皖中膨胀土的承载比(CBR)强度特性研究

针对皖中地区高速公路建设中遇到的膨胀土问题,选取合六叶高速公路典型土样开展了系统的承载比（CBR）特性试验研究,并在此基础上探讨了膨胀土作为路基填料的适用性。研究表明:（1）起始含水量对膨胀土CBR值影响显著,CBR最大值对应的含水量高于最佳含水量,且击实功越大,二者差值也越大;（2）CBR膨胀量随起始含水量增大而减小,起始含水量越低,CBR膨胀量就越大,路基的水稳性就越差;（3）当击实功较大时,膨胀土的最佳含水量较小,适合填筑的可变含水量范围较宽,建议现场施工控制采用重型击实标准;（4）在重型击实条件下,将弱膨胀土起始含水量控制在比最优含水量大2%4%范围内,能同时满足压实度和CBR值要求以用于填筑下路堤,中膨胀土作为路基填料时必须经过改性处理。研究结果对于在膨胀土地区进行公路建设具有参考意义。     

膨胀土的强度特性研究

研究了膨胀土的强度指标c,?与含水量?、干密度 及饱和度sr的关系,以及强度与膨胀压力p之间的关系,结果表明：c,tan?和 ,sr,?的关系与膨胀压力p和 ,sr,?的关系相似;任何状态的膨胀土的强度,皆可表示为饱和状态的强度和吸力引起的,并可用不同状态土的膨胀压力表示的附加强度两部份。     

膨胀土膨胀特性的变化规律研究

研究了击实膨胀土的膨胀压力p与50 kPa下的膨胀率 随干密度、饱和度及含水量的变化规律。结果表明：p和 与干密度 、含水量 、饱和度 的关系及p- 间的关系皆可用幂指数函数描述;在不同条件下, , , 中的某一个或两个因素可更好地描述p和 的变化规律,一般在高含水量范围含水量因素与干密度因素等价;在低含水量范围含水量因素与饱和度因素等价;含水量一定时干密度因素与饱和度因素等价;存在一临界干密度,干密度大于临介干密度时,膨胀力随饱和度的增加而减小,反之则增加。     

非饱和膨胀土边坡稳定性分析

Bishop和Fredlund的非饱和土强度公式参数不易工程应用,文中基于双曲线的非饱和土强度公式,采用简化Bishop法建立非饱和土边坡的稳定方程,分析膨胀土边坡的稳定性,讨论了吸力、分层及其边坡表层裂隙对非饱和膨胀土边坡稳定性的影响。通过分析与比较,揭示了膨胀土边坡浅层滑坡的原因。     

原状膨胀土的强度变形特性及其本构模型研究

对南阳原状膨胀土进行了不同吸力下的三轴剪切试验，试验结果表明原状膨胀土在剪切过程中呈脆性破坏形式，原生裂隙和软弱面是决定原状膨胀土强度的主要因素，建议采用四屈服面的非饱和弹塑性模型描述原状膨胀土的湿胀干缩特性和剪胀剪缩特性。     

膨胀土临界状态强度特性及其模型拟合

针对蒙自地区膨胀土,进行了饱和重塑条件下的固结排水(CD)与固结不排水(CU)试验,系统研究了饱和土在不同固结围压3、初始干密度d、初始含水量0、剪切速率、排水条件下的应力应变特性。通过对临界状态试验结果的归一化处理,揭示了不同试验方法对同一土样抗剪强度量测差异的内在统一性,得到了重塑饱和膨胀土在固结排水与不排水条件下p'-q-空间内的破坏线。利用双曲线模型较好地拟合了弱硬化型应力应变曲线,用指数曲线模型拟合了弱软化型应力应变曲线,为模拟边坡在降雨条件下的抗剪强度变化及构筑物土体处于正常水位时的强度状态等工况提供了技术参数与理论支持。     

不同饱和度下膨胀土原位孔内剪切试验及强度响应特征

膨胀土强度随饱和度变化显著,非饱和膨胀土的抗剪强度一直是研究膨胀土工程问题的关键。选取南阳市某高速路沿线边坡膨胀土为研究对象,进行了天然条件下处于不同饱和度状态的膨胀土原位孔内剪切试验,获得了自然条件下膨胀土的抗剪强度随饱和度的变化特征。膨胀土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着膨胀土饱和度的增大而逐渐减小。结合现场试验数据和土-水特征曲线,提出了以法向应力、饱和度为变量和以法向应力、基质吸力为变量的两种非饱和膨胀土的抗剪强度计算模型,并结合试验数据对计算模型的适用性进行了验证。与之前常用的非饱和土抗剪强度计算模型相比较,提出的两种计算模型所需的拟合参数少,适用于更宽吸力范围、不同法向应力条件下非饱和膨胀土抗剪强度的计算,且结果更为准确。     

吸力对弱膨胀土强度贡献的试验研究与预测分析

对部分应用土-水特征曲线来预测非饱和土抗剪强度的公式进行了归纳分析。应用压力板仪与非饱和三轴仪,测试了荆门原状弱膨胀土的土-水特征曲线和控制吸力的非饱和三轴抗剪强度参数,并将试验结果与各抗剪强度公式的预测值进行对比,分析了各强度公式的局限性。试验结果表明,非饱和原状膨胀土的净法向应力摩擦角随着吸力的不同而变化,根据双应力变量理论确定的吸力对强度的贡献与围压有关,不同围压下吸力对强度的贡献不同,表观凝聚力 与吸力间符合乘幂函数关系。     

