低矮路堤下膨胀土地基渗流与变形耦合研究

二维渗流与变形耦合控制方程是基于流体质量守恒、Darcy定律及膨胀土弹性本构方程得出的。结合云桂高速铁路低矮路堤下膨胀土地基现场浸水试验,并采用考虑耦合和不考虑耦合两种数值模拟方法,分析了低矮路堤下膨胀土地基的膨胀变形特性。研究结果表明,耦合情况下地基表面膨胀变形呈双曲线变化,非耦合情况下地基表面膨胀变形随时间的增加而逐渐增大,对同一时间而言,未考虑耦合效应数值模拟得到的膨胀变形落后于考虑耦合影响的膨胀变形;耦合与非耦合情况下地基的相对膨胀率沿深度方向呈衰减变化。数值计算结果与现场试验结果比较表明,不考虑耦合影响的数值模拟方法难以描述人工浸水条件下膨胀土地基的膨胀变形规律,而考虑耦合影响的数值模拟方法与现场实测值吻合较好。     

大气影响下平顶山膨胀土地表蒸发研究

为探索膨胀土的蒸发特征,对平顶山市区膨胀土进行了不同初始含水量土体的室内和室外蒸发试验研究,测试了蒸发过程中土体含水量在不同深度的变化。对室内、外试验结果及其差异性进行了分析,发现室内和室外土样的蒸发强度差别较大,但是蒸发系数相差不大,蒸发系数与土体含水量、含水量梯度有较强的相关性。地表土体接近饱和时,蒸发系数在1上下波动。随着蒸发的持续,蒸发系数随地表含水量降低而下降,含水量梯度随地表含水量的降低而升高。当地表含水量达到残余含水量时,含水量梯度达到极大值,持续蒸发含水量梯度将继续减小。土体蒸发系数与蒸发历时进行拟合,呈较好的对数关系。     

多级荷载下弱膨胀土的膨胀变形特性试验研究

为研究压实弱膨胀土的膨胀变形特性,对取自高淳某边坡的弱膨胀土进行固结及浸水膨胀变形试验,研究了在300,200,150,100,75,50,25和12.5 kPa共8种上覆压力下不同初始干密度及初始含水率土体的固结及膨胀变形特征。试验结果表明:初始含水率及初始干密度对弱膨胀土的膨胀变形特性均存在一定的影响,在其余条件相同的情况下,膨胀土的膨胀变形量随着初始干密度的增大而增大,随着初始含水率的增大而减小。分析了膨胀土固结及膨胀变形过程的典型曲线特点,研究了不同初始干密度及初始含水率下土体固结与膨胀曲线膨胀区与压缩区分界点特征,得出在初始含水率相同时,分界点的上覆压力与分界点孔隙比及土体的初始干密度均呈正比关系。通过对土体试验数据的分析拟合,结合土体变形过程中的孔隙比与初始状态关系的推导,提出了弱膨胀土的膨胀变形量计算方法,结合工程包边法路堤填筑的荷载分布,采用分层总和法推导了工程包边法膨胀土路堤填筑的膨胀变形量计算方法,并用于路堤膨胀量的预估中。     

合－宁客运专线膨胀土不同高度路堤动力特性分析

通过合－宁快速客运专线膨胀土地段的现场动力试验,分析了高路堤和低路堤在模拟列车动荷载作用下的工程特性。测试结果表明,低路堤段动应力衰减系数在路基面以下相对应处与高路堤的衰减系数基本相同;低路堤和高路堤的弹性变形最大值分别为0.39 mm和0.48 mm,在允许范围之内;高路堤与低路堤的塑性变形最大值分别为0.7 mm和1.5 mm;高路堤在干态情况下动刚度系数约317 MPa,暴雨后下降到220 MPa/m;低路堤路基综合动刚度最后均为356 MN/m。改良土厚度不同造成路基的综合动刚度不同。     

襄荆高速公路膨胀土路堤填筑施工工艺试验研究

鉴于现有施工规范还较难保证膨胀土路堤的填筑质量,通过多种施工参数组合的现场路堤填筑试验,提出了中膨胀土用于填筑高速公路路堤的施工工艺参数,为高速公路的施工质量与进度控制提供了有意义的指导。     

