考虑荷载与浸水条件的预崩解炭质泥岩变形与强度试验

预崩解炭质泥岩作为路堤填料已在我国西南地区路堤工程中广泛应用,为研究荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形与强度特性,研发一套可综合考虑多因素影响的湿化变形试验装置,并设计正交试验方案开展预崩解炭质泥岩湿化变形与直剪试验。结果表明:在加载初期和首次浸水时,预崩解炭质泥岩将产生较大竖向变形,分别为压缩变形和湿化变形,竖向荷载、循环次数、浸水时间、压实度、含水率对预崩解炭质泥岩竖向变形影响程度依次降低;预崩解炭质泥岩湿化变形过程中抗剪强度的变化主要源于黏聚力的变化,各因素对黏聚力的影响程度由强至弱依次为循环次数、浸水时间、竖向荷载、压实度及含水率;抗剪强度随竖向变形的增加先急剧降低后逐渐趋于稳定,拟合得到抗剪强度与竖向变形的函数关系式,可为炭质泥岩变形计算及工程实践提供一定参考依据。     

考虑荷载与浸水条件的预崩解炭质泥岩变形与强度试验

预崩解炭质泥岩作为路堤填料已在我国西南地区路堤工程中广泛应用,为研究荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形与强度特性,研发一套可综合考虑多因素影响的湿化变形试验装置,并设计正交试验方案开展预崩解炭质泥岩湿化变形与直剪试验。结果表明:在加载初期和首次浸水时,预崩解炭质泥岩将产生较大竖向变形,分别为压缩变形和湿化变形,竖向荷载、循环次数、浸水时间、压实度、含水率对预崩解炭质泥岩竖向变形影响程度依次降低;预崩解炭质泥岩湿化变形过程中抗剪强度的变化主要源于粘聚力的变化,各因素对粘聚力的影响程度由强至弱依次为循环次数、浸水时间、竖向荷载、压实度及含水率;抗剪强度随竖向变形的增加先急剧降低后逐渐趋于稳定,拟合得到抗剪强度与竖向变形的函数关系式,可为炭质泥岩变形计算及工程实践提供一定参考依据。     

考虑荷载与浸水条件的预崩解炭质泥岩变形与强度试验

预崩解炭质泥岩作为路堤填料已在我国西南地区路堤工程中广泛应用,为研究荷载与浸水条件下预崩解炭质泥岩变形与强度特性,研发一套可综合考虑多因素影响的湿化变形试验装置,并设计正交试验方案开展预崩解炭质泥岩湿化变形与直剪试验。结果表明:在加载初期和首次浸水时,预崩解炭质泥岩将产生较大竖向变形,分别为压缩变形和湿化变形,竖向荷载、循环次数、浸水时间、压实度、含水率对预崩解炭质泥岩竖向变形影响程度依次降低;预崩解炭质泥岩湿化变形过程中抗剪强度的变化主要源于粘聚力的变化,各因素对粘聚力的影响程度由强至弱依次为循环次数、浸水时间、竖向荷载、压实度及含水率;抗剪强度随竖向变形的增加先急剧降低后逐渐趋于稳定,拟合得到抗剪强度与竖向变形的函数关系式,可为炭质泥岩变形计算及工程实践提供一定参考依据。     

考虑含水率的红层泥岩蠕变特性及改进伯格斯模型

为揭示西南地区广泛分布的红层泥岩在不同含水条件下的蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行三轴压缩蠕变试验。试验结果表明,（1）随着含水率的升高和轴向荷载的提升,蠕应变量与瞬时应变量的比值整体上都呈增大趋势,比值范围为0.117～0.985,平均比值维持在0.348～0.480之间;（2）红层泥岩的初始、稳态和极限加速蠕变速率都随含水率的升高而增大;（3）红层泥岩的长期强度随含水率的上升而降低,量化比较发现红层泥岩的非线性蠕变程度随含水率的上升而越得到体现。研究了红层泥岩蠕变的非线性特征,提出一个黏弹性模量 ,并引入一个非线性黏塑性体,建立一个新的改进后的伯格斯（Burgers）模型。基于BFGS算法和通用全局优化法对蠕变试验曲线进行辨识,确定模型参数,并进行模型可靠性分析,验证了所建模型的正确性和合理性。     

