掺粉煤灰-石灰对膨胀土胀缩性的影响试验研究

本文探讨利用粉煤灰、石灰-粉煤灰作为添加剂改良合肥膨胀土的可行性与改良效果。试验研究了粉煤灰、石灰-粉煤灰掺合物对膨胀土的胀缩性的影响以及养护作用对改良膨胀土胀缩性的影响。研究结果表明,随着掺灰率的增加,膨胀土的自由膨胀率、膨胀量、膨胀力与线缩率呈减小趋势,这说明掺粉煤灰可有效降低膨胀土的胀缩性。经过一定龄期养护后的击实样的膨胀试验结果表明,随着养护龄期的加长,膨胀土的膨胀量与膨胀力都有一定降低。     

粉土改良膨胀土的路用性能与现场试验

为探究粉土对膨胀土的改良效果,对不同粉土占比改良膨胀土进行了胀缩特性、路用性能和微观结构测试。研究表明：掺入粉土改变了膨胀土土体颗粒成分及结构,抑制了膨胀土的胀缩潜势;随着粉土颗粒的增加,膨胀土的密实度和无侧限抗压强度均先增大后减小,最大干密度在粉土占比为40%时达到1.889 g/cm³,无侧限抗压强度在粉土占比为10%时最大,加州承载比(CBR)值持续显著提高,回弹模量呈下降趋势,均满足规范要求;验证了粉土改良膨胀土的可行性,确定了最佳配合比为粉土掺量40%。为便于现场施工,并考虑现场拌和均匀程度,先掺入3%低剂量石灰对膨胀土进行“砂化”,降低膨胀土黏性使其破碎。在此基础上,采用粉土掺量40%对膨胀土进行改良后用于高速公路路堤填筑,并开展了现场压实度、CBR值、弯沉值等测试。现场试验结果表明：现场填筑联合改良试验段和单一石灰改良对照段整体压实质量良好,但试验段压实度易受粉土均匀程度影响而降低;试验段路基CBR值和路基弯沉与对照段相当,粉土改良有效弥补了相对于对照段减少的2%石灰所提供的强度。     

高速公路膨胀土路基改良的试验和分析

对膨胀土路基填料存在问题进行探讨分析。以广东某高速公路为例，对比了膨胀土路基填料改良的试验方法及其效果，提出了掺石灰和粉煤灰等方案的最佳选用建议。试验分析表明，对膨胀土改良的测试和评价不宜采用单一方法，应根据膨胀土的胀缩等级、地方材料及施工工艺等进行综合技术与经济比较，选定最优方案。     

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。     

循环荷载下石灰改良膨胀土临界动应力的探讨

为探讨各影响因素对石灰改良膨胀土临界动应力的影响规律与程度,进行了振动三轴试验,获得了不同含水率与振动频率下石灰改良膨胀土的临界动应力。基于本文的试验结果,通过石灰改良膨胀土脆性破坏机理分析和临界动应力的影响因素探讨表明,由于石灰的改性作用,导致改良后膨胀土的塑性降低,表现出脆性性质;质量控制指标（掺灰比和压实系数）是影响石灰改良膨胀土临界动应力的决定性因素;由于改性后动力水稳定性较好,石灰改良膨胀土临界动应力受含水率变化的影响有限;而外部动静荷载形式与程度(振动频率和围压)的影响程度较弱。即在保证掺灰比和压实系数的前提下,石灰改良膨胀土的临界动应力能够维持在一个比较稳定的范围内。     

石灰处理路基弱膨胀土的施工质量管理

合肥—六安高速公路工程第一至第二合同段,共有弱膨胀土25×104m3,其性质较差,直接填筑存在工程隐患,但对其进行石灰改良处理后可用于路基填筑,其中经石灰改良之后用于路基的为22×104m3。避免从外借土填筑,直接节省投资300多万元。论文介绍用石灰改良处理弱膨胀土的施工质量管理。     

