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。     

非饱和粉土静、动强度对比试验研究

针对非饱和重塑粉土,利用改进的可控制吸力式非饱和土静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,进行了多组固结排水非饱和土静、动三轴试验,探讨了非饱和粉土静、动强度特性,分析了粉土静三轴强度随固结压力、吸力变化的规律,以及动强度随固结压力、吸力以及破坏振动次数变化的规律,研究表明粉土静、动强度之间具有很强的相关性。最后,通过归一化处理提出了利用粉土的静三轴强度推求相应的动力强度曲线的公式,从而达到在非饱和土地基稳定性分析中减少工作量的目的。     

控制基质吸力的非饱和粉质粘土固结试验研究

针对胶济客运专线非饱和原状粉质粘土,在控制基质吸力条件下进行了K0固结试验和常基质吸力固结试验研究,得到了不同含水量土体的侧压力系数,并在此基础上进行常基质吸力固结试验,通过分级施加围压和上覆应力对现场应力状态进行模拟,得到原状粉质粘土的水土特征曲线,进而探讨了非饱和粉质粘土的水土特性及体变规律。试验结果表明:不同含水量的非饱和土体侧压力系数不同,并且侧压力系数随含水量的增加而增加;非饱和原状粉质粘土的进气值约25kPa;土体饱和度对固结时间的影响显著,非饱和粉质粘土的固结速度随着饱和度的增加而减小。     

非饱和粉质黏土坡面降雨非正交入渗试验研究

传统降雨入渗分析是以降雨强度在坡面上的正交分量作为边界条件,不符合实际降雨的非正交入渗规律。为了研究非饱和粉质黏土的非正交入渗规律性,首先通过对正交入渗理论的综述,揭示并分析目前降雨入渗理论在坡面流模型和边界条件方面的缺陷。采用自行研制的室内降雨试验装置对非饱和粉质黏土进行不同降雨强度、坡角和孔隙比的降雨入渗试验,结果表明,非饱和粉质黏土坡面降雨入渗是并非简单正交分解入渗而是非正交入渗;对于坡角和孔隙比为定值的土坡,具有最大坡面入渗的最优雨强;土的孔隙比越小,降雨初期入渗率随时间变化越快,入渗率趋于稳定状态越快;入渗率和累积入渗量并不是随坡角的增大呈单调变化,而存在对应入渗水量最少的最优坡角。     

Overview of in-situ thermomechanical experiments in clay: Concept, results and interpretation

The HADES project (High Activity Disposal Experimental Site) aims at demonstrating the technical feasibility and the long-term safety of geological disposal of reprocessed HLW (High-Level Wastes) radioactive wastes. This disposal could be realised in the Tertiary Boom clay formation below the Mol/Dessel nuclear site. Previous studies in the 80's on the geomechanical behaviour of Boom clay, at host rock temperature (15°C), have demonstrated the mining capabilities of this clay. European partners have collaborated to increase the number of in-situ tests to be developed and operated from the Underground Research Facility (URF). Integrated large-scale experiments have been developed during the last four years, within the framework of the Commission of the European Communities (CEC) research contracts, in order to gain more insight into the thermal influence of heat-emiting wastes on the clay behaviour in the near field.

This paper summarizes the knowledge gained from the in-situ hydro-thermo-mechanical experiments realised from the URF. The objectives and main issues of the tests are described. Information regarding selection of parameters and representativeness of their measurements is discussed. Despite their different aims and designs, three hydro-thermo-mechanical experiments are compared in order to emphasize similarities in the general behaviour of the clay massif submitted to a thermal load. It is observed that its behaviour is qualitatively similar to the reaction upon a constant total stress increase. With the information now available, it is not obvious to draw conclusions with respect to the irreversibility of some phenomena.

Simple in-house analytical codes are able to simulate with a good accuracy the hydro-thermo-mechanical behaviour of clay. Nevertheless, these codes are not sufficient to describe the complexity of the phenomena that are involved in hydro-thermo-mechanical processes as pointed out by field data. In order to validate more complex models, the possibilities to improve the representativeness of the measurements are investigated.     