干密度对加筋膨胀土强度与变形特性的影响

对双向土工格栅加筋膨胀土进行一系列不同压实密度下的无侧限压缩和固结不排水剪试验,研究了干密度对其强度与变形特性的影响。无侧限压缩试验表明,当小于最优含水率2%,干密度较大时,加筋对应力-应变特征的影响较大,加筋后峰值与残余强度及其分别对应应变提高的比例较大;干密度对加筋效果的影响趋势还与含水率有关。固结不排水剪试验表明,加筋后膨胀土峰值强度与硬化程度均得以提高,干密度对强度与变形特性影响程度也随含水率而异。     

某膨胀性泥岩强度特性室内试验研究

通过室内试验,对合肥地区某膨胀性泥岩重塑样在不同初始状态及不同压力下吸水膨胀后的强度变化规律进行研究。研究表明:该膨胀性泥岩重塑样的黏聚力随含水率的增加先增大后减小,含水率约18%时黏聚力出现峰值;膨胀性泥岩重塑样吸水饱和后的黏聚力和内摩擦角随浸水时上覆压力的增加而增加,二者近似成幂函数关系变化。     

煤系地层中炭质泥岩滑带土的初步研究

通过化学成分、X-射线衍射以及红外吸收光谱分析,研究了原状炭质泥岩及其生成的炭质泥岩滑带土在物质成分上的变化过程,揭示了两者在干燥和浸润条件下力学性能存在巨大差异的根本原因;通过对炭质泥岩滑带土重塑样的分组快剪试验结果分析,探讨了含水量、干密度等物理指标与抗剪强度参数之间的相关规律性,最终建立了具有实用参考价值的经验性公式。     

ISS对不同初始含水率膨胀土的改良效果研究

离子固化剂(ISS)对膨胀土改良后,膨胀土稳定性会改善。为了分析研究不同初始含水率的膨胀土经过ISS改良效果,进行了膨胀土改良前后的剪切试验、界限含水率试验和自由膨胀率试验。通过改良前、后土体的抗剪强度、塑限、液限、塑限指数、自由膨胀率的变化规律研究,得出膨胀土的初始含水率在11%～30%区间时,改良后土体的膨胀性得到了消除,抗剪强度得到了明显提高; 初始含水率不在11%～30%区间时土样改良后仍具有一定膨胀性,抗剪强度提高不明显。这是因为,当膨胀土烘干时,靠毛细吸力吸附的固化剂量不能与所有黏土颗粒进行反应; 当膨胀土饱和时,靠溶液渗透到膨胀土表面的固化剂也不能与所有黏土颗粒进行反应。该试验结果对膨胀土现场改良时含水率的确定具有重要的指导意义。     

考虑含水率的红层泥岩蠕变特性及改进伯格斯模型EI北大核心CSCD

为揭示西南地区广泛分布的红层泥岩在不同含水条件下的蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行三轴压缩蠕变试验。试验结果表明,(1)随着含水率的升高和轴向荷载的提升,蠕应变量与瞬时应变量的比值整体上都呈增大趋势,比值范围为0.117~0.985,平均比值维持在0.348~0.480之间;(2)红层泥岩的初始、稳态和极限加速蠕变速率都随含水率的升高而增大;(3)红层泥岩的长期强度随含水率的上升而降低,量化比较发现红层泥岩的非线性蠕变程度随含水率的上升而越得到体现。研究了红层泥岩蠕变的非线性特征,提出一个黏弹性模量E(ω),并引入一个非线性黏塑性体,建立一个新的改进后的伯格斯(Burgers)模型。基于BFGS算法和通用全局优化法对蠕变试验曲线进行辨识,确定模型参数,并进行模型可靠性分析,验证了所建模型的正确性和合理性。     

毛乌素沙漠风积砂力学特性室内试验研究

在对毛乌素沙漠风积砂物理特性进行试验研究的基础上,通过室内击试验、压缩试验及三轴剪切试验,对毛乌素沙漠风积砂的力学特性进行了初步研究。结果表明:毛乌素沙漠风积砂击实特性与粉、黏性土有较大的差异,在干燥和最佳含水率状态下易于击实,击实曲线呈双峰形态;压缩试验表明毛乌素沙漠风积砂一般属于低压缩性土,其压缩特性与试样初始密度、含水率、荷载级别及加载条件有关;三轴剪切试验表明毛乌素沙漠风积砂抗剪强度指标受试样密度的影响较大,虽然含水率对抗剪强度指标有一定影响且具有一定规律性,但影响程度并不明显。本文相关成果为解决该区风积砂相关岩土工程问题和工程地质问题提供了可靠的试验依据。     

粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究

对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验,研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明,粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大,当粗粒含量P5=70%时,最大干密度出现最大值;当P5＞70%时,最大干密度又随粗粒含量的增大而减小,粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性,破碎分形维数为2.279 0～2.892 2,均大于击实前粗粒土粒度分形维数;相同级配条件下,粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大,且粗粒含量P5＞50%时,增幅显著;粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系,且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度;粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素,但相对于含水率而言,粗粒含量对破碎率的影响更加显著。     

单点击实法击实试验研究

在国内现行的各类土工试验规程中,5点击实法是最基本的土工击实试验方法,具有用土量大、费时、费力,而且试验数据处理麻烦等缺陷。为了克服这些缺陷,采用静压脱湿试验法,对人工配制含水率,而且含水率高于该土的塑限含水率的不同土样进行脱湿。试验结果表明：各土样脱湿后的含水率具有稳定在标准击实功下该土最优含水率以下某一稳定水平的特点。由此提出：可将需要击实的土样先脱湿,得出土样脱湿后的含水率,再乘以有关系数求得土的最优含水率,直接对最优含水率下的土体进行标准击实功单点击实,从而快速准确地获得该土的最优含水率和最大干密度。通过对比试验验证,单点击实法不但简单、快速,而且具有足够的可靠性。     

广西红土击实特性的影响因素及机理分析

红土是由原岩在湿热气候条件下经过红土化作用形成的具有高含水率、大孔隙比、较高强度和较低压缩性的一种特殊土。由于其特殊的工程地质性质形成了红土具有较大工后沉降的特性。目前,工程中普遍采用强夯的地基处理方法对其进行处理,对于夯后红土地基变形则通过现场监测结合室内试验的方法进行研究。笔者通过室内击实试验和击实后红土的高压固结试验,深入探讨影响红土击实效果和击实后压实性的主要因素,并对各影响因素进行影响机理分析。试验结果表明：红土的击实效果与击实功成正比,与黏粒质量分数、塑性指数、游离氧化铁质量分数成反比;击实后红土的压缩模量受含水率、干密度及饱和度等因素的综合影响,并且各因素的影响程度不尽相同;当含水率大于18%时,土体处于近饱和状态,含水率与干密度已经不能反映饱和红土的压实性了,即在实际的强夯工程上这种土的含水率不宜大于18%,否则会产生较大的工后沉降。     

压实作用对泥岩膨胀性及水分迁移影响

为研究压实作用对泥岩膨胀性及水分迁移的影响,将碾碎过筛泥岩以不同干密度分层夯实到自制试验箱中进行试验,采用高精度位移传感器和TDR-4型湿度传感器进行数据采集,并采用体式显微镜对泥岩颗粒进行微观结构分析。研究结果表明:不同压实作用下泥岩膨胀过程均经历初期快速陡增阶段、中期膨胀减缓阶段和后期膨胀稳定阶段;体积含水率增大过程均经历跳跃式快速增长阶段、外凸弧线缓慢增长阶段和后期稳定阶段;随着干密度的增加,其稳定膨胀量和稳定膨胀率近似呈线形增加;水分在泥岩中的迁移与泥岩自身膨胀挤密和大气影响深度相关,干密度越大,膨胀挤密效果越明显,大气影响深度越小,其水分迁移速度越小;泥岩颗粒孔隙较为发育,连通性较好,可为水分迁移提供通道;泥岩浸水膨胀后呈泥质状态,颗粒间黏结发生破坏。研究可为膨胀泥岩地区高速铁路的修建提供参考依据。     

石灰改良高液限土强度特性的函数模型研究

针对广西荔玉高速路基沿线产生的大量高液限土弃方问题,采用生石灰对高液限土进行改良处理。选取弃土场的高液限土,分别配制不同初始含水率、不同石灰掺量的试样进行侧限压缩试验和快剪试验,采用基本初等数学函数模型拟合不同饱和状态、不同初始含水率下石灰掺量对试件压缩特性和抗剪强度影响。结果表明:(1)高液限土的压缩系数随石灰掺量增加呈指数形式减小;(2)不同饱和状态试件的黏聚力和内摩擦角随石灰掺量增加呈二次函数形式变化;(3)高液限土具有水敏性,饱和素土试件最大抗剪强度对应的含水率较击实试验最大干密度对应的含水率高3%～6%;(4)当初始含水率不高于26.73%时,建议石灰掺量不低于6%,否则改良高液限土的石灰掺量不低于8%,可在满足经济性的前提下达到较好的改良效果。     