膨胀土路堤的化学改性试验研究

膨胀土是一种具有特殊工程性质的土,它对土木工程有着巨大的影响和危害。本文针对公路膨胀土路堤填料改良提出的PAS化学改性剂包边处理新方法,对其改性原理及其特殊的施工工艺做了详细介绍,并通过多项试验研究了改良前后膨胀土胀缩性、强度特性等方面的变化。研究表明,PAS生态改性处理膨胀土是一种有效的方法,经处理后的膨胀土胀缩性显著降低,强度和水稳定性得到大幅提高。且PAS不会改变原土壤植被育培能力,改性边坡可以结合植物固坡的方法进行生态防护。PAS改性处理与远距离运土路基填料置换相比,具有很大经济优势,特别是在高塑性膨胀土大量分布的地区,PAS改性剂处理膨胀土路基具有很好的推广价值。     

路堤填芯弱膨胀土线膨胀率测试模拟研究

为研究荷载变化方式对膨胀土线膨胀率测定的影响,模拟路堤的实际荷载变化对用于路堤填芯膨胀土的线膨胀率测定进行试验,结果显示,线膨胀率随着上覆荷载的增大而减小,随着初始干密度的增大而增大。将模拟路堤荷载变化状态的线膨胀率试验结果与规范加载方式的试验结果进行对比分析,结果显示,两种荷载变化方式的线膨胀率测定差值较大,且初始干密度越小、上覆荷载越小,荷载变化方式对线膨胀率测定值的影响越大,表明在线膨胀率测定过程中不考虑实际工程的荷载变化方式对用于工程膨胀土的膨胀变形指标测定具有一定的影响,对膨胀土路堤的变形量预测产生一定的影响,在进行膨胀土线膨胀率测定时需要考虑实际的荷载变化方式,并结合荷载变化方式进行线膨胀率测定。     

膨胀土路堤设计中应着重考虑的若干问题

膨胀土作为一种特殊土,其工程性质较差,在膨胀土地区修建高速公路时,路堤的安全设计应有其特殊性.本文主要从土性质、最佳含水量与压实度控制、干湿循环作用的影响和不均匀沉降的防治等几个方面讨论了如何做好路堤的设计.     

路堤侧向变形性状及预测模型研究

结合大量实测资料和已有的研究成果,分析了路堤荷载作用下水平向应变随深度的变化规律,得出了侧向变形沿深度呈“弓”型分布的变化规律;提出了符合该变化规律的预测模型及参数求解方法,模型中a、b和c等3个待定参数能简单地求出。工程实践表明,该预测模型不仅反映了侧向变形随深度的变化规律,且有一定的精度,能反映出最大侧向变形发生的位置,应用效果良好。     

弱膨胀土浸水变形特性及其预测

对取自江苏省淮安市的膨胀土进行了浸水后的膨胀变形和压缩变形试验。在竖向压力25~800 k Pa范围下,研究了不同初始含水率和初始干密度对浸水膨胀变形特性的影响。结果表明:浸水饱和膨胀变形量主要取决于初始干密度,且初始含水率也有一些影响;在相同的含水率下,膨胀变形量随着干密度的增加而增大;在相同干密度条件下,含水率越大,浸水膨胀变形量略微减小。根据各组的固结状态线和浸水饱和膨胀后状态线的交点,得出了介于浸水膨胀和浸水压缩的分界状态线,此线基本上不受初始含水率的影响,进而可以判定不同孔隙比、不同竖向压力下土样处于浸水膨胀还是压缩。最后,基于浸水变形试验结果,提出了一种简便的预测弱膨胀土在不同竖向压力下膨胀变形量的方法。     

不同气候条件下膨胀土路基中温度变化规律试验

用广西南友路(南宁-友谊关)宁明地段中等膨胀土和湖南常张路(常德-张家界)慈利地段弱膨胀土作路基填料,按90%的压实度填筑路基,在不同的排水、路基边坡坡度条件下,进行了8组膨胀土路基模型在积水、阴天、日照和降雨4种环境下的模拟试验,得出了膨胀土路基中温度的变化规律:①膨胀土路基中的温度与路基填料、路基土的压实度、排水边界条件和路基中的含水量等密切相关.②膨胀土路基在积水、阴天、日照和降雨4个阶段中,日照阶段对路基温度的变化影响为最大,温度升高最大值为5.5℃;其次是降雨,温度降低最大值为3.5℃;阴天影响最小,温度变化幅度在±0.5℃范围内.③路基中温度的变化与含水量的变化相对应.当含水量增大时,温度相对降低;当含水量降低时,温度相对升高.④大气影响深度为2.5～3m,在此范围内,越靠近膨胀土路基表面,温度变化幅度越大.     