Temperature effects on the hydraulic behaviour of an unsaturated clay

The influence of temperature on the hydraulic properties of unsaturated clays is of major concern in the design of engineered barriers in underground repositories for high-level radioactive waste disposal. This paper presents an experimental study centred on the investigation of the influence of temperature on soil hydraulic properties related to water retention and permeability. Laboratory tests were conducted on artificially prepared unsaturated fabrics obtained from a natural kaolinitic-illitic clay. Special attention is given to the testing procedures involving controlled suction and temperature oedometer cells and the application of the vapour equilibrium technique at high temperatures. Retention curves at different temperatures show that total suction tends to reduce with increasing temperatures at constant water content. Temperature influence on water permeability is more relevant at low matric suctions corresponding to bulk water preponderance (inter-aggregate zone). Below a degree of saturation of 75% no clear effect is detected. Experimental data show that temperature dependence on permeability at constant degree of saturation and constant void ratio is smaller than what could be expected from the thermal change in water viscosity. This behaviour suggests that phenomena such as porosity redistribution and thermo-chemical interactions, which alter clay fabric and pore fluid, can be relevant.     

非饱和上海软土水力和力学特性耦合弹塑性模拟

目前大多数非饱和土的弹塑性本构模型用非饱和击实土的试验结果进行验证,但现场其他类型的土,如沉积土经常有在非饱和状态下外部环境变化的情况。现有的非饱和土弹塑性模型是否适用于沉积土一类的现场土是需要研究的课题。进行非饱和上海第③层土的吸力控制排水排气三轴剪切试验,使用文中提出的能统一考虑非饱和土水力性状和力学性状的弹塑性本构模型,预测上述三轴试验结果,并与试验数据进行比较。比较结果显示,建立的本构模型能够很好地预测非饱和上海软土的水力和力学性质,说明该模型不仅可以适用击实土的预测,还能够很好地适用于其他类型非饱和土的水力和力学性质的模拟。     

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。     

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。     

Autocompaction of shallow silty salt marsh clay

Empirically derived algorithms are suggested by means of which it is possible to evaluate relations between physical properties in silty salt marsh clay. A relation between loss on ignition, sand content and bulk dry density in the topmost 5 cm was found to explain 84% of the variation of the latter. The bulk dry density in the topmost ≈ 0.5 m was found to vary as a logarithmic function of depth below the surface controlled by two constants directly dependent on the bulk dry density in the topmost 5 cm. Integration of this function illustrates that mass depth (MSD_z) down core can be directly related to the bulk dry density of the surface layer. For sediments with a surface bulk dry density between 400 kg m^? 3 and 800 kg m^? 3 the porosity was found to vary (+/?10%) with MSD_z as another logarithmic function. The results allow for an evaluation of the use of marker horizons in the topmost layers. Right after such a layer has been spread on the surface, sedimentation measured in length per time (accretion), will be significantly larger than for subsequent periods. Using marker horizons, it is therefore not trivial to know the level of the marker, as deeper located markers will indicate successively smaller accretion rates with the same sediment input.     

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。     

非饱和黏土动力特性及等价黏弹性模型的试验研究

针对非饱和重塑黏土,利用改进的非饱和土静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在固结排水（CD）条件下进行了应力控制式分级加载的循环三轴试验,通过对试验结果的对比分析,探讨了初始固结压力和基质吸力(孔隙气压力Ua与孔隙水压力Uw之差)对非饱和土动应力-动应变关系特性的影响。以此为基础,将Hardin-Drnerich等价黏弹性模型和Masing加卸载准则进行了改进,并得到了可以考虑基质吸力的非饱和黏土的等价黏弹性模型。进而对试验数据与模型预测结果进行比较,结果表明这种改进的非饱和土等价黏弹性模型能较好预测各种基质吸力下非饱和土的动应力-动应变关系。     

粉质黏土的真三轴试验及强度特性研究

为研究复杂应力路径下粉质黏土强度特性,利用TSW-40型土壤真三轴仪,开展了不同试验条件下粉质黏土的真三轴试验。研究了真三维应力状态下粉质黏土应力-应变曲线变化规律,探讨了含水率、固结围压和中主应力比等试验条件对粉质黏土强度的影响规律,对比分析了真三维应力状态下 平面上粉质黏土试验值与Mohr-Coulomb（简称M-C）强度准则和双剪强度准则的差异。研究结果表明：真三维应力状态下粉质黏土的广义剪应力-剪应变曲线主要表现为应变硬化型。粉质黏土强度随中主应力比和固结围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小。 平面上粉质黏土的强度包络线随静水压力 的增大向外逐渐扩展,随含水率 的增大向内逐渐收缩。 平面上M-C强度极限线和双剪强度屈服极限线与试验值对比分析表明,M-C强度准则描述土体强度时结果偏小,采用双剪强度准则时结果偏大。     

