膨胀土膨胀特性与收缩特性的试验研究

为了研究膨胀土的膨胀特性和收缩特性,文章通过试验,测定不同初始含水率膨胀土试样在膨胀过程中膨胀率和膨胀力随时间的变化曲线,以及收缩过程中含水率和线缩率随时间的变化曲线。试验结果显示,膨胀土的膨胀主要分为快速膨胀阶段(0~2 h)、减速膨胀阶段(2~5 h)和缓慢膨胀阶段(5 h),初始含水率越大,膨胀率和膨胀力越小;收缩过程中水分蒸发主要分为:快速蒸发阶段(0~40 h)、减速蒸发阶段(40~120 h)和缓慢蒸发阶段(120~180 h),初始含水率越小,收缩过程中的含水率和线缩率越小。     

肯尼亚蒙巴萨地区膨胀土膨胀特性试验研究

以肯尼亚蒙巴萨地区典型膨胀土为研究对象，进行了室内无荷载和有荷载条件下的膨胀率试验，探究了膨胀土膨胀特性与初始含水率、干密度及上部荷载的关系。结果表明:该试样的膨胀变形可分为膨胀加速、膨胀衰减和膨胀稳定三个阶段；膨胀速率和膨胀稳定量与干密度和初始含水率密切相关。在无荷载试验条件下，随着干密度和初始含水率的增加，膨胀率基本呈线性变化趋势；在有荷载试验条件下，上部荷载会对膨胀土的膨胀有显著的抑制作用；膨胀土膨胀率随上部荷载的增加呈线性关系降低。     

不同初始条件下的南宁膨胀土胀缩应变试验研究

针对南宁中等膨胀土,进行了侧限无荷、有荷膨胀试验、收缩试验及干湿循环试验的一系列试验,分别建立了南宁膨胀土在无荷和轴向加压条件下侧限膨胀应变与初始含水率、干密度和竖向荷载之间的关系式,分析了膨胀率与过程吸水量的关系、线缩率与初始含水率关系.试验结果表明 在其他条件相同情况下,膨胀应变与初始含水率呈反比线性关系,与初始干密度呈正比线性关系,与竖向压力呈半对数反比关系;膨胀量与过程吸水量呈正比线性关系.最后建立了南宁膨胀土膨胀应变三元回归方程模型,为预测和估算膨胀土路基的膨胀潜势和差异隆起提供了依据.     

不同初始条件下的南宁膨胀土胀缩应变试验研究

针对南宁中等膨胀土,进行了侧限无荷、有荷膨胀试验、收缩试验及干湿循环试验的一系列试验,分别建立了南宁膨胀土在无荷和轴向加压条件下侧限膨胀应变与初始含水率、干密度和竖向荷载之间的关系式,分析了膨胀率与过程吸水量的关系、线缩率与初始含水率关系。试验结果表明：在其他条件相同情况下,膨胀应变与初始含水率呈反比线性关系,与初始干密度呈正比线性关系,与竖向压力呈半对数反比关系;膨胀量与过程吸水量呈正比线性关系。最后建立了南宁膨胀土膨胀应变三元回归方程模型,为预测和估算膨胀土路基的膨胀潜势和差异隆起提供了依据。     

膨胀土侧向膨胀力试验研究与应用

侧向膨胀力是膨胀土支挡结构设计计算中的关键参数。为揭示并表征膨胀变形影响下侧向膨胀力的变化规律，研制二维膨胀仪，提出侧向膨胀力试验方法，以广西百色压实膨胀土为对象，分别研究竖向膨胀和侧向膨胀影响下侧向膨胀力的变化规律，并建立相应的关系表达式。试验结果表明：恒体积浸水条件下，侧向膨胀力与竖向膨胀力之比为0.42；完全侧限条件下，侧向膨胀力会因竖向膨胀的增大而减小；竖向应力通过影响竖向膨胀变形从而间接影响侧向膨胀力；竖向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数D_f随竖向应力比（竖向应力与竖向膨胀力之比）的变化可用幂函数表征。保持竖向膨胀不变条件下，侧向膨胀力会随侧向应变（侧向膨胀率）的增大而减小；侧向膨胀力越大，最终侧向应变越大；侧向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数R随侧向应变比（侧向应变与最终侧向应变之比）的变化亦可用幂函数表征。以浸水条件下大型膨胀土挡墙为例，应用该试验成果分别计算挡墙静止和被推移时的侧向膨胀力沿深度的分布，实测结果验证了计算结果的合理性。提出的侧向膨胀力试验方法和表征公式简单实用，可提高膨胀土支挡结构设计计算中关键参数取值的准确性。     

