湛江组结构性黏土物理力学特性对其触变性的影响

广泛分布于北部湾沿岸地区的湛江组结构性黏土具有强烈的触变性,产生的工程问题比较突出。为了研究湛江组结构性黏土的物理力学特性对其触变性的影响,对湛江组结构性黏土触变性进行了一系列的宏观试验研究,通过改变含水率、孔隙比及灵敏度得到重塑土在不同静置龄期的触变强度比率,建立3种物理力学特性分别作为变量下重塑土的触变强度比率与静置龄期的关系,分析湛江组结构性黏土含水率、孔隙比及灵敏度对其触变性强弱的影响。结果表明:(1)湛江组结构性黏土扰动后,随着静置龄期的增加,含水率对湛江组结构性黏土触变强度影响较大,且含水率越大,湛江组结构性黏土触变强度增长的幅度越大;触变强度比率增长的速率表现为前期增长快,后期增长慢。(2)湛江组结构性黏土扰动后,在前期,孔隙比的变化对湛江组结构性黏土触变强度影响不显著,在后期,随着孔隙比增大,湛江组结构性黏土触变强度增长的速率与幅度显著减小。(3)湛江组结构性黏土强度恢复情况与灵敏度有关,湛江组结构性黏土扰动后,随着静置龄期的增加,不同灵敏度重塑土黏聚力、内摩擦角、触变强度比率均增大,扰动后,在静置前期,其黏聚力、内摩擦角、触变强度比率均增长快,扰动后,其黏聚力、内摩擦角、触变强度比率增长慢。     

利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法评价近海黏土孔隙特征

近海地区黏土的微观结构单元--黏土畴中含有大量的粒内孔隙,其孔径小至纳米级,这部分孔隙对黏土的物理指标、水稳性、膨胀性、收缩性等具有重要影响,一般方法很难准确地描述其孔隙特征。试验利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法对湛江黏土的微观孔隙特征及其孔隙发育的控制因素分析,建立微观结构与物理指标、力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明,湛江黏土具有不良物理性质和良好力学特性指标的异常组合,是一种高灵敏性的强胶结结构性黏性土,其机制主要是：湛江黏土的微观结构为带有胶质联结特性的、定向性无序的开放式絮凝结构,孔隙结构为具有较高的强度和空间稳定性的边－面－角联结的空间网架系统。由于特殊的孔隙网架结构以及“墨水瓶”型孔隙的存在,导致退汞过程出现滞留现象及产生吸附回线。研究表明,联合扫描电镜、压汞法、氮气吸附法能够准确、完整地对近海地区黏土孔隙体系特征进行定性与定量的评价。     

衡水湖地区湿地湖泊相黏土工程地质特性研究

为了揭示湿地湖泊相黏土的工程地质特性,以衡水湖地区的湿地湖泊相黏土为研究对象,分别对湿地湖泊相黏土的沉积环境、沉积历史、分布特征及地层结构进行讨论,并将由室内和现场试验得到的物理力学指标、颗粒分布、矿物组成和微观结构特征等结果同其他地区的软土进行对比分析。结果表明:湿地湖泊相黏土的物理指标接近或达到软土标准,但力学指标好于软土。由于湿地湖泊相黏土具有明显的结构性,当应力水平超过土的结构屈服应力后,土体的强度和变形会发生突变。湿地湖泊相黏土的胶粒含量达到39%,明显高于其他软土,同时磁铁矿含量较高,易形成氧化铁胶结物,增强土体的胶结特性,形成更为稳定的结构骨架。研究可知湿地湖泊相黏土物理指标与力学指标不匹配的问题,主要是由于其特殊的矿物组成和结构形式导致的。土颗粒形态、颗粒接触方式与微观结构形式的不同,是湿地湖泊相黏土与其他软土工程性质差异的主要原因。     

剪应变率对湛江强结构性黏土力学性状的影响

以湛江强结构性黏土为对象,系统地开展了剪应变率对其力学性状影响的三轴试验研究,发现强结构性黏土具有独特的剪切速率力学效应,其CU剪切强度随剪应变率的增大而呈现先减小后增大的特征,存在临界速率现象;在低围压条件下,剪应变率对孔隙水压力的影响很小,随着围压的增大,其影响逐渐明显;随剪切速率增大,其黏聚力与内摩擦角整体上分别呈现减小与增大的变化规律,而当剪切速率增大到一定程度均出现转折点,但后者滞后于前者。引起上述现象的原因在于黏土的结构性破损性状与其结构性强弱相关联,为深入认识结构性黏土的工程特性提供了帮助。     

