循环荷载下路基压实粉土的临界应力与应变水平

通过动三轴试验,分析了不同压实系数、不同含水率和不同动应力水平条件下路基压实粉土的累积塑性变形特征、影响因素及演化规律,界定了循环荷载作用下路基压实粉土的临界动应力和动(回弹)应变水平。试验表明,路基压实粉土的临界动应力和动应变水平随压实系数增加而增大,试样含水率越低,变化速率越大;同时随含水率增加而降低,且含水率越高,降低速率越大。此外,还随静强度增加近似线性增大,回归分析得到比例系数分别为0.5204和0.0007。     

密度及水分状态对黄土状粉土变形特征的影响

以三门峡地区黄土状粉土为研究对象,通过控制重塑土样的干密度及含水率制备不同状态下的试样,在非饱和土三轴仪上采用不固结不排水试验法,对试样进行试验.试验结果表明:试样的密度及水分状态对土的应力-应变曲线特征有着重要影响,在不同干密度及含水率下分别出现应力软化和应力硬化两种曲线形态;试样的破坏偏应力随干密度的增大而升高、随...     

辽西地区黄土的强度与本构特性

采用应变控制式三轴仪对取自辽宁西部地区阜新-朝阳段黄土的力学性质进行了试验,获得了黄土的应力-应变关系和抗剪强度的变化规律;采用人工制备不同含水率试样的方法,测试并分析了含水率对黄土本构和强度特征的影响。结果表明：(1)试样的应力-应变关系在不排水剪条件下呈强软化型,表现为脆性破坏;在固结不排水剪条件下随初始含水率的增加由弱软化型向硬化型转变;而在排水剪条件下低含水率时呈软化型,随含水率增加,呈弱硬化型和硬化型。(2)饱水后试样的抗剪强度有很显著的降低:c_UU为13.7～363.3 kPa时,φ_UU为18.6°~40.2°;而c_UU为0.2～29.6 kPa时,φ_CU则为4°～23.4°。(3)土的有效抗剪强度指标均随含水率增加呈非线性减小的关系,粘聚力与含水率呈半对数函数关系,内摩擦角则与含水率呈幂函数关系。给出了黄土本构的数学模型和黄土抗剪强度指标的取值方法。     

花岗岩残积土填料路用工程特性室内试验研究EI北大核心CSCD

为了研究花岗岩残积土的路用工程特性,通过击实试验、承载比CBR试验、固结试验以及室内基床系数试验分析了该类材料压实性能及基本力学特性,对压实度为92%的最优含水率和饱和压实土样进行了循环加载试验,研究了动力荷载作用下土体的变形特性。结果表明,花岗岩残积土在K为91%97%时压实功效率较高,提高压实度对于增强土体局部抗变形能力较为有效;采用室内三轴法得到的基床系数K30值为188.25 MPa/m;最优含水率下花岗岩残积土动力变形稳定性较好,但含水率增加会大幅度增加土体塑性变形,降低土的动弹性模量,不利于变形稳定。所以作为路堤填料,应考虑作为受气候与动荷载影响较小的下路堤备用填料,作为铁路路堤本体及公路上、下路路床填料,应在进行土性改良且满足要求的论证基础上取舍。研究成果可为花岗岩残积土填料的工程应用及土体改良提供技术参考。     

花岗岩残积土填料路用工程特性室内试验研究

为了研究花岗岩残积土的路用工程特性,通过击实试验、承载比CBR试验、固结试验以及室内基床系数试验分析了该类材料压实性能及基本力学特性,对压实度为92%的最优含水率和饱和压实土样进行了循环加载试验,研究了动力荷载作用下土体的变形特性。结果表明,花岗岩残积土在K为91%～97%时压实功效率较高,提高压实度对于增强土体局部抗变形能力较为有效;采用室内三轴法得到的基床系数K30值为188.25 MPa/m;最优含水率下花岗岩残积土动力变形稳定性较好,但含水率增加会大幅度增加土体塑性变形,降低土的动弹性模量,不利于变形稳定。所以作为路堤填料,应考虑作为受气候与动荷载影响较小的下路堤备用填料,作为铁路路堤本体及公路上、下路路床填料,应在进行土性改良且满足要求的论证基础上取舍。研究成果可为花岗岩残积土填料的工程应用及土体改良提供技术参考。     

