引江济汉工程渠坡膨胀土分级评价量化模型研究

膨胀土的膨胀潜势由于受到诸多因素的控制,其量化分级长期以来都是一个未能得到很好解决的难题。本文以南水北调中线引江济汉工程渠坡膨胀土为研究对象,通过对试验数据的分析,给出了膨胀土分类的建议取值;依据该分类标准,综合人工神经网络、Fisher判别分析以及粗糙集理论3种数学方法,对40组土样的膨胀等级进行了综合性指标的判别分析,通过比较研究,确定了最终的分级结果;根据每种数学方法的判别结果与操作方法,基于理论相对简单、操作简便、易于为广大科研工作者接受的原则,建议优先考虑Fisher判别方法对膨胀土进行分级评判;结合样品的蒙脱石含量,给出了分级标准的建议值,验证了膨胀土分级数学方法的可靠性,从而为引江济汉工程后续开挖渠道段膨胀土的分类及判别提供了理论依据。     

四川攀枝花钒钛产业园区膨胀土分析

四川攀枝花钒钛产业园区广泛分布膨胀土,对园区工程建设带来不利影响。通过对该区膨胀土的成因、分布、特性等进行调查、研究,对膨胀土的危害、整治进行了阐述,并对膨胀土处理不当的案例进行了总结。提出的主要治理措施为膨胀土填方地基、边坡,掺石灰是膨胀土改性处理的最有效方法。膨胀土地基,可采用增加基础埋置深度的防治措施,园区内膨胀土区基础埋置深度应不小于2m。边坡工程采用缓边坡、分级低挡墙方案,并注意挖方方式、顺序的合理性。膨胀土区建设,无论何时都应高度重视防水、排水措施。     

荆门热电厂厂区膨胀土等级的可拓评价研究

运用可拓学的基本理论,建立了膨胀土可拓评价模型。以此模型为基础,对荆门热电厂的膨胀土进行了可拓综合评价,并将判别结果与分级膨胀量评价法的判别结果进行了对比,其结果是一致的,说明该方法是可行的。     

基于粗糙集的膨胀土分级指标重要性分析

现行的膨胀土分级指标相互之间存在一定的关联,具有不同的重要性。提出了运用粗糙集理论完善和优化膨胀土胀缩指标体系的分析方法,通过计算膨胀土评判指标与评判结果的粗糙依赖度来确定评价指标的重要性。计算结果表明,自由膨胀率、膨胀力、50 kPa压力下的膨胀率和胀缩总率4个指标中,自由膨胀率是评判膨胀土胀缩等级的1个最重要的指标,膨胀力、50 kPa压力下的膨胀率和胀缩总率的重要性依次降低。所提出的分析方法为优化与改进膨胀土胀缩等级评判指标体系提供了合理而有效的依据。     

江淮膨胀土自由膨胀率特征

自由膨胀率是公路及其他行业膨胀土判别与分类的常用指标,研究自由膨胀率特征对指导膨胀土判别分类具有重要意义。本文依托皖中地区在建的合(肥)六(安)高速公路,开展了自由膨胀率及其他相关性指标的试验研究,分析了皖中膨胀土的自由膨胀率特征。研究表明:皖中地区膨胀土自由膨胀率与反映膨胀本质的指标蒙脱石含量,以及液限、塑性指数等间接性判别指标具有较好的相关性,可将其用作膨胀土判别与分类的指标;分类实践发现《公路路基设计规范》所推荐的自由膨胀率分级评判标准不能适用于皖中地区膨胀土;根据研究结果给出了具有合理分类特征的分类标准建议。     

