Mechanical properties of dense Ca-smectite clay

A Ca-smectite which may be suitable as buffer material for nuclear-waste disposal is being investigated in a cooperative research project of Sweden and France. In this article the strength-,compression-, and swelling-properties of this clay are described. Some important conclusions of the test procedures and the general behaviour of the clay are drawn and suggestions for further work are made.     

膨胀土与红黏土石灰改性对比试验研究

为探讨石灰改性膨胀土与红黏土的强度发展规律,以生石灰与消石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土为研究对象,进行了无侧限抗压、固结快速直剪和固结压缩试验的对比研究。研究发现：在1 a养生龄期内,石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土无侧限抗压强度与养生龄期的对数基本呈线性关系;按大于最佳含水率3%制样的强度在养生28 d以后高于按最佳含水率制样;生石灰改性效果比消石灰改性效果好,由于矿物成分不同,石灰改性南阳膨胀土的效果比石灰改性郴州红黏土好     

H-V加筋黏性土的强度与变形特性

在提出非满布的H-V（水平－竖向）加筋的基础上,设计了非满布多层H-V加筋黏土的试验方案,以镀锌铁皮和有机玻璃为加筋材料进行了44组固结不排水三轴剪切试验。通过不同竖筋布置的加筋黏土三轴试验研究了加筋黏性土的应力-应变关系、强度特性及破坏形态,探讨了不同加筋高度、不同围压及不同筋材对加筋黏土强度的影响。试验结果表明：相对于无筋土及传统的水平加筋土而言,其峰值偏应力和抗剪强度均有大幅度提高。     

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。     

干湿循环作用下压实黏土力学特性与微观机制研究

针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗结构损伤等问题,系统开展了干湿循环作用下（室内模拟填埋场气候环境）压实黏土力学特性及微观结构特征试验研究,从微观层次揭示了压实黏土在干湿循环作用下变形特性和强度衰减内在本质。研究结果表明：随着干湿循环次数的增加,压实黏土初始变形段区间割线模量增加,末段区间割线模量大幅度降低,变化幅度随初始压实度的增加而增加;同时,压实黏土剪切强度呈减小趋势,但减小幅度随初始压实度和围压的增加而减小。经过3次干湿循环后,压实黏土发生不可逆的体积收缩,体积收缩比例随压实度的增加而减小,低压实黏土和高压实黏土的体积收缩20.5%和11.5%。同时,低压实黏土和高压实黏土的大孔体积增加25.7%和53.9%,微裂隙体积增加3.1%和41.7%,增加幅度随初始压实度的增加而增加。压实黏土不可逆的体积收缩致使土体更加密实,从而导致压实黏土初始切线模量和强度增加。同时,大孔体积增多和微裂隙的发育,导致压实黏土剪切强度和末端切线模量降低,干湿循环对不同压实度黏土力学特性影响是二者的综合表现。     

Evaluation of dynamic properties of geosynthetic reinforced clay samples for environmental impact practices

A series of tests were conducted to investigate the improvement of damping properties of clay samples with geosynthetic inclusions. Flexible thermoplastic polymer synthetics improve damping properties of clay samples. Resonant column tests were conducted to measure the low strain shear modulus and damping ratio of laboratory prepared synthetic inclusion clay specimens. The shear modulus and damping ratio of the reinforced clay samples were investigated considering geosynthetic type (geotextile and geomembrane), number of geosynthetic sheets, and confining pressure. The test results demonstrated that the geomembrane and the number of geosynthetic sheets significantly improved the shear modulus and damping ratio of reinforced clay samples compared with those of the unreinforced clay samples.     

