膨胀土膨胀模型及其反演

对膨胀土膨胀性这一难题,目前通用的做法是施加一个膨胀力,但是无法给出一个合理的解释,膨胀力的大小也是根据经验来施加的,本文提出了膨胀土的膨胀模型(ESEM)并根据土坡的位移采用反演方法来确定了膨胀土的膨胀力;采用公式推导的方式,指出给膨胀土施加膨胀力和施加膨胀变形是一致的;结合降雨分析,运用Drucker-Prager模型编制了有限元程序,选用2范数进行反演运算;计算过程显示,膨胀土膨胀参数与2范数是单值连续具有凹点的,采用牛顿迭代法迭代,计算得出膨胀土膨胀参数;最终的计算结果,确定了膨胀土边坡的膨胀参数以及膨胀力公式。     

压实膨胀土路基的膨胀变形规律研究

首先分析了现有规范中膨胀土膨胀量计算方法存在的缺陷,然后以宁淮高速公路淮安段膨胀土为研究对象,根据膨胀土的有荷膨胀率试验成果,分析探讨膨胀土有荷膨胀率与填土初始含水率、上覆荷载和压实度的关系,总结提出了在侧向约束条件下,压实膨胀土的有荷膨胀率与初始含水率、上覆荷载和压实度之间的关系式,并使用该公式得到的膨胀率计算了宁淮高速公路直接使用膨胀土作为路堤填料可能产生的膨胀变形量,分析了初始含水率不同对膨胀量的影响。     

浅论马鞍山地区的膨胀土

膨胀土由于粘土矿物含量较多,在一定气候条件下其体积随含水量的增加而膨胀,随含水一的减少而收缩,以膨胀土为地基的低层建筑物常常成群开裂,笔者首次报道了马鞍山地区的膨胀土,并对该区膨胀土的分布,成因,评价方法和防治措施等提出了初步看法。     

膨胀土胀缩特性试验研究

以南(宁)友(谊关)膨胀土大量的室内试验为基础,研究了膨胀土胀缩时程曲线特征,寻找膨胀土膨胀和收缩曲线的异同点,探求了土的初始含水量、干密度与膨胀变形量的定量关系等。     

考虑状态含水率和密度的膨胀土膨胀模型试验研究

以邯郸强膨胀土为研究对象,通过室内K0应力状态膨胀试验,研究了膨胀土的膨胀率与压实度、初始含水率、上覆荷载之间的关系,进而建立了考虑上述3种影响因素的膨胀率公式。同时,建立了终了含水率与初始含水率、压实度、上覆荷载之间的关系,从而得到了膨胀土线膨胀系数表达式。利用提出的膨胀模型可以得出任一含水率状态下膨胀土的膨胀本构关系。该试验操作简单,模型表达式简洁,具有较强的实用性,可为膨胀土工程的设计施工提供理论依据和参考     

膨胀土含水量记忆膨胀模型

在现场施工过程中膨胀土切坡很稳定,但当降水时膨胀土遇水膨胀,发生破坏,挖除坍滑的部分,切坡遇雨又继续破坏,不断往复,针对这一实际情况,结合以往的杆件单元模型提出了膨胀土的含水量膨胀模型。膨胀模型在外力作用以及历史上的最大含水量作用下对最大含水量具有记忆性,外力卸除,表现出一般土的特性,只有再次来临的含水量大于历史上的最大含水量时,才表现出膨胀土所特有的膨胀性。给出了此模型的应力-应变关系,与以往的弹塑性硬化体所不同之处的直观上的表现在于,此模型的应力-应变关系曲线整体发生了向左移动。     

膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。     

膨胀土的电导率与膨胀性的关系研究

膨胀土是一种高塑性、强亲水的黏性土。由于黏土矿物含量较高,膨胀土颗粒的交换阳离子含量也较高,总比表面积较大,在电导率测试指标上反映是膨胀土的导电性随膨胀性的增大而增强。选取强、中、弱3种不同膨胀等级的代表性试样,采用无电极电阻率测定仪和便携式电导率探头,测试了膨胀土泥浆和孔隙水溶液电导率测试,采用原子吸收光谱仪检测了膨胀土孔隙水溶液中的离子种类、含量等。研究表明,膨胀土孔隙水溶液的导电性与膨胀土泥浆的导电性均随膨胀性增大而增大,膨胀土的电导率和自由膨胀率具有良好的线性关系,工程中可以利用这一原理进行膨胀土的快速判别。     

云南鸡街地区膨胀土工程性质研究

对鸡街钻孔取样和现场试验,得出鸡街膨胀土在不同压力下的膨胀率,以及各深度膨胀土的膨胀量。结合矿物成分及化学成分,分析鸡街膨胀土的胀缩性等工程特性。对鸡街土层含水率进统计,得出鸡街地区膨胀土含水率变化曲线,结合膨胀土变形量进行分析,为膨胀土地区工程建设提供了依据。     

膨胀土膨胀模型及边坡工程应用研究

膨胀土吸湿膨胀往往会导致工程安全问题。以南阳中膨胀土为研究对象,通过改良试样进水控制系统、测量外体变等措施,实现三轴应力状态膨胀试验,研究充分吸湿引起的体积膨胀率、终了含水率与初始含水率、平均主应力之间的规律关系。试验发现：三轴应力状态下的体积膨胀率与终了含水率均随平均主应力的增大而减小,且在半对数坐标中均呈较好的线性关系,据此建立了三轴应力状态的膨胀模型。将该膨胀模型应用到数值计算中,分析了考虑膨胀变形对膨胀土边坡应力场分布的影响规律,比较了充分吸湿条件下不同膨胀等级的膨胀土边坡的塑性区发展特征,并针对不同厚度换填处理措施进行了效果验证。研究表明：该膨胀模型表达式简洁,参数求取简单,用于数值计算成果合理可靠,具有较强的实用性。     

