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。     

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。     

干湿循环效应对风化泥岩性质影响的试验研究

风化泥岩除了一般泥岩的崩解性质以外还受季节性气候的影响,其强度具有明显的变动特性。如果能够得到风化泥岩的强度随干湿循环的变化规律,可为实际工程需要提供可靠的数据,具有重要的理论意义和工程意义。因此对广西南宁柳南路段高速公路的风化泥岩进行干湿循环的试验研究,包括干湿循环条件下的直剪试验和CBR强度试验,实验结果表明：由于干湿循环破坏了土的原有结构,使泥岩结构崩解,凝聚力减小,从而导致风化泥岩的抗剪强度和CBR强度逐渐减小,并且减小趋势随循环次数的增多而减小,内摩擦角也会稍微减小,抗剪强度的衰减主要体现在前两次干湿循环过程中,其粘聚力和内摩擦角在前两次循环中递减的厉害,但是在后几次循环中变化不大;干湿循环过程中风化泥岩的膨胀率随循环次数逐渐减小,这点是因为风化泥岩结构在崩解的过程中趋于稳定,而且如果有上覆压力的作用时,膨胀率会更小。     

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。     

炭质泥岩路堤填料崩解性试验研究

为了研究炭质泥岩路堤填料的崩解特性,通过拟定不同的试验方案,对炭质泥岩在室内外不同环境,以及不同初始条件进行崩解试验,引入分形理论分析炭质泥岩崩解过程中颗粒的粒度变化。研究结果表明:炭质泥岩崩解是与干湿循环相关的渐进过程,在该过程中颗粒级配组成随试验的进行不断变化;炭质泥岩的崩解形式及崩解产物颗粒分布与初始状态密切相关;试验过程中,分维数随崩解颗粒级配的变化而变化,其变化速率与崩解速率一致;当分维数位于2.26~2.54时,崩解趋于完成;工程实践表明:可将分维数作为炭质泥岩崩解后是否可用于高速公路路堤填料的控制指标。     

干湿循环作用下炭质泥岩溶蚀孔隙度的化学计量方法

为建立干湿循环作用下炭质泥岩溶蚀孔隙度的化学计量方法,对干湿循环作用后的炭质泥岩试样进行X射线衍射试验,测试干湿循环作用下炭质泥岩的矿物成份演变;同时,采用电感耦合等离子发射光谱测试技术,研究干湿循环作用下炭质泥岩浸泡溶液的离子浓度变化规律;基于离子守恒定律,推断干湿循环作用下炭质泥岩矿物发生的化学反应;在此基础上,建立浸泡溶液离子浓度与炭质泥岩矿物反应量的定量关系,并计算炭质泥岩各矿物反应的体积;基于唯象理论,提出以反应物与生成物的体积差为溶蚀孔隙体积增量,构建炭质泥岩溶蚀孔隙度的化学计量方法;最后,利用比重瓶法和核磁共振法对炭质泥岩溶蚀孔隙度的计算结果进行验证。结果表明：干湿循环作用下炭质泥岩的方解石、钾长石和钠长石含量减小,高岭石含量增加;随干湿循环次数增加,浸泡溶液中Ca²⁺、K⁺、Na⁺、Fe²⁺和Al³⁺离子浓度均增加,其中Ca²⁺离子浓度增长速率是其他阳离子的数十倍;经化学分析发现,方解石溶蚀和长石水解生成高岭石是干湿循环作用下炭质泥岩孔隙演...     

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。     

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。     

干湿循环作用下红层软岩填料强度特性试验研究

为揭示干湿循环条件下崩解性红层软岩填料的强度特性,开展了3项试验。首先,制备了经受0～8次干湿循环作用的红层软岩填料压实试样进行固结排水三轴试验。结果表明:相同围压下红层填料试样的峰值强度随干湿循环次数增加呈现先下降后上升的特点,与此同时,在固结阶段,经历不同干湿循环变化试样的体变是随干湿循环次数单调增大的。然后,进行了受限环境下红层软岩的崩解试验,将具有崩解性岩块放在受限环境中经受干湿循环作用。结果表明:具有崩解性的岩块在受侧限环境中经历干湿循环,岩块整体上不崩解,但边角存在剥落现象。最后,对在首先环境下经历干湿循环作用的岩块饱和后进行抗压强度测试,发现岩块强度随干湿循环次数增加而降低,但是强度仍显著高于填料强度。以上试验研究表明:红层填料试样的峰值强度随干湿循环次数增加呈现先下降后上升的特点,与一般岩土不同。其展现的变化规律由3种作用机制综合形成,即干湿循环对岩土结构普遍的破坏作用导致的强度下降机制;受限条件下崩解性红层软岩经历干湿循环后仍保持原来的完整性的强度稳定机制;干湿和固结压力联合作用下,应力集中导致的颗粒边角被破碎形成的微观结构调整引起的强度上升机制。     

高应力与低应力条件下膨胀土抗剪强度特性分析

研究表明膨胀土边坡的滑塌具有浅层性,破坏时土体受到的法向压力基本小于50kPa。文中基于此对干湿循环作用后饱和膨胀土高应力和低应力条件下的抗剪强度进行试验研究。结果表明,干湿循环作用下膨胀土的剪应力值随干湿循环次数的增加呈衰减趋势;高应力段粘聚力大于低应力段,而高应力段的内摩擦角小于低应力段,高应力段得到的数据结果势必偏离实际的拟合结果,不利于边坡稳定性分析;粘聚力随循环次数变化呈良好的指数函数关系,得到的经验公式可用来预测膨胀土的抗剪强度和膨胀土边坡干湿循环作用后的最终抗剪强度稳定值。     