贵州六威高速击实膨胀土的膨胀变形特性

通过室内无荷载膨胀量试验和自动化采集系统,研究了不同初始含水率、不同初始干密度下六威高速击实膨胀土的膨胀变形特性。结果表明:无荷载膨胀量与初始含水率呈线性负相关关系,与初始干密度总体呈幂函数正相关关系。膨胀量的全时程变形可以分为等速直线膨胀阶段、减速非线性膨胀阶段与缓慢非线性膨胀阶段,膨胀量主要发生在减速非线性膨胀阶段。采用天然状态膨胀土进行下路堤填筑,其膨胀变形可控。     

吉图珲高铁深路堑膨胀土工程特性的试验研究

以新建吉图珲高速铁路GDK275+470~GDK276+432段深路堑工程为依托，对边坡膨胀土进行了物理特性、胀缩特性、强度特性、冻融特性等试验。研究结果表明:膨胀土具有高含水率、低密度的特征；膨胀土的膨胀率与含水率及上部垂直荷载呈负相关，与压实度呈正相关，压实越紧密，其膨胀率越高；在临界含水率以内时，膨胀土含水率与抗剪强度参数之间存在线性相关关系；土体黏聚力随着冻融循环次数的增加，降低至初始值的80%左右，但冻融循环次数对内摩擦角的影响较小。     

侧限条件下膨胀土膨胀变形试验研究

利用弹性力学的有关理论分析了侧限膨胀试验中土样的受力和变形特点,推导出了在无荷膨胀试验条件下,膨胀土膨胀系数的理论计算公式;针对南宁-友谊关公路宁明段灰黑色膨胀土填料进行了侧限有荷膨胀试验,利用有荷试验结果推导出了膨胀土在侧向约束、上部加压条件下膨胀应变与含水率、上部荷载之间的计算关系式。结果表明:上覆压力对膨胀变形起拟制作用,在其他条件不变的情况下,上覆压力越大,则膨胀变形量越小;膨胀土是对含水量变化特别敏感的土体,含水量增加是土体膨胀的直接原因,膨胀量与吸水量紧密相关,且与(w-w0)成正比关系;利用无荷试验确定了湿度膨胀系数的测定方法,并用试验结果对南友路膨胀土路堤的修筑提出了一些建议。     

东非肯尼亚蒙内铁路膨胀土工程特性研究

通过X-衍射、膨胀率、界限含水率、颗粒分析、膨胀力对3种典型膨胀土进行试验,分析东非蒙巴萨至内罗毕铁路沿线膨胀土的矿物成分及物理力学性质,确定了膨胀土膨胀潜势。研究表明:蒙内铁路沿线3个工点膨胀土小于0.002 mm,黏粒含量较高,为高液限黏土;自由膨胀率分别为132.9%,90.3%,131.0%,膨胀力分别为270,230,210 kPa。膨胀土膨胀潜势大,膨胀等级为强膨胀土。     

膨胀土地基浸水膨胀变形模型试验研究

通过10 m×2.5 m×4.1 m(长宽高)的大型模型试验,研究了深层浸水条件下膨胀土地基膨胀变形和含水率变化规律,进行了含水率、表面隆起、深层隆起等测试。试验结果表明,土体干密度和上覆荷载对膨胀变形和含水率变化影响较大,土体含水率的变化可分为起始、突变、稳定3个阶段;上覆荷载越大,土体表面隆起越小,表明上覆荷载能有效抑制膨胀土膨胀变形;膨胀土地基可划分为压密区、中性区和膨胀区3个变形特征区,或3个区的组合,变形区的高度不仅与外加压力值有关,且与基础大小和形状有关。研究结果对膨胀土路基的设计和施工具有重要的理论和工程实际意义。     

石灰、水泥改良膨胀土性能试验研究

以工程中常见的不良土膨胀土为研究对象,采用水泥和石灰两种材料作为改良剂,通过室内试验的方法,对改良后膨胀土的界限含水率、自由膨胀率以及无侧限抗压强度进行分析。结果表明:(1)石灰的改良效果优于水泥;(2)石灰和水泥对膨胀土的界限含水率均有较大影响,塑限指数均有所减小,以石灰减小幅度较大,以此提高了膨胀土的稳定性;(3)根据改良剂对自由膨胀率的影响,在工程应用中改良剂的掺量取6%为宜;(4)改良剂可明显提高膨胀土的无侧限抗压强度。     

