室内模拟气候条件下炭质页岩崩解试验研究

在室内模拟气候条件下炭质页岩崩解试验中,通过跟踪崩解碎屑物的颗粒级别变化,发现当崩解达到一定程度后,崩解碎屑物的颗粒级配趋于稳定,试验表明炭质页岩的崩解特性可以用分形理论来描述;通过建立炭质页岩分形质量模型,求得其崩解稳定分维数.将该成果用于炭质页岩路堤填筑施工,以减少水和空气进入造成炭质页岩软化崩解带来的路堤变形.     

荷载与干湿循环作用下预崩解炭质泥岩抗剪强度及渗透特性

为研究预崩解炭质泥岩抗剪强度、渗透系数与竖向荷载及干湿循环的关系,研发一套可施加竖向荷载的岩土干湿循环试验装置,分别利用直剪仪、渗透仪开展预崩解炭质泥岩干湿循环后抗剪强度及渗透试验研究。结果表明:预崩解炭质泥岩的抗剪强度与法向应力呈正相关关系,随竖向荷载、循环时间的增加而增大,随循环次数的增加而降低,且抗剪强度的变化主要是由于颗粒间黏聚力的变化。渗透系数与竖向荷载及干湿循环时间呈负相关关系,而随循环次数的增加呈正相关关系,拟合预崩解炭质泥岩抗剪强度与渗透系数的幂函数关系模型,可为预崩解炭质泥岩抗剪强度、渗透特性及路堤稳定性研究提供理论依据。     

大气条件下红层泥岩崩解分形试验研究

红层泥岩崩解有一个时间过程,在该过程中其颗粒组成一直处于变化之中,其分维数也不断变化.在不同的试验条件下,崩解的速度不同,分维数的变化快慢不同,当崩解达到一定程度时,颗粒级别达到稳定,崩解最终趋于停止,分维数趋于一个稳定值.遂宁红层泥岩试验250天后,其分维数为2.276,基本达到稳定.     

炭质页岩崩解特性的试验研究

炭质页岩用于路基填筑前,应将其置于特定条件下进行预崩解,判定其崩解状态是确定施工工艺的关键之一。该文在宜州至河池高速公路的多个工点取新鲜炭质页岩试样及完全崩解试样进行室内试验分析,首先采用加热装置模拟日照条件及50℃烘干条件,对新鲜炭质页岩试样进行崩解试验,并对试样洒水模拟干湿循环条件;然后在试验过程中实测各个干湿循环周期条件下崩解残留物的颗粒级配情况,同时采用激光粒度仪对完全崩解试样进行粒度分析,以验证崩解试验结果;最后,引入分形理论,采用质量求解分维数方法对试验成果进行分析,由结果可知,宜州至河池高速公路沿线炭质页岩崩解基本完成时对应的分维数约为1.7,可以此作为炭质页岩预崩解完成的标志。     

降雨条件下崩解炭质泥岩一维渗流特性研究

为研究降雨条件下崩解炭质泥岩一维渗流特性,设计了一种测量崩解炭质泥岩在降雨条件下体积含水率变化规律的装置,通过设置3种降雨强度下崩解炭质泥岩土体的入渗试验,得到崩解炭质泥岩在不同降雨条件下随高程分布的各特征点体积含水率随时间的变化规律。同时,基于Geo-Studio软件中Seep模块对崩解炭质泥岩一维土柱进行数值模拟,验证了崩解炭质泥岩的渗流规律。结果表明:(1)崩解炭质泥岩路堤在降雨条件下沿高度方向的体积含水率变化呈现梯度变化规律,首先含水率由上至下依次升高达到平稳,随后底部土体率先饱和,最后全部土体达到饱和;(2)各特征点含水率达到平稳状态和饱和状态的时间与降雨强度成反比;(3)降雨过程中浸润线高度不断降低,浸润线的下降速度和拟合函数斜率均与降雨强度成正比,降雨强度越大浸润线到达碎石层的时间越短;(4)数值计算所得特征点含水率和浸润线的变化规律与试验结果基本一致,含水率变化更具规律性且浸润线深度在降雨中后期的结果较大。     