粉砂土反复冻胀融沉特性试验研究

针对深季节冻土区的特殊环境,通过室内试验研究了粉砂土在不同初始含水率、干密度、荷载、冻融次数条件下的反复冻胀、融沉特性。研究结果表明：粉砂土的冻结温度为-1.03 °C;其冻胀融沉变形随冻融次数的增加呈现波浪式起伏变化,并最终趋于稳定状态;经历多次冻融后,干密度较大试样整体表现为膨胀,干密度较小试样整体表现为压密;上部荷载在抑制冻胀的同时加大了试样的整体融沉变形,却降低了每次冻融的冻胀率和融沉系数;存在一个最优初始含水率,该含水率条件下,试样经历多次冻融后的高度不发生变化;由于外界水源的补给,冻融后试样内部含水率均大于初始含水率;干密度和顶端荷载的增大均有效地抑制了外界水源的补给;4次冻融循环后,粉砂土的冻胀率、融沉系数均逐渐趋于稳定。     

非饱和击实粉土的强度和屈服特性研究

由于吸力量测技术的困难,对京―九线粉土在不同含水率下击实并进行三轴不排水剪切试验,研究其强度和屈服特性,为非饱和击实粉土力学模型的建立提供依据。试验结果表明：该击实粉土在剪切过程中,在最优含水率干侧击实的土样具有较高的强度,应力-应变关系曲线呈软化趋势,土样先剪缩后剪胀,湿侧击实的土样具有较低的强度,应力-应变关系曲线呈硬化趋势,土样不断剪缩;随着试样击实含水率的增加,击实粉土的强度和屈服应力不断减小,水对土体具有一定的软化作用;不同击实含水率下,土样在q-p平面内破坏时的屈服轨迹为近似平行的斜直线,含水率对临界状态线的斜率没有影响;含水率对击实粉土抗剪强度的贡献表现为土体的似黏聚力的增加,似黏聚力与含水率之间呈乘幂关系,得出以含水率为变量的击实粉土强度计算公式,可在实际工程中推广应用。     

疏水材料处理吉林西部乾安地区盐渍土的力学强度试验

为了给吉林西部乾安地区盐渍土边坡水渠工程施工提供理论依据及施工参考,利用新型泥土超疏水乳液（CN）对该区盐渍土进行了处理,研究了不同处理条件下CN对盐渍土土体力学强度的影响,将经过不同处理的素土与CN土无侧限抗压强度进行对比,结果表明：1）在不同含水率条件下,CN土的无侧限抗压强度均有较大提升,且在14.86%含水率时取得最大提升率98.90%;随着含水率的增加,素土与CN土应力-应变曲线均存在由硬化型向软化型的转变,其阈值在最优含水率附近。2）随着压实度的增加,CN土无侧限抗压强度逐渐增强,在90%压实度条件下取得最大提升率130.77%;且CN处理后,原本呈塑性硬化型的素土转变成脆性软化型。3）盐分的增加对于CN土无侧限抗压强度起到了抑制作用,在0.3%含盐量条件下取得最大无侧限抗压强度1.33 MPa;过量的盐分结晶会破坏CN形成的纳米结构疏水膜,使得在高含盐量条件下,CN土的抗压强度低于素土。4）扫描电镜实验对CN土微观机理探讨,CN处理后使得土颗粒团聚呈大颗粒,颗粒表面光滑,孔隙发育减少。结构单元体和孔隙单元体的分析证明了处理后土体连结更为紧密,从而提升抗压强度。     

