淮南刘庄煤矿地基人工冻融土工程性质与中微观结构之间关系研究

以淮南刘庄煤矿主井地基的人工冻融土为研究对象,以偏光显微镜,扫描电镜（SEM）为主要研究手段,研究分析了人工冻融土与原状土的中微观结构、冻融前后的中微观结构的变化规律及内在原因。此外,还研究分析了人工冻融土冻融前后的中微观结构及其变化与人工冻融土的物理、力学、工程性质之间的关系。研究显示中微观结构对人工冻融土的物理、力学、工程性质有很大的影响,冻融前后中微观结构的变化受到土的种类、埋深、原状土的中微观结构等因素的影响,且冻融前后的中微观结构的变化在一定程度上主导了冻融前后的物理、力学、工程性质的改变。     

淮南刘庄煤矿地基人工冻融土工程性质与中微观结构之间关系研究

本文以淮南刘庄煤矿主井地基的人工冻融土为研究对象,以偏光显微镜,扫描电镜(SEM)为主要研究手段,研究分析了人工冻融土与原状土的中微观结构、冻融前后的中微观结构的变化规律及内在原因。此外,还研究分析了人工冻融土冻融前后的中微观结构及其变化与人工冻融土的物理、力学、工程性质之间的关系。研究显示中微观结构对人工冻融土的物理、力学、工程性质有很大的影响,冻融前后中微观结构的变化受到土的种类、埋深、原状土的中微观结构等因素的影响,且冻融前后的中微观结构的变化在一定程度上主导了冻融前后的物理、力学、工程性质的改变。     

冻融作用对青藏粘土工程性质的影响

以青藏粘土的重塑饱和土样为研究对象,使土样在封闭系统下经历一个冻融循环,通过试验考察土的工程性质在冻融作用下的变化规律.试验表明: 冻融循环对不同初始密度的土具有双重作用,使低密度的土变得密实,而高密度的土密度降低.密度变化的同时,其力学性质也发生相应的变化.试验分析了在相同冻结条件下,随着初始密度变化冻融后力学参数的变化规律.     

冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响

为研究季节冻土地区冻融作用对道路边坡土体抗剪性能的影响规律,在不同冻结和融化温度、不同冻融循环次数、开放和封闭体系条件下对冻融饱和原状粉黏土试样进行了不固结、不排水剪切试验。试验结果表明:饱和原状粉质黏土冻融后,黏聚力降低,内摩擦角增大,冻结温度越低,冻融作用对黏聚力和内摩擦角的影响越小,随着冻融循环次数的增加,5～7次冻结循环后二者的变化逐渐趋于稳定。水分补给会强化冻融作用对试验土抗剪性能的影响;融化温度对试验土的抗剪性能影响很小。     

冻融作用对土结构性的影响及其导致的强度变化

冻融作用通过改变土的结构性从而改变土的力学性质.以青藏粉质黏土为研究对象,对一定干密度的饱和重塑试样分别进行封闭和开放状态下的冻融试验.通过土样电阻率的改变来反映冻融作用对土中孔隙的影响;对冻融前后的试样分别进行CT扫描,定量分析土样的损伤程度,来反映土颗粒联结的改变.对冻融前后的土样进行不固结、不排水三轴剪切试验,得到其强度参数,并将冻融作用引起的结构变化与强度参数的变化建立联系.研究表明:对试验中采用的土样,经过冻融作用后电阻率增大,反映到强度参数上,冻融作用导致土的内摩擦角增大;CT扫描定量分析发现,经过冻融之后,密度增大,CT损伤量为负值,反映到强度参数上,冻融后黏聚力增加.因此,强度参数的变化与土颗粒的胶结和重排列,粒径重分配以及孔隙大小比例的变化有关.     

