不同含水率红粘土的抗剪强度试验研究

红粘土是一种典型的特殊土,其遇水膨胀、失水收缩的特点会对红粘土地基、路基的稳定性造成重大影响。为了进一步了解红粘土的物理力学特性,针对江西重塑红粘土的抗剪强度与含水率的关系进行了试验研究。室内直剪试验结果表明:随着含水率的增加,红粘土的抗剪强度和粘聚力均减小,粘聚力与含水率的变化曲线近似"S"型,而内摩擦角在一定范围内波动,影响机理较为复杂;通过X射线衍射试验分析得出,江西红粘土的矿物成分主要有石英、云母、钾长石及少量的胶结物质氧化铁;通过电镜扫描土样观察,发现剪切破坏后红粘土的微观结构特征发生了巨大变化,说明红粘土受到剪切作用后其微观结构的变化使得土体产生变形甚至破坏。     

不同含水率下的原状全风化花岗岩强度与变形试验研究

运用新型发明专利——应力控制式三轴仪对广州—佛山—肇庆高速公路研究路段全风化花岗岩边坡原状土进行低围压控制的室内三轴试验,得出了原状花岗岩残积土与原状全风化花岗岩的抗剪强度指标与弹性模量在不同含水率下的变化曲线。研究表明含水率对原状土体性质影响很大,含水率越大土体抗剪强度指标越小,弹性模量随含水率的增大呈现先增大后减小的趋势,在最佳含水率附近达到最大值。     

竖向荷载作用下非饱和土土-水特征研究

总结了竖向应力作用对非饱和土土-水特征曲线影响的部分研究现状。试验得出合肥地区某工地土体基本物理性质指标,并利用FGJ-20型非饱和土固结仪对该土样进行了控制竖向荷载与控制气压力的压缩试验。基于试验结果,对竖向荷载作用下非饱和土土-水特征进行了分析研究。结果表明:竖向荷载不同导致土-水特征曲线产生差异;竖向荷载对土-水特征曲线的影响随着吸力的增大逐渐减弱;Fredlund-Xing三参数模型中参数a,m均随着竖向荷载的增大而逐渐增大,n值则逐渐减小;竖向荷载对土体含水率的影响程度与土体吸力大小有关,实际分析过程中需考虑吸力范围的影响;在吸力不变时,土体含水率的变化量随着竖向荷载的增大呈先增后减的趋势。     

饱和-非饱和膨胀土渗透特性试验研究

对广西宁明两种膨胀土的原状样和重塑样进行了饱和渗透试验、土水特征曲线试验和收缩试验.根据收缩试验结果对土水特征曲线进行了体积含水量的换算,用VG数学模型对换算后的土水特征曲线进行拟合后通过理论公式预测出非饱和渗透系数,进而得到了非饱和膨胀土的含水量-渗透系数关系及其变化规律.同时,还分析了矿物成分和结构特征对饱和–非饱和膨胀土渗透特性的影响.     

密度及干湿循环影响下的煤系土土-水特征曲线

利用PF土壤水分特征曲线仪,测定了不同干密度的重塑非饱和煤系土试样的土-水特征曲线;并对其中一组试样进行3次干湿循环试验,并利用VG模型对实测数据进行拟合,初步研究了煤系土土-水特征曲线在干湿循环条件下的变化规律。研究结果表明:干密度对煤系土的土-水特征曲线有较大影响,干密度越大的试样饱和含水率越低,失水速率也越慢,持水能力越好,土-水特征曲线也越平缓;干湿循环作用使得煤系土孔隙相互贯通扩张,孔隙率增大,土体的持水能力减弱,干湿循环对煤系土SWCC的影响主要集中在第1次干湿循环,3次干湿循环后煤系土SWCC基本稳定。     