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     

泥质岩膨胀各向异性与循环胀缩特征

采用自主开发研制的软岩膨胀试验装置,对新生代煤系地层中泥质岩进行膨胀试验研究,分析了泥质岩膨胀各向异性以及循环胀缩特性,并结合SEM试验结果,探讨了膨胀各向异性和循环胀缩特性的形成机制。结果表明:泥质岩膨胀性随岩样端面与层理面夹角的增大而减小,具有明显的各向异性;泥质岩所含黏土矿物颗粒排列的择优取向导致了泥质岩吸水膨胀的各向异性,可通过膨胀各向异性系数进行定量描述;随着干湿循环次数的增加,泥质岩绝对膨胀率增加,趋于某一稳定值;相对膨胀率和相对收缩率降低,亦趋于某一稳定值;泥质岩循环胀缩特性是干湿循环过程中矿物颗粒排列方式改变和微裂隙萌生扩展的能量耗散共同作用的结果。     

煤吸附气体诱导的基质膨胀研究进展

煤层渗透率变化是注气提高煤层气采收率过程中最为关注的问题之一,而煤的吸附膨胀是造成渗透率伤害的主控因素。系统总结了国内外有关煤吸附膨胀的研究成果,发现争议较多,认为其主要原因在于对膨胀机理的认识深度不够及研究方法不一。相对于膨胀计法和应力计法,光学法观测煤膨胀效应的精度较高,建议尽量采用大块的煤样,以增强对煤储层的代表性。在煤膨胀机理的研究中,建议重点分析煤大分子结构固有的力学性质,及CO2对煤分子结构可能造成的影响。     

膨胀岩体中的湿度应力场理论

软岩工程中的岩体一般为膨胀岩体,受水作用后的应力应变场分析问题十分困难。本文提出了分析膨胀岩体受水作用的湿度应力场理论。重点讨论了建立湿度应力场理论的两大要素:膨胀岩石含水率变化对其力学性质的影响和岩体中湿度变化规律。并给出了湿度应力场理论的控制方程和用该理论分析了简单的平面轴对称问题。     

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。     

Evaluation and Prediction of the Swelling Characteristics of Nigerian Black Clays

The swelling characteristics of black clays from two major areas of occurrence in Borno State, Nigeria, were investigated in the laboratory. Clay samples derived from lagoonal clay deposits showed high swelling tendencies while those samples derived from Olivine basalts showed medium to high swelling tendencies. Although interparticle swelling was the dominant swelling mechanism, soil samples with higher clay contents exhibited higher swelling tendencies. The developed predictive models show that the free swell percentage as well as the swelling pressure can be predicted from measured values of electrical conductivity, specific gravity, clay content and plasticity index. On the other hand, swell percent can be predicted from measured values of electrical conductivity and specific gravity only.     

Osmotic Swelling and Osmotic Consolidation Behaviour of Compacted Expansive Clay

Compacted clay soils are used as barriers in geoenvironmental engineering applications and are likely to be exposed to salinization and desalinization cycles during life of the facility. Changes in pore fluid composition from salinization and desalinization cycles induce osmotic suction gradients between soil–water and reservoir (example, landfill/brine pond) solution. Dissipation of osmotic suction gradients may induce osmotic swelling and consolidation strains. This paper examines the osmotic swelling and consolidation behaviour of compacted clays exposed to salinization and desalinization cycles at consolidation pressure of 200 kPa in oedometer assemblies. During salinization cycle, sodium ions of reservoir fluid replaced the divalent exchangeable cations. The osmotic swelling strain developed during first desalinization cycle was 29-fold higher than matric suction induced swelling strain of the compacted specimen. Further, the diffusion controlled osmotic swelling strain was 100-fold slower than matric suction-driven swelling process. After establishment of ion-exchange equilibrium, saturated saline specimens develop reversible osmotic swelling strains on exposure to desalinization cycles. Likewise the saturated desalinated specimen develops reversible osmotic consolidation strains on exposure to cycles of salinization. Variations in compaction dry density has a bearing on the osmotic swelling and consolidation strains, while, compaction water content had no bearing on the osmotic volumetric strains.     

New Apparatus and Experimental Setup for Long-Term Swelling Tests on Sulphatic Claystones

An apparatus and experimental setup were developed to carry out a series of extremely slow and long-lasting swelling, creep or chemo-mechanics tests simultaneously. The equipment was designed specifically for investigating the behaviour of sulphatic claystones. The tests will take at least 10–15 years to complete and will provide unprecedented information about the so-called swelling law, i.e. the relationship between swelling strain and swelling stress. The swelling law is very important for designing tunnels in swelling rock. Our knowledge of the swelling law, however, is only sufficiently reliable with respect to claystones without anhydrite (e.g. marls, opalinus clay). The swelling law for sulphatic claystones remains unknown, even in qualitative terms. This is due to the underlying physico-chemical mechanisms, which are fundamentally different from those of purely argillaceous rocks. Another reason is the extremely long duration of the swelling process of clay-sulphate rocks, which makes systematic field or laboratory investigations very difficult. In order to close this knowledge gap, a series of 25 long-term simultaneous swelling tests has been started.     

膨胀土试验中有荷膨胀率取值的初探

初步提出了在进行膨胀试验时，有关有荷膨胀率试验参数的取值，以及特殊情况下膨胀率和某些参数的计算方法，从而反映膨胀土的特性，使设计人员有效的分析膨胀土地基变形。