湛江组灰色黏土空间展布规律研究

分布于湛江地区的湛江组灰色黏土因其特有的强结构性在实际工程中产生一系列岩土工程问题,20世纪80年代已为国内众学者所关注。由于湛江组地层在雷州半岛区域内,具有不同沉积环境而表现出不同空间展布规律,实际工程中难以掌握其分布特性。根据现场地质调查资料,结合雷州半岛的地形地貌、地质构造以及湛江组地层的沉积环境,在雷州半岛布置27个钻孔进行地质钻探取样。不同区域典型地层剖面图说明,灰色黏土在不同的沉积环境有着不同沉积韵律、埋藏深度、地层厚度等,分布具有区域性,根据层顶埋深及地层厚度分析灰色黏土的结构性对实际工程的影响。同时,根据钻孔地层数据,利用基础 GIS软件平台MAPGIS构建湛江组结构性黏土空间展布规律三维地质模型,全面展示出灰色黏土在雷州半岛的整个展布规律,实现灰色黏土空间展布的可视化,最后简单地介绍该模型的基本应用。     

湛江强结构性黏土强度特性的应力路径效应

为探讨湛江强结构性原状土与相应重塑土在不同应力路径下的强度特性及其与结构性的关联性,开展了在不同固结条件下的主动压缩、被动压缩、主动伸长3种应力路径试验,分析了该强结构性黏土在不同应力条件下的力学性状与强度特性。结果表明,湛江黏土的剪切破坏形态主要是单一型、双交叉剪切带与“腰鼓”型3类,应力-应变特性主要为轻度应变软化、强烈应变软化、轻度应变硬化、强烈应变硬化4类;偏压固结下试样破坏应变小于等压固结相应值,破坏强度及初始弹性模量比后者大;不同应力路径下土的强度差异主要反映在结构屈服前有效黏聚力的不同,结构屈服前,原状土的黏聚力高于重塑土的黏聚力,内摩擦角小于后者;结构屈服后,黏聚力逐渐减小,内摩擦角略有增大。原状土到重塑土的转变过程是黏聚力与内摩擦力在土体内部相互消长的过程,强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性。     

杭州湾新区深部高液限黏土工程特性研究

宁波杭州湾新区地处长江入海口南侧,地质环境和水动力条件复杂,沉积环境多变。该区地表以下40~60 m范围内普遍分布有高液限黏土层,该层土常处于建筑工程深基础持力层范围内,研究该层土的工程地质特性对杭州湾新区的开发建设具有重要的社会经济价值。从常规土工参数汇总、数理统计分析、结构性、损伤模型参数、三轴CU试验等方面研究杭州湾新区深部高液限黏土的工程特性,结果表明:(1)杭州湾高液限黏土物理性质表现为天然含水率高、孔隙比大、液限高等特征,但力学性质接近于宁波地区冲湖积的第二层硬土层;(2)通过数值计算软件检验,各物理力学参数基本呈良好的正态分布,可将物理指标参数视为常量,力学指标作为变量,同时需要考虑时空变异性和区域性;(3)根据试验结果定量计算,杭州湾高液限黏土为欠固结土、高灵敏度较强结构性黏土,且原状土多呈现应力软化特征,而重塑土呈现应力硬化特征。     

湛江组结构性黏土区域微观结构特性研究

形成于早更新世的湛江组地层广泛分布于雷州半岛地区,其最为典型的灰色黏土因具有强结构性,在实际工程中出现了一系列岩土工程问题,为众多学者所关注。根据地层学研究结果,雷州半岛各区域的湛江组灰色黏土具有不同沉积环境。由于地质成因的差异,灰色黏土在不同区域表现出不同的工程特性。工程实际中,灰色黏土工程特性的区域性,使得工程界及研究者对于该土层的工程力学效益更是难以掌握。利用X射线衍射试验及电镜扫描试验,研究了不同区域灰色黏土的矿物成分及含量、微结构等微观结构特性。结果表明：不同沉积环境灰色黏土矿物成分及含量存在区域性差异,各矿物成分按照不同比例组合,形成的土体微结构区域特性明显。灰色黏土具有强结构性微观机制的揭示及区域差异性的分析,有利于对该层黏土的全面认知和利用。     

循环荷载下非饱和结构性黏土的弹塑性双面模型

非饱和黏土的结构性能够显著影响其力学特性。基于非饱和土经典模型BBM（Barcelona basic model）和一种可描述循环塑性的硬化法则,引入体积破损率的作为标准土体结构破损的参数,建立了一个描述常吸力下非饱和结构性黏土静态及动态力学特性的弹塑性双面模型。模型在应力空间中包含与重塑非饱和土屈服面几何相似的结构性边界面和加载面,采用径向映射法则和可移动的记忆中心原理,通过结构性边界面和加载面在应力空间中的演化来反映循环加载过程中非饱和结构性黏土的循环塑性特征和结构损伤过程。通过与相关非饱和黏土控制吸力试验数据的比较,表明该模型能够较好地反映静态加载下非饱和结构性黏土的力学特性,而模型预测的循环荷载下的应力?应变特征也具有一定的合理性。     