压实粉土非线性应力-应变关系的试验研究

对京九线路基粉土用GDS三轴仪进行固结不排水剪试验,研究不同围压、含水量、压实度下压实粉土样的应力-应变关系。结果表明:压实粉土在低围压下为应变软化,高围压下为应变硬化,存在一个屈服应力;含水量和压实度对粉土强度和应力-应变关系影响显著,随着含水量的减小、压实度的增大,压实粉土样强度增大,应力-应变曲线上升。对围压小于屈服应力的应变软化曲线,用常规的土的软化关系式进行拟和;对围压大于屈服应力的应变硬化曲线,用邓肯-张模型进行拟和;这二者的结合能描述压实粉土的应力-应变关系曲线,效果良好。     

不同温湿冻融循环条件下粉土剪切特性试验研究

为了探究不同温湿条件下冻融循环作用对压实粉土剪切特性的影响,以郑州黄泛区粉土为研究对象,在-5～5℃和-15～15℃温度幅值冻融循环条件下,对含水率为6.0%、10.0%、14.0%、18.0%以及饱和含水率下的压实粉土试样进行冻融循环,并进行剪切特性试验及微观结构分析。结果表明：冻融循环过程中,压实粉土颗粒间的接触方式、排列组合和孔隙特征发生改变,抗剪强度呈先降低后逐渐趋于稳定趋势;由于土中水发生相变和颗粒间作用力发生变化,土样含水率越大,冻融温度幅值对土样剪切强度及其强度参数衰减作用越明显;相同温度幅值条件下,由于颗粒面胶结以及孔隙间水膜润滑的综合作用,冻融循环过程中压实粉土含水率越高,抗剪强度及黏聚力衰减比例越小,内摩擦角衰减比例越大。     

压实黄土变形特性研究与应用

黄土高填方成为岩土工程领域新的研究课题,研究前景非常可观。针对延安新区黄土高填方工程做了大量的室内压缩固结试验和增湿变形试验,讨论了压实黄土的变形特性,构造了压实黄土应力-应变关系的最佳拟合模型,并且利用试验数据对百米高填方在不同压实度条件下的压缩固结变形量及增湿变形量进行了预测,分析了各种变形量所占的比例。结果表明,（1）压实黄土在侧限条件下的应力-应变关系可以用Gunary模型拟合;（2）压实黄土在低压实度时低压下产生湿陷变形,高压不产生,中等压实度时低压下不产生湿陷性变形,但高压产生;随着压实度的继续增大,低压及高压下均不产生压实黄土的湿陷性变形;（3）在最优含水率条件下,利用试验数据对百米高填方在不同压实度下的工后沉降量进行预测,可指导现场施工并检验施工质量;（4）压实黄土压实度越高,总变形量越小,遇水增湿变形量占总变形量的比例越大,压缩固结变形量占总变形量的比例越小。     

延安地区压实马兰黄土高压固结变形特性

针对典型的Y型狭长沟谷型地貌中的黄土高填方工程做了大量的室内一维高压固结试验。试验结果表明,Gunary模型可较好地表征侧限压缩情况下压实马兰黄土的垂直压应力与垂直压应变的关系,其适用性优于既有且常用的双曲线模型及幂函数形式;基于Guanary模型,利用割线模量法构建的压实马兰黄土地基变形修正公式,可修正考虑上覆荷载变化、含水率变化及压实度变化的地基变形量;割线模量Esoi与含水率的倒数1/w符合二次多项式的关系形式,目前普遍使用的割线模量Esoi与压实度K的线性关系形式不符合实际情况。研究成果对沟谷型黄土高填方工程填筑方案的设计与施工具有重大的参考价值。     