合肥市膨胀土试验研究

主要介绍合肥市二环路用生石灰,石膏改良膨胀土的室内试验研究,并根据试验资料说明生石灰、石膏改良膨胀土的效果。同时提出一种用生石灰一石膏改良合肥膨胀土的最佳配方。大量的试验结果表明,用该配方改良后的膨胀土其单轴抗压强度,水中稳定性、耐久性都有显著提高。经十几年来在合肥市二环路上应用效果良好。     

电阻率法评价膨胀土改良的物化过程

掺石灰、粉煤灰是工程中通常采用的改良膨胀土的方法。土电阻率是土的基本物理指标之一,其变化可反映土的其他物理性质指标的变化。通过掺灰改良膨胀土不同养护龄期下的电阻率测试以及膨胀量、膨胀力及无侧限抗压强度等试验研究,探讨了掺灰改良膨胀土养护过程中的物理化学反应过程。根据养护过程中的电阻率随龄期的变化规律,可将改良膨胀土的物理化学反应过程划分为瞬时反应阶段、主体反应阶段、残余反应阶段和稳定阶段4个不同阶段。针对改良膨胀土质量控制和评价体系中存在的不足,提出了基于电阻率指标的改性膨胀土的质量评价方法,通过试验证实了该方法的有效性和实用性。     

改良膨胀土筑堤技术研究

利用改良膨胀土作为高速公路路堤填筑材料是宁淮高速公路需要解决的主要问题。尽管室内试验论证可以用石灰改良膨胀土性质,但现场石灰改良土施工还要解决三大问题：石灰拌和均匀性和石灰含量的检测问题、现场压实方法和压实度控制问题、现场压实改良土的胀缩性和强度是否满足高等级公路路床和路基的要求问题。结合宁淮高速公路先导段施工,设计了试验段进行现场试验。试验结果表明,通过合理的施工工艺、有力的质量控制,改良膨胀土能够满足设计要求。改良土已经不具有膨胀土性质,胀缩性低,CBR强度高,是良好的路堤填筑材料。     

改性膨胀土路堤填筑含水量优化试验研究

在控制含水量的前提下,对分别掺入不同量石灰、不同量水泥改性膨胀土试件进行强度和膨胀量试验,得到不同含 水量及不同石灰(水泥)掺量对改性膨胀土强度和膨胀性的影响,通过对实验所得数据的分析,找出含水量和掺石灰(水泥)剂 量的最佳融合点,并据此对膨胀土路堤填料的改性施工提出了一些有益的建议。     

物元可拓模型的改进及其在膨胀土分类中的应用

指出物元可拓模型的关联函数是一个分段函数,不便于计算,指标间的互不相容性没有得到彻底解决,影响了物元分析法的应用范围。通过构造一种新的关联函数,改进了物元可拓模型,较好地解决了指标间的互不相容性问题,又便于计算,拓宽了物元分析法的应用范围。将改进的物元可拓模型应用于膨胀土的胀缩等级分类,其合理性和有效性得到了验证。     

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。     

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。     

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。     

A method for extending a general constitutive model to consider the electro-chemo-mechanical phenomena of mineral crystals in expansive soils

The mechanical behavior of expansive soils varies according to the chemical composition of the pore fluid. It is well known that electrochemical phenomena on the surface of clay mineral crystals considerably affect their macrostructural behavior. In particular, a change in the pore fluid composition causes osmotic consolidation or swelling. In this study, a model is constructed to describe the characteristic behavior of expansive soils by coupling the interlaminar behavior of clay mineral crystals and the soil skeleton behavior. The interlaminar behavior is derived from the electro-chemo-mechanical coupling equilibrium of mineral crystals, and the soil skeleton behavior is given by a general elastoplastic constitutive model for soils. This modeling approach extends a general model to consider the electro-chemo-mechanical phenomena of mineral crystals. Oedometer tests with the replacement of the cell fluid and the swelling pressure and deformation tests on expansive clays are simulated with the proposed model. The simulation results indicate that the proposed method can reasonably represent the typical behavior of expansive soils.     

