纤维红黏土强度的正交试验及多元非线性回归分析

纤维长度、纤维掺量、含水率和干密度是纤维红黏土强度的主要影响因素,采用正交试验设计方法,研究多因素耦合作用对纤维红黏土抗剪强度指标c,φ的影响,通过对试验结果进行极差、方差分析,确定了c,φ的最优制备工艺及各影响因素的显著性大小。基于多元非线性回归理论,应用SPSS软件建立了多因素与纤维红黏土c,φ的多元非线性回归模型。试验和分析结果表明:4个因素对纤维土c,φ的影响主次顺序均为:含水率>干密度>纤维掺量>纤维长度,其中含水率对c影响显著,干密度与纤维掺量对c有一定的影响,而φ受含水率影响明显,其它因素对其影响不明显,各因素水平的改变对c的影响程度大于对φ的影响。对c,φ的多元非线性回归模型验证发现,c,φ模型的相关系数较高、显著性较强、且预测值与实际值之间线性关系明显,确定了模型的可靠性。研究成果为进一步研究纤维改善红黏土的工程特性、固化机理具重要指导意义。     

非饱和红黏土的强度特性研究

红黏土是一种富含胶结作用物质的塑性黏土,与普通黏性土相比,红黏土的强度特性更为复杂。通过直剪仪对不同含水率和不同含丙三醇溶液的重塑红黏土进行了抗剪强度试验,发现红黏土的强度、黏聚力随着溶液含量的增加出现了“双峰”值现象,且内摩擦角基本保持不变,用丙三醇溶液替代水溶液配制的土样其强度有了明显的降低。结合核磁共振仪对红黏土试样的孔径分布研究情况,基于Bishop提出非饱和土的有效应力原理,探讨了非饱和红黏土的强度随含水率变化出现“双峰”现象的影响机制,认为红黏土本身孔径大小分布特征起了非常重要的作用。     

非饱和红黏土的不排气、不排水三轴剪切试验研究

非饱和土中由于有孔隙气的存在而使得非饱和土的力学性质变得非常复杂。气体对非饱和土体强度和变形会产生重要影响。根据12组不同饱和度、不同干密度云南红黏土土样的三轴不排气、不排水剪切试验结果,讨论了气体对非饱和土土体强度和变形的影响。黏聚力在不排气剪切情况下随着饱和度的变化不是单调的,内摩擦角则随着饱和度的增大而减小。干密度增大则黏聚力和内摩擦角都增大。在三轴不排气剪切过程中,试样出现了明显了的剪胀性,且随着干密度的减小,饱和度的增大剪胀性逐渐消失。试样最后的破坏形态与是否发生剪胀可能也有联系。     

非饱和红黏土三轴试验研究

红黏土强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取,是地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。以贵阳红黏土为例,对非饱和红黏土的强度特性进行了常规三轴试验研究。根据试验结果,分析了原状红黏土和压实红黏土的应力-应变关系及破坏类型,提出了压实红黏土的应力-应变关系曲线的数学模型,得出了压实红黏土抗剪强度参数与物理指标指标之间的关系。     

富里酸污染红黏土抗剪强度试验研究

通过在红黏土中掺入不同含量富里酸粉末制样,并对试样采用蒸馏水饱和浸泡,对浸泡龄期为7 d、14 d和28 d的试样进行直剪试验,分析不同富里酸掺入量和浸泡时间对红黏土试样抗剪强度的影响。试验结果表明,富里酸的掺入会降低土样的抗剪强度,土样的黏聚力随富里酸掺入量增加而提高,内摩擦角则随富里酸含量的增加而逐渐降低,相同富里酸掺入量下,浸泡时间越长,黏聚力越大,内摩擦角则越小。富里酸分子的羧基、羟基、羰基、甲氧基等活性官能团与土体矿物表面形成吸附作用,使得富里酸包裹在土颗粒表面,对土颗粒间形成联结作用,从而影响土体的抗剪强度指标。     