Yielding of Silt at High Temperature and Suction Magnitudes

This study presents an evaluation of yielding mechanisms for unsaturated, compacted silt using drained triaxial compression tests with control of elevated temperatures and high suction magnitudes. After anisotropic compression, some compacted silt specimens were heated by approximately 40 °C before a suction of approximately 300 MPa was applied, while others were heated after suction application. A frictional response was observed for the specimens sheared under high suction magnitudes, in the form of a consistent increase in peak shear strength with increasing net confining stress. An effective stress analysis was used to evaluate the trends in the peak shear stress and the role of stress history for the different specimens. A single peak failure envelope was observed when the shear strength data was interpreted in terms of the mean effective stress. Changes in preconsolidation stress were estimated by identifying the intersections between a thermo-elasto-plastic yield function and the experimental peak shear strength values. Soil specimens heated before application of high suction values had lower peak shear strengths than reference specimens at high suction and ambient temperature. This behaviour is consistent with thermal softening trends observed in soils heated under low suction values. However, soil specimens heated after suction application had greater peak shear strengths than the reference specimens. This indicates heating under high suction results in hardening. The impact of suction on the preconsolidation stress was found to be better represented by a power law model at high suction magnitudes than other available models. The estimated preconsolidation stress values were used to evaluate the impacts of stress history on the thermal volume change response, which matched well with data from tests on saturated specimens.     

玉米秸秆防腐及其粉土加筋效果研究

粉土因具有黏聚力低、水稳性差的特点,在工程中的使用受限;玉米秸秆具有较高的抗拉强度,是一种性能良好、环保的天然纤维,将经过防腐处理后的玉米秸秆作为加筋材料纤维掺加到粉土中,是否会起到良好的加固效果,本文将就此展开研究。首先对玉米秸秆皮进行抗拉强度测试,选取抗拉强度较高的无茎节点秸秆皮作为试样;将该试样用卡松、双乙酸钠、聚乙烯醇3种防腐溶液进行浸泡,并对浸泡处理后的试样进行抗拉强度测试,结果表明浸泡过3种防腐剂的秸秆在浸泡水后抗拉强度均比天然秸秆有不同程度的提升,其中聚乙烯醇的防腐效果最好,浸泡12周后抗拉强度比天然秸秆高出约60%;对用聚乙烯醇浸泡后的试样进行显微镜拍照和称重测试,显示秸秆在浸泡3天后对聚乙烯醇的吸收达到饱和。将用聚乙烯醇防腐处理后的玉米秸秆纤维掺加到粉土中,制样进行三轴试验,发现玉米秸秆加筋对粉土强度的提高主要体现在黏聚力上,其增幅为素土试样的100%,改善了土体的水稳定性;其应力-应变曲线更倾向于应变-硬化,有别于素土的应变软化,破坏形态较为完整,有别于素土的斜截面破坏,这说明粉土加入玉米秸秆纤维后抵抗外界荷载的能力增强。     

Desiccation Induced Shrinkage of Compacted Lateritic Soil Treated with Blast Furnace Slag

A reddish brown lateritic soil treated with up to 15% blast furnace slag was compacted with three compactive efforts, (standard Proctor, West African Standard and modified Proctor) with moulding water contents ranging between 10 and 20% of weight of dry mixture. Compacted samples were extruded and allowed to dry in the laboratory for 30 days with measurements taken every 5 days to monitor volumetric changes due to drying. Four specimens compacted on the wet side of optimum using standard proctor effort; at the various slag treatments after 10 days of drying were subjected to four cycles of drying and three cycles of wetting. The results obtained showed that the changes in mass and volumetric shrinkage were rapid within the first 5 days of drying. These changes were proportional to the moulding water contents and were unaffected by the compactive effort. The volumetric shrinkage strain increased with increasing moulding water content and compactive efforts. As the water content relative to the optimum increased towards the wet side, the volumetric shrinkage strain increased and it decreased towards the dry side. For all compaction energies, the initial degree of saturation increased and regardless of the slag content, the volumetric shrinkage strain increased. As the slag content increased, the initial degree of saturation at which the permissible 4% volumetric shrinkage occurred increased. Slag content had marginal effects on the volumetric shrinkage strain as no clear trend was established. For each slag treatment the volumetric shrinkage strain did not vary significantly with increasing number of drying cycles.     