含水率与土样异向对原状非饱和黄土土-水特征影响试验研究

利用压力板对不同初始含水率与不同渗水方向的原状非饱和Q3黄土进行脱湿试验,分析不同初始含水率与不同渗水方向对原状非饱和Q3黄土土水特征的影响。研究表明:在相同的初始含水率情况下,基质吸力对土样不同方向渗水情况的影响基本相同;在渗水方向相同的情况下,随着基质吸力的增大,体积含水量逐渐降低,基质吸力增大到一定程度后,不同初始含水率对土-水特征曲线的影响几乎一样。     

软土结构性影响系数的研究

以营口地区深灰色粉质粘土为研究对象,采用重塑的方法改变了天然原状软土的原始结构.将重塑土和原状土分别进行直剪蠕变实验并对实验结果进行对比分析,归纳出软土结构变化对宏观流变力学特性的影响.     

各向同性土与横观各向同性土的力学特性和持水特性

为了探讨不同初始状态下非饱和黄土的力学性质和水量变化规律之间的差异,提出了制备各向同性及横观各向同性试样的方法,用改进的非饱和土三轴仪对制备的各向同性、横观各向同性及常规重塑试样进行了72个三轴固结排水剪切试验. 试验结果表明:对不同削样角度的各向同性试样进行试验验证,发现其近似各向同性;3种不同初始状态下各向同性非饱和试样的破坏应力最大,横观各向同性非饱和试样次之;横观各向同性试样在剪切阶段的初始切线模量最大,其他两组试样的初始切线模量较小且近似相等;各向同性试样及横观各向同性试样在剪切的初始阶段均有轻微的剪胀现象,常规重塑试样均处于剪缩状态;不同初始状态下的各非饱和试样在剪切阶段吸力变化对排水的影响并不显著,其中横观各向同性试样的偏应力-含水率关系曲线的斜率绝对值最小,其他两组试验的斜率几乎相同,各向同性、横观各向同性及常规的重塑试样的力学特性及持水特性不尽相同. 本文的研究成果可为不同初始状态下各模型的建立及工程应用提供有益的参考.      

超固结比影响下饱和黏土力学特性试验研究

利用合肥地铁站基坑黏土进行了5种超固结比(OCR)下的原状和重塑饱和土快剪试验,分析了原状土和重塑土在不同OCR下的剪切性状、抗剪强度及强度指标黏聚力(c)和内摩擦角(φ)的变化规律。结果显示:不同OCR原状土多为应变硬化性状,重塑土超固结时多为应变软化、欠固结多呈应变硬化性状;同竖向应力时,重塑土峰值抗剪强度随OCR增加而增大;同OCR时,重塑土峰值抗剪强度随竖向应力增大而增大;同前期固结应力(p_c)和OCR时,原状土峰值抗剪强度较重塑土大;重塑土按同OCR求抗剪强度指标时,OCR增大c减小、φ增大;重塑土按同pc求抗剪强度指标时,p_c增加c先增大后减小、φ增大;原状土抗剪强度破坏曲线在p_c值处呈明显向下弯折性状。     

膨胀土土水特征曲线的研究

对不同地区膨胀土的原状样和重塑样进行了脱湿土水特征曲线试验,并采用VG模型对试验数据进行拟合。结合VG模型拟合的参数,着重分析了矿物成分和孔隙结构对膨胀土土水特征曲线的影响。结果表明:在同一初始干密度下,膨胀土含蒙脱石亲水性矿物越多,脱水速率越慢,持水性能越强;同一土质的重塑样,初始干密度越大,则其进气值越大,脱水速率越慢;在初始干密度相同的条件下,原状样的土水特征曲线与重塑样的不同,其脱水速率较缓慢,残余含水量较高,表现出较强的持水性能。     

非饱和土力学研究现状与进展

鉴于非饱和土力学在路基工程、边坡工程及基坑工程等诸多实际工程中有着广泛的应用前景,国内外众多学者历时几十年,对处于非饱和状态的黄土、黏土、膨胀土和人工填土,着重从土-水特征曲线、强度特性、本构模型、渗流特性和吸力测量等方面展开了深入的研究.基于非饱和土力学的研究现状,对土-水特征曲线的滞回现象、拟合方法;强度特性的理论成果和试验方法;本构模型的研究现状;渗流特性的试验研究和影响因素、吸力测试方法及工程应用等多方面进行了系统地综述,并分析其各自研究成果的优缺点,便于有效地指导实践.今后关于非饱和土力学的发展,不仅着眼于上述前五个方面扎实的理论研究,更加注重与实践相结合,实现快速、精准的试验方法或技术迫在眉睫.     