南水北调工程粘土岩基本物理性质试验研究

粘土岩是南水北调中线工程总干渠潞王坟膨胀岩试验段具有代表性的膨胀岩之一。通过颗粒分析试验、击实试验、膨胀性试验和渗透试验来了解其基本物理性质,结果表明:①粘土岩的颗粒组成以粉粒、粘粒和胶粒为主,含有少量砂粒,级配一般;轻型击实、干土法制样时,粘土岩最优含水率为25.9%,最大干密度为1.56 g/cm3。②粘土岩的自由膨胀率为68%～70%,具有中等膨胀潜势;其无荷膨胀率、膨胀力均随干密度的增加而增加,但干密度达到1.60 g/cm3后,粘土岩的无荷膨胀率和膨胀力增幅均有不同程度的减缓。③粘土岩原状样和重塑样的渗透系数随着干密度的增大而减小。     

膨胀土侧向膨胀力及其对重力式挡墙的作用

为研究不同上覆荷载作用下的膨胀土侧向膨胀力及其对重力式挡墙稳定性的影响,在常规固结仪基础上,设计了一种侧向膨胀力试验装置和方法,揭示广西百色膨胀土侧向膨胀力随上覆荷载的变化规律;通过湿热气候长期作用下膨胀土路堤含水率变化的数值模拟,并结合侧向膨胀力试验结果,获得了路堤重力式挡墙静止时墙背侧向膨胀力随时间和深度的变化规律;根据试验间接得到的侧向膨胀力与侧向膨胀率的关系,分析了侧向膨胀力随墙后土体侧向膨胀量的变化及其对挡墙稳定性的影响。研究结果表明:在侧限和无荷条件下膨胀土浸水后仍会产生一定侧向膨胀力;上覆荷载在0~50kPa,侧向膨胀力随其增大而显著增大,且大于相应上覆荷载;上覆荷载大于100kPa后,侧向膨胀力增幅变小并趋于稳定;上覆荷载增至恒体积竖向膨胀力时,侧向膨胀力达到最大;湿热气候长期作用下,膨胀土路堤挡墙墙后土体含水率逐年增加,静止挡墙墙背侧向膨胀力的合力逐渐增大,作用点下移;第5年含水率变化趋于稳定,侧向膨胀力沿墙背分布近似为抛物线规律,其合力为静止土压力的3倍,作用点位于墙背中部;在侧向膨胀力的作用下挡墙会被水平推移2.0cm;若容许墙后膨胀土发生2.6cm的侧向膨胀,可极大减小侧向膨胀力,使挡墙满足规范对其抗滑和抗倾覆稳定系数的要求。     

稻壳灰和电石渣改性膨胀土力学性能及作用机理研究

采用稻壳灰(RHA)和电石渣(CCR)复合胶凝材料对膨胀土进行改良。通过强度试验确定了RHA和CCR的最佳配比为65∶35。通过对RHA-CCR改良膨胀土试验研究发现,随着RHA-CCR掺量、养护时间和初始含水率的增加,膨胀率与膨胀力显著降低,添加RHA-CCR后无侧限抗压强度显著提高。从强度提高的角度出发,建议RHA-CCR掺量为15%、初始含水率为最佳含水率的1.2倍来改良膨胀土。探讨了RHA-CCR改良膨胀土的作用机理,发现其机理包括置换作用、胶凝反应和离子交换。     

考虑墙背倾角的膨胀土挡土墙设计计算方法

降雨入渗后,膨胀土地区挡土墙不仅受到一般黏性土的土压力作用,还受到增湿产生的膨胀力。膨胀土地区挡土墙设计中,一般将膨胀土视为各向同性材料,采用竖向膨胀力或竖向膨胀力乘以折减系数的方法考虑侧向膨胀力,且只能考虑墙背直立的情况。文中通过改进室内膨胀试验制备方法,借助常规固结仪测定竖向和侧向膨胀力随膨胀变形的变化,并假设各向恒体积膨胀力和无荷膨胀率呈椭圆形分布,提出一种考虑墙背倾角的膨胀土挡土墙设计计算方法。     

叶新—大叶公路路基土抗剪强度试验研究

为保障叶新—大叶公路改造工程的顺利进行,以压实度和初始含水率作为试验分组依据,对叶新-大叶公路路基粉质粘土开展直接剪切试验。试验结果表明:初始含水率越高,路基土的抗剪强度越差,当初始含水率处于27%～29%时,初始含水率的改变对抗剪强度影响最大;压实度越高,路基土抗剪强度越好,当初始压实度处于90%～94%时,压实度的改变对抗剪强度影响最大。试验结果以及结论可为叶新-大叶公路改造工程的设计和施工提供参考。     

