粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

砂土地基和粉质黏土地基基坑悬臂开挖离心模型试验

分别开展砂土和粉质黏土两种典型土质条件下基坑悬臂式开挖离心模型试验,详细叙述试验过程中所要解决的关键问题,并提出合理的解决方案。通过对比分析两组试验结果,得到以下结论：非饱和土地基制备中参数控制困难,分层夯实法有待进一步改进,而砂雨法制备的砂土地基参数可控性更好;两组试验的结果有差异,砂土地基试验所呈现的土压力、地基变形、支护弯矩的变化规律更好,因此,岩土离心试验可适当考虑以砂土代替非饱和土;对于采用悬臂式支护结构的基坑,开挖引起的地表沉降曲线在砂土中呈指数型,而在粉质黏土中呈直线型;开挖引起的粉质黏土地基土体位移范围较砂土地基更大;开挖引起的砂土中挡墙弯矩较粉质黏土更大,砂土和粉质黏土中最大弯矩位置都随开挖逐渐下移;在砂土试验中开挖引起主动区土压力各处均减小,而在粉质黏土试验中开挖引起土压力在挡墙底有增大趋势。该基坑工程离心模型试验过程及数据处理方法可为进一步试验提供参考。     

青藏粉质黏土冻融循环试验研究

以青藏公路沿线常遇到的青藏粉质黏土作为研究对象, 在室内分别进行了1、 2、 3、 4次冻融循环试验, 分析了冻融前后试样的温度分布特征、 水分分布特征、 冻融位移变化特征. 结果表明: 多次冻融循环的冻结过程中, 温度场分布更趋向均衡和平稳, 0 ℃等温线和低温等温线趋向深部发展; 多次冻融循环后, 试样含水量可划分4个区域, 第1区域为表层冰晶聚集高含水量区, 第2区域为低温梯度含水量均衡区域, 第3区域为冷锋面冰透镜冰层积聚高含水量区域, 第4区域为高温低含水量区域; 青藏粉质黏土首次冻结的冻胀位移量和相对冻融位移量都比较大, 冻胀量可以达到几十毫米, 冻胀率可达8.3%, 伴随冻融次数增加, 相对冻胀量和相对冻融量幅值逐渐减少.     

重庆主城区粉质黏土动力特性研究

采用自振（共振）柱和动三轴试验方法,得到重庆主城区粉质黏土动剪切模量和阻尼比随剪应变变化试验结果,比较分析试验值、文献[1]给出的推荐值和文献[2]给出的规范值的差异,并通过土层反应计算初步给出了这种差异对地表反应谱的影响,结果表明：(1) G/Gmax-γ关系中,规范值在中等应变时给出的G/Gmax比试验值和推荐值低;大应变时,相比较于试验值和推荐值,规范值衰减更快;(2) 相比较于λ-γ关系,G-γ关系经过Gmax归一化后,更具有一致性,粉质黏土阻尼离散性较大;(3) 试验值和推荐值计算的地表反应谱相差较小,但试验值和规范值计算的地表反应谱相差较大,特别是在随着输入地震动强度增大,这种差异性更显著。分析表明,重庆主城区进行土动力计算过程中,当无土动力特性试验资料时,选用规范值具有一定的局限性和风险,相比较于规范值,推荐值在一定程度上更具适用性。     

粉质黏土卸荷变形特性试验研究

依托武汉长江隧道江北明挖段基坑工程,开展了一系列的K0固结状态下原状粉质黏土卸荷应力路径排水剪三轴试验,并对卸荷变形特性进行了深入分析。分析表明：卸荷应力路径下原状粉质黏土的应力-应变关系与应力路径有着密切的关系,近似呈双曲线型。根据应力-应变曲线表现,可将卸荷应力路径分为A、B两组,A组应力路径试样表现为轴向压缩;B组应力路径试样表现为轴向伸长。卸荷应力路径下粉质黏土的应力-应变关系具有良好的归一化特性,同一应力路径下不同固结压力的应力-应变曲线可采用双曲线函数用平均固结压力归一化,但A、B两组应力路径下的归一化方程有所差别。给出了各种应力路径下的归一化方程,可为卸荷土体的变形参数及本构关系研究提供参考。     

