公路路基土湿度的影响因素与改善对策

由于雨水、地下水迁移的影响,路基湿度逐渐由铺筑后的最佳含水量向平衡含水量过渡。过大的路基土湿度会降低承载能力,在上部荷载作用下容易产生过量变形,造成多种路基路面病害类型。分析了路基土湿度的影响因素,并在此基础上提出了相应的改善措施。     

兰州地区含盐红层泥岩土水特征曲线研究

为研究红层泥岩土水特征,首先采用滤纸法测得兰州地区红层泥岩重塑土样土水特征曲线,讨论了含盐量对基质吸力和总吸力的影响;然后分析红层泥岩在增湿过程和减湿过程中吸力随含水量的变化;最后利用FredlundXing模型、Van Genuchten模型和Gardner模型分析红层泥岩土水特征曲线的数学模型.研究结果表明,兰州地区红层泥岩的吸力随含水量变化敏感,吸力变化范围大约为0～66 710.6 kPa.含盐量对吸力影响显著,当含水率一定时,吸力随含盐量的增大而增大,当含盐量低于12 g/kg时,基质吸力增长较快,起主导作用,当含盐量超过12 g/kg后,基质吸力趋于稳定,溶质吸力的作用明显增强.通过土水特征曲线模型研究得出,兰州地区含盐红层泥岩基质吸力扫描曲线采用Van Genuchten模型比较恰当,相关系数(R~2)为0.978 4;基质吸力增湿曲线和减湿曲线采用FX模型比较恰当,R~2在0.94以上;总吸力扫描曲线采用FX和VG模型都能较好的拟合土水特征曲线,R~2高达0.98;总吸力增湿曲线和减湿曲线分别采用Gardner模型和FX模型较为合理,R~2分别为0.949 5和0.979 9.     

基于土体吸应力的强度折减法

分析了基于Fredlund公式的非饱和土强度折减法的不足;介绍了考虑物理化学力、基质吸力的吸应力理论;基于吸应力理论提出一种非饱和土强度折减法运用FLAC3D有限差分计算程序,对比分析了分别基于吸应力理论与基于Fredlund公式的非饱和土强度折减法的效果,验证了基于土体吸应力的强度折减法的合理性和准确性。研究结果表明:在常用基质吸力和坡角范围内,基于吸应力理论的土体强度折减系数与基于Fredlund公式所求的折减系数基本相等,且基于吸应力理论的非饱和土抗剪强度折减法更符合强度折减的定义,具有更加清晰的物理意义。     

非饱和土抗剪强度的非线性分析

针对非饱和土体的总粘聚力与基质吸力之间的非线性关系进行了研究,提出了具有非线性系数的总粘聚力与基质吸力的非线性关系式,并进一步得到了相应的非饱和土抗剪强度公式.通过采用四种不同性质土体的试验数据的检验与分析,证明了关系式的可行性与实用性.研究表明:非线性系数是与土的性质有关的重要参数,对于特定的土体,其值可以不随基质吸力的变化而变化,而取为常数,可以通过选取不同的非线性系数值来反映不同类型土的非线性特征;当非线性系数的值为1时,含有非线性系数的抗剪强度公式与已有Fred lund非饱和土抗剪强度公式的形式相同,说明Fredlund非饱和土抗剪强度公式只是关系式的一种特殊情况,含有非线性系数的抗剪强度公式有着更广泛的适用性.     

非饱和土抗剪强度的非线性分析

针对非饱和土体的总粘聚力与基质吸力之间的非线性关系进行了研究,提出了具有非线性系数的总粘聚力与基质吸力的非线性关系式,并进一步得到了相应的非饱和土抗剪强度公式.通过采用四种不同性质土体的试验数据的检验与分析,证明了关系式的可行性与实用性.研究表明:非线性系数是与土的性质有关的重要参数,对于特定的土体,其值可以不随基质吸力的变化而变化,而取为常数,可以通过选取不同的非线性系数值来反映不同类型土的非线性特征;当非线性系数的值为1时,含有非线性系数的抗剪强度公式与已有Fredlund非饱和土抗剪强度公式的形式相同,说明Fredlund非饱和土抗剪强度公式只是关系式的一种特殊情况,含有非线性系数的抗剪强度公式有着更广泛的适用性.     

用有限元强度折减法分析非饱和土边坡稳定性

大多数天然和人工土坡都是非饱和土边坡,由于基质吸力的存在使得边坡的安全系数有所提高。基质吸力和边坡的稳定性密切相关,然而基质吸力的大小随着边坡的环境改变而改变。基于Mohor-Coulomb破坏准则和强度折减法,针对不同地下水位、边坡坡度和基质吸力相关的内摩擦角b,对非饱和土边坡稳定性进行了有限元计算。计算结果表明,采用无量纲位移Eδmax/rH2随强度折减系数变化的关系曲线上位移陡然增大时所对应的强度折减系数,作为边坡的稳定安全系数是合理的。     

美国路基土回弹模量确定方法研究现状

路基土回弹模量是表征土基强度的力学参数,是路面结构设计的主要参数,对路表弯沉和路面设计层厚度的确定有很大的影响。回顾了美国地区路基土动态回弹模量室内试验方法、预估本构模型及室外试验方法的最新研究进展,并对其做了评述,指出了研究发展方向。     

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。     

有限元强度折减法在非饱和土边坡稳定性分析中的应用

绝大多数天然和人工土坡都是非饱和土边坡,由于基质吸力的存在使得边坡的安全系数有所提高。基质吸力和边坡的稳定性密切相关,然而基质吸力的大小随着边坡的环境改变而改变。基于Mohor-Coulomb破坏准则和强度折减法,针对不同的地下水位、边坡坡度和基质吸力相关的内摩擦角咖“,对非饱和土边坡稳定性进行了有限元计算。计算结果表明,采用无量纲位移Eδmax/rH^2随强度折减系数变化的关系曲线上位移陡然增大时所对应的强度折减系数,作为边坡的稳定安全系数是合理的。     