石灰改性膨胀土施工最佳含水率确定方法探讨

石灰改性土在公路工程建设中得到广泛应用,研究者也积累了较多经验,但施工控制参数中石灰土的含水率确定方法还值得商榷。就公路工程中石灰改性膨胀土的施工最佳含水率确定方法进行了探讨,提出了与目前公路部门相关试验规程和技术规范中确定石灰稳定土最佳含水率不同方法,认为石灰改性膨胀土的施工最佳含水率应以由击实试验确定的最佳含水率大3 %左右为宜。     

石灰改良膨胀土的应力-应变-强度特征与本构描述

为探讨石灰改良膨胀土的变形特征与破坏机制,以压实度为95 %的荆门石灰改良膨胀土为研究对象,开展了单轴、侧限、三轴压缩应力状态下的力学性质试验。试验结果表明：即使湿化饱和后石灰土也具有较高的刚度与强度;单轴压缩状态下,无论饱和还是非饱和状态,石灰土的破坏都为典型的脆性破坏;三轴压缩状态下石灰土破坏前剪缩,同时伴随应变强化,即将破坏时开始剪胀,随后表现为应变软化;围压对石灰土的脆性破坏与破坏后的剪胀有一定的抑制作用,但即使在200 kPa围压下,试样仍发生脆性破坏。在辨明石灰土应力、变形机制的基础上,选用Duncan模型描述其脆性破坏前表现出的压硬性、剪缩性与应变强化特性,标定了相应模型参数,通过数值模拟与平行试验的对比验证了模型的适用性与参数的可靠性。     

百色膨胀土用作路堤填料的试验验证

基于膨胀土可以直接用作路堤填料的分类指标体系,在室内开展了3种不同膨胀土的物理性质、击实性状、强度特性试验研究,验证广西百隆高速公路膨胀土路段的膨胀土也可以直接用作路堤填料,并结合现场实体工程的效果验证用改进CBR值、改进CBR膨胀量和稠度3指标作为膨胀土路堤填料的分类指标体系的合理性。通过对标准CBR试验和改进CBR试验的对比,进一步验证了用改进CBR试验法评定膨胀土承载强度的合理性。由百色膨胀土的不浸水CBR试验,说明可以用封闭包盖对百隆路膨胀土路堤进行物理处治。实体工程中采用土性最差的1号膨胀土做填芯和用红黏土包边,得到的工程效果令人满意。由室内外试验结果,可以得出这3种百色膨胀土都可以直接用作路堤填料。     

南阳膨胀土的工程地质特征和填筑适宜性

施工阶段的工程地质调查发现,宁（南京）西（西安）铁路内乡-镇平段南阳膨胀土成因类型上不仅有第四系冲积洪积粘土,而且发育上第三系湖相沉积粘土。不同成因的膨胀土具有不同的空间分布特征和工程性质,X射线衍射测试表明,南阳膨胀土的主要膨胀性粘土矿物是伊利石/蒙脱石混层矿物。物质组成和物理化学性质差异导致击实土在含水量变化条件下膨胀力和膨胀变形有明显的差别;对同一种膨胀土材料,其击实含水量越小,膨胀性越强,甚至含水量降低1 %～2 %,膨胀力就可以增加到200 %以上;击实膨胀土的直剪强度受到钙质结核含量的影响,对于膨胀势为高或强的膨胀土,结核含量小于15 % 时,经过干湿循环后直剪强度衰减量为40 %～65 %,结核含量为25 %～30 % 的强膨胀土直剪强度衰减量则低于30 %;对膨胀土的地质特征、工程性质、击实土的膨胀性和直剪试验结果进行分析,探讨其用于填筑铁路路基的适宜性,进行了填筑适宜性分级。依据研究成果制定的路基施工工艺取得了比较理想的工程效果     

膨胀土路堤处治效果原位试验研究

介绍了对弱膨胀土路堤采用“膨胀土+石灰土+土工网”分层交错填筑的综合处治方法。通过现场试验测定了不同分层组合填筑结构型式土基的承载力和回弹模量,并分析了二者存在差异的原因。结果表明,采用弱膨胀土-石灰土这种结构作为膨胀土路堤的治理方案和采用弱膨胀土-石灰土-土工这种复合结构型式作膨胀土路堤的包边处理是科学合理的。只要各结构层施工质量能够满足设计要求,采取这种结构形式,一方面可以充分利用沿线的弱膨胀土材料,另一方面又可以充分利用弱膨胀土自身的强度优势,保证路堤的稳定。     

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