南水北调南阳段弱膨胀土增湿膨胀与力学特性试验研究

为了研究膨胀土自然状态下的膨胀及力学特性,对南阳弱膨胀土进行了不同增湿程度时的膨胀及力学特性试验。通过对相同初始条件下不同增湿程度膨胀土的膨胀特性试验得到,随着含水率的增大自然膨胀力和有荷自然膨胀率均是先逐渐增大后有小幅减小再逐渐稳定,无荷膨胀率的变化趋势是前期接近线性的增大后逐渐稳定。通过不同增湿程度膨胀土的抗剪强度试验,建立了黏聚力、内摩擦角与增湿含水率的线性关系曲线及关系式。对于已建工程,通过监测含水率得到膨胀土的实时膨胀特性以及抗剪强度,进而评价工程的安全运行情况。     

增湿条件下膨胀土隧道衬砌破坏数值分析

针对小河沟膨胀土隧道降雨增湿塌方现象,以围岩含水率分布变化引起膨胀应力场为主要研究内容,展开增湿对隧道支护结构的影响研究。首先,利用热传导热能量平衡方程与孔隙渗流连续方程数学描述相似性,推导出热传导膨胀模拟增湿膨胀的替代方程。然后,结合室内试验和文献资料,率定膨胀土膨胀力及渗流参数。最后,在正确考虑地质构造影响的基础上运用有限差分软件FLAC3D热-力耦合模块进行建模计算,分别对不同膨胀力模型的增湿过程进行仿真模拟,得出支护结构受力变形随含水率分布及膨胀力大小的变化规律。分析得到了对隧道支护结构造成不良影响的关键含水率和膨胀力值。研究成果可以有效指导膨胀性黄土隧道支护设计和变形控制。     

膨润土加砂混合物膨胀特征试验研究

运用自行研制的膨胀仪对膨润土加砂混合物进行了一系列膨胀力及膨胀应变等膨胀特性的试验研究,分析了膨胀力随时间的变化规律、两向膨胀力之间的关系和膨胀应变与时间及吸水量之间的关系。试验研究表明,膨润土加砂混合物的最大膨胀力以及最大膨胀应变主要取决于混合物的最初干密度和膨润土含量,并且随着二者的增大而增大;膨润土加砂混合物的水平膨胀力与竖向膨胀力之比随着混合物干密度的增大减小,并且与干密度近似成线性关系;不同膨润土含量的膨润土加砂混合物的膨胀应变与时间成双曲线关系,与吸水量近似呈S型曲线关系,并且其最大膨胀应变与膨润土含量存在指数关系。试验结果对高放废物深处置库中的缓冲回填材料设计具有一定的参考价值。     

合肥重塑膨胀土三向膨胀力试验研究

以合肥重塑膨胀土为研究对象,采用改进的三向胀缩仪开展了16组不同初始含水率与干密度的三向膨胀力试验。研究结果表明,(1)在所研究的含水率、干密度范围内竖向膨胀力总是大于横向膨胀力,快速膨胀阶段大致在0~2 h以内,该阶段竖向膨胀力可达到极限膨胀力的80%以上;(2)同一干密度下竖向膨胀力随初始含水率增大而减小,竖向膨胀力与初始含水率之间具有良好的线性关系,且干密度越大,竖向膨胀力随着初始含水率的变化速率越大;(3)在竖向膨胀力与干密度的关系图中,每条曲线均以干密度1.6 g/cm~3为分界点呈双线性关系;(4)由膨胀力对数与初始干密度的关系,不同初始含水率下的ln(P_z)-ρ_d关系为一系列近似平行的递增直线,直线斜率大致相同,说明膨胀力随初始干密度的变化速度不随含水率的变化而变化。     

击实膨胀土工程变形特征的试验研究

以湖南邵阳膨胀土为例,对3种击实膨胀土工程变形特性进行了试验研究。试验结果表明：膨胀土的起始含水率和起始干密度对其膨胀力和膨胀量大小的影响是主要的外部因素;根据膨胀力试验和膨胀量试验的试验数据,拟合出膨胀力曲线和膨胀量曲线的变化规律均为指数关系。同时,还研究了膨胀速度曲线、收缩特性曲线的特征及膨胀和收缩两个过程的相似关系。研究结果为膨胀土路堤的设计及膨胀土地基处理等膨胀土问题提供了重要的依据。     

