干湿循环下原状黄土抗压强度试验研究

黄土是干旱、半干旱条件下形成的,具有特殊结构的土,季节性的降雨和蒸发作用必将引起其力学性质和结构改变,从而造成其强度降低和变形增大的问题。通过单轴抗压强度试验探讨了黄土抗压强度与含水率、干湿循环次数的变化规律,借助SEM图像定性和定量分析了其强度变化的微观机制。试验结果表明：黄土单轴抗压强度随含水率的减小表现为非线性的增大;随干湿循环次数的增加而减小,经历多次干湿循环后趋于稳定;含水率增大和干湿循环次数的增加不仅仅会使得粗颗粒的接触方式改变与胶体物质和腐殖质数量减少,还会使得土体孔隙直径增大,大、中孔隙所占百分比之和明显增多,进而从微观结构阐述了土体宏观强度的变化规律。     

冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、 重塑黄土渗透差异的影响, 以西安Q₃黄土为研究对象, 通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、 围压、 冻融循环次数变化的规律。结果表明： 未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10^-6 ~ 18×10^-6 cm?s^-1, 水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0 ~ 4×10^-6 cm?s^-1; 经历冻融循环后, 水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、 抛物线形式与变化平缓的不同特征, 而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势; 原状黄土的竖直 - 水平渗透系数比（k_v /k_h ）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90, 可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时, 可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、 渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知, 原状、 重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性, 渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征, 渗透系数与孔隙率具有相似的变化趋势, 因此冻融循环过程中土体孔隙率的改变是导致其渗透性质变化的主要原因。     

冻融循环作用对黄土压缩性的影响

黄土不同循环次数冻融试验研究表明,冻融循环作用改变了土的粒径分布,随着冻融循环次数的增加,土体中细颗粒不断增加,土体孔隙比变大,从而使得土体密度变小,但减少的量很小;冻融循环作用使土的压缩系数增大,压缩模量减小.     

渗透条件对膨润土改性黄土渗透系数的影响

室内采用柔性壁渗透仪实测了膨润土改性黄土的渗透性能,分别在控制渗透时间、围压和渗透压等条件下探究了各自对改性黄土渗透系数的影响。研究表明,试验初期试样的渗透系数在同一数量级上有较大波动,随着持续时间增加渗透系数趋于稳定,稳定后几乎不随时间发生变化,增大围压和渗透压都可以引起改性黄土渗透系数在同一数量级上降低。因此,在填埋场设计时可以通过预测防渗衬里的围压和渗透压来预留渗透系数的安全储备。     

固化黄土的干湿循环特性研究

抗干湿循环能力是检验固化土耐久性能的重要指标,研究固化黄土的干湿循环特性具有较重要的意义。本文利用高分子材料SH固化剂对黄土进行固化改良,就固化黄土抗压和抗剪强度受干湿循环变化的影响开展室内模拟试验研究。试验结果表明：SH固化黄土试样经过干湿循环后,强度整体下降,但是仍远高于素黄土强度。随干湿循环次数的增大,抗压强度呈指数衰减,SH掺量增大,循环后的强度损失减小,质量损失率非常小,完整性良好。抗剪强度随干湿循环次数的增大而减小,干湿循环对SH固化黄土的黏聚力影响明显。不同掺量的SH固化黄土试件经3次干湿循环黏聚力下降,第4次循环后略有增大再下降,经多次循环下降平缓。经3～4次干湿循环的固化黄土试件的内摩擦角均有不同程度的降低,随后基本趋于稳定。由于增湿与脱湿过程中水分质量的变化,试样的质量和体积呈波状起伏变化。对掺量为10%的固化黄土应力应变关系分析得出其应变具有硬化特征。大于10%的SH固化黄土干湿循环之后仍然保持较高和较稳定的强度,能抵抗15次干湿循环,进一步说明了SH固化黄土的水稳性良好。SH固化剂在运用于黄土抗干湿循环方面具有明显的作用,因而具有较广阔的应用前景。     

原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究

通过冻融条件下西安Q₃原状和重塑黄土的电镜扫描观测和三轴固结渗透试验,对比分析了冻融作用对原状和重塑黄土渗透特性的影响规律。结果显示:冻融条件下原状与重塑黄土微观结构均发生明显变化,土体胶结连接强度变差且颗粒排列更加松散,孔隙比增加,渗透性增强。冻融作用对原状和重塑黄土表面结构破坏均较严重,但原状黄土表面结构破坏程度较重塑黄土更为强烈;冻融过程产生的裂缝使得土中水分渗流和迁移的通道形成,导致原状与重塑黄土体渗透性增强。冻融条件下原状与重塑黄土渗透系数随含水率增加均先增大后减小,表现出抛物线变化特征;渗透系数随冻融次数增加均先增大然后趋于稳定,表现出指数增大特征;渗透系数随围压增大均先减小然后趋于稳定,表现出指数下降特征;相同条件下原状黄土渗透系数高于重塑黄土;原状与重塑黄土渗透系数差异随围压增大逐渐减小。     