非饱和重塑黄土抗剪强度影响因素的试验研究

通过直剪试验研究了非饱和重塑黄土在不同含水量、干密度与加荷等级情况下的粘聚力与内摩擦角变化,以确定含水量、干密度与加荷等级分别对非饱和重塑黄土抗剪强度的影响。从黄土矿物成分的微观角度分析了含水量与干密度对黄土抗剪强度造成影响的原因。受颗粒之间的相互作用与粒间水的张力作用,非饱和重塑黄土的粘聚力随干密度的增大而增大,呈指数变化;非饱和重塑黄土的内摩擦角随干密度的增大而少量增大,近似呈线性变化。     

全风化千枚岩复合改良土路用性能

为了充分利用全风化千枚岩作为路基填料,设计了红黏土掺和比分别为0、20%、40%、60%和100%,水泥掺量分别为0、3%和5%的组合改良方案,开展了改良土的界限含水率、抗剪强度和无侧限抗压强度试验,分析了改良土的路用性能。试验结果表明:当水泥掺量分别为3%与5%时,复合改良土的液限均低于40%,符合路基设计中液限低于40%的控制要求;改良土的黏聚力随红黏土掺和比与水泥掺量的增大而增大,内摩擦角随红黏土掺和比的增长先增大后减小,随水泥掺量的增大而增大,但两指标在水泥掺量大于3%时增长幅度较小。改良土路基极限承载力计算结果表明:5%水泥改良全风化千枚岩路基极限承载力仅为725.3 kPa,红黏土掺和比为40%改良全风化千枚岩路基极限承载力达到2 198.3 kPa,分别是全风化千枚岩路基承载力的2.34和7.10倍,因此,红黏土改良效果优于水泥;经过比较可得红黏土掺和比为40%,水泥掺量为3%是合理掺和方案,在28 d养护后,路基极限承载力计算值为4 247.7 kPa,液限为32.7%。微观机理分析结果表明:红黏土颗粒小于全风化千枚岩颗粒,当红黏土掺和比大于40%时可以包围千枚岩颗粒的点-点接触,增加了接触点数与接触面积,从而大大提高了改良土路基的极限承载力。无侧限抗压强度试验结果表明:优化方案改良土7 d无侧限抗压强度为487.25 kPa,满足铁路路基设计要求。      

Experimental study on mechanical properties of weathered rock covered by loess

Based on dynamic triaxial test, the mechanical properties of the weathered rock covered by loess were studied. The cohesion value of weathered mudstone is far below that of the weathered sandstone, while the internal friction angle values are basically equivalent, about 30°. Compared with the undisturbed sample, the cohesion value of remodeling weathered rock sample decreases significantly. With the increase of moisture content, the strength of weathered mudstone is obviously decreased due to the influence of the water softening effect. This results illustrate that the bearing stratum is not easily affected by external disturbance in comparison to weathered mudstone. In the engineering, in order to ensure the good mechanical properties of the soil, more attention should be paid to keeping the water content constant, even to reducing the water content. The experiments show that the relations between shear stress and strain of weathered rock were nonlinear and the behavior of weathered rock can be expressed by the hyperbolic model. The initial modulus of undisturbed weathered rock, under the same consolidation conditions, is much greater than that of remodeling samples. Meanwhile, the initial dynamic elastic modulus of sandstone is also greater than that of the mudstone. The dynamic shear modulus ratios of the undisturbed sandstone, the undisturbed mudstone, as well as the remodeling mudstone have the normalization characteristics with the increase of dynamic shear strain. The damping ratio of mudstone is larger than that of the sandstone, and the damping ratio of remolding sample is also greater than that of the undisturbed mudstone. The mudstone has the bad mechanical properties as bearing stratum.     