基于多场耦合数值分析的膨胀土边坡浅层膨胀变形破坏机制研究

膨胀土地区大量工程实践表明,发生在膨胀土边坡浅表层一定深度范围内的牵引式滑坡现象非常普遍,对于该种渐进性边坡破坏模式,传统极限平衡分析无法反映其失稳状态和破坏机制。借鉴温度场中温度膨胀系数的定义和数值处理方法,以室内无荷/有荷膨胀率试验成果为依据,对膨胀土的湿度膨胀系数进行了反演拟合,得到低荷载条件下含水率-膨胀系数近似符合线性关系。基于降雨作用下膨胀土边坡破坏的大型静力物理模型试验成果,采用FLAC非饱和二相流模型模拟降雨引起的边坡湿度场分布变化状态,引入含水率-膨胀系数的线性关系,提出一种适用于膨胀土边坡的湿度场-膨胀变形场-应力场的多场耦合数值分析方法,并藉此对物理模型试验进行仿真。结合模型试验和多场耦合数值分析,阐述膨胀土边坡浅层渐进性破坏机制的本质是水力边界条件变化引起的膨胀土膨胀变形作用。     

非饱和压实膨胀土渗透特性的试验研究

压实膨胀黏土常用于防止填埋场中固体废物产生二次污染,或作为核废料处置库通道隔绝层,这主要取决于压实膨胀黏土衬垫层或隔离层的防渗特性,而这种压实膨胀黏土层通常又呈现出非饱和特性。基于GDS非饱和土三轴试验系统,开发拓展其试验功能,研究直接测量压实膨胀黏土的水渗透系数的试验方法,同时结合电镜扫描试验,从微观角度定量分析压实膨胀黏土渗透过程中产生的微观、宏观变化特征。结果表明,压实膨胀黏土在渗透过程中产生的体积变形主要是由于土孔隙中气体被压缩、孔隙微结构发生变化的结果;压实膨胀黏土水渗透系数受吸力、围压、干密度、饱和度等因素控制。     

Bearing capacity of unsaturated expansive soils

It is difficult to determine the bearing capacity of a foundation in unsaturated expansive soil, although this is most important. The bearing capacity of unsaturated expansive soil is related to the drying and wetting environment. Swelling pressure occurs when the soil volume change is constrained as an expansive soil is inundated. The expansive lateral pressure, induced by the swelling pressure is similar to the passive earth pressure. By considering the effect of the expansive lateral pressure in Terzaghi's bearing capacity formula, the bearing capacity of unsaturated expansive soil is derived. Because it is very difficult to measure suction in situ, the bearing capacity is expressed using the expansive lateral pressure offers a feasible approach to calculate the bearing capacity of a foundation in unsaturated expansive soil, when suction is not measured. Plate load tests to measure the bearing capacity in situ were performed for the foundation in natural soil and saturated soil immersed by water. The verification of the bearing capacity formulae presented in this paper is conducted by comparing the predicted results with the results of the plate load tests on unsaturated expansive soils in Handan and Bingxia, China.     

红黏土承载比的土团尺寸效应研究

高液限红黏土用于路基填筑时,因其不良的水理特性,需要掺石灰或水泥改良。但红黏土成团现象十分突出,进行灰土拌和时不易达到均匀状态,影响预期改良效果。通过对不同直径的红黏土土团及石灰改良土土团进行承载比试验,结果表明：干密度随着土团直径尺寸的增大呈现先增大后减小的特征,红黏土和石灰土的最大干密度对应的土团直径处在0.2～ 5 mm范围内;而最大承载比CBR值对应的土团直径分别处在5～10 mm和2～5 mm的范围内。石灰土和红黏土的吸水率、膨胀率均随着土团尺寸的增大,呈现先减小后增大的整体变化趋势。在2～10 mm的范围内,两种土的膨胀量最小。石灰改良只对直径小于5 mm的土团的膨胀特性起到明显的抑制作用。可见,现场施工中严格控制土团的大小对保证土体的强度和水稳定性具有十分重要的意义。     

应力状态对膨胀土SWCC的影响研究

探讨了应力对膨胀土的土-水特征曲线的影响。试验研究表明：膨胀土的首次干湿循环过程的“滞后”现象明显。应力状态对膨胀土的土-水特征曲线影响显著,与常规试验方法相比,一维固结状态和各向等压应力状态下的土-水特征曲线更具线性关系,干湿循环甚至出现了逆向回滞现象。     

考虑裂隙非饱和膨胀土边坡入渗模型与数值模拟

包含裂隙的非饱和膨胀土中的渗流具有随时间变化的特性。采用常规试验测定非饱和膨胀土膨胀时程曲线,定量地描述了膨胀土中裂隙在入渗过程中逐渐愈合的特征, 建立了考虑裂隙的非饱和膨胀土边坡入渗的数学模型;用有限元数值模拟方法分析了边坡地形、裂隙位置、裂隙开展深度及裂隙渗透特性等对边坡降雨入渗的影响。结果表明, 坡上位置的裂隙对边坡入渗影响较大;裂隙对边坡入渗的影响随裂隙深度的增大而增大,且存在一最大的影响程度;裂隙的存在加快了膨胀土的入渗速率;考虑裂隙随入渗而愈合时, 入渗达到平衡的时间有所延长。     

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。     

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。     

不同干密度非饱和膨胀土的三轴试验研究

重塑非饱和膨胀土的结构特征是影响其强度和变形等性质的重要因素。在不同初始干密度下击实的试样具有不同的初始结构。吸力和净围压的作用使得试样结构产生变化,从而呈现出不同的剪切特征。进行了一系列的控制吸力的三轴试验,试验结果表明,吸力和净围压的增加使得试样的抗剪强度提高,剪胀性减小;初始干密度大的试样也有更高的强度,且呈现出明显的剪胀现象。     

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。