干湿循环作用下原状黄土力学性质及细观损伤研究

增湿-减湿循环作用是黄土地区工程发生病害的主要原因之一,探究增湿-减湿循环对黄土体结构损伤机理有重要的理论和工程意义。本文以延安地区的黄土为研究对象,开展不同含水率、不同次数的原状黄土增湿-减湿循环试验,分析干湿循环诱发黄土孔隙率、抗剪强度及其参数的变化规律,同时使用核磁共振技术获取黄土内部裂隙发展的损伤演化。结果表明:随着干湿循环次数的增多,土体呈现出孔隙率逐渐增大、液限和塑性指数相继减小、塑限基本不变的规律,究其原因是内部颗粒的集、散动态变化引发了黄土损伤;干湿循环次数和含水率的增加弱化了土体颗粒的胶结作用,使得抗剪强度、黏聚力和内摩擦角降低,当试样含水率超过塑限后下降趋势更加明显;黄土历经核磁共振表明,试样内部小于0.025 μm的微孔隙随着干湿循环次数的增加逐渐向0.025~0.63 μm的小孔隙组过渡,同时新生孔隙开始产生。     

干湿循环作用下压实黄土湿陷特性试验研究

压实黄土作为重要的填筑材料,广泛应用于我国西北、华北公路、铁路、机场等基础设施建设中.由于降雨及蒸发的周期性变化,黄土路基及基础经历着强烈的干湿交替作用.基于此,开展压实黄土风干干燥-滴水增湿条件下的干湿循环试验,利用双线法测试最佳含水量条件下不同初始压实度的黄土土样干湿循环前后的湿陷系数.结果表明：没有经历干湿交替作用的土样,湿陷系数随着压实度的增大而快速减小,当压实度达到90%,提高压实度对于黄土湿陷变形特征的影响较小;5次干湿循环作用后,不同压实度下的试样的湿陷系数均明显增大,且压实度越大,干湿作用对其湿陷变形的影响越显著;压实度K=95%试样在经历5次干湿循环作用后土样上部出现肉眼可见的细微孔隙,体积膨胀,有可溶盐析出,湿陷系数达到0.017,土样出现二次湿陷.     

原位非饱和黄土渗透系数研究

非饱和渗透系数为非饱和黄土分析中的关键参数,是基质吸力或体积含水率的函数,具体为何种函数关系尚难有定论,且非饱和渗透系数测定较为困难,运用土-水特征曲线间接推导具有较大随机性,稳态法及室内瞬态剖面法需考虑土体扰动影响。为此用原位瞬态剖面法处理黄土地区降雨入渗监测数据,得到黄土的非饱和渗透系数与体积含水率之间的关系,同时引入了田间测定非饱和渗透系数的θ法,二者计算结果具有较高的吻合度,证明了θ法的适用性。此外,基于不同时间体积含水率对深度的变化,提出用对数曲线拟合体积含水率与深度的关系,并应用到瞬态剖面法数据处理中,用此关系对θ法的一个基本假定进行了修正,得到了更接近实际的结果。     

干湿循环下盐渍压实黄土湿陷性劣化机理研究

近年来黄土高原地区土壤盐渍化问题愈发严重,深入了解盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律对当地填方工程安全至关重要。本文通过对不同干湿循环次数和硫酸钠(Na₂SO₄)含量的压实黄土试样进行电镜扫描试验和室内湿陷试验,研究了盐渍压实黄土在干湿循环过程中的湿陷性劣化规律及其微观机理。结果表明：干湿和盐蚀的耦合作用使黄土结构趋于松散,造成湿陷系数增大,然而湿陷系数的增速随干湿次数增加而逐渐减小,表现出减速劣化特性,随含盐量增大而逐渐增大,呈现出加速劣化特性,且当含盐量大于0.5%时,盐蚀对湿陷性的劣化作用比干湿劣化作用更显著。最后,构建了同时考虑干湿循环次数和含盐量的经验模型,能较好描述盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律。     

