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。     

压实黄土变形特性

黄土路基填料的变形特性直接关系到路基沉降和路基边坡坡度的选取,是黄土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。基于一维室内固结试验,分析了压实黄土变形特性。引入压缩变形系数,分析了压实黄土的物理指标（含水量、压实度）与变形指标（压缩变形系数、压缩系数）的关系,采用应变法来表达压缩变形曲线结果;引入非线性应力、应变关系的割线模量,研究了压实黄土的加荷本构模型和增（减）湿本构模型。结果表明：压实黄土的物理指标对其变形特性影响较大,压实黄土的应力-应变关系可以用幂函数 的形式来表达,提出了压实黄土的加荷本构模型和增（减）湿本构模型,该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路基沉降特性提供了有力依据。     

黄土非饱和湿陷变形的计算模型

针对黄土含水量增加可发生变形的特点,提出一种考虑黄土非饱和湿陷变形的计算模型。该模型将基质吸力作为湿陷的原因,以非饱和渗透和非饱和变形理论为基础,并考虑了水分在土层内的分布对湿陷变形的影响。以甘肃黑方台灌区自重湿陷性黄土为研究对象,进行了不同含水率的侧限压缩试验和土水特征曲线的测试,建立非饱和渗透模型,利用上述计算模型得到了不同时间的场地湿陷变形总量和年变形量。其总湿陷量同实际结果基本一致,且2007~2011年湿陷量和累积湿陷量同文献中采用INSAR技术得到的结果相近。通过和规范建议的湿陷系数法计算结果对比表明,考虑黄土的非饱和湿陷变形会得到较为符合实际的结果。     

雨滴溅蚀下压实黄土变形破坏规律研究

针对工程建设中存在的裸露黄土路堤边坡水土流失现象,为进一步研究降雨条件下雨滴击溅对路堤边坡的破坏作用,本文通过室内模拟单雨滴溅蚀试验,观测试件表面溅蚀坑深度随时间的变化情况,分析不同地表压实度和雨滴击溅速率两种因素作用下压实黄土的溅蚀破坏规律。在此基础上,研究了压实度、含水率对黄土耐溅蚀性的影响,分析了降雨强度与土体溅蚀破坏的关系。结果表明:当溅蚀坑内存在薄层积水时,短历时降雨易使土体发生表层破坏;反之,容易产生二次溅蚀,二次溅蚀易造成黄土路堤边坡的深层破坏。     

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。     

干湿循环条件下压实黄土变形特性试验研究

由于降雨及蒸发的周期性变化等原因,压实地基土经常处于干湿交替状态,这种干湿循环作用会影响路基及地基的长期稳定性。通过气压式固结仪测试压实黄土试样经过不同次数干湿循环作用后的侧限压缩应变与垂直压力( - )曲线,研究干湿循环作用对压实黄土变形特性的影响,同时利用已有模型对实测曲线进行拟合,并基于割线模量法分析了割线模量与初始压实度及干湿循环次数的关系。结果表明：初始压实度对黄土的压缩变形有显著影响,不同初始压实度的试样其各级压力下的侧限压缩应变均随着干湿循环次数的增大逐渐增加,之后趋于稳定;初始压实度越高,干湿循环作用影响效应越显著;干湿循环作用并不改变土体 - 曲线的形式;割线模量与干湿循环次数及初始压实度的关系均呈指数关系。     

主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响

实际工程中的地基或路基的土体往往处于复杂初始应力状态,在地震或其他动荷载的作用下会出现变形和沉降,而常规的室内土工试验无法真实再现这种固结应力条件下土的动力特性。通过对原有的DTC-199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后可进行土体在主应力轴发生旋转时的压实黄土动变形的试验研究。结果表明,在其他固结条件不变的情况下,初始主应力方向角α对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着α的增加,动剪切模量有减小的趋势,最大动剪应力也逐渐减小,但是α对最大动剪切模量的影响不太显著。初始主应力方向角α对压实黄土的阻尼比基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。     

湿陷性黄土变形的微结构突变模型研究

根据湿陷性黄土的湿陷特点,分析了其主要影响因素,包括外部因素：水、荷载与内部因素微结构及其力学性质。从湿陷性黄土的湿陷性影响出发,建立了湿陷性黄土结构失稳突变模型,并从模型基本假定、微结构模型应力特性和湿化于微结构失稳的突变关系3个方面进行了理论分析研究,在一定程度上揭示出湿陷性黄土变形机制和规律。通过微结构突变失稳理论发现：当应力状态满足孔隙微结构失稳判别式时,微结构元的变形状态将诱发微结构失稳崩塌。微结构的稳定性与结构刚度 和受力状态 密切相关。地下水不仅改变了颗粒的受力情况,更重要的是使颗粒间连接刚度降低,从而导致微结构失稳。     