考虑荷载及干湿循环作用的炭质泥岩崩解特征试验

针对炭质泥岩遇水易软化、破碎及崩解的特点，以广西六寨-河池高速公路沿线的炭质泥岩为例，开展荷载及干湿循环共同作用下炭质泥岩崩解特征试验，并采用扫描电镜、X线衍射等方法系统研究炭质泥岩崩解过程中颗粒的形态、质量、粒径分布特征，进而探讨炭质泥岩崩解机理。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加，炭质泥岩崩解宏观上表现为大粒径崩解物逐渐消失，小粒径崩解物的含量逐渐增大，微观上表现为黏粒逐渐脱落并流失，片状结构逐渐转化为细长针状结构，同时孔隙不断扩大，直至贯通；炭质泥岩第1次干湿循环过程崩解最为强烈，5次干湿循环后崩解趋于稳定，试样的不均匀系数及曲率系数均随循环次数的增加呈先上升随后逐渐稳定的趋势，相同循环次数下，荷载越大，不均匀系数及曲率系数越大；炭质泥岩崩解程度高，最终崩解率均大于30%，荷载越大，最终稳定时的崩解比越低，分别为50.68%、50.07%、41.09%及35.95%；炭质泥岩崩解具有分形特征，分形维数在前5次干湿循环过程中不断增长，之后逐渐趋于稳定，干湿循环次数相同时，分形维数随荷载的增加而增大。研究成果可为炭质泥岩路堤稳定性分析及工程实践提供参考。     

炭质页岩路堤变形特性研究

炭质页岩组成复杂且具有遇水软化崩解特性,导致其用于路基填筑材料时工程性质差和不稳定。对炭质页岩组成成分、物理力学性质、承载比等路用性能进行试验研究,通过三轴剪切排水试验模拟炭质页岩填料路堤应力——应变特性,得到炭质页岩路堤填料Dun-can-Chang模型参数。利用大型有限元计算软件ABAQUS二次开发模拟不同压实度下路堤沉降规律。研究表明:崩解稳定的炭质页岩完全可用作下路堤填料,且随着压实度的提高,路堤沉降量呈减少趋势,并与实测数据对比,两者较为吻合。     

土石混合体路基填料分形特性与压实破碎特征试验研究

山区高速公路土石混合体路基填料组成与来源复杂,研究其物理力学性质对路基沉降预测及边坡安全性评定具有重要意义。针对土石混合体路基填料,运用分形几何理论,进行5种不同含石量填料颗粒级配设计,分析颗粒级配评价指标与分维数的相关关系,并对击实后的填料进行破碎率与分维数变化规律研究。结果表明:评价土石混合体填料级配良好与否的两个指标可简化为分维数一个指标,填料级配良好的分维数区间为(2.22,2.631];在含石量相同的情况下,颗粒破碎率随着含水率的增大而增大,对应的分维数也随之增加;当含水率相同时,含石量高的土石混合体填料对应的破碎率更大,含石量大于50%时,填料破碎率与分维数的增加更为显著;破碎率对含水率与含石量变化较为敏感,但含石量的影响程度更大。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙发育规律及强度特性

由于炭质泥岩遇水易风化、强度低、变形大，干湿循环作用下炭质泥岩路堤易形成纵横交错的裂隙网络，加速路堤边坡失稳。为分析干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙演化规律与强度特性，通过制备较大尺寸预崩解炭质泥岩试样，开展室外裂隙演化原位试验及裂隙试样直剪试验，实时拍摄不同干湿循环次数下试样裂隙扩展图像，并基于裂隙图像特征参数对各阶段裂隙特征进行定量化描述，进而构建预崩解炭质泥岩的抗剪强度与裂隙参数关系模型。研究结果表明：预崩解炭质泥岩裂隙数量、裂隙最大长度及裂隙率等裂隙参数均随干湿循环次数分为迅速增长、缓慢增长、趋于平缓3个阶段；各因素对裂隙发育影响程度由强至弱依次为初始含水率、干密度、干湿循环次数；含裂隙试样剪切时遇到裂隙剪切应力会发生暂时性衰退，不同裂隙参数试样的黏聚力变化显著，而内摩擦角变化甚微，内摩擦角变化主要取决于土体干密度的变化，而黏聚力变化取决于初始含水率，抗剪强度主要与黏聚力相关联。为研究土体抗剪强度与裂隙参数的关系，拟合得到了裂隙率与黏聚力的指数关系模型，发现其拟合变化曲线呈凹形的抛物线变化，其抛物线分急剧降低和趋于稳定2个阶段。研究成果可为预崩解炭质泥岩路堤工程施工及稳定性分析提供参考。     