干湿循环对填埋场压实黏土盖层渗透系数影响研究

针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗失效等问题,系统开展了干湿循环作用下（室内模拟填埋场气候环境）压实黏土渗透特性及微观结构特征试验研究,探讨了干湿循环次数、压实度、试样尺寸对压实黏土渗透系数影响并从微观层次揭示其防渗失效内在本质。研究结果表明：干湿循环前,相同压实度的大、小两种尺寸渗透试样所测渗透系数基本相同,经3次干湿循环后,不同尺寸、不同压实度黏土渗透系数增加量却存在明显差异。干湿循环作用下,小尺寸高、低两压实黏土试样均只收缩不开裂,并且高压实黏土微观结构损伤大于低压缩黏土,其渗透系数的增加量也大于小尺寸低压实黏土。而大尺寸试样裂隙发育与现场压实黏土裂隙发育相似,高压实黏土内部裂隙体积小于低压实黏土,其渗透系数的增加量也小于低压实黏土。同时,大尺寸试样内部大量未闭合宏观裂隙致使其渗透系数增加量大于同等压实度条件下小尺寸试样渗透系数增加量。室内小尺寸试样无法体现干湿循环作用下压实黏土层内部干缩裂隙对其渗透性能的影响,因此,其渗透试验结果不宜作为评价压实黏土长期防渗性能的评价指标。     

多种计算方法确定黄土渗透系数的对比分析

渗透系数是工程降水设计重要的水文地质参数之一,由于水文地质本身的复杂性和计算的多样性,致使渗透系数计算值往往存在着较大的差异。而对于渗透系数的计算模型较多,究竟哪种数学计算模型比较接近黄土渗透性的实际情况,不同的专家有不同的观点。以西安地铁四号线火车站地下车站段抽水试验为例,运用了完整井稳定流中的单井法、带观测井法考虑井损的单井法数学计算模型,非完整井稳定流数学计算模型,水位恢复法数学计算模型3种方法综合确定黄土的渗透系数。分析对比了各种数学计算模型优缺点,给出了计算黄土渗透系数较为合理的数学计算模型。     

干湿循环下黄土强度衰减与结构强度试验研究

针对干湿循环作用下黄土强度问题,系统地开展了常规三轴试验,提出了黄土结构强度和衰减强度的求取方法,探讨了不同围压和含水率对结构和衰减强度的影响,研究了黄土结构与衰减强度的关系。研究结果表明,黄土结构和衰减强度都随含水率的增大而减小,且呈良好的对数函数关系;结构和衰减强度都随围压的增大而增大,具有良好的线性关系;通过对结构和衰减强度的研究,发现多次干湿循环后原状黄土的强度衰减值与相应的重塑黄土的强度衰减值和黄土的结构强度之和基本相等,证明多次的干湿循环作用不仅仅打破了原状黄土的结构强度,并最终使得其与重塑黄土具有基本相同的土体结构。     

干湿循环对地裂缝带黄土抗剪强度影响研究

为研究长期干湿循环作用对地裂缝带及其附近黄土强度的影响,以西安地裂缝场地典型黄土试样为研究对象,通过室内试验方法（主要为直接剪切实验）,研究地裂缝带黄土试样在干湿循环作用下不同含水率的抗剪强度参数及其强度衰减特性,提出了地裂缝带黄土衰减强度的求取方法,研究表明:（1）干湿循环作用下,地裂缝带黄土抗剪强度随着干湿循环次数及含水率的增加而逐渐减小,1次干湿循环或大于18%含水率对抗剪强度参数影响明显;（2）1次干湿循环作用其强度衰减最为明显,随着干湿循环次数的增加而增加且增幅逐渐下降;（3）1次干湿循环作用下其强度随含水率衰减最为明显,随着含水率的增加其逐渐减小,且在12%以下含水率时其强度衰减较高,大于12%含水率时强度衰减较小。     

考虑含水率影响的非饱和原状黄土冻融强度试验研究

提出了用于非饱和原状黄土增湿的蒸汽增湿方法,给出了蒸汽增湿试验步骤,通过对比试验分析确定了适宜的试验参数,从增湿后水分分布是否均匀、土体密度是否改变等方面论证了蒸汽增湿方法的有效性。对含水率的测试结果表明,微波炉法测试结果能满足精度要求,酒精燃烧法在测试较高含水率时误差较大。进一步应用蒸汽增湿法得到的不同含水率原状土样测定了非饱和黄土冻融后的强度指标,揭示出当非饱和原状黄土含水率过低时,冻融作用对黄土的粘聚力值基本没有影响,当含水率较高时,经历冻融循环后黄土粘聚力值较冻融前降低,冻结温度越低以及冻融循环次数越多,降低值越大。经历冻融循环后黄土内摩擦角值较冻融前增加,冻结温度越低,增加值越大。在含水率较低时冻融循环次数几乎不引起内摩擦角值发生变化,在含水率较高时冻融循环次数越多,引起内摩擦角增加值越大。     