不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性研究

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法,岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言,其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明,珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系,与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好,珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系,结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准,具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式,而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。     

不同面板形式加筋土挡墙结构特性现场试验研究

以成昆铁路复线加筋土挡墙为工程依托进行现场原位试验,对比分析工后9个月内新型整体式面板、内嵌返包结构的模块式面板和模块式面板3类加筋土挡墙的结构特性。在此期间发生两次地震,监测了震后挡墙变形及土压力变化。结果表明:整体式面板加筋土挡墙整体稳定性最好,具有良好的抗震性能,格栅应变变化率、墙体压缩量和墙面水平位移均最小。整体式面板和模块式面板加筋土挡墙墙背土压力沿墙高近似呈M型,内嵌返包结构的模块式面板加筋土挡墙墙背土压力沿墙高近似呈倒S型。整体式面板加筋土挡墙的侧向土压力系数沿墙高变化较小,小于美国联邦公路局(FHWA)加筋设计指南计算值;内嵌返包结构的模块式面板加筋土挡墙侧向土压力系数沿墙高呈增大的趋势,挡墙中、下部小于FHWA计算值,上部接近或大于静止土压力系数;模块式面板加筋土挡墙侧向土压力系数大部分处在FHWA计算值与静止土压力系数之间。3类挡墙土工格栅应变沿墙高均呈非线性变化。挡墙墙体压缩量随着时间的增加逐渐增加,在工后前50 d时间内增加速率较快,随后增加速率减缓,进入雨季之后增加速率再次增大。发生地震后,3类加筋土挡墙均出现不同程度的墙背土压力减小、格栅应变增大、墙体压缩量增加和墙面板外移的现象。     

活性炭固定微生物固化贵阳红黏土力学特性

微生物能够固化土体,但是在固化强度上还有待提高。为了增强微生物固化土体的力学特性,文章提出固定化微生物技术与微生物诱导碳酸钙沉淀技术（MICP）相结合的方法,即将掺量为0、4%、7%、10%、15%的活性炭与重塑红黏土均匀混合后,再通过MICP固化土体后进行常规三轴压缩试验,同时进行相同条件下在菌液瓶中有无胶结液与活性炭的生成碳酸钙的对比试验、有无活性炭重塑红黏土的常规三轴压缩对比试验。通过扫描电镜分析,得到试样的力学特性、活性炭在MICP过程中的作用、微观结构等试验结果。试验结果表明:在微生物固化土体过程中,活性炭作为固定微生物的载体,在MICP过程中对微生物起到“增效”的作用,在微生物诱导碳酸钙沉淀过程中提高了碳酸钙产量;同时,活性炭的有无及含量多少对微生物固化土体有重要影响,结合水膜厚度改变、碳酸钙填充孔隙及胶结作用使得红黏土抗剪强度有效C值大幅增加,有效φ值减小,剪应力峰值增加;加入活性炭使生物矿化环境得到优化,并在碳酸钙结晶时对晶体结构、形态产生了一定的控制作用,生成了以活性炭为“核心”具有一定结构的块体,而使土体的力学特性增强。该研究成果对微生物岩土技术以及工程应用具有重要价值。      

盾构施工与波浪荷载耦合作用后软土力学特性

针对波浪循环荷载作用和盾构穿越海堤过程中的施工扰动对下卧软黏土地基的弱化效应问题,研究了盾构施工与波浪荷载耦合作用后海洋软土的强度和刚度变化规律。通过逐步降围压的方式模拟盾构施工过程中的地层损失所引起的应力释放,循环加载3 000次模拟波浪荷载长期作用,开展了波浪和盾构施工耦合作用后的软土空心圆柱扭剪不排水剪切单元体试验。试验结果表明:(1) 在盾构施工与波浪荷载耦合作用下,软黏土的强度和刚度均随围压变大而增强,在同一围压下,二者均随波浪循环次数和土体损失率（δ）的增大而减小。(2) 在相同的波浪循环剪切次数下,软黏土初始切线模量随δ的增加而呈线性递减趋势,而软黏土黏聚力和内摩擦角随δ的增加而呈现非线性减小。波浪和盾构施工耦合作用后软黏土的强度和刚度均呈现不同程度的衰减,二者耦合扰动作用对软黏土的弱化效应在实际工程中应充分重视。此研究对探讨复杂扰动条件下海洋结构性软土力学特性规律,丰富和发展扰动状态下结构性软土的计算理论,以及对海岛基础设施建设具有重要的参考价值。     

