安徽省中部地区膨胀土的胀缩特性研究

针对安徽省中部地区一些工程构筑物发生开裂等地质灾害问题,根据勘察资料和大量土体的工程地质性质试验成果,系统地分析了与灾害密切相关的上更新统粘性土的胀缩特性,及与其内在的矿物成份、化学组分及粘粒之间的关系,论述了膨胀土的空间分布特征与膨胀土灾害的关系,从而为灾害的成因判定和治理提供了科学的依据.     

安徽膨胀土掺石灰改良的试验研究

对安徽省膨胀土进行了综合试验研究。通过掺灰击实试验得出安徽主要膨胀土分布地区土样的最大干密度、最佳含水率与掺灰量的关系。对省内膨胀土的各种不良作用以及改良措施进行研究,为安徽省内工程建设提供必要的数据和合理化建议。     

基于收缩试验的膨胀土地基变形预测方法

进行膨胀土的三相收缩试验,确定了广西膨胀土的体积收缩指数。对依托工程膨胀土进行了现场静力触探试验,根据比贯入阻力随深度的变化曲线特征,确定了膨胀土活动区深度,给出了膨胀土裂隙开展深度的理论解,膨胀土裂隙开展深度的计算值与静力触探试验确定的膨胀土活动区深度和现场观测的裂隙开展深度基本一致。最后介绍了基于三相收缩试验基础上的膨胀土地基变形计算方法,并在试验基础上给出了膨胀土地基变形计算模式和计算结果。以膨胀土地基变形量作为膨胀土地基的分类指标,对膨胀土地基进行了分类,对膨胀土基础选型具有重要意义。     

安徽膨胀土的微观结构与其工程性质的关系研究

膨胀土在安徽省内分布较广,文章通过对安徽省内部分典型分布区取得的土样,运用X射线衍射、偏光显微镜、扫描电镜(SEM)、化学全分析等实验手段,得出了土样的相关参数,研究了膨胀土的微观结构,分析了微观结构与其工程性质之间的关系。膨胀土微结构的定性研究,为安徽省内工程建设提供必要的数据,同时也为深层次的定量研究奠定一定的基础。     

膨胀土路基变形的数值模拟

在非饱和土固结理论的基础上,分析了降雨入渗条件下全填筑和全开挖膨胀土路基变形的特征,获取了浸水后膨胀土路基内塑性区的发展过程,得出了膨胀土路基一般发生浅层滑动的结论,这种滑动与通常饱和土的边坡失稳的原因是不同的。     

风干含水量W65用作膨胀土判别分类指标的可行性研究

本文针对膨胀土的判别分类指标存在的一些问题,提出一种新指标--风干含水量W65.文中详细研究了它的测试方法,它与膨胀土的物理化学活性,物性指标及自由膨胀率ef等的关系。结果表明,W65能很好反映膨胀土的矿物组成或物理化学活性特征,而ef或WL则更能反映土的粒度组成或分散性特征。最后,在继承ef的判别分类成果基础上,考虑到塑性图的优点,建议采用W65-WL判别分类图。该图能区分膨胀土与典型红粘土,较单一指标判分膨胀土更合理适用。     

非饱和膨胀土/岩持水与渗透特性试验研究

以南水北调中线工程原状强、中膨胀土/岩为研究对象,开展压力板试验与双环注水试验,结合试验结果与土-水特征曲线(SWCC),对比研究不同性质膨胀土和膨胀岩的持水性能及影响因素,计算并分析水体积变化系数的变化规律,在该基础上重点探讨渗透系数的变化特征及其与基质吸力的非线性关系,总结出膨胀土/岩的渗透特性及其规律。结果表明,膨胀土/岩的持水特性受岩土的物理性质、矿物成分与结构特征的影响,膨胀潜势强、细颗粒含量大、孔隙结构小的试样有着较低的脱水速率;渗透系数和水体积变化系数均随含水率的减小而减小,变化特征受到膨胀潜势与干密度的共同影响,并与基质吸力呈幂函数关系。研究成果可为工程建设提供计算参数及理论依据。     

非饱和黏性土的电阻率特性及其试验研究

在讨论黏性土导电特性的基础上,假定非饱和黏性土中存在3种电流流通路径,针对已有的非饱和土电阻率结构模型存在的缺陷,推导了适用于非饱和黏性土的电阻率结构模型,探讨了土电阻率的主要影响因素,并将其归纳为3类。最后,通过对合肥膨胀土相关试验研究,分析了含水率、孔隙水电阻率、温度以及孔隙率对膨胀土的电阻率的影响特征,探讨了非饱和膨胀土的电阻率基本特性。     