有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究北大核心CSCD

深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义。本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律。研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8%,割线模量E_()最大下降了72.0%。通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱。     

渠基土在冻融循环作用下的变形和应力变化特征

受季节性气候变化和昼夜交替的影响,处于寒区的地表浅层土体不可避免地会发生冻融循环作用。冻结过程引起土体的膨胀变形,融化过程引起土体的压缩沉降变形。同时冻融交替变化会诱发渠基土的结构与物理力学性质发生显著改变,从而危害工程设施的服役性。土体所处的应力环境是影响冻融过程中土体变形发展的关键因素。为了研究不同上覆荷载条件下冻融循环过程对寒区渠基土变形与冻胀应力发展特性的影响,开展了一系列冻融循环试验。结果表明：在上覆荷载为10 kPa时,冻融循环会使土体产生膨胀变形;当上覆荷载为50 kPa或100 kPa时,冻融循环会使土体产生非常明显的固结沉降,且上覆荷载越大,沉降量也会越大。随着冻融循环次数的增加,土体在其所处的应力环境下逐渐形成相对稳定的固结结构,单次冻融过程中产生的冻胀量与融化固结量趋于相等,即冻融稳定系数趋于1。在不同上覆荷载条件下固结稳定后,保持试样两端约束的位移不变,发现土体冻融过程中产生的最大竖向冻胀应力随冻融循环次数的增加不断衰减,且冻胀应力的发展与孔隙水压力的变化具有一致性。因此,通过对恒定上覆荷载条件下冻融过程中正冻与正融界面附近孔隙水压力分布的研究,可揭示冻融过程中土体变形发展的内应力机理。     

冻融循环对土体强度变形参数的影响

在寒区工程建设中,冻融循环会引起土强度和变形特性发生改变。为了研究多次冻融循环后土的强度和变形参数的变化量,本文以冻融和非冻融的粉质粘土饱和试样为研究对象,通过固结排水三轴剪切试验、三轴等向压缩试验和弹性模量试验,比较了冻融循环对土样强度参数和变形参数的影响。试验结果显示：冻融和非冻融试样的应力—应变关系曲线均呈应变硬化型,对于原状试样冻融作用破坏了其结构性;冻融作用导致土体强度的降低,主要体现在粘聚力的降低,约降低了55.6%;冻融循环对变形参数有明显的影响,其中最明显的是弹性模量的降低,降低了31.2%。该研究结论可为工程冻害处理提供参考,也可为相关研究的数值计算提供试验参数。     

对欠固结土的超固结比的探讨

欠固结土是在自重作用下尚未固结完成的土,欠固结土的超固结比（overconsolidation ratio,简称OCR）取值在现有文献中可见两种不同的表述,分别是等于1和小于1,这容易导致概念混淆和超固结比取值误用等问题。对国内外使用较为广泛的土力学教材中超固结比相关内容进行了整理,发现超固结比有两种不同的定义表达式,这两种表达式中分母的不同是导致欠固结土超固结比取值差异的根源。采用知识图谱法,对超固结比和欠固结土的概念内涵、历史源头和研究应用等进行了综合分析,结果表明：研究欠固结土相关问题时,采用固结度或固结状态参数作为分析变量可完全替代超固结比的作用;将超固结比定义为前期固结应力与现有有效应力的比值（即OCR = p_c /p′₀,p_c为前期有效固结压力,p′₀为竖直有效应力）,契合应力历史对土体工程特性影响的内在机制,也符合概念的历史渊源。     

土层回弹变形特性及回弹潜力试验研究

对土层的回弹变形效应进行研究有助于科学实施地下水回灌、管理地下水资源及预测地面沉降。文章通过大量室内 压缩回弹试验，研究了土层回弹影响因素及回弹变形特性。试验结果表明：土层的最终回弹量受土样性质、最大固结压 力、固结时间以及卸荷比等因素影响；相同固结回弹条件下，土层黏粒含量越高，回弹量越大；对于同一种土，固结时间 越短，卸荷压力越大，回弹量越大；当卸荷比小于0.5时，固结压力对土层回弹量影响不明显，随着卸荷比的增大，同一种 土样所受固结压力越大，土样回弹率也越大，而当卸荷比大于0.9时，回弹率迅速增大。当土层类型及固结压力确定时，土 层最大回弹率和固结压力大致呈线性关系，可用于土层最大回弹率的预测。     

