干湿循环下红层土石混合料强度及变形特性的试验研究

为研究干湿循环下红层土石混合料的劣化规律，以取自四川盆地的红层土石混合料为研究对象，通过静态崩解试验，探讨不同粒径红层软岩块石的崩解特征；对2组红层土石混合路基填料原始级配缩尺，通过叠环式剪切试验，研究干湿循环次数对红层土石混合料黏聚力、内摩擦角、剪胀率和剪切模量等指标的影响.研究结果表明：红层软岩块石遇水崩解显著，崩解过程可分为剧烈段、过渡段和稳定段，崩解剧烈段块石含量降低近70%；粒径较大时，块石受结构面影响更强，崩解更彻底；随干湿循环次数的增加，抗剪强度在崩解剧烈段明显降低，过渡段基本不变，稳定段略有回升；块石崩解后，其咬合作用显著降低，表观黏聚力急剧减小，静电引力和固化胶结使黏聚力轻微增大，崩解物间的摩擦和重定向排列使内摩擦角轻微增大；最大粒径和含石量显著降低，法向应力下土石混合料更密实，剪胀率明显降低；骨架-密实结构转变为悬浮-密实结构，剪切模量明显降低；干湿循环下黏聚力和剪胀率劣化更明显，内摩擦角的劣化受块石粒径影响最大，剪切模量的劣化受块石粒径影响最小；路堤填筑前，对红层土石混合料进行2次崩解处理，以削弱其受降雨-蒸发循环作用的不利影响.     

碾压膨胀土开裂规律及影响因素试验研究

运用计算机图像处理和编程技术,对不同压实度、初始含水率和干湿循环次数影响下膨胀土的表面裂隙的特征进行了描述和定量分析,探讨了压实度、初始含水率和干湿循环次数对膨胀土开裂规律的影响。结果表明:节点个数、块区个数、裂隙率和分形维数可以用来表征表面裂隙的开裂程度;随着膨胀土压实度的增大,裂隙的开裂程度减小;膨胀土的初始含水率为塑限含水率时开裂程度小于最佳含水率时的开裂程度;裂隙的开裂程度随干湿循环次数的增加而增大,裂隙相关参数的变化率呈减小的趋势,第1次干湿循环对膨胀土开裂的影响最大,第5、第6次干湿循环对开裂的影响甚微。     

不同风化程度泥岩填料崩解特性试验分析

为合理利用马巢高速公路不良泥岩填料,采用洒水崩解颗粒分析试验,研究不同风化程度和种类的泥岩崩解特性,结果表明:随着洒水频率和洒水天数的增加,强风化、弱风化泥岩颗粒崩解到适宜粒径范围所需要的时间越短,呈现良好的阶梯递减趋势;它们可通过自然条件或预崩解方式来满足路基颗粒要求,而微风化泥岩一定要机械破碎后方能使用.马巢高速泥岩普遍采用预崩解措施,节约了造价,改善了工程质量和验收水平.     

不同工况下填筑红粘土的开裂规律研究

基于室内模拟试验的基础,运用MATLAB图像处理软技术,对不同压实度、干湿循环次数、加筋与未加筋的红粘土表面裂隙的特征进行了描述和定量分析,探讨了填筑红粘土在不同工况条件下的开裂规律。试验结果表明:第1次干湿循环作用对红粘土裂隙发育影响最为明显,裂隙开裂的宽度急剧加大,随着干湿循环作用次数的增加,裂隙率逐渐增加,最终趋于一种稳定状态;土样压实度提高,裂隙率降低;加筋可有效地抑制红粘土裂隙的发育。     

干湿循环作用对泥质板岩冲击动力性质的影响

设计了考虑干湿循环作用影响的泥质板岩分离式霍普金森压杆试验,通过试验研究得到冲击荷载作用下泥质板岩的动强度、动弹性模量、动泊松比和峰值应力对应的应变等参数随干湿循环次数的变化规律.研究结果表明:随着干湿循环次数从0增大到15,动强度、动弹性模量以及峰值应力对应的应变均不断降低,降低幅度分别为20.7％、16.1％和16.7％,而动泊松比的变化规律不显著;干湿循环作用使得泥质板岩的动强度和动弹性模量显著降低,脆性显著增强.研究成果可为考虑干湿循环影响的泥质板岩爆破参数设计和爆破动力性质研究等提供参考.     