南阳膨胀土的工程地质特征和填筑适宜性

施工阶段的工程地质调查发现,宁（南京）西（西安）铁路内乡-镇平段南阳膨胀土成因类型上不仅有第四系冲积洪积粘土,而且发育上第三系湖相沉积粘土。不同成因的膨胀土具有不同的空间分布特征和工程性质,X射线衍射测试表明,南阳膨胀土的主要膨胀性粘土矿物是伊利石/蒙脱石混层矿物。物质组成和物理化学性质差异导致击实土在含水量变化条件下膨胀力和膨胀变形有明显的差别;对同一种膨胀土材料,其击实含水量越小,膨胀性越强,甚至含水量降低1 %～2 %,膨胀力就可以增加到200 %以上;击实膨胀土的直剪强度受到钙质结核含量的影响,对于膨胀势为高或强的膨胀土,结核含量小于15 % 时,经过干湿循环后直剪强度衰减量为40 %～65 %,结核含量为25 %～30 % 的强膨胀土直剪强度衰减量则低于30 %;对膨胀土的地质特征、工程性质、击实土的膨胀性和直剪试验结果进行分析,探讨其用于填筑铁路路基的适宜性,进行了填筑适宜性分级。依据研究成果制定的路基施工工艺取得了比较理想的工程效果     

泥岩地基中黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道膨胀潜势的影响

为研究低黏土矿物含量泥岩地基中不同黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道路基膨胀潜势、膨胀上拱变形量的影响,对既有规范针对无砟轨道膨胀土判定分级方面进行补充和完善,选取25处典型路基上拱病害段泥岩样进行X射线衍射实验,优化级配的自由膨胀率实验及阳离子交换量实验,采用主成分分析法（PCA）提取累计方差解释量90.098%进行降维分析,并结合实际工程进行等级区间划分。结果表明:PCA可排除各因子间的共线性对模型结果的影响,在统计意义的基础上采用三因子能够正确表征膨胀土膨胀潜势与微观因子间良好的线性关系;通过简化、优化物理指标得到的膨胀土膨胀特性判定指标F,与实际轨道上拱量的Person相关性提高至0.902;依据线路实际膨胀情况和F划分的膨胀等级区间较既有规范判定准确度明显提高。研究结果可为该高速铁路沿线膨胀土判别和灾害防治提供参考和理论支撑。     

基于收缩试验的膨胀土地基变形预测方法

进行膨胀土的三相收缩试验,确定了广西膨胀土的体积收缩指数。对依托工程膨胀土进行了现场静力触探试验,根据比贯入阻力随深度的变化曲线特征,确定了膨胀土活动区深度,给出了膨胀土裂隙开展深度的理论解,膨胀土裂隙开展深度的计算值与静力触探试验确定的膨胀土活动区深度和现场观测的裂隙开展深度基本一致。最后介绍了基于三相收缩试验基础上的膨胀土地基变形计算方法,并在试验基础上给出了膨胀土地基变形计算模式和计算结果。以膨胀土地基变形量作为膨胀土地基的分类指标,对膨胀土地基进行了分类,对膨胀土基础选型具有重要意义。     

纤维加筋膨胀土的三轴蠕变特性试验研究

为了初步探究纤维加筋膨胀土的蠕变特性,采用室内非饱和三轴蠕变试验,分析了初始含水率和纤维掺量两个因素对玄武岩纤维加筋膨胀土蠕变特性的影响,通过等时应力-应变曲线得出加筋土的长期强度,并尝试建立了纤维加筋膨胀土的蠕变模型,得到的结论主要有以下几点:通过对比分级加载条件下的应变-时间曲线,发现纤维加筋对于减小膨胀土的蠕变变形有显著的作用,并存在最优纤维掺量,当纤维掺量超过最优纤维掺量,蠕变效应无显著改善;纤维加筋膨胀土的蠕变变形随着含水率的减小而减小,并存在最优含水率,当小于最优含水率时蠕变效应无明显改善;纤维加筋可以显著提高膨胀土的长期强度,纤维掺量分别为0.4%和0.6%的加筋土长期强度比相同条件下的素土分别提高了26.7%和23.3%;通过拟合,得到了Mesri蠕变模型参数,认为该模型从总体上可以反映纤维加筋膨胀土的三轴蠕变特性。     