静偏应力下湛江结构性黏土的动力特性

针对天然强结构性湛江黏土,通过开展不同静偏应力影响下的不排水循环加载三轴试验,对循环荷载作用下的动变形、动强度和动孔隙水压力特性以及与土结构性间的内在联系进行系统性的试验研究。结果表明,结构性黏土在循环荷载作用下的突然破坏,具有脆性破坏特征,静偏应力越大,土体破坏应变越小。湛江黏土的临界动应力随静偏应力呈先增大、后减小的变化规律,在静偏应力较小时存在峰值。分析认为,静偏应力对结构性黏土动力特性的影响存在分界值,小于该值时静偏应力对土体的压密作用提高了土体的临界动应力和动强度,抑制了土的变形发展;当静偏应力继续增大,则土体结构损伤,动荷载下的临界动应力和动强度均呈下降趋势。结构性土的动孔隙水压力低于一般黏土,静偏应力的存在导致孔压在土体破坏后出现负增长,初始剪应力使结构性土体产生剪胀势。     

湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨

湛江市地处海滨地带,滨海沉积的粘性土较发育。粘性土是该地区工程建设地基的主要基础持力层。对粘性土物理指标变化与压缩模量的相关性探讨,找出土的物理性质与土的力学强度的关系,从各种关系中总结出各因数的相关性,对工程建设持力层的选择有着重要的实际应用意义。     

针对黏性土胶质联结特征的SEM-EDS试验研究

采用 “整区→微区→胶结点”的逐步分区测试方法,对湛江原状黏土与重塑土开展SEM-EDS试验研究,观察土体微观结构的胶质联结特征,确定胶结物质的元素组分及其空间分布状态,建立微观结构-化学物质-宏观力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明,土的基本性质很大程度上取决于微观层面的颗粒联结特征。湛江黏土的结构单元实际上是以许多黏土矿物薄片堆叠而成的黏土畴,开放式的絮凝结构加上以游离氧化铁为主要成分的胶质联结特征是导致湛江黏土具有高灵敏性、强结构性的根本原因。当应力水平超过土体的结构屈服应力后,力学性能迅速劣化,结构单元体逐步转为联结强度弱,分散性强的凝聚体或叠聚体。研究还表明,土的颗粒联结强度、结构形态特征及其对结构强度的贡献是导致原状土与重塑土性质差异的本质,天然状态下的湛江黏土土性受控于微观结构特征,而重塑土土性受控于黏土矿物颗粒本性。     

我国红黏土物理力学性能研究现状及展望

采用文献综述研究方法,梳理了红黏土研究成果并进行了评述,对红黏土的物理力学性质进行了归纳和总结,对红黏土的性能改良研究成果进行了汇总,指出红黏土的物理力学性能的差异性根源在于微观结构的个性差异存在,红黏土性能改良的困难在于红黏土的水敏性和热敏性,红黏土性能改良的关键在于控制其含水率。最后指出了研究不足在于普适性理论和知识体系没有构建,改良方法和技术探究应该加强,展望了红黏土性能改良的物理—化学—生物耦合作用的机理及复合技术开发和应用的研究。     

云南大理洱海东缘早全新世软粘土的工程特性研究

云南大理洱海周缘分布着厚层的早全新世软粘土, 大量原状样品的工程性质测试结果表明, 洱海东缘早全新世软粘土具有高含水量、孔隙比高、压缩性强、强度低、高塑性等工程特性, 其中表层软土超固结现象明显。通过对软土的物理力学指标统计分析表明, 洱海东缘软粘土的力学指标的变异系数较大, 而物理性质指标变异系数很小; 多个物理指标之间及物理指标与力学指标之间存在明显的相关性。对洱海东缘软粘土各类工程特性指标之间相互关系的认识, 不仅有助于揭示软粘土的工程性质及其形成机理, 而且可以指导软粘土工程问题处理措施的合理选择。      

湛江地区结构性软土的赋存规律及其工程特性

立足于土体演化的地质背景,以湛江地区第四系下更新统湛江组强结构性软土地层为依托,开展了宏观与微观土工试验研究,探求该区软土赋存规律与其强结构性的内在联系。研究表明,湛江软土是以陆相沉积为主的河控三角洲相(即海陆交互相)沉积层,由于受该区构造运动的强烈影响,该土集多种地质营力的复杂耦合作用而呈现出特殊的沉积特征;胶结作用是该土具有较高的结构强度的根本原因,其强结构性形成机理与当地广泛发育的红土极为相似。