广吸力范围内压实红黏土的强度特性

为了研究广吸力范围内红黏土的强度特性,采用经压力板法饱和,对盐溶液蒸汽平衡法吸力平衡后的非饱和桂林红黏土样进行一系列常含水率直剪试验。高吸力时土–水特征曲线不受土体密度的影响,故等含水率试验可以认为是等吸力试验。试验结果表明,随着平衡吸力的增加,非饱和红黏土的抗剪强度与黏聚力均先增大后减小,吸力为7 MPa左右时出现抗剪强度的最大值;当吸力超过7 MPa后内摩擦角基本保持不变,说明高吸力阶段吸力增大引起的强度变化是由黏聚力的变化引起的;吸力超过70 MPa后随着吸力的增加,强度变化较小。最后结合压汞试验的结果,从孔隙大小分布的角度解释了红黏土在广吸力范围内的强度特性。     

纳米碳酸钙影响下红黏土强度特性试验研究

为了探寻纳米碳酸钙对桂林红黏土力学强度特性的影响机理,利用TSZ-1型三轴试验仪进行不固结不排水三轴压缩试验,分析了在不同干密度条件下各梯度纳米碳酸钙掺量对重塑红黏土黏聚力、内摩擦角、抗剪强度以及应力-应变曲线的影响,从红黏土矿物颗粒胶体化学的角度阐释纳米碳酸钙对红黏土力学强度的影响机理,研究结果表明:随着纳米碳酸钙掺量增加,红黏土黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度呈现先减小后增大的趋势;纳米碳酸钙的掺入改变了原有的介质电荷pH值,使得红黏土原有的氧化铁胶结吸附平衡发生改变,形成新的钙质胶结团粒,改变了红黏土的强度特性;加入纳米碳酸钙后起始干密度为1.4g ·cm-3的重塑红黏土样应力-应变曲线由弹性理想塑性型变为应变硬化型。     

外加剂与水泥掺量对有机质水泥红黏土强度的影响

在有不同外加剂的水泥加固条件下,通过三轴试验、压缩试验、无侧限抗压强度试验,探讨水泥掺量与水泥土黏聚力、内摩擦角、压缩系数及无侧限抗压强度之间的相关关系,并对试验结果进行回归分析。试验结果表明,无论在有无外加剂的条件下,水泥土黏聚力、内摩擦角、无侧限抗压强度都随水泥掺量的增加而逐渐增加,增加的幅度却逐渐变小,它们的变化趋势总体上是一致的,并且外加剂类型对它们的作用效果都表现为:高效减水剂复合早强剂早强减水剂无外加剂。但其压缩系数却随着水泥掺量的增加而近似于直线不断减小,在相同水泥掺量时,无外加剂的水泥土的压缩系数最高,早强减水剂的水泥土的压缩系数又分别大于复合早强剂、高效减水剂水泥土的压缩系数。高效减水剂对提高水泥土力学强度的效果最明显。     

红黏土崩解特性试验研究

为了研究不同含水率和温度下红黏土的崩解特性,将取自桂林的红黏土制备成不同含水率试样,通过自制的试验设备对红黏土进行崩解试验。考虑红黏土吸水增重的影响,每次崩解试验进行一次平行吸水试验,用吸水试验的结果修正崩解量-时间关系曲线,从而提出新的崩解量计算公式。本次试验探究在不同含水率和温度下红黏土的崩解特性。试验结果表明:崩解量随含水率的增加而减少,且含水率超过25%,红黏土在2 h内基本不发生崩解;崩解量随温度的升高而增加,但在自然环境下红黏土的崩解对温度不敏感。通过对含水率和温度的综合分析表明,在自然气候范围内,含水率是土体崩解的主要影响因素。     

干湿循环下红黏土裂隙演化规律及对抗剪强度影响

应用计算机图像处理技术和三轴试验分析了干湿循环下红黏土裂隙演化规律和抗剪强度指标的变化规律,建立了红黏土的抗剪强度指标与裂隙密度的关系,采用强度指标折减法对边坡稳定性计算参数进行了探讨。结果表明,裂隙密度随干湿循环次数的增加而增大,最终趋于稳定,第一次和第二次干湿循环作用对红黏土的裂隙发育影响最大。干湿循环下红黏土应力-应变为弱硬化型,破坏形式为鼓胀破坏。干湿循环显著降低红黏土抗剪强度指标,第一次衰减幅度很大,最终强度指标趋于稳定状态。黏聚力的衰减幅度比内摩擦角明显大。干湿循环下边坡稳定性计算参数取值建议采用长期强度指标值,即黏聚力稳定值为未经循环值的54%～57%,内摩擦角稳定值为未经循环值的45%～63%。干湿循环下红黏土抗剪强度指标与裂隙密度的关系可用二次多项式来拟合。     