循环荷载下重塑弱膨胀土滞回曲线形态特征定量研究

以重塑弱膨胀土为研究对象,利用GDS动静态真三轴仪采用分级、单级加载方式对土体进行循环动荷载试验,研究不同围压、频率、固结应力比下土体滞回曲线演化规律。采用滞回曲线形态特征(包围的面积S、长轴斜率k、相邻滞回曲线中心间距d及不闭合程度ε_p)对土体滞回曲线进行定量描述。试验结果表明:膨胀土滞回曲线的S、d、ε_p随动应力幅值增大呈非线性增大,随围压、频率、固结应力比的增大而减小;k随动应力幅值的增大呈对数关系衰减,随围压、频率、固结应力比的增加而增大;单级循环荷载下膨胀土滞回曲线ε_p、d、S均随振次的增加呈非线性衰减,出现循环蠕变现象,分级加载历史对膨胀土滞回曲线的影响较小。     

非饱和红粘土和膨胀土抗剪强度的比较研究

红粘土是对环境湿热变化敏感的塑性粘土,具有一般膨胀土吸水膨胀失水收缩的特性。与普通粘性土相比,红粘土与膨胀土的强度特性更为复杂。它既是土体抵抗剪切破坏能力的表征,也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性以及支挡构筑物土压力的重要参数。通过试验研究讨论了红粘土与膨胀土的强度特性以及与一般粘性土的差别及其各种影响因素,并探讨了非饱和红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与含水量之间的相关关系。试验结果表明,红粘土与一般膨胀土的吸水膨胀规律完全相同。其试验结果可为红粘土与膨胀土地区工程设计与建设提供参考依据。     

模糊数学在当宜高速公路膨胀土判别和分类中的应用

膨胀土胀缩性与指标集之间的关系尚未完全弄清,存在较大的模糊性。应用模糊数学理论对当宜高速公路膨胀土胀缩等级进行分类,该方法通过验证是可行的。     

百色膨胀土用作路堤填料的试验验证

基于膨胀土可以直接用作路堤填料的分类指标体系,在室内开展了3种不同膨胀土的物理性质、击实性状、强度特性试验研究,验证广西百隆高速公路膨胀土路段的膨胀土也可以直接用作路堤填料,并结合现场实体工程的效果验证用改进CBR值、改进CBR膨胀量和稠度3指标作为膨胀土路堤填料的分类指标体系的合理性。通过对标准CBR试验和改进CBR试验的对比,进一步验证了用改进CBR试验法评定膨胀土承载强度的合理性。由百色膨胀土的不浸水CBR试验,说明可以用封闭包盖对百隆路膨胀土路堤进行物理处治。实体工程中采用土性最差的1号膨胀土做填芯和用红黏土包边,得到的工程效果令人满意。由室内外试验结果,可以得出这3种百色膨胀土都可以直接用作路堤填料。     

Coupled modelling of hydro‐mechanical behaviour of unsaturated compacted expansive soils

The Barcelona basic model cannot predict the mechanical behaviour of unsaturated expansive soils, whereas the Barcelona expansive model (BExM) can only predict the stress–strain behaviour of unsaturated expansive soils without the water‐retention behaviour being incorporated. Moreover, the micro‐parameters and the coupling function between micro‐structural and macro‐structural strains in the BExM are difficult to determine. Experimental data show that the compression curves for non‐expansive soils under constant suctions are shifted towards higher void ratios with increasing suction, whereas the opposite is true for expansive soils. According to the observed water‐retention behaviour of unsaturated expansive soils, the air‐entry value increases with density, and the relationship between the degree of saturation and void ratio is linear at constant suction. According to the above observation, an elastoplastic constitutive model is developed for predicting the hydraulic and mechanical behaviour of unsaturated expansive soils, based on the existing hydro‐mechanical model for non‐expansive unsaturated soil. The model takes into consideration the effect of degree of saturation on the mechanical behaviour and that of void ratio on the water‐retention behaviour. The concept of equivalent void ratio curve is introduced to distinguish the plastic potential curve from the yield curve. The model predictions are compared with the test results of an unsaturated expansive soil, including swelling tests under constant net stress, isotropic compression tests and triaxial shear tests under constant suction. The comparison indicates that the model offers great potential for quantitatively predicting the hydraulic and mechanical behaviour of unsaturated expansive soils. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