粉质黏土堤防漫溢溃决试验

为研究粉质黏土堤防漫溢溃决破坏过程及其对水流要素和土体性质的响应规律,以河道流量、筑堤土体含水率和孔隙率为变量,在弯道水槽中开展了9组堤防漫溢溃决概化试验.通过试验发现,粉质黏土堤漫溢溃决溃口发展过程可分为垂向侵蚀和横向扩宽两个阶段,垂向侵蚀阶段以"陡坎"后退为主要形式;筑堤土体含水率与孔隙率不仅影响了溃口垂向侵蚀以及横向扩宽速度,而且决定了溃口最终形态,河道流量主要影响堤防溃口的横向扩宽速度;溃口处流速以及下游水位变化受溃口高度的制约.拟合得到土体黏聚力与土体含水率、孔隙率的相关关系式;通过试验数据提出了由土体黏聚力和水流参数表达的"陡坎"侵蚀后退速度计算公式,证明具有一定合理性.     

粉质黏土图像的纹理特征分析

粉质黏土通常为絮状结构, 难以使用肉眼直接判别出颗粒的形状和大小。将现场拍摄得到的粉质黏土彩色图像转化为灰度图像,得到了灰度图像灰度直方图的6个纹理特征参数（均值、方差、平滑度、3阶矩、能量、熵）。在建立灰度共生矩阵的基础上,得到了像素平面分布关系的5个纹理特征参数（角2阶矩、对比度、相关度、逆差矩、熵）。对这些纹理特征参数与粉质黏土传统工程性质指标进行了多元线性回归分析,得到了相应回归方程。结果表明,粉质黏土图像的纹理特征参数与传统工程性质具有较好的对应关系,可以用于快速确定粉质黏土的工程性质指标,对软土地区岩土工程设计具有一定的参考价值。     

粉质黏土隧道超前支护作用效果研究

以哈尔滨地铁1号线三期为工程背景,采用现场试验与数值模拟相结合的手段,针对超前支护在粉质黏土隧道中的支护作用效果,分别对地表沉降、拱顶沉降、围岩压力、混凝土喷层应力、格栅钢架应力的变化特征和规律进行研究,结果表明,(1)浆液扩散范围过小且不均匀,当前注浆量对土体的改良作用较差,浆土体力学参数并未提高太多,其各项指标与普通土体无异;(2)粉质黏土地层对隧道开挖引起的变形具有一定的抵抗性,超前支护存在与否,变形都能在短时间内稳定;(3)围岩压力横向分布存在明显差异,格栅钢架应力随围岩压力同步激增,说明在粉质黏土隧道中超前支护不具有改善围岩压力不均匀分布、延缓围岩荷载释放的时空效应;(4)格栅钢架最大应力仅为其屈服强度30%左右,混凝土喷层最大应力仅为其轴心抗压设计强度的13.6%左右,强度储备足够保证隧道结构的安全;(5)塑性区范围约为1.5~3.0 m,小导管在径向上并未穿过塑性区,其支护作用实际上是对周围土体的挤密作用,增加其密实度,远远未达到调动围岩自身承载力的效果。     

粉质黏土强度指标的水化学敏感性研究

通过对重塑粉质黏土的液、塑限和固结慢速直剪试验,探讨了粉质黏土液限、塑性指数及抗剪强度与不同浓度NaCl孔隙溶液的关系。试验结果表明,随着孔隙溶液浓度增加,液限随之减小,塑性指数表现出粉土的性质;不同竖向正应力下的强度随浓度变化表现出较大的差异,正应力较低时,强度不断减小,而正应力较高时,则强度不断增大,正应力介于二者之间强度则先降后升;内摩擦角随浓度增加而增大,最终趋于稳定;黏聚力先迅速减小后逐渐回升,且均为负值。其性质变化主要是因为扩散双电层、颗粒间作用力以及孔隙比发生了改变。基于Terzaghi的有效应力原理,对饱和粉质黏土固结慢速直剪试验测得的负值黏聚力进行了分析和讨论,认为渗透压力对黏聚力起了非常重要的作用,从而使黏聚力成为负值。     

陕西关中盆地粉质黏土热物理性质研究

关中盆地浅层地热能资源十分丰富,但目前开采程度仍有待提高。土壤的热物理性质在很大程度上决定了其工程特性,对浅层地热能在开发利用过程中所涉及的基本理论和开发方法等具有较大影响。通过室内试验对西安市、咸阳市、渭南市和宝鸡市范围内的粉质黏土的热物理性质开展研究,对试验数据进行了分析,进而揭示了粉质黏土比热容、导温系数和热导率的宏观变化规律。结果表明: 粉质黏土的热导率为0.82~2.65 W/(m·K),导温系数为0.001 28~0.004 86 m²/h,比热容为0.77~1.53 kJ/(kg·K); 随着含水率的增大,热导率整体呈减小趋势,且数值分布范围缩小; 比热容总体随导温系数的增大而减小; 导温系数随热导率的增大呈线性增大,且相关系数均较高。研究可为工程实践过程中开发利用浅层地热提供一定的理论基础。     