支持向量机方法在膨胀土分类中的应用

将支持向量机方法应用于膨胀土分类问题中,建立了膨胀土分类的支持向量机模型。以膨胀土实测数据为学习样本,经过训练,得到膨胀土的分类区间。应用该模型对剩余的膨胀土数据进行预测,预测结果表明支持向量机分类模型性能良好、预测精度高、简便易行,是膨胀土判别的一种有效方法,具有广阔的应用前景。     

南宁膨胀土非线性剪切应力松弛特性试验

利用四联装等应变直剪仪,对南宁非饱和重塑膨胀土进行一系列室内剪切应力松弛试验,探讨南宁非饱和重塑膨胀土的剪切应力松弛特性,得到诸多有益的结论。试验结果表明,不同初始条件下的剪切应力松弛曲线均属于不完全衰减型,剪切应力逐渐减少并趋于一个稳定值;膨胀土的松弛曲线都可以明显的分成3个阶段：瞬间松弛阶段、衰减松弛阶段、稳定松弛阶段。不同初始条件下不同时刻的剪切应力-应变等时关系曲线都是非线性的曲线,说明南宁膨胀土具有明显的非线性流变特性,是弹、黏、塑性体。膨胀土的含水率越高,或者竖向荷载越小,或者初始应变越大,或者时间越长,则膨胀土的流变特性及其非线性程度就越高。对试验结果的分析,通过改进剪切应力对数与时间对数的线性关系,建立南宁膨胀土在直剪条件下的非线性剪切应力松弛经验方程,能较好地拟合试验结果。非线性经验模型考虑了应变水平对应力松弛的影响,直观地反映出南宁膨胀土的非线性应力松弛特性,更加符合工程实际,可为膨胀土非线性应力松弛问题的计算分析提供理论依据。     

膨胀土CBR强度特性机制分析

以在建的周集-六安高速公路为依托工程,采集典型弱、中膨胀土开展系统的试验研究,探讨了膨胀土CBR强度随含水率、击实功和膨胀潜势的变化规律。试验研究表明：CBR峰值含水率要大于最优含水率,且膨胀潜势越高,击实功越大,CBR峰值含水率与最优含水率的差值越大。结合非饱和土气水状态理论,分析了膨胀土CBR强度特性的内在机制。研究发现,CBR强度特性的上述规律性,主要是由不同饱和度条件下膨胀土所处的气水状态所决定的。当饱和度小于界限饱和度时,土体处于非饱和状态,CBR强度随饱和度的增加呈指数增长,说明膨胀土的固有特性对CBR强度的影响很大;当饱和度大于等于界限饱和度时,膨胀土强度特性与饱和土类似,CBR强度主要受干密度控制。     

弱膨胀土工程特性及其路基处治对策

针对湖北襄-荆高速公路膨胀土,在室内开展了弱膨胀土的压实特性、胀缩性状、力学特性试验研究,发现压实膨胀土的工程性状受含水率与压实度的影响,胀缩特性是膨胀土的固有特性,其大小取决于起始湿度和密度;击实膨胀土的最佳含水量和最大干密度随击实功变化而变化,压实功愈大,土的最大干密度也愈大,而对应的最佳含水量愈小;膨胀土的CBR值随其含水率的变化规律类似于击实曲线,但CBR峰值含水率大于最佳含水率,为深入认识膨胀土的工程特性提供了帮助。因此,利用弱膨胀土填筑路堤时,不仅要考虑经过击实后的土的性质,而且还要考虑在填方建成、条件改变后土的性能;膨胀土路堤填筑除考虑压实度与CBR值要求外,尚需考虑胀缩总率的影响。最后,推荐了弱膨胀土路堤结构型式,并提出了弱膨胀土用于路堤填筑的控制标准。