高速公路膨胀土路基改良的试验和分析

对膨胀土路基填料存在问题进行探讨分析。以广东某高速公路为例，对比了膨胀土路基填料改良的试验方法及其效果，提出了掺石灰和粉煤灰等方案的最佳选用建议。试验分析表明，对膨胀土改良的测试和评价不宜采用单一方法，应根据膨胀土的胀缩等级、地方材料及施工工艺等进行综合技术与经济比较，选定最优方案。     

The impact of natural ornamental limestone dust on swelling characteristics of high expansive soils

Expansive soils are considered as a potential natural hazard if they are not adequately treated. Expansive soils have high potential for shrinking and swelling under changing moisture conditions and cause extensive damages to engineering infrastructures. This study is concerned with the suitability of natural ornamental limestone dust to reduce the swelling characteristics of high expansive soils. The results are revealed that the swelling pressure and percent of heave are greatly decreased with increasing the inserted core diameters and mixing percentages of limestone dust. The average reduction percent values of swelling pressure and percent of heave are increased from 2.21% to 43.09% and from 2.56% to 45.64%, respectively, for treated soil samples with increase in limestone dust core diameters from 5 mm to 20 mm (1% to 16% of total soil area). The average reduction percent values of swelling pressure and heave percent are increased from 10.29% to 70.73% and from 22.29% to 82.90%, respectively, for treated soil samples with increase in limestone dust mixing percentages from 10% to 30%. The results are revealed that the enhancement in swelling characteristics of high expansive soils that are treated by ornamental limestone dust is mostly attributed to the replacement of high expansive fine clay particles by non-expansive and non-plastic coarse limestone dust particles, and to the presence of a considerable amount of free lime in limestone dust (4.97% as [Ca(OH)₂]) that is responsible for converting the high expansive soils to less expansive soils by pozzolanic reaction. The mixing treatment method is more suitable for surficial and shallow foundation high expansive soil beds, while the compacted limestone dust piles “inserted limestone dust core method” are more suitable for deep foundation high expansive soil beds.     

膨胀土边坡失稳机理和稳定性分析

从微观的角度阐述了膨胀土的胀缩性、裂隙性和超固结性,从而根据膨胀土的三个特性和外部环境因素对膨胀土边坡失稳机理、稳定性进行了分析,揭示了导致膨胀土边坡失稳的机理及影响稳定性的外部环境因素,提出了边坡防护的措施。     

膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。     

荆门非饱和膨胀土的变形与强度特性试验研究

通过压力板试验,对比分析了荆门原状膨胀土与石灰改良土持水特征的差异性;应用非饱和土三轴仪,开展了原状膨胀土、石灰改良膨胀土与重塑膨胀土的变形及强度特性试验。结果表明：①石灰改良膨胀土与原状膨胀土相比,其进气值有显著降低,残余含水率显著升高,土-水特征曲线两个特征点的斜率较为平缓,说明其水稳定性较好,土体性状更为稳定;②原状膨胀土和石灰改良膨胀土在非饱和与饱和状态的应力-应变关系曲线均呈应变软化型,随净围压的增大,应变软化的程度趋缓;随含水率的减小,峰值应力增大,应力峰值点有所提前,应变软化现象更加显著。饱和重塑膨胀土的应力-应变关系呈应变强化型,非饱和重塑膨胀土则呈现为应变软化型,但其应变软化的程度较前两类土大为趋缓;③经石灰改性后,膨胀土强度参数值有大幅度提高,即使在湿化饱和后,石灰改良膨胀土仍保持了相对稳定的力学性质和较高的抗剪强度参数值。相比之下,无论是重塑膨胀土,还是原状膨胀土,对湿化作用均十分敏感,其强度参数值或波动较大,或整体水平较低。