膨胀土裂隙的平面描述分析

通过室外数码成像,记录了不同含水量下原状膨胀土表面裂隙的开展状态,基于MATLAB软件用二值化像素统计的方法对膨胀土表面裂隙率与含水量的关系进行了量化,并且在二值化图像的基础上,基于AutoLISP程序对原状膨胀土表面裂隙的分形维数进行自动化统计。分析结果表明,膨胀土表面裂隙率和分形维数与含水量的关系基本呈线性关系,单位含水量变化引起裂隙率和分维的不同变化特征可对膨胀土胀缩性做出相应区分;二值化像素和分形维数统计的方法均可对原状膨胀土表面裂隙进行描述分析,为进一步研究膨胀土的裂隙性提供了有效途径。     

荆门非饱和膨胀土的变形与强度特性试验研究

通过压力板试验,对比分析了荆门原状膨胀土与石灰改良土持水特征的差异性;应用非饱和土三轴仪,开展了原状膨胀土、石灰改良膨胀土与重塑膨胀土的变形及强度特性试验。结果表明：①石灰改良膨胀土与原状膨胀土相比,其进气值有显著降低,残余含水率显著升高,土-水特征曲线两个特征点的斜率较为平缓,说明其水稳定性较好,土体性状更为稳定;②原状膨胀土和石灰改良膨胀土在非饱和与饱和状态的应力-应变关系曲线均呈应变软化型,随净围压的增大,应变软化的程度趋缓;随含水率的减小,峰值应力增大,应力峰值点有所提前,应变软化现象更加显著。饱和重塑膨胀土的应力-应变关系呈应变强化型,非饱和重塑膨胀土则呈现为应变软化型,但其应变软化的程度较前两类土大为趋缓;③经石灰改性后,膨胀土强度参数值有大幅度提高,即使在湿化饱和后,石灰改良膨胀土仍保持了相对稳定的力学性质和较高的抗剪强度参数值。相比之下,无论是重塑膨胀土,还是原状膨胀土,对湿化作用均十分敏感,其强度参数值或波动较大,或整体水平较低。     

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     

土工格栅加筋膨胀土渠坡数值模拟研究

对土工格栅加筋膨胀土渠坡这种较新的膨胀土处理措施进行研究,在考虑土工格栅与填土之间的相互作用、膨胀土吸水膨胀、软化特性等膨胀土渠坡关键影响因素的基础上,提出了土工格栅加筋膨胀土渠坡数值计算的新思路,并采用有限差分软件Flac3D进行了验证。数值算例结果表明,土工格栅对膨胀土渠坡有明显的水平位移约束作用,是有效的处理措施,可以在实际工程中采用。     

膨胀土工程地质特性研究进展

根据近年来国内外学者围绕膨胀土工程地质特性取得的研究成果,着重从胀缩性、裂隙性、超固结性、强度、渗透性、微观结构及工程处治技术等几个方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:（1）胀缩性主要取决于强亲水性黏土矿物含量、水/力边界条件及初始状态,在干湿循环条件下具有不可逆性,关于胀缩机理学界存在不同的观点;（2）裂隙性是膨胀土区别于一般土体的显著特征之一,裂隙的存在会极大破坏土体的整体性,弱化力学性质,是许多工程地质问题的直接或间接原因,裂隙形成过程与膨胀土矿物成分、微观结构和干燥过程中的内应力发育状态有关;（3）超固结性使膨胀土具有较大结构强度和水平应力,易在开挖过程中引起较强的卸荷效应,是促进边坡失稳的重要因素;（4）膨胀土的强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,并最终趋于稳定,其中裂隙发育和土结构调整在此过程中起关键作用;（5）渗透性在很大程度上受裂隙的控制,但目前关于两者之间的定量关系还缺少系统研究;（6）微观结构反应了膨胀土的形成条件和应力历史,是决定其宏观物理力学性质的主要因素,开展微观结构研究是掌握膨胀土宏观性质本质规律的重要途径。在工程处治技术上,本文重点介绍了近些年发展起来的膨胀土路堤物理处治技术和路堑边坡柔性支护技术。最后,针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究重点和方向,主要包括胀缩性和力学性质的各向异性、裂隙形成的力学机理、裂隙形态特征与工程地质特性之间的定量关系、宏-微观力学模型耦合问题及多场耦合作用下膨胀土工程性质响应特征等。     

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。     

干湿循环条件下重塑膨胀土的裂隙发育特征及量化研究

裂隙性是膨胀土的典型工程地质特性之一,对其工程性质有重要影响,直接或间接地导致各种工程问题。通过对重塑膨胀土开展室内干湿循环试验,对获得的裂隙数字图像采用图像处理技术进行一系列预处理操作,提出了表面裂隙率、裂隙条数、裂隙总长度、裂隙平均宽度和绝对收缩率等量化指标,定量描述裂隙的形态特征,分析干湿循环过程中压实膨胀土的裂隙发育规律。结果表明:含水率和干湿循环次数是影响膨胀土裂隙发育的重要因素。随着含水率的减小,重塑膨胀土的裂隙发育程度总体上有增加的趋势。表面裂隙率、裂隙条数和总长度随含水率的减小逐渐增加,绝对收缩率随含水率减小而增大,而裂隙宽度与含水率之间没有明显的规律;随干湿循环次数的增加,裂隙进一步发育,裂隙条数、裂隙总长度、表面裂隙率增加,绝对收缩率总体增大,但裂隙平均宽度存在减小的现象,这与后期发育的大量微裂隙有关。     