考虑含水率影响的压实黄土路堤稳定性研究

压实黄土路堤是主要的路基型式之一,由降雨引起的压实黄土含水率增大导致的高填方路堤边坡失稳时有发生。通过对山－平（山阴至平鲁）高速公路黄土路堤填料进行室内击实试验和三轴压缩试验,分析了填土含水率对填土密度、干密度及填土抗剪强度的影响。结果表明,含水率对黄土填料密度和干密度的影响都较大;随着含水率的变化,填土黏聚力和内摩擦角呈现一增一减的变化规律。根据试验结果,采用FLAC3D建立现场试验段加筋路堤数值模型,基于强度折减法分析4种加筋工况下含水率对黄土填土路堤稳定性的影响表明,随着填土含水率的增大,路堤安全系数不断减小,路堤稳定性降低;路堤安全系数随土工格栅铺设层数的增加而增大,在路堤中铺设土工格栅能够提高路堤整体性,很好地防止路堤失稳。     

废轮胎颗粒与黄土混合物压实性能研究

选择废轮胎颗粒以0～50%的掺量与黄土混合,研究了混合土的压实特性,并采用专门设计的环刀击实设备,对环刀击实和标准击实进行了对比分析。试验结果表明,掺量小于20%时混合土的压实特性类似黄土,掺量大于40%时的压实特性类似无黏性土;不同掺量的混合土最大干密度与最优含水率存在幂函数关系,击实能对10%～30%掺量的混合物有效最大干密度影响较小;不同击实能下掺量与最优含水率存在函数关系;混合土存在最佳压实掺量,轻、重型击实能下分别为30%和40%左右。根据室内试验结果,给出了不同掺量混合土击实指标建议值供设计参考。     

压实黄土非饱和渗透系数试验研究

压实黄土非饱和渗透特性具有重要的工程意义。对不同干密度的压实黄土试样,采用非饱和导水率测定系统进行非饱和渗透系数量测,得到不同干密度压实黄土的渗透系数与吸力的关系。试验结果表明：渗透系数随吸力的增大而成非线性减小,随干密度的减小而增大;在低吸力时,干密度对渗透系数的影响较大;在较高吸力时,干密度对渗透系数的影响较小。进一步给出了压实黄土的渗透系数模型并进行回归分析,得到各Wind幂函数模型参数与干密度的关系,建立了基于干密度的压实黄土渗透系数的确定方法。     

黄土地质灾害影响因素研究

以延安市宝塔区地质灾害详细调查数据为基础,分析了影响黄土滑坡发育的因素,认为沟谷发育期、坡体地质结构、坡体形态等对滑坡的形成、分布、规模和类型具有明显的控制作用,地下水、植被对滑坡形成具有一定的影响,人类工程活动和降水的双重作用是滑坡最主要的诱发因素。     

压实黄土回弹模量试验研究

土基回弹模量是路面结构设计中一个非常重要的参数,直接关系到路面结构的安全性和经济性。室内振动压实是室内击实成型试件的一种新方法,能较好地模拟振动压实的特点。研究了压实黄土回弹模量与其干密度、含水率、稠度和压实度以及龄期等物理指标之间的关系,并分析了振动压实黄土的回弹模量与击实黄土的回弹摸量。研究结果表明,压实黄土的回弹模量与其干密度、含水率、稠度和压实度以及龄期之间有一定的相关关系。在推荐参数条件下,室内振动压实黄土回弹模量比室内击实的要大。     

压实膨润土膨胀变形的分形计算方法

分形计算方法能较准确地计算膨润土的膨胀变形,但系数K没有确切的计算方法,限制了该方法的广泛应用。基于双电层（DDL）理论和分形方法在双电层膨胀下都适用的理论事实,提出在双电层膨胀条件下采用DDL理论推导出分形方法中系数K的方法,并计算出商用膨润土的K值为9.15。对商用膨润土进行了N2吸附试验,利用等温吸附数据计算出该膨润土的表面分维为2.65,然后根据得出的系数K和表面分维采用分形方法计算了膨润土的最大膨胀率并与膨胀试验结果作对比。结果表明,分形方法的理论计算和试验结果基本一致,尤其是在施加压力较大而膨胀变形较小的情况下,分形计算方法计算结果比起双电层理论更符合试验数据。     