不同因素影响下粉砂质泥岩水分迁移试验

为研究不同因素影响下粉砂质泥岩的水分迁移规律，采用自制的泥岩水分迁移室内模型开展粉砂质泥岩的水分迁移试验，分析其在不同积水厚度、岩石干密度、入渗方向下的累积入渗量、入渗率时程曲线及含水率分布规律。结果表明：粉砂质泥岩累积入渗量-时间曲线先增大后趋于平缓，入渗率则随时间递减并趋于0；积水厚度对粉砂质泥岩累积入渗量的影响主要体现在入渗初期；岩石干密度越大，累积入渗量-时间曲线趋于平缓所需的时间越长；相同入渗时间下，竖向下渗、水平入渗及竖向上渗方向下的累积入渗量依次降低；粉砂质泥岩非饱和入渗时，含水率-时间曲线整体出现先增长后稳定的趋势，可划分为初始稳定期、快速增长期、低速增长期、稳定期4个变化阶段，且4个阶段的持续时间随距入渗面的距离而变化；积水厚度、岩石干密度及入渗方向均对粉砂质泥岩的水分迁移速率或水分迁移量产生影响，进而影响其含水率分布。研究结果可为分析粉砂质泥岩边坡的水分迁移规律及稳定性提供一定的参考依据。     

含水率差异对膨胀性红黏土隧道施工力学行为的影响

膨胀性红黏土因其特殊的水敏性,使得自身遇水膨胀,是造成隧道围岩失稳的重要原因。 为建立含水率与膨胀率的关系,从 而明确含水率变化对大断面膨胀性红黏土隧道及支护结构受力变形的影响,以银西高铁庆阳膨胀性红黏土隧道为研究背景,通过 现场监测确定围岩含水率波动范围;结合室内试验建立含水率与膨胀性和抗剪强度的对应关系;将土体含水率变化条件下的膨胀 关系同材料受热膨胀特性进行联系,利用ABAQUS内置的温度应力场模拟湿度应力场,分析不同含水率作用下隧道围岩压力、衬砌 结构内力与变形量值的重分布规律。 结果表明: 开挖后不同含水率最终趋于饱和时,随着初始含水率的降低,围岩及支护结构受 力增大,仰拱与拱脚处相对位移提高,拱顶、拱腰与边墙处相对位移降低,整体安全系数逐渐降低;对开挖后洞周平均含水率20.7% 而言,最终趋于饱和时围岩压力安全系数为2.2,衬砌安全系数为1.1,围岩相对位移为0.97%;相比于围岩压力和衬砌结构受力, 含水率变化对洞周围岩变形影响最大;基于特殊地质情况,建议将隧道预留变形量提至150~180 mm。     

含水率和法向循环荷载对残积土剪切特性的影响

为了研究花岗岩残积土的静、动力剪切特性，利用大型直剪仪进行了一系列法向恒荷载和法向循环荷载作用下的直剪试验，采用了不同的含水率(13%、17%、21%、25%)、振幅(5、10、20、30 kPa)、法向加载频率(0.5、1、2 Hz)和初始法向应力(50、75、100 kPa),研究了残积土的剪应力、体积变形、强度参数和微观结构的变化规律。试验结果表明：在单调直剪和法向循环荷载作用下的直剪试验中，随着含水率的升高，土体由剪切软化变为剪切硬化，黏聚力先增大后减小，内摩擦角逐渐减小；在法向循环荷载作用下的直剪试验中，土体上、下剪切强度均随着含水率的升高先增大后减小，当含水率为17%时达到最大。相比于单调直剪试验，法向循环应力削弱了土体剪切强度，且含水率越低，强度比越小，法向循环应力对土体强度的不利影响越大；剪应力和法向位移随法向应力发生周期性波动，且剪应力和法向应力间存在相位差；土体剪切强度和法向位移随着振幅的增加先增大后减小，且振幅越大，剪应力幅值越大；法向加载频率越高，土体剪切强度越小，体积剪缩量越大。     

赣南花岗岩残积土路基变形规律的数值仿真

为研究赣南花岗岩残积土路基的变形规律,基于非饱和土流固耦合理论,采用Geostudio软件对其进行了数值仿真分析,并通过实际监测数据验证所建数值模型的可靠性。数值模型分析了9种路基压实状态、5个路基填筑高度和4类填筑速率条件下非饱和花岗岩残积土路基变形的变化规律。结果表明:在90%和94%压实度下,路基总变形、地基工后变形、路基工后压缩变形和路基不均匀变形随初始含水率的增加,均呈现出先减小后增大的规律,在最大承载比含水率下变形量最小;路基总变形和工后总变形的最大值,和填筑高度呈抛物线关系;随着填筑高度的增加,地基工后变形占路基工后总变形的比例仍保持在70%以上;路基填筑施工时,分阶段填筑的路基最大总变形要小于一次性填筑的路基,且填筑速率越快,变形量越大,工后固结变形占工后总变形的比例也越大。因此,建议在填筑路基时,应采用分阶段填筑,并合理控制填筑速率;对于天然含水率较高的花岗岩残积土,可以以最大承载比含水率为施工控制含水率,并可针对现场压实困难的情况,适当降低压实度控制标准。