膨胀土裂隙发育规律及与抗剪强度的关系研究

运用图像处理软件对不同干湿循环次数作用后的膨胀土表面裂隙参数进行提取,然后对试件进行低应力条件下的快剪试验,探讨了抗剪强度与裂隙参数的关系。研究结果表明;第1~2次干湿循环作用对裂隙的开裂影响程度较大,随次数的增加裂隙基本沿着原有的裂隙以变宽、变长为主,新裂隙发育较少;在第1次干湿循环后c值变化最明显,φ值受干湿循环次数作用影响不大;c值与裂隙率和分形维数具有良好的线性关系,可为裂隙参数来反算抗剪强度提供理论依据。     

红层泥岩加卸载力学特性与能量演化机制

为研究红层泥岩的力学特性和能量演化规律，基于5种不同围压梯度（200、250、300、350、400 kPa）及轴压与围压不等速率的应力路径，以四川遂宁地区红层泥岩为例开展了室内循环加卸载试验，得到围压效应对红层泥岩力学特性、总应变能密度、弹性应变能密度、耗散能密度的影响，以及应力-应变与能量之间的演化规律.研究结果表明：从初始加卸载至试验结束，轴向应力输入的总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度总体呈先增大后减小的“正态分布”形式；在峰前阶段，弹性应变能密度与耗散能密度间的差值会随着循环加卸载次数的增加而增大；围压的侧限作用提高了试样承载能力，总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度随着围压的增大而增大；在峰后阶段，当围压≤300 kPa时，耗散能密度低于弹性应变能密度，而围压>300 kPa时，耗散能密度高于弹性应变能密度，围压增大会进一步抑制试样破坏后弹性应变能密度的释放；相同围压下，随着干湿循环次数的增加，干燥、饱和状态下的抗压强度和弹性应变能密度均呈负相关关系；相同干湿循环次数，干燥状态的抗压强度和弹性应变能密度比饱和状态高，呈正相关关系.     

改性预崩解炭质泥岩强度特性及微观机理分析

采用水泥和粉煤灰对预崩解炭质泥岩进行改性处理,以期实现炭质泥岩填料在工程实际中的有效应用.通过对不同水泥和粉煤灰组合、不同养护龄期下改性预崩解炭质泥岩进行无侧限抗压强度试验,分析了水泥和粉煤灰改良预崩解炭质泥岩的力学性能,并结合X射线衍射和电镜扫描试验揭示其改性机理.研究结果表明:9％水泥+10％粉煤灰组合改性预崩解炭质泥岩时,的其无侧限抗压强度最大,7、14和28 d的强度分别为2.39、2.68、2.94 MPa.从X射线衍射和扫描电子显微镜试验结果表明,随着养护龄期的增加,改性预崩解炭质泥岩内部孔隙被水化产物填充,结构逐渐密实,导致其强度持续提高.     

泥岩、泥质砂岩填筑路基施工工艺研究

工程概况济邵高速公路位于河南省济源市境内,其中由邢台路桥建设总公司承建的第七合同段,沿线分布均为泥质砂岩和泥岩。这些岩石具有干燥状态下强度较高,浸水状态下极易崩解、软化,强度迅速降低的特点,不宜直接作为路基填料。     

泥岩、泥质砂岩填筑路基施工工艺研究

工程概况 济邵高速公路位于河南省济源市境内．其中由邢台路桥建设总公司承建的第七合同段,沿线分布均为泥质砂岩和泥岩。这些岩石具有干燥状态下强度较高,浸水状态下极易崩解、软化,强度迅速降低的特点,不宜直接作为路基填料。     

