速率越快。      

基于功能原理的南宁膨胀土竖向膨胀能研究

基于改进的室内膨胀能测定实验,联合静力压入法的试样制作新方法,以功能原理为出发点,从能量的角度对南宁膨胀土的膨胀能进行了试验研究和理论分析,探讨了南宁膨胀土的静力压实功和膨胀释放能与含水量、干密度之间的关系。试验表明,膨胀能和压实功均与初始含水率近似成线性反比关系,与干密度成线性正比关系;干密度是影响压实功和膨胀能的主要因素。     

膨胀土干缩变形特性试验研究

膨胀土是一种典型的问题性土,对气候变化非常敏感,在干旱气候条件下,极易发生体积收缩变形,引发各种工 程地质问题。为了研究膨胀土的干缩变形特性,开展了一系列室内干燥试验,测定了膨胀土的收缩特征曲线,重点分析 了初始含水率和干密度对干缩变形过程的影响,并进一步探讨了水泥固化抑制膨胀土干缩变形的效果和机理。结果表 明：（1） 膨胀土的干缩变形过程存在三个典型阶段：正常收缩、残余收缩和零收缩;（2） 初始含水率越高,试样蒸发速 率越快,且干缩变形完全后试样孔隙比越小而最终收缩应变越大,干缩变形越明显;（3） 初始干密度越大,试样蒸发速 率和最终体积收缩应变越小,提高初始干密度对试样干缩变形具有一定的抑制作用;（4） 在膨胀土中掺入适量的水泥能 显著降低试样的体积收缩应变,对干缩变形具有良好的抑制效果;（5） 膨胀土的干缩变形具有明显的各向异性特征,并 且与初始状态有关。     

荷载-干湿循环共同作用下泥岩的压缩特性

泥岩遇水易崩解泥化,特别是耦合荷载作用后,其力学性能衰减更加明显。为掌握泥岩在环境因素和外部荷载作用下的性能演化规律,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的压缩特性试验。发现初次浸水后压实泥岩发生膨胀,但随着干湿循环作用的进行,泥岩试样发生压缩变形。然后,对压实泥岩试样进行孔隙分析,结果表明,泥岩孔隙分布呈现双峰特征,峰值大约位于0.3 ?m和10.0 ?m孔径处,干湿循环和荷载的作用引起孔隙体积减小,特别是对大孔径孔隙的影响最显著。最后,依据泥岩的膨胀、压缩和孔隙分布特征,提出了压实泥岩的孔隙-荷载-水分相互作用模型,将压实泥岩的孔隙体积分为团粒内孔隙和团粒间孔隙两类;分析了荷载-干湿循环引起泥岩团粒崩解破碎和充填团粒之间孔隙的演变过程。揭示了泥岩孔隙-水分-荷载的相互作用机制,为泥岩路基的填筑提供了理论参考。     

重塑膨胀岩热传导性能及影响因素试验研究

以南宁第三系膨胀泥岩为研究对象,采用热探针法研究含水率、干密度、温度及体积变形率对重塑膨胀岩试样导热系数的影响。研究表明：重塑膨胀岩的导热系数随着含水率、干密度的增加而升高,当含水率从10.4%上升至21.9%时,其导热系数最高上升了135.7%,当干密度从1.50 g/cm~3增加到2.00 g/cm~3时,其导热系数最高上升了133.9%,主要原因是含水率的增加减少了土中空气的热阻作用,干密度的增加使土颗粒之间的接触更为紧密;在潜热传输的作用下,重塑膨胀岩的导热系数随温度的增长而升高,土颗粒在温度的影响下粒径不断增大并发生聚集,为潜热传输提供了有利的条件,重塑膨胀岩导热系数随温度的增长呈现缓慢增长和迅速增长2个不同的阶段;重塑膨胀岩的导热系数随体积变形率的增加而降低,当变形率从0.5%增加到5%时,膨胀岩的导热系数降幅在5.7%～29.5%之间,这是由于吸水膨胀后膨胀岩试样更为松散,土颗粒之间的接触减少。     