干湿循环条件下完全扰动黄土路基回弹模量分析

在分析路基回弹模量随季节交替之变化规律的基础上,通过模拟试验,研究了干湿循环对室内试验所得回弹模量值(简称回弹模量)的影响.干湿循环对回弹模量有直接影响,即便对于同一种土(试验用完全扰动黄土),在相同压实度与含水率情况下,由于干湿循环阶段不同,回弹模量也呈现出一定差异,这种差异主要体现在低含水率时,可以采用干湿循环湿度影响指数CW来表征干湿循环对回弹模量的影响;在已有回弹模量预估模型(基质吸力模型)中引入了干湿循环影响系数αi,进一步完善了该模型.     

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。     

路面铺设对挖方路基回弹模量的影响

针对路面铺设对挖方路段路基回弹模量的影响,基于试验路段实测温度及含水率数据,建立了土体温度与含水率的数学关系,修正了路基温度场模型参数,进而预测出铺设路面后路基的温度变化规律及其不同深度范围土体含水率变化规律.基于室内试验所得的土体含水率与回弹模量的关系,结合温度场计算结果,得出铺设路面后路基回弹模量的变化规律,并相应地提出了路基回弹模量的修正系数.     

水泥混凝土路面路基永久变形预估

结合修正后的路基永久变形预估模型和应变分层总和法,在考虑粘土、粉土和砂土3种不同土质状态下,分别预估了荷载作用于板边、板中及板角时路基产生的永久变形．计算表明,对于一定的路面结构和交通轴载,粘土路基的永久变形量最大,粉土次之,砂土最小;对于同一种土质,板角受荷时路基的永久变形最大,板边受荷次之,板中受荷最小;当荷载作用在板边时,板的尺寸越小,路基的永久变形越大;板角受荷造成的路基永久变形对水泥路面的受力状况是最为不利的．     

重复荷载作用下砂土永久变形预估模型

为预估路基的永久变形,在万能材料试验机上对砂土进行了重复加载动三轴试验,得到了砂土永久变形的发展曲线,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式,并对回归公式进行了可靠性分析。当荷载作用次数为10000次时,现有路基土永久变形模型预估结果与试验结果相对误差最小为52%,最大高达376%;而系数与含水量和回弹模量之间的回归公式相关系数最小值为0·31,平均值为0·41,大于临界值0·28,试验曲线与理论曲线相关系数大于0·99。分析结果表明:建立的砂土永久变形预估公式可靠性较高,而现有预估模型不适用于砂土。     

非饱和膨胀土的膨胀特性试验研究

针对不同起始含水量的非饱和膨胀土,对其膨胀量和膨胀速率进行了详细试验研究。结果表明由于不同初始含水量的膨胀土具有不同的基质吸力值,导致土样在吸湿过程中发生不同的膨胀变形量。根据膨胀变形试验结果,建立了膨胀土的膨胀量、膨胀速率以及膨胀变形所需时间与起始含水量的相关公式。     

降雨入渗对隧道的影响数值分析

降雨入渗会降低其影响范围内土体中基质吸力,引起土体软化,强度参数降低,对隧道稳定性产生较大影响。采用有限差分软件FLAC3D对隧道的降雨入渗过程进行模拟,研究降雨影响深度以及降雨对土体软化效应的影响,并与顶部产生积水坑的工况进行比较。研究结果表明,降雨入渗较大程度地减小了非饱和区基质吸力以及土体强度参数;考虑顶部形成积水坑后,降雨入渗深度显著增大,非饱和区基质吸力及土体强度参数减小明显,隧道不稳定性显著增加。     

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.     

某铁矿厂尾矿固化体蒸发量模型研究

以某矿项目为工程依托,通过土-水特征曲线模型、蒸发率-基质吸力模型、含水量-蒸发率模型的推导,建立尾矿固化体蒸发量模型,确定不同龄期固化体的含水量。研究表明:对于65%浓度的尾矿固化体,由于初始含水量较高,不同类型尾矿1 d与3 d的含水量变化区别不大,到7 d时,黏土矿物含量多的尾矿含水量大;对于72%浓度的尾矿,黏土含量对含水量的影响较明显,黏土含量越大,白泥添加越多,固化体7 d的含水量越高,其主要原因为黏土矿物的存在使固化体中的蒸发量变小。     

桥头跳车对路面结构的冲击效应研究

基于车-路耦合动力学模型,研究桥头跳车对路桥过渡段路面结构的冲击效应.分析了考虑车-路耦合作用对路面冲击效应的影响,研究了车辆冲击系数和路面振动响应随路面弹性模量、路基反应模量的变化规律,提出了路桥过渡段的道路设计建议.结果表明:考虑车-路耦合作用后,车辆冲击系数和有效影响范围均有所减小;路面弹性模量、路基反应模量对车辆冲击系数影响不大,但对路面振动响应影响较大;路桥过渡段的路面结构设计应考虑路面动力响应,采用车辆冲击系数作为标准轴载的放大系数偏危险,建议采用路面动力反应系数;从控制路面振动角度出发,路桥过渡段宜选择柔性路面,同时路基反应模量应超过200 MPa/m.     

基于非饱和土理论的黄土路基毛细水现象简析

以非饱和土理论为基础,应用有限元法,对黄土路基内部含水量的变化规律进行了分析,结果证明利用有限元分析方法,能够模拟路基内部毛细现象引起的水分的分布及变化规律,从而为公路路基最小填土高度的设计,以及处治路基内部由于含水量变化引发的一系列病害问题提供参考。