青藏粉质黏土冻融过程水热特征研究

土体在冻融过程中的水热特征对于冻胀及工程稳定性具有决定性作用。以青藏粉质黏土为例,采用时域反射法（TDR）,测量并分析了不同初始含水率条件下的土样在冻融过程中的水热变化特征,对比了冻融过程中的水热变化及其差异性,采用Anderson等、徐敩祖等和Michalowski提出的以温度为变量的未冻水计算公式,分别计算了不同初始含水率土样在不同温度条件下的未冻水含量。结果表明：冻融过程的土样水分和土样中心温度随时间的变化均可分为三个比较明显的变化阶段,冻结过程和融化过程的变化特征略有不同,除了环境影响和探头自身因素外,我们将其归因于冻融过程的未冻水"滞后效应"。在快速冻融过程中,未冻水含量随温度的变化则表现出渐变的特征。通过对比三种典型未冻水含量的计算方法发现,通过拟合得到的方程计算结果的正确性较高。     

三门峡地区黄土状粉质黏土非饱和性质试验研究

以三门峡地区黄土状粉质黏土为研究对象,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,在改进的三轴仪上采用不排水试验法,分别对试样进行非饱和土三轴试验。试验结果表明,黄土状粉质黏土的基质吸力变化规律与土的基本状态有着密切关系,尤其是在相同含水率、相同围压、不同干密度的状态下基质吸力会随着饱和度的增加,出现先增后减的变化规律。通过单元土体中土颗粒组成的结构体参数,分析了这种变化规律。     

活性氧化镁碳化固化粉质黏土微观机制

以活性氧化镁碳化固化粉质黏土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验、酸碱度测试、X射线衍射试验、压汞试验和扫描电镜试验,研究了不同初始含水率和碳化时间影响下活性氧化镁碳化加固粉质黏土的强度、pH值、碳化产物和微观结构等变化。根据碳化固化土强度与碳化产物含量及累积孔隙体积间的内在联系,提出了粉质黏土的碳化反应微观模型。结果表明：随碳化时间增加和初始含水率减小,碳化固化土的碳化产物含量增加、累积孔隙体积减小,同时氧化镁碳化加固土的强度提高;碳化固化土的pH值随碳化时间不断减小,而随初始含水率变化不大;最后提出了粉质黏土的碳化反应微观模型,确定了活性氧化镁固化粉质黏土在碳化约6.0 h时可获得最高强度。     

粉质黏土水泥土冻胀融沉特性研究

为研究水泥土冻胀融沉特性,对南京地区典型粉质黏土进行了不同条件下的冻胀融沉试验.试验控制因素包括水泥掺入比、含水率、龄期、冷端温度和荷载等,各控制因素在包含基准数值的区间内选取代表性条件进行单一变量试验.试验采用自制冻胀融沉仪进行,冻胀融沉仪下部为制冷块,上部设置补水装置,模拟真实土体冻结时水分迁移过程.结果表明:粉质...     

天然沉积粉质黏土的应力路径试验研究

天然沉积土在沉积过程中产生了结构性和各向异性,使其受力变形特性与重塑土存在明显的差异。实际工程中的天然土体往往在受荷过程中会经历不同的应力路径,因此,需要开展考虑结构性和各向异性影响的应力路径试验。通过研究不同应力路径下土体的力学特性,为建立复杂应力路径下的合理的本构模型提供试验依据。采用大直径PVC管取样器获取张家港地区地下2.5 m深的粉质黏土不扰动土样,通过GDS三轴仪对土样进行了K0固结不同排水应力路径试验。结果表明,应力路径对不扰动土样的体积变形和剪切变形均有显著影响,且球应力和偏应力对土的体应变和剪应变存在交叉影响。无论以体积变形为主还是剪切变形为主的应力路径下,应力-应变曲线都有明显的屈服性状。通过描绘试验所得各应力路径下的屈服点,获得张家港不扰动土样的屈服轨迹大致呈倾斜的椭圆形状,采用Wheeler模型的屈服面与试验屈服点的吻合程度要优于Nakano模型。     