加筋率对稻秸秆加筋土开裂特性的试验研究

针对花岗岩残积土边坡生态防护采用的稻秸秆加筋土,通过室温与模拟日照条件下的加筋土开裂试验研究稻秸秆加筋率对土体开裂性能的影响规律,结果表明:室温条件下稻秸秆加筋率为0.3%,0.4%和0.5%的试样均未发生开裂;模拟日照条件下加筋土试样开裂过程按裂缝宽度发展速度可分为缓慢发展Ⅰ、快速发展Ⅱ、缓慢发展Ⅲ和稳定发展Ⅳ4个阶段,快速发展阶段加筋率0%,0.4%,0.5%的试样均完成70%以上的裂缝开裂宽度,加筋土样含水率呈现出快—慢—快—慢的变化过程,而裂缝宽度呈现快—慢—稳定的变化过程,稻秸秆对试样具有保湿作用,但加筋率过多会导致土样中的空隙增大,为水分蒸发提供通道;稻秸秆加筋土开裂的界限加筋率应为0.3%,其结果可为稻秸秆加筋土生态防护设计提供借鉴。     

不同植被下碳酸盐岩石发育形成土壤属性研究

为探究喀斯特地区不同植被条件下碳酸盐岩石发育土壤属性的分布特征及其影响因素,以贵阳市花溪区范围内的碳酸盐岩石（石灰岩、灰质白云岩和白云岩）发育土壤为研究对象,采集不同植被类型下0~40 cm土壤,分析不同植被类型、基岩类型、土层层次对土壤性质分布特征的影响。结果表明：基岩和植被类型是影响碳酸盐岩石发育成为土壤的主要影响因素,其次是土壤层次。在0~20 cm和20~40 cm土层中,石灰岩、灰质白云岩和白云岩发育土壤的肥力和颗粒均差异显著,而0~20 cm与20~40 cm土层间,除石灰岩发育土壤石砾含量（SLC）和细颗粒比（<0.002 mm）,白云岩发育土壤速效磷（AP）和有机质（SOM）含量外,同类基岩发育土壤性质无显著差异;在0~40 cm土层,基岩类型显著影响土壤pH、AP、SLC、速效氮（AN）、全氮（TN）、SOM、0.2~0.25 mm和0.002~0.02 mm颗粒的分布;植被类型显著影响石灰岩发育土壤pH、AP、TN含量,白云岩形成土壤的pH、SLC、粗颗粒（0.25~2 mm）和细颗粒,灰质白云岩形成土壤的AN、SOM、粗颗粒和细颗粒;土壤层次显著影响石灰岩发育土壤的SLC、粗颗粒和细颗粒及白云岩发育土壤的AP的分布。研究区内荒草坡和草被下土壤,以及石灰岩发育的土壤可能正遭受侵蚀的破坏。因此,结合母岩岩性,改变植被种植结构,对提高土壤养分、改善土壤颗粒组成和增强土壤的抗侵蚀能力具有积极作用。     

悬臂式抗滑桩加固黏土边坡地震永久位移算法

为了有效地确定悬臂式抗滑桩加固的黏土边坡地震永久位移,基于极限分析上限定理,针对圆弧滑动式土坡破坏模式,通过对设置抗滑桩条件下土坡进行外力功率和内能耗散率的计算,按严格力学定义推导出坡体在地震作用下的安全系数,进而导出与安全系数相对应的边坡地震屈服加速度计算公式,并结合Newmark滑块位移法对边坡产生的转动加速度进行二次积分,推导出与边坡设计安全系数密切相关的坡体地震永久位移的详细计算公式。以5.12汶川地震卧龙测站东向地震波为例,通过对一算例边坡进行分析,给出了边坡永久位移时程曲线以及不同设计安全系数与永久位移的关系,分析了算法与Ambraseys算法的结果,验证了所提计算方法的有效性,并得到不同设计安全系数时边坡土体黏聚力和内摩擦角对坡体永久位移的影响规律。研究结果表明,坡体永久位移随着设计安全系数的增加逐渐呈指数函数式减小变化,在较低设计安全系数下,坡体永久位移受土体抗剪强度参数影响较为敏感,随着设计安全系数的提高,这种敏感性则逐渐降低。     