粘土矿物成分与剪切强度的相关关系分析

为探究矿物成分对土体强度的影响规律,对纯的粘土矿物进行扫描电镜和X射线衍射试验,确定其成分及微观组构. 对人工配制单一成分粘土,开展不同初始含水率状态下的直剪试验,分析了含水率对各单一矿物粘性土的粘聚力、内摩擦角的影响;对比不同粘土矿物人工配土抗剪强度随含水率变化规律,结合各单一矿物的微观组构特征,探讨了粘土矿物成分对剪切强度的影响. 研究结果表明:高岭石的粘聚力、内摩擦角均随含水率增大单调减小;伊利石和蒙脱石在含水率分别为18%和25%时出现粘聚力峰值;含水率小于20%时,蒙脱石内摩擦角随含水率增加呈线性增大;大于20%时,内摩擦角线性减小.      

铁路路基膨胀土工程特性指标试验研究

为改善路基原状土的工程特性,以西安至南京铁路试验段为工程背景,进行了膨胀土填料工程特性的系统试验研究.采用室内土工物性基本试验、直剪试验以及动静三轴试验,对膨胀土的物理力学参数进行测定,针对工程改良土实际特性提出用掺石灰的方法改良原状土,分析对比了改良前后的颗粒分布、物理性质、水理性质、强度和膨胀性指标.结果表明:弱膨胀土及中等膨胀土经石灰改良处理后,土的颗粒组成、物理性质、胀缩特性均有明显改善,力学强度和水稳特性大大提高; 根据物理与力学性质、胀缩性、水稳性等试验结果,推荐采用的最佳掺灰比为5%.      

基于环剪试验的含钙质结核古土壤剪切特性

含钙质结核古土壤在黄土滑坡的剪切带中广泛分布，影响滑坡的剪切特性. 通过固结排水环剪试验，改变轴应力大小，研究不同钙质结核含量下古土壤的剪切力学特性；基于对剪切破坏面的宏观结构分析，总结并提出剪切破坏面的“一”型和“U”型两种破坏形态及平稳、过渡、波动3种破坏模式. 研究结果表明:在低轴应力下，应力-位移曲线均为软化型，具有明显的残余强度特性，随钙质结核含量增大，应变软化特性变弱；在高轴应力下，则表现为硬化型；钙质结核颗粒能增大土的剪切强度、摩擦角，减小黏聚力；剪切带厚度与钙质结核含量正相关，与 D50 负相关；在大位移剪切作用下，颗粒会发生破碎，通过对剪切前后粒径分析，确定了钙质结核主要破碎区间为3～5 mm，破碎率为19.5%～55.5%；古土壤由 0.01～0.05 mm颗粒破碎为 0.002～0.010 mm的较小颗粒.      

基床翻浆冒泥土的物理力学性质

随着列车提速和轴重大幅增加,基床出现翻浆冒泥病害的几率加大.为了进一步研究翻浆冒泥发生机理和探究其发生条件,系统研究了60多组翻浆冒泥实例,分析了翻浆冒泥土的颗粒组成、可塑性指标、渗透性及矿物成分等物理力学性质.研究结果表明:翻浆冒泥土中,绝大部分黏粒含量大于20%、粉粒含量大于20%,黏粒含量大于30%和粉粒含量大于40%的土所占数量最多;翻浆冒泥土中粉粒的含量一般要高于黏粒含量;翻浆冒泥土（主要包括砂黏土、粉质黏土、黏土和部分低液限粉质黏土）液限大于23%,塑性指数大于6.5;翻浆冒泥土渗透系数小于1.0×10-5 m/s;翻浆冒泥土的渗透系数与细颗粒含量之间存在较好的负指数关系.