干湿循环作用下膨胀土裂隙演化规律及其对抗剪强度影响

运用计算机图像处理软件对干湿循环作用下膨胀土表面裂隙的特征进行了表征,分析了膨胀土表面裂隙的演化规律,并结合直剪强度试验结果,探讨了表面裂隙形态的力学效应。结果表明:裂隙的节点个数、条数、总长度、区块个数、裂隙率和分形维数随土样干湿循环次数的增加而增加,而裂隙的平均长度、区块平均面积却相应的减小;第1次循环后,裂隙参数变化幅度最大,并干湿循环次数的增大逐渐趋于稳定。随着膨胀土表面裂隙网络裂隙率和分形维数的增大,粘聚力呈单调减小。而内摩擦角与裂隙网络分形维数和裂隙率的相关性较低。膨胀土抗剪强度随裂隙表面分形维数以及裂隙率的变化规律与抗剪强度随干湿循环次数的变化规律一致。     

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。     

水作用下红砂岩抗剪强度衰减规律试验研究

通过长时间浸水条件及干湿循环条件下的红砂岩抗剪强度试验,对醴茶（醴陵—茶陵）高速公路某边坡红砂岩水作用下抗剪强度衰减规律进行了研究。根据不同浸水时间、不同干湿循环次数条件得出的试验结果,分别研究了岩体在不同试验条件下的抗剪强度变化规律,并对长时间浸水条件下岩体抗剪强度衰减规律与干湿循环条件下岩体抗剪强度衰减规律进行对比,得出干湿循环对岩体强度的破坏要比长时间浸水对岩体强度的破坏大。     

红砂岩改良试验研究

红砂岩岩性特殊,不能直接用于路基填料,因此,对红砂岩的性质及水泥改良进行了试验研究。结果表明:红砂岩岩体崩解质量损失与干湿循环次数呈二次曲线关系,首次干湿循环的崩解质量损失较大,随干湿循环次数的增加质量损失逐渐趋于稳定;风化后的红砂岩作为路基填料,除满足CBR要求外,同时还应保证无侧限抗压试件遇水后具有一定的强度;风化后红砂岩的黏聚力非常小甚至为零,通过添加水泥改良,其黏聚力与内摩擦角均增大,强度得到大大提高,表明水泥改良崩解红砂岩效果好。     

砂泥岩互层边坡膨胀性泥岩力学性能试验研究

泥岩和砂岩互层边坡中的泥岩吸水时将受到泥岩膨胀致其应力σ增加和抗剪强度参数（c，φ）降低双重作用影响。随着含水率的增加，σ增大，c，φ值减小，τ的变化情况及这一规律的含水率阈值的确定是要着重解决的问题。基于室内有侧限膨胀试验及直剪试验，研究了十八里堡水库段泥岩膨胀率与上部荷载、时间、初始含水率及自然膨胀力关系，以及黏聚力和内摩擦角与含水率的关系，据此推导出了以吸水率（含水率变化）为自变量的泥岩抗剪强度公式。研究结果表明:该处泥岩含水率阈值为13.5%，在含水率阈值以内抗剪强度随着含水率的增加而增大；当含水率继续增大，超过含水率阈值，则抗剪强度随着含水率的增加而减小。     

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。     

干湿循环对改良膨胀土强度与变形特性的影响

膨胀土的抗剪强度与变形能力对路基的强度与耐久性有着重要影响。通过对干湿循环后的掺石灰和砂混合料的改良膨胀土进行直接剪切试验和固结试验,研究了干湿循环对改良膨胀土抗剪强度和压缩模量的影响,并且分析了龄期对于改良膨胀土抗剪强度的影响。结果表明,龄期对改良膨胀土的抗剪强度有很大的影响。干湿循环5次后,随着干湿循环次数的增大,改良膨胀土的抗剪强度降低,压缩模量降低。     

振动压实千枚岩路基填料水稳定性研究

为提高千枚岩路基填料水稳定性，采用振动压实试验方法研究了压实度、水泥对水稳定性的影响规律。结果表明:随干湿循环作用次数增加，千枚岩崩解量呈现线性递增趋势、耐崩解性指数呈现线性递减趋势；随压实度增长，千枚岩渗透系数逐渐减少、耐崩解性增强，压实度达到96%以上时渗透系数趋于稳定；水泥改良千枚岩可有效降低渗透系数，与素千枚岩相比，渗透系数至少下降了67.8%（水泥改良千枚岩C）或15.2%（水泥改良千枚岩A），且改良前后崩解速率比值（水稳定性）随水泥掺量增加而增大。建议通过采用提高压实度或水泥改良等措施以提高千枚岩路基填料水稳定性。     

南宁外环膨胀土抗剪强度非线性特征及影响因素分析

以南宁外环膨胀土为对象,开展含低应力条件的不同干密度、不同初始含水率、无荷和有荷干湿循环作用重塑样、有荷干湿循环作用原状样的饱和慢剪以及重塑样饱和三轴固结排水试验,研究干密度、初始含水率、无荷和有荷干湿循环作用等因素对其低应力条件下抗剪强度的影响。结果表明:各抗剪强度包线均呈非线性特征,可用广义幂函数很好地拟合;低应力、干密度及初始含水率对饱和慢剪强度的影响显著;试件初始含水率相同时,干密度越大,强度越大;干密度相同时,初始含水率越大,强度也越大;随干湿循环次数的增加,无荷条件下土样的抗剪强度衰减强于有荷条件。