聚丙烯纤维加筋黄土的抗剪强度和崩解特性

为检验聚丙烯纤维加筋黄土对边坡坡面的防护效果,基于室内直剪试验和崩解试验,研究了纤维含量、纤维长度及含水率对加筋黄土抗剪强度和抗崩解特性的影响,获得了加筋黄土的最佳配比,并以此为基础开展了现场坡面防护试验。研究结果表明:相比于素黄土,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力最高提升113.8%,内摩擦角最高提升23.3%,崩解速率最高降低87.5%,聚丙烯纤维可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解特性;随着纤维含量和纤维长度的增长,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力分别呈现先增大后减小和先急剧增大后增幅趋缓的变化趋势,崩解速率分别呈现先减小后增加和持续减小的变化趋势;从抗剪强度方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm,从崩解特性方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.5%,最佳纤维长度为19 mm,相比较而言,两者崩解速率的相对变化明显小于其抗剪强度的相对变化,故确定聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm;随着含水率的增加,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和崩解速率均呈现减小趋势,其变化关系符合三次多项式函数或Logistic函数关系;现场测得聚丙烯纤维加筋黄土防护坡面平均侵蚀深度约为3 mm,说明聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显。      

工程压实黄土崩解试验研究

笔者从微观角度分析了土的崩解影响因素,指出压实土的含水量、压实度是影响崩解的主要因素.通过自行研制的崩解仪进行了压实黄土浸水崩解实验,分析归纳了压实度、含水量对崩解性的影响规律,即崩解速度随压实度增大、含水量增加而减小,并存在最大崩解含水量.土的崩解性反映了土的可蚀性,在工程水土保持研究中可用崩解速度作为土的可蚀性评价指标.     

干湿循环作用下温度效应对膨胀土收缩规律研究

在不同设定温度下,对膨胀土进行一系列干湿循环试验,基于图像处理软件PCAS的应用,对膨胀土试样裂隙图片进行定量采集研究,获取试件表面的裂隙参数,探讨温度对干湿循环作用下膨胀土裂隙收缩开裂规律的影响。研究结果表明:(1)膨胀土的裂隙率、分形维数随着干湿循环次数的增加而逐渐增加,最后渐趋稳定;(2)在前3次干湿循环作用下,膨胀土的裂隙率、分形维数变化幅度最大;温度高的变化幅度比温度低的大;(3)在相同的循环次数下,温度较高的膨胀土的裂隙率、分形维数比温度低的大;(4)经过6次干湿循环作用后,膨胀土的裂隙变化渐趋稳定。     

基于干湿循环试验的黄土路堑浅层边坡长期稳定性分析

为评估干湿循环作用对黄土边坡浅层土体强度的劣化效应，对甘肃定西Q₃原状黄土开展了不同干湿循环路径下的室内直剪试验，分析干湿循环次数、循环幅度与下限含水率对土体抗剪强度的影响，建立了考虑干湿循环三参数的强度劣化模型，并运用强度折减法对比了不同干湿循环路径下黄土路堑浅层边坡的长期稳定性。试验结果表明：随着干湿循环次数增加，原状黄土的黏聚力呈现先减小后趋于稳定的变化趋势，可采用双曲线函数进行拟合，内摩擦角呈线性下降趋势，10次干湿循环后，原状黄土黏聚力与内摩擦角的最大劣化度分别为27.64%与9.88%;在相同干湿循环次数下，循环幅度对原状黄土黏聚力和内摩擦角的劣化效应大于下限含水率；干湿循环过程中黄土路堑浅层边坡的长期稳定性系数遵循指数下降函数，不同干湿循环路径下边坡稳定性系数最大降幅为61.5%,且在6次循环后稳定性系数降幅约占总减小值的85%;干湿循环中循环幅度和下限含水率影响着黄土路堑浅层边坡稳定性，表现为随着下限含水率增大，浅层边坡稳定性系数先增大后趋于稳定，但随着循环幅度增大，稳定性系数线性减小；工程实际中边坡不同深度土体含水率变化范围不同，干湿循环路径存在...     