巴东组非饱和红土强度与变形特性试验研究

宜昌-巴东段高速公路修建中形成了大量的路堑边坡,上覆为巴东组红层残坡积红土。降雨条件下,土体强度急剧下降,导致大量路堑边坡失稳。目前针对巴东组残坡积红土强度与变形特性开展非饱和试验的研究较少,为探索基质吸力对红土强度的影响,对红土进行了土水特征曲线、三轴强度试验,采用GDS三轴系统对红土进行了饱和及非饱和剪切试验,非饱和三轴试验采用了常含水量试验方法。结果表明:基质吸力对巴东红土强度影响很大。土体强度随吸力增大而呈非线性增长; 而基质吸力随着含水量增大而减小,即巴东组非饱和红土强度特性随土体含水量增大而变差。最后拟合出巴东非饱和红土的经验抗剪强度公式。研究成果对该区域工程实践具有一定的参考意义。     

纳米石墨粉红黏土强度影响因素敏感性试验研究

针对改性红黏土众多强度影响因素的敏感性,设计了不同含水率条件下各梯度掺量纳米石墨粉的红黏土不固结不排水三轴试验,结合SPSS多因素回归分析和MATLAB数据拟合得到强度与各因素之间的数学模型,通过电镜扫描试验,探讨分析纳米石墨粉掺量对区域红黏土微观结构的影响。结果表明：适量的纳米石墨粉对提高红黏土力学强度有明显的作用,其掺量比是影响区域红黏土强度的最敏感因素;由抗剪强度和黏聚力随着掺量比的拟合曲线建立的数学模型表明,抗剪强度和黏聚力c随着纳米石墨粉的增加呈现先增加后减少的特征,而内摩擦角基本不变。纳米石墨粉掺量不同程度地改变了红黏土的微观结构,致使其土样表面颗粒的结构由疏松状态逐渐向致密状态过渡,最终改变了红黏土的强度性能。     

大埋深粘土三轴高压卸载变形与强度特征

以取自山东巨野矿区埋深近 4 30～ 6 0 0m的深部粘土样为例 ,分析测试了土的常规物理力学性质参数。考虑该埋深土的天然应力水平及其在煤矿建井开挖中的卸载应力变化 ,在三轴伺服仪上 ,进行三向等压分别达 11MPa、12MPa、14MPa下的卸除围压、保持轴压的三轴高压卸载试验 ,分析了深部粘土三轴高压卸载变形和强度特点 ,得到了相关力学参数。成果丰富了土的高压卸载力学性研究 ,并为巨野矿区煤矿立井建设提供了工程地质基础参数     

基于正交试验法的纳米石墨粉红黏土抗剪强度试验研究

针对红黏土抗剪强度影响因素,采用三轴试验法不固结不排水试验,利用正交试验表格,安排本次试验方案,试验结束后,测试破坏后试样的微观结构,采用综合平衡法分析了含水率、掺量比、围压等因素对抗剪强度的影响敏感性,试验结果表明：干密度一定的条件下,纳米石墨粉掺量和含水率都是影响改良红黏土抗剪强度参数的显著因素;抗剪强度随着含水率和纳米石墨粉掺入比的增加,呈现先增大后减小的趋势;纳米石墨粉红黏土的应力-应变曲线具有明显峰值应力,表现为应变硬化特征;其微观改良机理表现为纳米石墨粉的添加改变了高岭石等黏土矿物的黏结性,致使石墨粉在孔隙中重新凝聚,孔隙减小,增加了土颗粒的胶结作用。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。     