延吉膨胀岩膨胀力的水-力路径效应与应用适宜性分析

膨胀力是膨胀岩土地区工程设计和施工中的重要参数,目前常用的膨胀力试验方法主要有膨胀反压法、平衡加压法和加压膨胀法3种。膨胀力大小容易受试验方法的影响。为了研究试验方法对膨胀力的影响,以延吉膨胀岩为研究对象,采用上述3种方法开展了不同初始含水率试样的膨胀力试验,分析比较了3种试验方法的特点和适用范围。结果表明,膨胀力具有强烈的水-力路径效应,3种方法确定的膨胀力存在较大差异,膨胀反压法测得的膨胀力最大,加压膨胀法最小;3种方法确定的膨胀力与初始含水率之间存在明显的线性负相关关系,随着试样初始含水率的增加,不同方法得到的膨胀力与初始含水率的关系曲线逐渐靠拢,水-力路径对膨胀力试验结果的影响逐渐减弱,每一种方法有其自身的特点和特定的适用范围,膨胀力测试应该根据实际工况选择合适的试验方法。     

红层泥岩三轴膨胀力的试验研究

针对现有规范中红层泥岩膨胀力测试结果偏小问题,自主研制了膨胀性岩石三轴膨胀力测试装置。采用先放试样后加约束的方式克服了岩石与容器壁有释放变形空隙的局限性,解决了膨胀力测试结果偏小的问题。通过膨胀土和红层泥岩三轴膨胀力的测试研究,检验了三轴膨胀力测试装置的合理性和有效性,初步总结了红层泥岩三轴膨胀力的变化规律。研究结果表明:三轴膨胀力测试装置及其测试方法能够克服传统固结仪试验方法的局限性,具有较好的实用性,可以适用于膨胀土和膨胀岩三轴膨胀力的测试;红层泥岩三轴膨胀力多数是在MPa的量级,传统固结仪测试的膨胀力多数是kPa量级,更新了现有红层泥岩膨胀力较小的认识;通过对试验结果的分析和膨胀后试样的观察,发现红层泥岩的膨胀机制与膨胀土的膨胀机制是不同的;红层泥岩主要是新鲜岩石表层吸水膨胀、泥化崩解,泥化层剥蚀后,新鲜面再次吸水膨胀、泥化崩解,这是一个逐层循环膨胀的过程。     

重塑膨胀土的三向膨胀力试验研究

用三向胀缩仪对南阳陶岔重塑膨胀土做了12个三向膨胀力试验,9个湿胀干缩试验和9个控制变形的膨胀力试验。试验结果表明,三向膨胀力不等,水平膨胀力小于竖向膨胀力;湿胀干缩使重塑膨胀土的膨胀力降低,第一次干湿循环后膨胀力减小最多;微小的位移可以使膨胀力大大降低,膨胀力与位移呈对数关系;给出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系式。     

膨胀土膨胀力原位测试方法

由于室内测定的膨胀力结果往往不能真实地反映现场情况,因此,测定膨胀土的原位膨胀力有着极其重要的现实意义.采用加压膨胀法,即利用现场有荷膨胀率试验结果,由内插得到膨胀力值的测试方法,并通过现场试验与室内试验结果的对比,对该方法进行了验证.对比结果表明,该方法能真实地反映膨胀土的膨胀趋势,所测结果能真实地反映现场膨胀力值.且易于操作,有较好地推广应用前景.     

混合型缓冲回填材料膨胀力试验研究

与纯膨润土相比,混合型缓冲回填材料（膨润土与石英砂混合物）能够实现防渗阻隔能力、热传导性能、力学强度和可施工性能的最佳组合。选用高庙子钠基膨润土（GMZ001）为缓冲回填材料的主料,添加不同比例的石英砂,对掺砂比分别为0、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内试验。结果表明,混合物的液限、塑限随掺砂率的增大而线性降低;膨胀力随时间呈指数增长。初始含水率较大时,最大膨胀力随初始含水率的增大略有降低。掺砂率一定时,最大膨胀力随初始干密度指数增长。提出了有效黏土密度的概念,建立了一定初始含水率条件下,任意掺砂率和初始干密度的高庙子膨润土-砂混合物最大膨胀力归一化模型,为混合型缓冲回填材料膨胀力的预测与控制提供了依据。     