基于电测法的路基土物理性质室内测试方法研究

路基土在长期服役过程中性能会发生衰变,其中含水率及压实度是路基施工时的重要控制指标,因此,土体的含水率控制及压实质量是关系路基性能评价的关键因素。为了弥补现有检测方法的不足,基于四极电测量法研发了一种土体物理参数室内快速测试装置,通过改变含水率对不同压实度土样的电阻率、极化率变化进行了一系列室内试验,得到了其相关关系及变化趋势,分析了含水率、压实度对电参数的影响,提出了依据土含水率、压实度计算电阻率、极化率的计算公式,探讨了测试方法的可行性。结果表明:不同地区土的电阻率均随含水率、压实度增加而减小,极化率随含水率、压实度的增加而增大,不同压实度下,土的电阻率、极化率随含水率变化分别呈现相似指数、对数特征;对于天津王庆坨地区壤土,压实度在84. 47%~94. 41%范围内,含水率从15%变化至20%时,电阻率下降为原来的1/3~1/2倍,极化率增大为原来的1. 4~2. 3倍,得到了室内拟合公式;实际工程中,电阻率法更适用于土体含水率检测,极化率法更适用于土体压实度检测;综合应用电阻率、极化率指标对于路基工程具有较好的勘探前景。研究成果将为路基土的工程性质检测及评价提供理论基础。     

Effects of Particle Size Distribution on Compaction Behavior and Particle Crushing of a Mudstone Particle Mixture

Based on a standard compaction test and a standard sieve analysis test on five tested materials, the effects of the particle size distribution on the compaction behavior and particle crushing of a crushed mudstone particle mixture were investigated. Testing results indicate that the value of the maximum dry density ranges from 2.09 to 2.17 g/cm³, the optimum moisture content from 7.40 to 11.66 %, and the average relative breakage from 0.065 to 0.285, respectively. Based on the tested data, the variations of the maximum dry density, optimum moisture content and average relative breakage, with the median particle diameter and gravel content of the tested mixtures, were analyzed, respectively.     

荷载-干湿循环共同作用下泥岩的压缩特性

泥岩遇水易崩解泥化,特别是耦合荷载作用后,其力学性能衰减更加明显。为掌握泥岩在环境因素和外部荷载作用下的性能演化规律,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的压缩特性试验。发现初次浸水后压实泥岩发生膨胀,但随着干湿循环作用的进行,泥岩试样发生压缩变形。然后,对压实泥岩试样进行孔隙分析,结果表明,泥岩孔隙分布呈现双峰特征,峰值大约位于0.3 ?m和10.0 ?m孔径处,干湿循环和荷载的作用引起孔隙体积减小,特别是对大孔径孔隙的影响最显著。最后,依据泥岩的膨胀、压缩和孔隙分布特征,提出了压实泥岩的孔隙-荷载-水分相互作用模型,将压实泥岩的孔隙体积分为团粒内孔隙和团粒间孔隙两类;分析了荷载-干湿循环引起泥岩团粒崩解破碎和充填团粒之间孔隙的演变过程。揭示了泥岩孔隙-水分-荷载的相互作用机制,为泥岩路基的填筑提供了理论参考。     

饱和级配破碎泥岩压实与粒度分布分形特征试验研究

通过饱和级配破碎泥岩的压实试验,得到了不同级配下试样轴向位移和粒度分布分形维数随轴向应力变化曲线,分析了Talbol幂指数对饱和破碎泥岩压实变形与粒度分布的影响规律,建立了一种饱和破碎泥岩压缩模量与轴向应力的关系式。试验结果表明,饱和破碎泥岩的压实过程可分为2个阶段,即0~4 MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段。其中,约80%的变形发生在快速变形阶段。轴向位移、压缩模量与粒度分布分形维数均可用轴向应力的指数函数拟合。相同轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大,粒度分布分形维数越小。轴向应力大于8 MPa后,各级配试样的粒度分布分形维数相差很小,且随着轴向应力的进一步增大,各级配试样的分形维数差异将继续减小,最终,分形维数将趋于一致。在加载初期,试样压实变形主要以岩石颗粒移位为主;而在加载后期,试样的压实变形则以颗粒破碎为主。     

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。