低能量强夯法加固粉质黏土地基试验研究

结合上海某铁路集装箱中心站地基处理工程,针对其场区上部粉质黏土、下部砂质粉土的地基条件,对低能量强夯法加固此类地基的适用性进行了现场试验研究。通过对夯击过程中超静孔隙水压力随夯击次数、深度、距离的变化规律及在不同性质土层中的增长与消散规律的研究,提出了运用试验手段确定强夯夯击次数、夯点间距、有效加固深度及两遍强夯间隔时间等施工参数的方法。同时,用静力触探试验和标准贯入试验对地基加固的效果进行了检验,结果说明低能量强夯法加固粉质黏土地基的适用性,从而进一步拓宽了低能量强夯法的应用范围。     

冻融循环对石灰处置粉质黏土静强度影响研究

以吉林－荒岗高速公路沿线的粉质黏土为研究对象,对不同石灰掺入比的土样试件进行0、2、4、6、8、10、12次冻融循环试验。通过室内静三轴试验,研究了冻融循环作用对石灰处置粉质黏土强度的影响。研究结果表明,石灰处置粉质黏土的应力-应变关系曲线呈应变软化型,峰值强度随围压增大而升高,粉质黏土峰值强度降低幅度值比石灰处置粉质黏土峰值强度降低幅度值大,经历4次冻融后应力-应变曲线峰值强度趋于稳定;冻融作用后石灰处置粉质黏土抗剪强度衰减率比粉质黏土的抗剪强度衰减率小,抗剪强度随围压的升高而增大;同一围压条件下石灰处置粉质黏土弹性模量随着冻融次数增加逐渐减小,经历4次冻融后基本趋于稳定。     

青藏高原冻结粉质黏土直剪蠕变特性试验研究

针对青海-西藏±500 kV直流联网输电线路工程塔基基础设计问题,在青藏高原五道梁处取地表粉质黏土,制备不同含水率、不同密实度的重塑土样,在-2 ℃条件下进行了直剪蠕变试验。结果表明,冻结粉质黏土剪切蠕变曲线除了在个别较高应力下具有加速蠕变阶段外,大多数蠕变曲线只有非稳定蠕变和稳定蠕变2个阶段,表现为衰减型蠕变。通过长期强度方程计算出冻土长期强度衰减值。冻结粉质黏土长期强度与含水率、密实度密切相关：在含水率较低情况下,冻土长期强度随含水率的增加较为明显,之后随含水率的增加,冻土长期强度逐渐降低;相同含水率情况下,密实度大的冻土长期强度较高。     

载体桩在陕南粉质黏土地区的适用性研究

以陕南粉质黏土地区某住宅楼施工现场为试验场地,开展了灌注桩和载体桩复合地基的现场静载试验,结合经验法理论计算,从承载力和建设成本两个方面,对比分析了两种地基基础方案的优劣。结果显示:灌注桩和载体桩复合地基荷载-沉降曲线均为缓变型,两种方案均能提供较高的抗压承载力;当载体桩桩长超过10 m,且作为复合地基增强体时,经验法计算过程未考虑桩端阻力的扩大头效益,计算结果明显低于现场试验结果;在相同桩身用料投入条件下,载体桩复合地基较灌注桩能够提供更高承载力。在陕南的类似粉质黏土地区,建议优先考虑选用载体桩复合地基方案。     

冻结粉质黏土-桩基接触面剪切特性试验研究

在寒区工程中, 建筑物的冻拔病害和冻土-桩基接触面间的剪切特性密切相关。借助自制的试验模具, 采用压桩法对冻结粉质黏土中埋置的混凝土桩、 钢桩以及木桩进行了不同负温条件下的剪切试验。结果表明： 在负温下随着剪切位移的增加, 剪切力经历线性增长、 骤降的脆性破坏、 维持恒定三阶段。温度越低, 桩与冻土间的冰胶结力越大, 冻结强度越大, 残余强度越大, 破坏允许位移也越大。在-30 ℃时, 木桩与冻土间的冻结强度最大, 混凝土桩与冻土间的冻结强度次之, 钢桩与冻土间的冻结强度最小。混凝土桩、 钢桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用线性拟合, 木桩对应的冻结强度及残余强度与温度的关系可用二次多项式拟合, 三种桩的破坏允许位移与温度的关系均呈现线性规律。研究成果可为寒区结构物抗冻拔病害防治提供参考。