冻融作用对兰州黄土力学性质的影响

以兰州黄土为研究对象,让土样在封闭系统下经历一个冻融循环,再考察土的强度参数（c,φ）和前期固结压力（Pc）在冻融作用下的变化规律。试验表明,冻融循环对不同干容重的土具有强化和弱化的双重作用,并由此导致其力学性质发生相应的变化。相同冻结温度梯度下,随着土样干容重的增大,冻融后Pc和c具有首先增大然后减小的规律,并存在一个临界干容重,在这个干容重下,土样经过冻融后Pc和c不发生变化;干容重较小时,冻融后φ变化不大,随着干容重的逐渐增大,φ有少许增大。同一干容重下,随着冻结温度梯度的增大,冻融后Pc变化量减小,c的变化量增大,而φ的变化不大（呈逐渐增大趋势）。冻结温度梯度对力学性质的影响,主要是孔隙水的不同冻结方式造成的。     

冻融循环作用下土体结构演化规律及其工程性质改变机理

寒区工程被破坏的最主要原因之一就是冻融循环作用,冻融循环过程可导致土的工程性质发生较大的变化,进而导致寒区工程设施产生变形,甚至失稳。对冻融循环作用下土的结构、基本物理性质以及力学性质进行了分析和总结。研究发现：冻融循环作用后土颗粒之间的原有结构被破坏,从而形成新的结构,土中团粒会发生分裂和团聚作用,团粒粒径向均一性趋势发展,并且在不同的内部及外部条件下,土会产生不同的构造;冻融循环后,土的渗透性增大,塑性指数减小。松散土和密实土的密度以及孔隙比具有不同的变化趋势,并且可使无湿陷性的黄土状土中大孔隙增加并产生湿陷性。土的力学性质变化趋势不一,一方面这与土的构造变化直接相关,另一方面冻融循环试验方法的不同也是引起研究结果差异性较大的重要原因。因此,需要建立冻融循环作用下土工程性质变异性的判定方法、评价及预测体系,而这些也可能成为未来研究工作的方向。     

冻土的力学性质及研究现状

中国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性。本文首先,简要介绍了我国冻土的分布状况和冻土区别于融土的基本特性,广义的冻土力学可分为冻融作用和已冻土力学性质两方面,冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。对于冻胀的研究较为深入,人们先后提出了多个理论来解释冻胀产生的机制,有的应用于计算分析中。对融沉的研究尽管具有较长的历史,但是多数停留在经验方法上,融化固结理论目前还有较大的局限性,因此提出一方面可以用人工神经网络法提高经验方法的精度和适用范围,另一方面应当发展融化固结大变形理论;冻融循环可以改变土的力学性质,介绍了作者的最近研究进展。针对已冻土的力学特性,从3方面进行了分析。冻土的强度主要沿用融土的强度理论,很难反映高应力下的压融现象;冻土动力学特性主要针对温度对动力学参数的影响,近年来冻土层对场地动力响应的影响越来越受到重视;冻土的本构关系多集中在蠕变研究,以经验公式法为主。最后,分析了多年冻土地区工程变形所涉及的物理力学过程。     

基于冻融次数-物理时间比拟理论的冻土长期强度预测方法

冻融作用可以改变土的结构,引起其力学特征的变化,从而影响到冻土工程的稳定性。由于冻融周期的设定不尽相同,因此大量的试验结果不能有效地进行对比分析。另外,对于冻融作用下土体力学特征的预测也成为研究的难点。在冻土遗传蠕变理论的基础上,利用球型模板压入仪作为测试方法,提出了一种冻融次数-物理时间比拟的方法。把冻融周期(次数)转化成物理时间(min),将不同冻融周期土的长期强度曲线簇映射到同一坐标中,利用该归一化曲线进行长期抗剪强度的预测,并选取了两种土样进行了测试,分别得到了相关的长期抗剪强度的预测方程。该方法对冻融作用下土体力学行为的成果对比研究以及长期强度的预测有重要的理论意义,对寒区工程稳定性预测分析也具有工程实践价值。     