干湿循环条件下压实黄土变形特性试验研究

由于降雨及蒸发的周期性变化等原因,压实地基土经常处于干湿交替状态,这种干湿循环作用会影响路基及地基的长期稳定性。通过气压式固结仪测试压实黄土试样经过不同次数干湿循环作用后的侧限压缩应变与垂直压力( - )曲线,研究干湿循环作用对压实黄土变形特性的影响,同时利用已有模型对实测曲线进行拟合,并基于割线模量法分析了割线模量与初始压实度及干湿循环次数的关系。结果表明：初始压实度对黄土的压缩变形有显著影响,不同初始压实度的试样其各级压力下的侧限压缩应变均随着干湿循环次数的增大逐渐增加,之后趋于稳定;初始压实度越高,干湿循环作用影响效应越显著;干湿循环作用并不改变土体 - 曲线的形式;割线模量与干湿循环次数及初始压实度的关系均呈指数关系。     

干湿循环下地聚合物固化黄土强度劣化机制与模型研究

采用地聚合物对黄土进行固化处理,通过三轴试验研究了干湿循环下不同掺量地聚合物固化黄土抗剪强度的劣化规律,提出了固化土强度劣化的经验公式。结合X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）、电镜扫描（scanning electron microscopy,简称SEM）和压汞（mercury intrusion porosimetry,简称MIP）试验,分析了水化产物、固化土微观形貌演化与孔隙分布,探讨了地聚合物固化黄土的劣化机制。三轴试验结果表明：相较于素土,固化土的抗剪强度随地聚合物掺量增加而显著提高,黏聚力及内摩擦角最高提升260%和43%;固化土抗剪强度与孔隙率η对地聚合物体积含量Gv的比值η/Gv呈幂函数关系;地聚合物可有效提高固化土的抗干湿耐久性,在9次干湿循环后10%和15%的地聚合物固化土抗剪强度仍保持初始强度的75%以上,但5%的地聚合物固化土在干湿作用下劣化明显,经历9次干湿循环后其强度接近素土;干湿循环对固化土峰值偏应力与黏聚力影响较大,对内摩擦角影响较小。综合考虑地聚合物掺量、围压及干湿循环次数的影响,提出了地聚合物固化土强度劣化经验公式并验证了其准...     

干湿和冻融循环作用下黄土强度劣化特性试验研究

通过室内试验模拟土体季节性的干湿和冻融交替变化,采用直剪试验测试了原状黄土经干湿和冻融循环作用后的抗剪强度及抗剪强度参数的变化,并进行了直剪后试样的易溶盐总量测定.结果表明：干湿和冻融循环作用对原状黄土物理力学性质影响极大,是造成黄土边坡破坏的主要因素.随着干湿循环次数的增加,试样的抗剪强度逐渐减小,黏聚力逐渐减小,内摩擦角先增加,后逐渐趋于稳定,盐分迁移现象明显,土样下部易溶盐含量逐渐减少,上部易溶盐含量逐渐增加,并且试样的质量损失逐渐增加;随着冻融循环次数的增加,试样的抗剪强度逐渐减小,黏聚力逐渐增大最后趋于稳定,而内摩擦角和盐分迁移现象不明显.     

压实黄土非饱和渗透系数试验研究

压实黄土非饱和渗透特性具有重要的工程意义。对不同干密度的压实黄土试样,采用非饱和导水率测定系统进行非饱和渗透系数量测,得到不同干密度压实黄土的渗透系数与吸力的关系。试验结果表明：渗透系数随吸力的增大而成非线性减小,随干密度的减小而增大;在低吸力时,干密度对渗透系数的影响较大;在较高吸力时,干密度对渗透系数的影响较小。进一步给出了压实黄土的渗透系数模型并进行回归分析,得到各Wind幂函数模型参数与干密度的关系,建立了基于干密度的压实黄土渗透系数的确定方法。     

季节冻土区黄土路基水分与温度变化规律研究

为研究季节冻土区压实黄土路基变形的影响因素,通过现场监测得到路基水分场与温度场的变化规律,并结合室内试验与数值模拟分析路基变形规律. 结果表明,天然地面以上路堤土体具有明显的季节性,水分场及温度场变化剧烈,而天然地面以下土体温度场及水分场变化较平缓,季节性不强. 路堤最大冻深约1 m,经历强烈的冻融循环和干湿交替过程,含水率变化量为5%~29%. 冻融循环作用在路肩处产生的变形较大,而干湿循环作用在路基中心处产生的变形较大,且后者引起的变形大于前者.