钙质泥岩水岩作用特征及遇水软化机理

为掌握泥岩遇水后的工程特性,进一步揭示其遇水软化机理,对取自宁夏固原引水隧洞工程遇水易软化的白垩系钙质泥岩进行了矿物成分分析和物理力学性质试验.在此基础上,分析了钙质泥岩水岩作用特征,探讨了不同黏土矿物含量钙质泥岩遇水后强度和变形参数的变化规律和软化机理.研究结果表明:钙质泥岩的膨胀性及其强度遇水后迅速衰减;遇水后钙质泥岩力学参数的变化与黏土矿物含量均呈自然对数关系;钙质泥岩遇水软化是其在吸、失水过程中内部水化膨胀反应及其损伤不断加剧造成的,软化机理可用水岩作用过程示意图详细描述.      

红粘土裂隙发育及与低应力抗剪强度的关系研究

通过Matlab软件的图像处理功能对干湿循环作用后的红粘土表面裂隙参数进行定量分析,并进行低应力条件下的快剪强度试验,探讨了红粘土表面裂隙参数与抗剪强度的关系。结果表明;第1~2次干湿循环作用对表面裂隙最终形态的确定起主要作用。随干湿循环次数的增加,裂隙发育沿着原有裂隙扩展,以变宽、变长为主,新的裂隙较少,最终趋于一种稳定状态。裂隙的产生对土体抗剪强度有重要的影响,可通过裂隙率、分形维数与抗剪强度参数的良好的线性关系,来预测裂隙结构强度参数。     

基于水岩相互作用的岩石力学性能研究

依托云南省富宁港一期工程,现场采集岩石试样,经过不同次数的干湿循环后作常规三轴压缩试验;对实测岩石力学性能参数进行回归分析,得到泥岩及砂岩在水岩相互作用下力学性能的变化规律;基于岩石弹性模量,应用连续介质损伤力学方法对比分析了泥岩及砂岩的损伤劣化特点;应用Hoek-Brown强度准则对岩石力学参数进行转换得到岩体综合强度参数;通过有限单元法得到不同次数的水岩相互作用下架空斜坡码头性能的变化特点。     

干湿循环条件下碾压膨胀土的裂隙发展规律

为探讨公路工程中膨胀土路基裂隙的开展过程和演化规律,设计并开展了室内模拟试验,初步获得压实膨胀土中裂隙的发育过程及随干湿循环作用次数的变化规律.运用MATLAB的图像处理功能,对开裂试样进行了定性描述和定量统计分析.分析结果表明:初始状态下,试样中产生的裂隙细微短小,裂隙率较低;首次干湿循环作用后,试样裂隙率大幅提高,且开裂宽度和深度急剧加大;但经随后几次干湿循环的作用,裂隙的增长率逐步减小并趋于稳定.研究结论对指导膨胀土路基施工有一定意义.     

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.     

客运专线全风化砂砾岩路基填料特性

将全风化砂砾岩作为客运专线路基填料,采用X射线衍射分析填料的矿物成分,测试了填料的自由膨胀率与阳离子交换率,比较了单个试件不同含水率循环击实和现场碾压下的粒径变化,分析了干湿循环作用下填料崩解和现场压实指标随时间的变化趋势,采用粗颗粒固结压缩试验测试填料变形特征。分析结果表明:填料不含亲水黏土矿物成分,自由膨胀率为23.6%,阳离子交换率为70.7mmol·kg-1,干湿循环下崩解率为0.81%,在动力作用下细颗粒含量为13.5%,雨后检测指标稳定,路基荷载下次固结系数为5.8×10-4。可见该填料具有很好的水稳性、动力稳定性与低压缩性,可用于客运专线路基填筑。