不同渗透力的类充填体力学特性及损伤软化本构模型研究

通过离心试验产生的渗透压力对试样进行模拟,开展单轴压缩力学试验来研究渗透力对充填体力学特性的影响,且对充填体试样的变形特性随渗透压力变化的规律进行讨论。研究结果表明,随着渗透力增大,试样应力-应变曲线压密阶段的区间先减小后增大,弹性阶段的区间缩小,屈服阶段不明显。试验过程从低渗透压力到高渗透压力,试样的破坏模式依次表现为拉伸破坏、剪切破坏,且产生的裂纹数目增多,形态趋于复杂。在力学试验的基础上,考虑到试样压密阶段的应力-应变关系,建立不同渗透力的充填体试样损伤软化本构模型。验证结果显示,理论曲线和试验曲线高度吻合,该本构模型适用于分析不同渗透力的充填体单轴压缩力学问题。该研究为超重力离心模拟和地下渗流试验开展提供参考。     

软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究

以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究。得到了地基土体的竖向与水平位移分布规律以及孔隙水压力的消散特性。研究表明：土工织物加筋垫层的加筋机理源于其对土体的侧限效果,铺设土工织物后能有效地减小地基的沉降,并能够限制浅层土体的侧向变形;为使土工织物的加筋效果能够得以充分发挥,要求织物的强度及模量要与垫层的界面强度相匹配。     

棕榈加筋上海黏土强度特性试验研究

采用棕榈作为加筋材料对上海黏土进行直剪慢剪试验,通过改变筋材的加筋率及尺寸研究棕榈对上海黏土强度特性的影响。试验表明,（1）与素土相比,加筋土的抗剪强度和黏聚力明显提高,但内摩擦角的变化较小;（2）加筋土的最优加筋率为0.6%;（3）棕榈尺寸为6 mm×12 mm的抗剪强度优于6 mm×6 mm和6 mm×18 mm的抗剪强度;（4）垂直压力为100 kPa时,应力-应变曲线呈应变软化型,随着垂直压力的增加,应力-应变曲线呈应变硬化型;（5）与素土相比,加筋土残余强度降低幅度减小,土体的抗变形能力提高,同时分析了加筋的抗剪强度作用机制,阐述了棕榈加筋材料在黏土中的作用,棕榈可作为加固上海黏土的一种有效方法。     

不同应力路径下饱和重塑黄土的力学特性

土体的力学特性往往因应力状态和应力路径而异。为了探讨垂直加载和等剪路径下饱和土的力学特性,制备饱和重塑黄土试样,通过固结不排水（CU）和常剪应力排水剪（CSD）三轴试验,分别测定并绘制其应力-应变曲线、孔隙水压力变化曲线和应力路径曲线。试验结果表明,饱和重塑黄土在2种路径下有明显不同的变形特点:CU路径下的应力-应变曲线皆呈弱软化型,孔隙水压力先快速上升后逐渐趋于稳定;CSD路径下维持偏应力为一常量,施加孔隙水压力后的很长时间内试样变形很小,当孔隙水压力增大至试验围压的60%~75%时,试样迅速破坏。CSD路径无偏应力峰值,文中根据轴应变随平均有效应力变化曲线定义了等效峰值破坏线。通过对比发现,2种路径下饱和重塑黄土的有效峰值强度指标差异明显,而有效残余强度指标相近,表明有效残余强度指标是重塑黄土内在属性,受应力路径的影响不大。该研究结果可为实际工程选取正确的应力路径试验提供参考。     

Bearing capacity of two close strip footings on soft clay reinforced with geotextile