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。     

重复荷载下模型支盘桩工程性状的试验研究

为研究在粉黏土中支盘桩在重复加载下的工程性状,在粉黏土中进行一次加载试验,测出其极限承载力,分别对一个双盘模型支盘桩在其极限荷载和0.75倍极限荷载的条件下各进行了5次重复加载卸载试验。根据试验结果,分析了在该土层中支盘桩的承载力和变形特性,研究了重复荷载作用下模型支盘桩在粉黏土中荷载传递的特点、桩身不同位置压力变化的特点,特别是对桩周土体对桩侧表面产生的摩擦力出现复杂变化的原因进行了分析,同时还分析了离盘不同距离的土体在重复加载过程中的压力变化情况和原因。研究结果表明,不同强度的荷载重复作用下对桩的沉降变形的收敛影响很大;支盘桩和桩周土体的相互作用机制十分复杂,因此要充分认识支盘桩在重复荷载作用下的工程性状和荷载传递机制还要做大量地研究。     

标准砂小应变特性的应力路径三轴试验研究

通过应力路径三轴试验,将标准砂样分别K0固结和等向固结到平均球应力150 kPa,在p-q平面内沿0o,45o,90o,135o,180o,225o,270o,315o应力路径方向进行16组试样的应力应变关系试验研究,对当前应力路径、前期应力路径、应力路径旋转条件下1 %范围内剪应变和体积应变规律进行了对比分析。由试验曲线整理得到的剪切模量和体积模量随应力路径变化规律与已有的Bothkennar黏土试验结果类似。     

粉煤灰-粉质粘土对氟离子的吸附作用

不同土层对氟离子的吸附能力不同,在吸附能力较弱的土层建设贮灰场,会导致周边地下水中氟离子质量浓度较高,污染地下水。吉林市来发屯灰场运行多年来,地下水中氟离子质量浓度与背景环境未见明显差异,本文通过对来发屯灰场粉煤灰-粉质粘土和灰场外土层的比较分析,探究吸附机理,结果表明：粉煤灰-粉质粘土对氟离子有较强的吸附能力,能有效防止其对地下水的污染。     

粉质黏土周期荷载后的不排水强度衰化特性

在3种不同围压下进行了一系列重塑粉质黏土的静三轴和动-静三轴不排水剪切试验,得到了不同动应力水平条件下粉质黏土的孔压、动应变和不排水剪切强度值。通过对土样的不排水强度、孔压和动应变的无量纲化处理,确定了周期荷载作用后粉质黏土的不排水强度比与动载引起的孔压比和动应变比之间的相关关系。试验结果表明：粉质黏土在周期荷载作用后的不排水强度衰减程度取决于动载引起的动应变比值和孔压比值。当周期荷载引起的动应变比值小于0.1时,孔压比增长较快,土样的不排水强度几乎没有衰减;当动应变比大于0.1时,孔压比增长变慢,土样的不排水强度明显衰减;当动应变比值接近1时,孔压比值达到0.9,土样的不排水强度衰减程度约达到55 %     

基于田间试验的土壤水分运动模型选择

基于不同形式Richards方程可建立不同适用范围和计算精度的数值模型,针对具体情况下如何选择合适模型的问题,以武汉大学农田水利试验场田间入渗试验为例,选用6种模型(Picard-h模型、Picard-θ模型、Picard-mix模型、Ross模型、动力波模型和水均衡模型),运用贝叶斯模型平均(BMA)方法进行了模型选择的计算;针对BMA方法无法考虑模型计算效率的缺点,进一步提出了可同时考虑模型计算精度与计算效率的改进BMA方法。计算结果表明,在本田间尺度问题中,Ross模型排序最高,说明其兼具高精度与高效率,改进BMA方法可增加高计算效率模型被选中的概率,使模型选择更加全面合理。