红山窑风化红砂岩膨胀机制微细观分析

通过扫描电镜,将红山窑风化红砂岩吸水前后的颗粒组成结构图放大300倍,从微细观方面揭示了红山窑全、强、中、弱不同风化程度的膨胀红砂岩吸水膨胀的全过程：吸水→水化→体积增加→产生膨胀力→膨胀力超过极限→崩解。从这一过程可以看出,膨胀岩的膨胀变形特性主要是由于膨胀岩中的部分矿物具有亲水性,遇水后发生水化反应而导致体积增 大,并引起膨胀应力;当膨胀力超过胶结物的粘结力时,就发生崩解;对于不同风化程度的膨胀岩,随着风化程度的加深,其吸水膨胀的过程越快,达到崩解的时间越短。     

李家窑膨胀岩膨胀性能的试验研究

对山西万家寨引黄工程南干线某地的膨胀岩进行了室内物理化学性质测试、常规的膨胀率与膨胀力及非常规的三向膨胀与大比例尺膨胀试验,分析结果后得出了相应的结论     

南宁第三系浅表层风化泥岩物理力学及膨胀特性指标分析

通过对南宁市201个工程第三系泥岩资料进行的分析,对各物理、力学及膨胀性指标进行统计研究,为南宁盆地地下工程的参数选取提供参考。研究表明,南宁第三系浅表层风化泥岩物理指标变异性较小,尤其在95%置信区间取值范围偏差较小,在参数分析时可作为常量考虑; 而力学指标和膨胀特性指标数据变异性较大,需要考虑其差异性。南宁第三系泥岩具有抗压强度高,压缩性低,抗剪强度高,黏聚力大的特点。膨胀特性指标方面,南宁第三系泥岩的自由膨胀率与其他城市膨胀岩土相比偏低,为弱膨胀性岩土; 膨胀力因岩组成因和风化程度不同差异较大,建议在参数选取时针对具体工程考虑。     

压实红黏土的恒体积膨胀力与细观机制研究

针对目前量测土体膨胀力的主要方法所存在的不足,提出近似完全限制条件下测量土体膨胀力的改进方法。以压实红黏土为研究对象,测到不同初始状态（含水率、干密度）试样的膨胀力,并与膨胀反压法测得的膨胀力进行对比分析,发现限制膨胀方法测得的膨胀力要小于膨胀反压法的试验值。同时,显现出限制膨胀法测膨胀力具有3个主要优点：试验过程中保持土体不发生变形,更加符合膨胀力的物理定义;试验耗时少、占空间少;能测较宽含水率范围内的膨胀力。最后,利用压汞法和氮吸附法测得不同状态下土体的细观孔隙结构分布特征。结果表明：相同干密度试样,制样含水率对压实土体的孔隙分布影响显著;黏土晶间和粒间吸水自由膨胀后发生“不可逆”膨胀变形;土体发生“不可逆”膨胀变形程度是引起限制膨胀法和膨胀反压法所得试验结果出现差异的主要原因。     

Impact of transition from local swelling to macro swelling on the evolution of coal permeability

Laboratory observations have shown that coal permeability under the influence of gas adsorption can change instantaneously from reduction to enhancement. It is commonly believed that this instantaneous switching of permeability is due to the fact that the matrix swelling ultimately ceases at higher pressures and the influence of effective stresses take over. In this study, our previously-developed poroelastic model is used to uncover the true reason why coal permeability switches from reduction to enhancement. This goal is achieved through explicit simulations of the dynamic interactions between coal matrix swelling/shrinking and fracture aperture alteration, and translations of these interactions to perrmeability evolution under unconstrained swellings. Our results of this study have revealed the transition of coal matrix swelling from local swelling to macro-swelling as a novel mechanism for this switching. Our specific findings include: (1) at the initial stage of CO₂ injection, matrix swelling is localized within the vicinity of the fracture compartment. As the injection continues, the swelling zone is extending further into the matrix and becomes macro-swelling. Matrix properties control the swelling transition from local swelling to macro swelling; (2) matrix swelling processes control the evolution of coal permeability. When the swelling is localized, coal permeability is controlled by the internal fracture boundary condition and behaves volumetrically; when the swelling becomes macro-swelling, coal permeability is controlled by the external boundary condition and behaves non-volumetrically; and (3) matrix properties control the switch from local swelling to macro swelling and the associated switch in permeability behavior from reduction to recovery. Based on these findings, a permeability switching model has been proposed to represent the evolution of coal permeability under variable stress conditions. This model is verified against our experimental data. It is found that the model predictions are consistent with typical laboratory and in-situ observations available in lietratures.     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性及预测