惠罗高速风化炭质泥岩作路基填料的试验研究

以惠罗高速为依托,通过室内压实试验、崩解试验、CBR试验及现场碾压试验,对风化炭质泥岩作路基填料的路用性进行了详细研究,提出适用于依托工程路基填筑的施工工艺参数及质量控制标准。研究结果表明,风化炭质泥岩属于低液限土,但由于其吸水性较大,抵抗干湿循环及自然风化崩解能力较差,CBR值随浸水时间及干湿循环次数的增加而逐渐减小,只限于93区及以下范围内填筑;压实度、沉降差、K_(30)、E_(vd)等检测指标与碾压遍数之间呈很好的相关性,炭质泥岩路堤压实质量检测可以采用沉降差和施工工艺参数综合控制,压实度、Evd和K30由于受填料粒径影响较大,可作为辅助指标加以利用,该法可为类似软岩路基的质量控制和检测提供重要参考。     

基于分形机制的红砂岩路基填筑现场试验研究

红砂岩的软化和崩解是具有复杂机制的物理现象。本文结合湖南通城至平江高速公路工程中遇到红砂岩,基于红砂岩崩解过程的分形机理,针对红砂岩崩解过程中的颗粒及其分数维变化特征,建立红砂岩完全崩解的分维数指标,并开展现场试验。试验结果表明：通平高速公路红砂岩属于III类红砂岩,但仍会崩解,故不能作为填石路堤对待;红砂岩崩解颗粒及其分数维变化的临界值最后稳定在2．6—2．7之间;采用“光静1遍＋羊静1遍＋羊振4—5遍＋光振1遍＋光振1遍”处治的红砂岩下路堤最大粒径控制在25cm以下的能力,弯沉满足设计要求;路基中的红层填料的分数维基本满足2．6—2．7要求,采用该工艺处治后的红砂岩路基崩解已经趋于完成,可用于93区填筑。     

预崩解处理后炭质页岩路用性能试验研究

炭质页岩在公路建设中广泛存在,对其路用特性进行试验研究并进一步在工程中用作路基填料具有十分重要的工程意义。该文依托广西六(寨)-河(池)高速公路,在沿线3个工点取炭质页岩岩样进行试验分析,首先模拟现场干湿循环条件使岩样崩解完全,然后分别对崩解形成的填料进行化学成分分析、基本物理特性试验及CBR试验,判断预崩解后炭质页岩用作路基填料的适用性。最后从中选出适宜的填料开展压缩试验、三轴剪切试验及考虑浸水条件的直剪试验。由试验结果可知,崩解后炭质页岩为中压缩性土,抗剪强度较高,但受水浸湿后强度显著降低。用于路堤填料时应注意对其进行充分碾压,压实度不应低于93%,并且应防止路面开裂导致地表水入渗,同时加强排水。     

炭质页岩填料利用与路堤结构设计研究

针对某公路炭质页岩填料利用与处治难题,开展炭质页岩崩解软化机理分析与路用性能试验,分析填料强度的湿化衰减特性。试验结果表明：炭质页岩的微观结构、亲水矿物、含硫矿物是造成其易崩解软化、植物难以生长的主要原因;经历2次干湿循环后炭质页岩崩解已大部完成,随着干湿循环次数的增加,炭质页岩崩解率逐渐稳定在12%左右;炭质页岩填料中石料含量对密实度的提高影响不大,但对填料承载比CBR值的提升非常显著,CBR值随含石率的增加近似呈线性增长;中风化炭质页岩填料浸水前的工程性质较好,受水浸泡6小时后填料回弹模量衰减41.5%,受水浸泡24小时后填料回弹模量衰减47.0%。并探讨公路路基炭质页岩利用部位及其典型结构形式。     

干湿循环条件下泥岩路基填料用性能的试验研究

依托某高速公路一标段泥岩公路路基填料开展常规土工试验，针对干湿循环下泥岩路基填料路用性能试验的研究，对以往崩解性试验的两次干湿循环改进为n次循环下崩解度试验，进行多次干湿循环下的耐崩解性试验、CBR试验、强度试验、压缩试验，并进行影响因素及发展规律分析。结果表明:n次干湿循环下耐崩解曲线随循环次数衰减至平缓，临界值崩解度指数约为40%；在同等条件下，泥岩填料CBR试验值随干湿循环交替次数增长而减小，且与荷载呈正比关系。     