基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型

运用高压固结仪对压实黄土进行了长期蠕变试验,试验结果发现,压实黄土有很明显的蠕变变形,蠕变变形占总变形的6%～23%。试样含水率越高,压实度越小,蠕变占总变形的比例也越大,随着应力水平的提高,蠕变占总变形的比例减小。提出了适合描述压实黄土变形规律的非线性经验蠕变模型,结合分层总和法,对此模型进行了验证,并运用此模型,研究了不同含水率、不同压实度下黄土高填方工后沉降的变化规律,发现工后沉降与填料压实度和含水率之间符合对数关系。若以工后沉降速率v < 0.1 mm/d为工后沉降稳定标准,则高填方沉降在工后200～650 d稳定,且压实度越高,含水率越低,沉降稳定需要的时间越长。     

非饱和压实土率相关变形特征与时效模型

为研究高填方路堤压实土率相关变形特征,对不同压实度的非饱和压实土分别开展了不同加载速率以及不同围压条件下的CD三轴剪切试验,探讨了不同工况下压实土的剪切强度指标;借助GDS饱和土静态三轴仪的围压控制器来间接测定非饱和压实土体变的途径。试验结果表明：压实土强度及变形特征具有明显的时间相依性,加载速率越大,压实土的抗剪强度越高,超固结变形特性越强,抗剪强度指标黏聚力c值增幅较大、内摩擦角 值增幅较小;低围压下,压实土呈应变软化及剪胀变形,且压实度越高,应变软化及剪胀变形越显著,c值增加明显、 值增加缓慢。采用基于下负荷面的弹黏塑性本构模型对路基压实土的率相关变形特征进行表征,预测结果与试验数据吻合良好,表明该模型适用于高填方路堤长期沉降分析。     

非饱和压实黄土结构特性试验研究

对增（减）湿到相同含水率及相同干密度的不同结构性非饱和压实黄土进行土-水特征曲线试验和三轴剪切试验,研究制样含水率引起的结构变化对非饱和压实黄土基质吸力、应力-应变特征及结构性参数的影响。研究结果表明：制样含水率引起的结构性对非饱和压实黄土的土-水特征曲线有明显的影响,小于塑限时基质吸力随制样含水率的增大而增大,最优制样含水率时非饱和压实黄土具有均匀小孔隙的团粒凝聚结构使其吸力相对最大;应力-应变曲线在最优结构状态时位于坐标最上端,小于最优制样含水率时的结构弱化程度相对较低,其应力-应变曲线逐渐下移,大于最优制样含水率时土样的结构弱化程度较高,其应力-应变曲线位于最下端;定义的结构性参数m?r能够合理反映压实黄土的结构性,弥补了压实土工程中用最优含水率和最大干密度指标无法反映土结构性影响的不足;屈服结构性参数m?r0能够合理反映出不同制样含水率压实黄土的结构弱化程度,结构弱化程度还反映在三轴剪切破坏强度上。     

不同中主应力下压实黄土变形特性的真三轴试验研究

通过压实黄土在不同中主应力系数和不同σ3时的真三轴试验,研究了中主应力对压实黄土变形特性的影响。研究表明:随着中主应力系数的增大,达到同一主应变的主应力差σ_1~σ_3越大,且曲线从一开始就呈硬化型,证明中主应力对压实黄土的强度有一定的加固作用。不同的中主应力系数下,ε_1~ε_v关系曲线除b=1之外均出现"峰值",且大约在主应变发展至4%~6%左右出现了交叉,交叉后曲线变化有明显的区间效应。随着中主应力系数b的增加,达到相同广义剪应变对应的广义剪应力q也越大。对广义剪应力与平均主应力比(q/p)与主应变(ε_1)归一化,随着b值的增加,曲线依次降低。在b=0~0.5之间,曲线之间的区分度较好,曲线降低幅度较大。b=0.5~1之间曲线之间的区分度较差,曲线几乎重合。     

压实度与制样含水率对压实黄土微结构及水力特性的影响

压实黄土的水力特性受微结构控制,而微结构受制样条件影响。为探究制样条件对压实黄土微结构、饱和渗透系数与土-水特征曲线的影响及机制,对不同制样条件下制备的压实黄土试样开展了压汞试验、变水头渗透试验和土-水特征曲线的测定,获得了它们的孔径分布曲线、饱和渗透系数及其随渗透次数的变化和土-水特征曲线。结果表明：（1）制样含水率通过影响集粒尺寸改变试样中的中孔（2 000 nm 相似文献   

黄土路堑边坡的失稳破坏因素与变形模式分析

针对黄土路堑高边坡的失稳滑塌现象,文章深入研究了黄土路堑高边坡的各种诱发因素,主要通过对黄土本身的结构、性质、黄土湿陷性和水的影响进行分析,得出黄土路堑边坡失稳滑塌的四种破坏机理与变形模式,即开挖后缘拉裂模式,地表水或雨水入渗沿裂隙灌入形成薄弱面的模式,坡脚掏空致使坡体失去支撑而使黄土裂隙张开的模式,坡面冲刷、湿陷、剥...