甘肃北山被首选为修建高放废物处置库的地区。考虑到该地区地下水中含有总溶解固体（TDS）,选择NaCl-Na2SO4作为溶解固体。以高庙子钠基膨润土为试验材料,利用单向固结仪,进行不同TDS浓度盐溶液和蒸馏水饱和的膨胀试验。根据蒙脱石孔隙比的概念,统一整理了饱和高庙子膨润土在盐溶液和蒸馏水饱和下的膨胀特性。结果表明,当TDS浓度为12.3 g/L（预选处置库区的最高离子浓度）时,在双对数坐标中蒙脱石孔隙比与膨胀力关系和干密度与膨胀力关系均呈直线且平行于蒸馏水的试验结果;对于给定干密度试样,膨胀力的对数与TDS浓度呈线性关系。根据以上试验结果,给出了由高庙子钠基膨润土的设计干密度和离子浓度计算相应膨胀力和膨胀变形的表达式。     

膨润土加砂混合物膨胀特性研究

通过有荷膨胀试验,对膨润土加砂混合物的膨胀特性进行了研究,分析了膨胀应变与轴向应力、膨胀应变与吸水量以及轴向应力与吸水量之间的关系,并建立了能综合反映轴向应力和吸水量对膨胀应变影响的混合物膨胀本构关系式。试验研究表明,膨胀应变随着轴向应力的增大而减小,两者之间的关系可以采用对数线性关系来表达;吸水量的变化对膨胀应变有明显的影响,膨胀应变随吸水量的增加而线性的增大;而吸水量受到轴向应力的影响,随着轴向应力的增大,吸水量减少,在轴向应力一定时,吸水量会达到一个最终的饱和值。由于考虑了膨胀变形过程中吸水量的变化,所建立的膨胀本构关系式能较好地反映膨润土加砂混合物的膨胀特性。     

南水北调潞王坟段弱膨胀土膨胀性研究

河南新乡潞王坟段膨胀土系第三系泥灰岩风化而成,以高岭石黏土矿物为主,具有弱膨胀性,其膨胀变形特性受孔隙结构影响比较大。为了清楚地研究试验段弱膨胀土的膨胀特性,从有荷膨胀变形、膨胀应力、循环胀缩变形3个方面进行研究,得出不同于以往其他膨胀土的膨胀变形特性：（1）当初始干密度比较小时,上覆压力超过膨胀应力,此时试样遇水不发生膨胀变形,反而出现明显的湿陷现象;当压实度大于96%后,即使上覆压力超过膨胀应力,试样遇水后也不发生湿陷现象,膨胀变形随上覆压力增大而趋于稳定值;（2）试验段弱膨胀土的膨胀应力随初始含水率的增加先增大后减小,出现膨胀应力峰值;（3）随着循环胀缩级数的增加,弱膨胀土的胀缩特性迅速降低,在循环级数达到4时,其胀缩特性就趋于稳定。上述3方面的膨胀特性充分表明,该弱膨胀土的膨胀特性与孔隙结构有着密切的关系     

压实黄土变形特性

黄土路基填料的变形特性直接关系到路基沉降和路基边坡坡度的选取,是黄土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。基于一维室内固结试验,分析了压实黄土变形特性。引入压缩变形系数,分析了压实黄土的物理指标（含水量、压实度）与变形指标（压缩变形系数、压缩系数）的关系,采用应变法来表达压缩变形曲线结果;引入非线性应力、应变关系的割线模量,研究了压实黄土的加荷本构模型和增（减）湿本构模型。结果表明：压实黄土的物理指标对其变形特性影响较大,压实黄土的应力-应变关系可以用幂函数 的形式来表达,提出了压实黄土的加荷本构模型和增（减）湿本构模型,该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路基沉降特性提供了有力依据。