基于动变形控制法的路基临界高度与湿度关系研究

从力学角度出发,以路基在长期交通荷载作用下不至于变形过大为主要目的,利用动变形控制法,针对路基高度与湿度的相互关系进行了研究。首先,通过室内试验获得了路基土体回弹模量与湿度及压实度的定量关系式;同时基于层状公路结构动力响应解及路基、路面协调变形原理,获得了路基顶面动变形控制标准。结合试验结果和路基顶面动变形控制标准,建立了路基湿度、压实度与路基高度之间的联系。最后,以两种典型沥青混凝土公路结构为例,编制程序进行了数值计算,分析了满足动变形条件下的路基临界高度随路基湿度、压实度的变化规律。结果表明：路基临界高度随着路基湿度的增加而增大。路基湿度低于最优含水率时,路基临界高度随路基湿度和压实度的变化均较小;路基湿度高于最优含水率时,路基临界高度迅速增大,且压实度对临界高度的影响也变得十分显著。研究结果为路基高度和湿度的合理取值提供了新的思路。     

路基煤矸石填料土-水特征曲线试验研究

煤矸石作为煤层开采和洗选过程中产生的废弃料,常用于路基填筑。压实的路基煤矸石填料存在双孔隙群结构,其土-水特征曲线（SWCC）具有双台阶现象。而SWCC与土体非饱和渗透系数密切相关,对路基内部水分运移以及路基长期累积变形有重要影响。为了探究压实度、粉粒含量、最大颗粒粒径对双台阶SWCC的影响,对路基煤矸石填料进行了一系列压力板试验,并采用描述双台阶SWCC的Bi-V-G公式拟合实测SWCC,分析了模型参数变化规律。试验结果表明,粉粒含量为5%时,不同压实度试样SWCC均存在双台阶现象;粉粒含量为50%时,随着压实度增大,试样SWCC由双台阶形过渡为单台阶形,在0.90和0.95压实度之间存在一个界限值,双台阶现象消失;增大压实度、提高粉粒含量或减小最大颗粒粒径,均会使SWCC台阶高差减小。随着压实度增大或粉粒含量提高,模型参数 、 （与进气值有关的参数）和 、 （与排水程度有关的参数）值均逐渐减小,试样大、小孔隙部分均进气值增大,持水能力提高。     

击实黄土孔隙结构对土水特征的影响分析

土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率（小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%）下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。     

Cyclic Swell–Shrink Behaviour of a Compacted Expansive Soil

Laboratory cyclic swell–shrink tests were carried out on compacted expansive soil specimens to study in detail the effect of changes in shrinkage pattern on the swell–shrink behaviour of compacted expansive soils. Compacted soil specimens were allowed to swell and either shrank fully or partially shrank to several predetermined heights in each cycle. The tests were carried out at a surcharge pressure of 50 kPa. The test results revealed that shrinkage of compacted saturated soil specimens to predetermined height in each shrinkage cycle provides similar conditions as that of the controlled suction tests with an increasing number of swell–shrink cycles. The water content of soil specimens and hence soil suction was found to remain nearly constant for each pattern of shrinkage. For soil specimens equilibrated to a given swell–shrink pattern, suction at the end of shrinkage cycles was changed from a higher suction to a lower suction, and also from a lower to a higher suction. The experimental results showed that there may be an immediate equilibrium state attained by the soil in terms of swell–shrink potential if suction at the shrinkage cycles was less than the past suction; otherwise, the equilibrium state was accompanied by fatigue of swelling. The volumetric deformation of the soil specimen subjected greater shrinkage was found to be much larger than the corresponding vertical deformation. The compressibility index of microstructure, κ_m, was determined for several shrinkage patterns. It is shown that κ_m is heavily influenced by suction at the end of shrinkage cycles.