铅离子污染对桂林红黏土力学性质影响的试验研究

桂北地区铅锌矿产资源的开采对红黏土土层产生了不同程度的污染,为研究铅离子污染对桂林红黏土力学性质的影响,对其重塑样进行三轴不固结不排水剪切试验,测试获得了不同铅离子浓度、作用时间、围压下的应力-应变关系曲线、弹性模量、抗剪强度参数的变化规律。研究结果表明：铅离子污染对桂林重塑红黏土的力学性质有着显著的影响,随着铅离子浓度的增加,土体力学性质随之衰减,并在浓度最大值（1.0%）时达到最低;铅离子污染红黏土应力-应变曲线均呈硬化型,但是随着铅离子浓度的增大,以及围压的增大,其硬化的趋势均有所减弱;弹性模量、抗剪强度随着浓度的变化有着明显的衰减,但是抗剪强度参数在所选的作用时间梯度内其变化并不明显,说明铅离子污染能够在较短时间内完成对土体结构的主体破坏。     

黑龙江东宁地区季冻土抗压抗剪强度试验研究

以牡丹江市东宁地区土层(粉土、粉质黏土、黏土)为研究对象, 通过工程钻探等技术手段实地采取原状土样, 筛选不同含水率、不同土质的样品, 经过室内试验设置不同负温条件对原状土单轴抗压强度和三轴剪切强度等物理力学性质进行研究.结果显示, 原状土在不同负温条件下冻结后单轴抗压强度随着温度的降低而增大, 黏聚力随着含水率的增加呈指数型增大, 内摩擦角随含水率的增加先增加后趋于稳定; 在试验负温条件下, -20℃为变化界限, 小于-20℃时, 冻结土体的单轴抗压强度随含水率的增加呈现先增加后减小的变化规律, 黏聚力随着冻结温度降低而增大, -10℃、-20℃条件下冻土的内摩擦角有相似的规律, 未随含水率增减发生明显变化, 此时冻土抗剪强度随着冻结温度的降低而增加; 大于-20℃时, 冻结土体的单轴抗压强度随含水率的增加而增加, 黏聚力不随冻结温度降低而增加, 内摩擦角随着冻结温度的降低而增大, 冻土抗剪强度随着冻结温度的降低缓慢增大趋于冰的剪切强度.     

Al2O3改良红黏土的力学试验研究

广西是我国铝业的生产大省,在生产金属铝的时候会产生污染物赤泥,由于赤泥结合的化学碱难以脱除,对地下水污染严重,大量的赤泥堆放,不仅占用了大片的土地,干燥的赤泥还会造成粉尘污染,有效地对赤泥进行回收利用已经成为当前迫在眉睫的任务。本次研究尝试使用作为赤泥主要成分之一的Al2O3的掺入,研究其对红黏土的物理力学性质的影响,本次试验采用掺入率分别为0、1%、2%、3%、4%,5个不同掺入比例Al2O3后的红黏土。对其进行液塑性试验,分析不同掺入率的红黏土的液塑性变化情况。通过击实试验,得出不同掺入率下红黏土的最大干密度、最优含水率。最后对红黏土重塑样进行三轴不固结不排水剪切试验,获得在同一含水率,不同掺入率、不同围压下的应力-应变关系曲线、弹性模量、抗剪强度参数的变化规律。试验结果表明：改良后的红黏土还是具有高液、塑限的特性,其状态为坚硬。随着掺入的Al2O3的量增加,其液限、塑限、塑性指数、含水率、最大干密度都降低;同等Al2O3掺入量的情况下,随着围压的增大抗剪强度增强,在同等围压下,随着Al2O3掺入量的增加抗剪强度呈先降低后增高的状态。     

黄土结构性与抗剪强度的试验研究

目前还没有对黄土结构性和抗剪强度之间的规律进行深入的研究。 针对晋南地区某边坡黄土进行固结排水三轴试验,分析结构性参数与抗剪强度的相关规律。结果表明：黄土在力与水的共同作用下,当压力较小含水量较低时,结构性较强, 结构性随压力及含水量的提高而变弱,结构性较大的黄土,抗剪强度相应也较大。     

上海黏性土剪切带形成的局部化变形试验研究

上海第五层灰色原状黏性土是上海市轨道交通车站换乘枢纽以及地下立交工程和超深基坑开挖施工所在土层,对这层土的局部化变形和剪切带形成规律的试验研究有助于深入了解它的基本力学性状,并为工程实践提供有意义的指导性结论。利用同济大学自制的平面应变仪,对该层黏土进行大量固结不排水平面应变试验,通过对试验结果的分析研究,定量得到上海黏性土变形局部化和剪切带形成的一些规律。