土样厚度对橡胶加筋膨胀土裂缝演化规律的影响研究

膨胀土具有多裂缝性的不良工程特性,对边坡等膨胀土地区工程具有潜在威胁。再生橡胶加筋膨胀土(ESR)对膨胀土动力、静力以及胀缩性有良好的改良效果。膨胀土的裂缝演化形态会受到土样厚度的影响,本文使用橡胶加筋膨胀土,对照素膨胀土探究橡胶粉末对膨胀土裂缝演化的影响与ESR裂缝的厚度效应。试验共设计未添加橡胶素膨胀土与ESR各4组不同厚度试样展开研究,结果如下:(1)膨胀土自然干燥过程含水率可分为3阶段变化,ESR的含水率变化更为迅速;(2)膨胀土的开裂过程存在明显厚度效应,ESR的厚度效应相较更不明显,裂缝演化更具有均匀性;(3)膨胀土开裂过程中的裂缝总长度与总面积受厚度效应影响严重,橡胶加筋可以约束膨胀土裂缝长度与面积并减少不同厚度样品间差值;(4)膨胀土裂缝发育的分形维数最终在1.4~1.5之间,不同厚度橡胶加筋膨胀土的分形维数变化更为接近。     

纤维加筋膨胀土的三轴蠕变特性试验研究

为了初步探究纤维加筋膨胀土的蠕变特性,采用室内非饱和三轴蠕变试验,分析了初始含水率和纤维掺量两个因素对玄武岩纤维加筋膨胀土蠕变特性的影响,通过等时应力-应变曲线得出加筋土的长期强度,并尝试建立了纤维加筋膨胀土的蠕变模型,得到的结论主要有以下几点:通过对比分级加载条件下的应变-时间曲线,发现纤维加筋对于减小膨胀土的蠕变变形有显著的作用,并存在最优纤维掺量,当纤维掺量超过最优纤维掺量,蠕变效应无显著改善;纤维加筋膨胀土的蠕变变形随着含水率的减小而减小,并存在最优含水率,当小于最优含水率时蠕变效应无明显改善;纤维加筋可以显著提高膨胀土的长期强度,纤维掺量分别为0.4%和0.6%的加筋土长期强度比相同条件下的素土分别提高了26.7%和23.3%;通过拟合,得到了Mesri蠕变模型参数,认为该模型从总体上可以反映纤维加筋膨胀土的三轴蠕变特性。     

Experimental research on expansion characteristics of Mengzi expansive soil with water,salt and acid immersion

Swelling tests of Mengzi remolded expansive soil inundated with different types of wetting fluids (distilled water, saline water and acidic water) were carried out using advanced consolidometer. Swelling characteristics of expansive soil under different initial conditions were studied. The dose–response model was used to fit the rules of swelling time interval for expansive soil with water immersion. The quantitative relationships between the swelling deformation and initial conditions (initial water content, initial dry density and overburden pressure) were attained using 3D regression analyses. The differences in deformation rules of expansive soil with water immersion in each region are bigger for the differences of genetic types, mineral compositions, chemical characteristics of soils and sample preparation techniques and instrument error. The expansion deformation rules of soil immersed in salt and acid solution are the same as the rules of soaked soil. The important indices obtained can be provided to the engineering design, construction and stability evaluation of expansive soil slopes.     

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。     

Quantifying engineering parameters of expansive soils from their reflectance spectra

Occurrence of expansive soils in construction sites has serious implications on planning, design, construction, maintenance, and overall performance especially of lightweight engineering infrastructures. Such soils are particularly susceptible to large volume changes in response to moisture content fluctuations following seasonal climatic variations. This can lead to deformation of structures built up on them. For this study, soil samples were collected from the eastern part of Addis Ababa. Specific expansive soil engineering parameters namely; Atterberg limits (LL, PL and PI), free swell and cation exchange capacity were measured in a soil mechanics laboratory. Reflectance spectra of each soil sample were acquired in a remote sensing laboratory using ASD fieldspec full range spectrometer. A multivariate calibration method, partial least squares regression (PLSR) analysis, through simple wavelength approach, was used to construct empirical prediction models for estimating engineering parameters of expansive soils from their respective reflectance spectra. Correlation coefficients of 0.90, 0.87, 0.71, 0.81 and 0.71 for CEC, LL, PL, PI and FS respectively were obtained. The correlation coefficients showed that large portion of variations in engineering parameters of expansive soils could be accounted for by spectral parameters. Apart from these high correlation coefficients, small root mean square errors of calibration (RMSEC) and prediction (RMSEP), standard error of calibration (SEC) and prediction (SEP) and minimum bias were obtained. The results indicate potential of spectroscopy in deriving engineering parameters of expansive soils from their respective reflectance spectra and hence, its potential applicability in supporting geotechnical investigations of such soils.