For many years ago, the beneficial effects of using reinforcement to improve the property of soil have been demonstrated. Over the last three decades, the use of polymeric reinforcement such as geotextile has increased in geotechnical engineering. Among the possible applications, earth reinforcement techniques have become useful and economical techniques to solve many problems in geotechnical engineering practice, such as improve the bearing capacity and settlement characteristics of the footing. This research presents the effect of geotextile inclusion on the bearing capacity of two close strip footings located at the surface of soft clay. A broad series of finite element analysis were performed on two footings with width of 1 and 2 m using two-dimensional plane strain model using the computer code Plaxis (ver 8). Only one type of soft clay was used for the analysis, and the soil was represented by two yielding criteria including hardening soil model and Mohr–Coulomb model, while reinforcement was represented by elastic element, and at the interface between the reinforcements and soft clay, interface elements have been used. A wide range of boundary conditions, including unreinforced and reinforced cases, was analyzed by varying parameters such as number of geotextile layers, vertical spacing of layers, depth to topmost layer of geotextile, tensile stiffness of geotextile layers, and distance of between two footings. From numerical results, the bearing capacity ratio and the interference factor of the foundations have been estimated. On the basis of the analysis performed in this research, it can be concluded that there is a best distance between footings and optimum depth for topmost layer to achieve maximum bearing capacity for closely spaced strip footings. The bearing capacity was also found to increase with increasing number of reinforcement layers if the reinforcements were placed within a range of effective depths. In addition, the analysis indicated that increasing reinforcement stiffness beyond a threshold value does not result in a further increase in the bearing capacity.     

随机分布剑麻纤维加筋土力学性能试验研究

把剑麻纤维剪切为0.5、1.0、1.5cm,并分别按0.2%、0.4%、0.6%的质量百分含量掺入到粘土中,对剑麻纤维加筋土进行无侧限抗压试验和直接剪切试验,并与未掺入剑麻纤维的初始土样的无侧限抗压强度与直接剪试验结果进行对比。试验结果表明,剑麻纤维的掺入可以有效提高粘性土的无侧限抗压强度和抗剪强度;当剑麻纤维的含量和长度达到一定值后,其中1组的无侧限抗压强度值和抗剪强度值要大于另3组对应的无侧限抗压强度值和抗剪强度值。
     

Evolution of pore structure and hydraulic conductivity of randomly distributed soluble particle mixture

The plane strain behavior of particulate mixtures containing soluble particles was investigated by conducting both laboratory tests and numerical analysis. To perform the laboratory experiments, soluble mixtures were prepared using photoelastic disks and ice disks with diameters in the ratios (D_{ice disk}/D_{photoelastic disk}) of 0.5 and 0.7, and the evolution of the force chain and pore structure was monitored during the dissolution of the ice disks. Subsequently, numerical analysis was conducted by using the 2‐dimensional discrete element method for the soluble mixtures, and it was compared with the experimental results. Additionally, parametric studies were implemented by varying the particle size ratios between the soluble and non‐soluble particles and the volumetric fraction of the soluble particles. The results of the laboratory experiments and numerical analysis demonstrate that (1) after the dissolution of the soluble particles, the pore fabric of the specimens changed, resulting in a force chain changes, local void increases, and coordination number decreases; (2) the effects of soluble particles on the macro‐behaviors of the mixtures could be divided into 3 zones based on the particle size ratios between the soluble and non‐soluble particles and volumetric fraction of soluble particles. These zones were as follows: (Zone 1)—with a small total soluble volume, slight decrease in the in situ lateral pressure (K₀), and minor increase in the hydraulic conductivity (k); (Zone 2)—with a moderate soluble particle; the dissolution generated a honey‐comb particle structure; (Zone 3)—the total soluble volume was very large, and the high volumetric fraction of the dissolving particle collapsed the pore structure, decreasing in the in situ lateral pressure (K₀) but increasing the hydraulic conductivity (k). The horizontal stress returned to almost the original level, and the internal arching formation increased significantly with the hydraulic conductivity (k).