红砂岩崩解性试验研究

以瑞寻高速公路K1453+120段的红砂岩为研究对象,选取具有代表性的岩样进行室内崩解试验,分析各岩样在崩解过程中的颗粒级配变化情况,并分析其崩解的可能性。试验结果表明:岩样在浸水后1min内有崩解的现象,初崩时间较短;试样在经过烘干、浸水剧烈的干湿循环后出现快速崩解;在崩解过程中,崩解物颗粒大于5mm的颗粒含量逐渐减小,小于5mm的颗粒含量逐渐增加,但最终两者的颗粒含量趋于平衡。最后,对红砂岩的崩解机制进行了研究。     

炭质泥岩软岩基座路堑边坡开挖过程稳定性分析

炭质泥岩软岩基座路堑边坡在开挖过程中的变形及稳定性变化规律研究旨在为该类型岩体结构的边坡支护设计与施工技术提供理论依据。运用FLAC~(3D)软件,采用强度折减法对软岩基座路堑边坡开挖过程中的变形、塑性区分布、安全系数变化进行了分析。研究表明:边坡水平位移与竖直位移随开挖步数增加而增大,上部灰岩位移变化速率明显比其下伏炭质泥岩大,且竖直位移明显大于水平位移;边坡开挖过程中塑性区主要集中在灰岩与炭质泥岩的接触面;边坡安全系数随开挖步数增加而降低。因此,可以通过降低坡比、开挖步数来实现边坡开挖过程的稳定性。     

膨胀性凝灰岩浸水崩解特性试验研究

以云南澜沧铅矿凝灰岩为例,选取最具代表性的纯凝灰岩进行室内浸水崩解试验,以分析纯凝灰岩崩解过程中的颗粒级配变化情况。选取崩解物中粒径大于5.00 mm或小于0.28 mm的颗粒含量的变化为评价对象,通过对比分析探究其崩解性能、崩解率与时间、质量的关系。试验研究结果表明:相同质量的凝灰岩随着浸水时间的增加崩解率增大,相同时间下凝灰岩的崩解率随着质量的增大而增大。     

炭质泥岩-土分层路堤在浸水条件下的渗流及变形特征试验

为研究浸水条件下炭质泥岩-土分层填筑路堤的含水特征与变形规律,开展模拟路堤边坡外水位升高的室内模型试验。分别采用含水率测试仪与陶瓷张力计测定坡体不同位置的含水率及孔隙水压力;采用土压力盒测定坡体前端不同深度处推力;采用千分表测定坡顶的竖直及水平位移。研究结果表明:浸水条件下路堤内各测点的含水率变化可描述为基本不变、快速升高、基本稳定3个阶段,响应时间与到坡面的水平距离成正比;孔隙水压力变化规律表现为含水率增大的同时,孔隙水压力也在增大,当含水率达到饱和含水率时,孔隙水压力也将大于或等于0kPa;坡前推力在浸水初期略微减小,浸水后期明显增大,坡体表层附近坡前推力大于坡体底部土层;路堤在水平方向的位移表现为先向坡内方向发展,后向坡外方向不断增大,竖直方向的变形表现为向下不断增大;坡外水体在渗入路堤的过程中遵循由外向内与由下往上相结合的顺序,浸润线在炭质泥岩中的移动速率大于粉质黏土中的移动速率。     

小岛法分析沥青混合料图像中级配颗粒组成的分形特性

利用沥青混合料数字图像技术,针对碎石颗粒外观所表现出的轮廓尺寸测定的无标度性和粒径变化所表现出的颗粒间的统计自相似性开展了级配分形特性研究,给出了"小岛法"计算级配颗粒组成的分形维数计算方法,并设计了常见的3种石料4种沥青混合料级配进行试验分析.试验结果表明,采用"小岛法"可以定量描述集料颗粒级配组成的分形特性,不同级配具有不同的分维值,其结果为大于1的数.     

坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响

为研究坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响,结合饱和-非饱和渗流理论与非饱和抗剪强度理论对分层填筑路堤在不同水位升降速度下的渗流特征与边坡稳定性进行数值分析,并探讨了分层交错填筑厚度对路堤稳定性的影响。分析表明:1坡前水位上升引起路堤土体积含水率与孔隙水压力升高,坡前水位下降后,路堤顶部土体体积含水率与孔隙水压力继续升高,其余位置则逐渐降低,且坡面附近的降低幅度要大于路堤内部;2特征截面沿高程方向上的含水率分布具有明显的分层差异性;3坡前水位升降过程中,路堤边坡安全系数呈现先增大、后减小、再增大的变化规律;4炭质泥岩-粉土分层填筑路堤的最佳分层交错填筑厚度为炭质泥岩与粉质粘土填筑层厚度均为1.5m。