大气作用下浅层非饱和黄土温度变化及其影响因素研究

为了研究大气作用下西北地区浅层非饱和黄土温度场的变化规律及其影响因素。填筑一维土柱模型,在室外自然条件中做大气循环作用下的蒸发模型试验。试验结果表明:在0~10 cm深度范围内,土体温度随深度的增加而降低,在土样表层5~10 cm处温度最低;在相同的外界条件下,土体初始体积含水率越高、压实度越大,导热系数越大,温度变化幅度越大。随着深度增加和蒸发时间增长,压实度和含水率引起的导热差异叠加,使得同一深度处不同压实度和不同含水率土体的温差增大;土体初始体积含水率和压实度均对温度的迁移产生影响,相对于随压实度的变化,土体体积含水率的改变对土体温度迁移影响更显著;随着蒸发时间的增加,温度由表及里逐渐升高,在深度方向上温度先减小后增大。不同深度处土体温度增长曲线大致为"S"型递增曲线,可分为蒸发3阶段。     

石油污染物在滨海盐渍土中的迁移规律

土中石油污染物具有不稳定性,随环境改变易向周边发生二次迁移,危及周围土体和水体。本文以滨海地区石油污染盐渍土为研究背景,考虑污染强度、石油污染物在土中的存留时间、土体密度为变量参数,探索即时淋滤和过时淋滤条件下土中石油污染物的二维向迁移规律。研究结果表明:即时淋滤条件下,石油污染物强度越大,其在盐渍土中迁移的越深,最大迁移深度为6 cm。干密度（1.2~1.4g ·cm-3）对盐渍土中石油污染物迁移深度的影响较小,但干密度越大,土体对石油污染物的截留能力越强,相同深度处石油污染物的浓度越低。在水平方向,污染强度越大,密度越大,石油污染物在土体中沿半径方向浓度递减幅度越大;过时淋滤条件下,石油污染物在竖直方向的迁移规律与即时条件下相似,但表层盐渍土对石油的截留能力更强,其在盐渍土中迁移的最大深度为4 cm,土体对石油类污染物的最大截留率为99.98%。在水平方向,污染强度越大,密度越小,石油污染物在土体中沿半径方向浓度递减幅度越大;盐渍土对石油污染物具有一定的吸附性,增大密度有利于提高吸附的稳定性。     

荆门弱膨胀土的胀缩与渗透特性试验研究

以荆门弱膨胀土为研究对象,开展了完整的胀缩与渗透特性试验,获得了5种不同压实度下膨胀土及其石灰改良土的胀缩与渗透特征。结果表明：膨胀土的膨胀力-干密度关系可用幂函数表达,而无荷膨胀率、有荷膨胀率、体缩率与干密度均非单调关系;由于压实与膨胀效应的耦合作用,95%压实度下膨胀土的无荷膨胀率、有荷膨胀率和体缩率均较小,若直接利用膨胀土进行路基与地基填筑,该压实度下土样不仅具备较大的刚度与强度且胀缩变形较小。经石灰改性后,膨胀力与湿胀变形基本消除,干缩变形大幅降低,胀缩总率仅为0.7%。膨胀土与石灰土渗透系数均很小,且都随干密度的增大而降低,其与干密度的关系仍可用幂函数描述;石灰土的渗透系数大于相应压实度下的膨胀土;而当二者干密度相近时,渗透系数接近。     

膨胀土干缩变形特性试验研究

膨胀土是一种典型的问题性土，对气候变化非常敏感，在干旱气候条件下，极易发生体积收缩变形，引发各种工 程地质问题。为了研究膨胀土的干缩变形特性，开展了一系列室内干燥试验，测定了膨胀土的收缩特征曲线，重点分析 了初始含水率和干密度对干缩变形过程的影响，并进一步探讨了水泥固化抑制膨胀土干缩变形的效果和机理。结果表 明：（1） 膨胀土的干缩变形过程存在三个典型阶段：正常收缩、残余收缩和零收缩；（2） 初始含水率越高，试样蒸发速 率越快，且干缩变形完全后试样孔隙比越小而最终收缩应变越大，干缩变形越明显；（3） 初始干密度越大，试样蒸发速 率和最终体积收缩应变越小，提高初始干密度对试样干缩变形具有一定的抑制作用；（4） 在膨胀土中掺入适量的水泥能 显著降低试样的体积收缩应变，对干缩变形具有良好的抑制效果；（5） 膨胀土的干缩变形具有明显的各向异性特征，并 且与初始状态有关。