考虑结构性的原状黄土应力-应变关系的探讨

土体的结构是其强度、变形的内在决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定。由此,提出了黄土静力结构性参数即联结结构静力强度势参数m? 1、摩擦结构静力强度势参数m? 2以及结构静力强度势参数m? 。这些结构性参数具有明确的物理意义,既能反映黄土的综合结构性,又能分别反映黄土联结结构性和摩擦结构性。分析了静三轴应力条件下黄土的应力-应变特性以及黄土静力结构性参数的变化规律,建立了考虑黄土结构性的原状黄土应力-应变关系式,从而可以由结构性最弱的饱和重塑黄土的应力-应变曲线,通过结构参数模拟得到考虑结构性的原状黄土的应力-应变关系曲线。利用考虑结构性的原状黄土应力-应变关系式可整理计算出原状黄土的强度指标c、初始切线模量Ei、破坏比Rf、应力水平S以及切线弹性模量Et等参数,可应用于静荷载作用下黄土应力-应变有限元分析计算。     

黄土对Cr(III)的吸附特性及机理研究

铬是一种重金属痕量元素,人体通过食物链摄入过量的铬会在人体内富集,随之产生中毒反应。研究Cr(III)的浓度、反应时间、反应温度、pH值等因素对Cr(III)在黄土上吸附特性的影响,结果表明黄土对Cr(III)的吸附非常迅速,并且吸附量非常大,等温吸附模型Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)模型都能很好地解释Cr(III)在黄土上的吸附过程。热动力学分析表明,吸附是一个自发的过程,升温可促进吸附作用的进行。随着温度的不断升高,Cr(III)的吸附量逐渐增大。溶液的pH值是影响Cr(III)吸附效果的一个重要因素,当pH>6时,Cr(III)几乎完全被去除。利用X光衍射图谱和红外光谱分析,探讨黄土与Cr(III)的结合机制,黄土中的高岭土、石英等黏土矿物以及有机质成分对吸附过程起重要作用。     

概率性分析在黄土场地动力沉降评价中的应用

天然黄土动残余应变研究主要依赖室内动三轴试验,如何将有限室内试验数据合理地应用于场地动力沉降的定量评价,是岩土地震工程领域中研究涉足尚少的重要科学问题。应用概率统计与蒙特卡洛模拟等非确定性分析方法,借助综合考虑固结应力、结构强度、空间体积特性和地震动荷载等动残余应变关键影响参量的估算模型,提出有效弱化土体物性参量不确定性（离散性与随机性）的场地动力沉降概率性评价的思路与方法。应用结果显示,利用该方法得出的场地动力沉降的概率分布特征,能够反映天然黄土动残余应变的基本认知特点,对明晰地震作用下天然黄土场地精细动力沉降特性以及据此采用适当合理的地基处理方法,具有理论意义与实用价值。     

不同降雨条件下黄土高原浅层滑坡危险性预测评价

黄土地区浅层滑坡发育非常广泛,由于其具有分布规律性差、前期变形迹象小、分布范围大、面小点多等特征,目前还无法进行有效预测,因此给黄土地区工程安全带来严重威胁。根据无限边坡模型,结合降雨入渗-土体强度衰减规律和GIS（地理信息系统）技术,构建了不同降雨条件下黄土地区浅层滑坡发育危险性评价模型,并将该评价模型应用到延河一级支流幸福川流域,预测在有效降雨量30、50、100、200 mm条件下,该流域浅层滑坡发育程度,并与当前较为流行的SINMAP模型(地形稳定性模型)进行对比。结果表明：①不稳定和潜在不稳定浅层滑坡主要分布在末级河流的两侧和源头,稳定和较稳定区域主要分布在一级河流河道两侧和塬面上;通过对比分析,SINMAP模型计算的结果与本文建立的模型在降雨强度30 mm时的计算结果较为一致。②在本文建立的模型评价结果中,随着有效降雨量的增加,F_s（稳定性系数）<1.00的不稳定区域所占比例逐渐增加,从30 mm的1.12%到200 mm的4.79%;相反,稳定区域则出现逐渐减少的趋势。③根据已发生灾害点的分布,随着有效降雨量的增加,研究区域已发生的灾害点分布在F_s<1.25的比例明显增加,从30 mm的62%到200 mm的88%,在SINMAP评价模型中,研究区域已发生的灾害点的64%分布在不稳定和潜在不稳定区域内,说明本文所建立的评价模型具有一定的精度。通过与SINMAP评价模型对比,本文建立的模型主要采用基于降雨入渗规律,而SINMAP评价模型主要基于降雨汇流过程,因此在利用过程中应根据区域特征选择利用。     

冻融循环对黄土二次湿陷特性的影响研究

在黄土地区公路路基建设中, 通常会采用预湿陷等办法来对湿陷性黄土进行处理以达到工程要求.但是在季节冻土区, 处理过的黄土路基却在运营几年后, 仍发生大量的不均匀沉降、 塌陷等病害.为分析冻融循环作用对黄土二次湿陷的影响, 采用室内试验方法, 使大体积黄土样品先完成一次湿陷, 再进行冻融循环和黄土二次湿陷.试验结果表明: 重塑黄土与原状黄土的二次湿陷系数随着冻融循环次数的增加趋向于同一个特定值; 重塑黄土和原状黄土的二次湿陷系数皆大于0.015, 说明二者皆满足湿陷条件, 在冻融条件下具有二次湿陷性.     

桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法初探

为确定桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量的合理取值,开展桩−土界面大型剪切试验,研究桩间黄土卸荷湿陷状态下桩−土界面剪切强度、剪切位移及桩−土界面法向力之间的相关关系。结果表明：在桩间土中性点深度范围内,不同竖向应力和含水率状态下的桩−土界面剪切强度可代表桩侧负摩阻力。利用卸荷量与桩侧负摩阻力互为作用力与反作用力的力学原理,并在分析卸荷量随湿陷深度和湿陷进程变化规律的基础上,提出黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法,通过对比卸荷量计算值与不同黄土地区桩侧负摩阻力现场实测值,以验证其合理性。该方法不仅为科学评价黄土卸荷湿陷特性提供卸荷作用量化手段,还为相关黄土工程的优化设计提供理论参考依据。     

基于原位双环、试坑浸水试验和数值模拟反演的Q3黄土饱和渗透系数对比研究

为准确获取原状Q3黄土的竖向和水平饱和渗透系数,进行了原位、室内试验测试以及数值模拟反演,并应用大型试坑浸水试验检验了所获饱和渗透系数的可靠性。进行了不同内径尺寸的原位双环入渗试验,获取了竖向饱和渗透系数,并应用室内试验测试了竖向和水平饱和渗透系数以及持水曲线;应用COMSOL软件对双环入渗试验进行数值模拟,检验了所测饱和渗透系数的可靠性,利用正交试验获得了最优的竖向和水平饱和渗透系数取值,并利用反演结果对试坑进行数值模拟,将其水分入渗情况与实测值对比。研究结果表明：在现场进行双环入渗试验时选取较大内径的双环获得的竖向饱和渗透系数更为合理。针对双环入渗试验,数值模拟反演所得最优饱和渗透系数在竖向上接近于原位试验所得竖向饱和渗透系数、水平向上接近室内所测水平向饱和渗透系数,竖向饱和渗透系数比水平向饱和渗透系数更加显著地影响水分入渗过程。通过对大型试坑水分入渗情况的验证,检验了反演所得最优饱和渗透系数的可靠性。     

深厚黄土地基浸水湿陷变形及竖向土压力作用分析

黄土地基浸水后的湿陷变形对黄土地区的工程建设具有重大影响,但以往研究对深厚黄土地基土浸水过程的湿陷特性及其土压力变化规律研究不够充分。以中兰铁路兰州新区南站某场地为例,开展现场浸水试验,对深厚湿陷性黄土场地的地表位移及地基深层湿陷变形进行监测,同时埋设土压力盒,对浸水湿陷过程中地基土的竖向土压力的变化规律进行分析。研究结果表明：（1）该深厚黄土场地最大湿陷下沉量在150 cm左右,浸水范围10 m以外的地表基本不发生湿陷下沉;（2）根据深层沉降测试结果可知,0~15 m深度范围内该黄土地基为强湿陷土层,湿陷量达到120 cm左右,占整个场地湿陷量的80%以上,24 m深度以下地基土不发生湿陷,为非自重湿陷土层;（3）根据土压力监测分析,15 m深度以上的地基土浸水后土体结构完全溃散,测试得到的土压力即为上覆土体的自重压力,15 m深度以下的土体浸水后虽产生一定的湿陷下沉,但土体结构未发生完全破坏,对上覆自重荷载仍具有一定的支撑作用。研究结论可为中兰铁路后期工程及兰州新区的建设提供一定的技术参考。     

冻融循环作用下木质素磺酸钙改良黄土的力学特性研究

木质素磺酸钙作为一种绿色环保的改良材料,近年来被应用于土体加固领域。为探究木质素磺酸钙对黄土的固化效果,通过开展侧限浸水压缩试验、冻融循环试验、不固结不排水三轴剪切试验、扫描电镜试验和X射线衍射试验,分析冻融循环次数、掺量和围压对木质素磺酸钙改良黄土力学性质和微观机理的影响规律。研究结果表明：掺入木质素磺酸钙,可有效消除黄土的湿陷性。此外,改良黄土的应力-应变曲线随木质素磺酸钙掺量的增加向一般硬化型转变,而随着冻融循环次数的增加,应力-应变曲线向弱硬化型转变。改良黄土的破坏强度随木质素磺酸钙掺量的增加呈先增大后减小的趋势,木质素磺酸钙掺量为1%时破坏强度最高,各掺量改良黄土随冻融循环次数的增加先减小后趋于稳定,同时抗剪强度指标呈现下降的趋势。通过扫描电镜试验和X射线衍射试验,发现改良黄土内部有胶结物生成并填充了土颗粒间的孔隙,使土体密实度提高,进而提高土体强度;而冻融作用导致土颗粒的接触方式由面-面接触向点-点、点-面接触过渡。此外,木质素磺酸钙改良黄土中未发现有新的矿物成分生成,且冻融作用未造成土体矿物成分的消解。     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

为研究黄土丘陵沟壑区多种因素对撂荒草地入渗特征的影响,采用野外自然降雨观测法,研究不同降雨特征（降雨量、平均雨强、降雨历时和最大30 min雨强（I₃₀））、土壤前期含水量、坡长（10 m、20 m、30 m、40 m和50 m）和植被盖度条件下土壤入渗特征差异,通过灰色关联度法判断影响撂荒草地入渗特征的主导因子。结果表明：①入渗量随降雨量、降雨历时和I₃₀增加而增大（R²>0.55,P<0.01）;入渗补给系数随降雨量、I₃₀和平均雨强增大而减小（R²>0.12,P<0.05）;平均入渗率随降雨强度、I₃₀增加而递增（R²>0.53,P<0.01）。②入渗量和平均入渗率随前期含水量增加而减少,入渗补给系数随之增加而增大（R²>0.13,P<0.05）。③入渗量、入渗补给系数和平均入渗率总体随坡长增加而增大（R²>0.56,P<0.01）,但在坡长30 m和40 m之间存在临界坡长。④在入渗效率较高的情况下,植被对土壤入渗的影响并不显著,降雨特征和坡长成为主导因子。