冻融循环下膨胀土物理力学特性研究

处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为“冻缩融胀”,含水率高的膨胀土体积变化规律表现为“冻胀融缩”;冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。     

冻融循环作用下宽级配砾质土的渗透特性

针对西北地区特殊的气候条件和砾质土料源丰富的实际情况,提出采用宽级配砾质土代替黏土作为土工合成材料膨润土垫(GCls)的保护层共同构成垃圾填埋场复合防渗系统的构想。文中选取宁夏银川地区冲-洪积作用形成的天然砾质土料,经人工掺和制配成满足规范对GCls防渗垫保护层渗透系数要求的宽级配砾质土样,在实验室对该土样进行了冻融循环作用下的渗透性能试验研究。结果显示,随着冻融次数的逐渐增加,土样的冻胀率逐渐变大,渗透系数也相应增大,经过12次冻融循环后,渗透系数约增大1～2个数量级;冻融循环初期,冻融作用对土样的影响最为剧烈,随着冻融循环次数的增加以及时间的延续,土样性状逐渐趋于稳定。由于宽级配砾质土对冻融循环作用的敏感性小于粉质黏性土,故采用宽级配砾质土作为Cls/GM的保护层共同组成填埋场复合防渗系统是值得期待的。     

结合水对海积软土流变性质的影响

海积软土的变形和强度性质与时间有明显的相关性，其原因之一是其中含量较多的结合水。土在一定压力下先排出自由水，然后是结合水，结合水膜厚度发生改变。压力改变结合水膜厚度，引起粘滞系数改变。通过剪切增变试验得到了粘滞系数与压力呈线性关系。研究粘滞系数与压力之间关系对修正或建立较为符合实际的本构模型有一定意义。     

冻融循环对不同塑性指数路基土弹性模量的影响研究

在季节性冻土区,不同状态（塑性指数,围压等）路基土在通车运营期间经历冻融循环后,其物理力学性质会发生变化,但目前针对冻融循环对其的影响研究还不够广泛和深入,不能给季冻区路基设计提供准确的数据支持,故路基设计时并未将这种变化考虑其中,只取设计前期所采土样的试验值。取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,在室内采用最佳含水率制备成最大压实度试样,在封闭条件下经历0～7次完整冻融循环过程后,进行不同围压下的三轴压缩试验,在偏应力-应变曲线中通过直线段应力-应变关系得到弹性模量数据,结果表明,同种土相同冻融循环次数下,弹性模量随围压增加而增加;相同围压下弹性模量随冻融循环次数基本呈下降趋势。采用指数函数对所有弹性模量数据进行多元非线性拟合,建立不同塑性路基土弹性模量与围压及冻融循环次数的关系,拟合效果理想,可为缺乏相关资料的季冻区路基设计提供参考。     

膨胀土路堤的化学改性试验研究

膨胀土是一种具有特殊工程性质的土,它对土木工程有着巨大的影响和危害。本文针对公路膨胀土路堤填料改良提出的PAS化学改性剂包边处理新方法,对其改性原理及其特殊的施工工艺做了详细介绍,并通过多项试验研究了改良前后膨胀土胀缩性、强度特性等方面的变化。研究表明,PAS生态改性处理膨胀土是一种有效的方法,经处理后的膨胀土胀缩性显著降低,强度和水稳定性得到大幅提高。且PAS不会改变原土壤植被育培能力,改性边坡可以结合植物固坡的方法进行生态防护。PAS改性处理与远距离运土路基填料置换相比,具有很大经济优势,特别是在高塑性膨胀土大量分布的地区,PAS改性剂处理膨胀土路基具有很好的推广价值。