膨胀土边坡抗滑桩数值模拟分析

以引江济淮膨胀土边坡为研究对象,以温度场模拟湿度场、建立温度场与湿度场等价转化条件,进而采用数值模拟方法研究膨胀土边坡吸湿膨胀变形机理、抗滑桩对膨胀土边坡的加固机理及抗滑桩在边坡上的最佳布置位置。取现场原状中等膨胀土并分别制成初始含水率15%(初始干密度1.45 g/cm~3)、初始含水率17.5%(初始干密度1.53 g/cm~3)、初始含水率20%(初始干密度1.60 g/cm~3)的三种土样,然后进行室内试验并获得土体普通物理力学指标参数及热力学指标参数。利用这些参数,进行不同土质条件下膨胀土边坡吸湿膨胀变形的数值模拟及有抗滑桩条件下膨胀土边坡吸湿膨胀变形模拟。计算结果表明,不同土质条件下随着降雨时间增长边坡土体变形均在增长,但膨胀土初始含水率大、干密度大,边坡土体变形较小;抗滑桩能够大大降低膨胀土边坡滑坡风险,抗滑桩布置在边坡中部时,膨胀土边坡的变形最小。     

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。     

上覆荷载条件下邯郸强膨胀土膨胀本构模型研究

选取南水北调中线工程邯郸段强膨胀土进行室内有荷膨胀率试验,研究了侧限条件下邯郸强膨胀土膨胀率与压实度、初始含水率、上覆荷载之间的关系。建立了膨胀率与压实度、初始含水率、上覆荷载之间的本构模型。可根据膨胀土的压实度、初始含水率及上覆荷载,估算其可能产生的膨胀变形量,具有较好的工程应用价值。     

干密度和含水率对膨胀土三轴强度特性的影响

公路建设中不可避免地会遇到膨胀土,出于经济条件和环保因素的考虑,不得不对其回收利用。考虑到上述的问题,本文利用三轴压缩试验,测定了膨胀土在不同干密度和不同含水率情况下的三轴强度。结果表明:膨胀土三轴强度受含水率的影响显著,在超过最优含水率情况下,其三轴强度降低显著;膨胀土干密度的增加对它的三轴强度是有利的。     

稻壳灰对膨胀土层改性的试验研究

膨胀土的改性是目前研究的热点。为研究膨胀土的膨胀性能,以稻壳灰为掺加料,分别进行了灰土比例为0%、10%、20%和30%膨胀土的击实性能试验、液塑限联合测定试验、自由膨胀率测定试验。结果表明:掺加稻壳灰能够明显降低土体最大干密度、提高最优含水率;掺加稻壳灰后土体的稠度指标也在显著增加;掺加稻壳灰可以降低其自由膨胀率。由此说明:稻壳灰能有效改善膨胀土的膨胀性能,稻壳灰的利用也可实现变废为宝,取得生态、经济的双重效益。     

不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性及力学模型研究*

密实度影响港口地基工程的长期稳定性。为研究不同干密度条件下的地基土非线性蠕变特性，开展地基土固结排水三轴压缩蠕变试验。结果表明：1）随着干密度的减小，抽气饱和后土体含水率越高，轴向应变越大，蠕变行为更为显著。2）土体长期强度随着干密度的增大而递增，干密度增加抑制蠕变发展。3）地基土等时偏应力-应变曲线在低应力水平下表现出线性特征，较高应力水平下表现出非线性特征。基于试验成果，通过研究黏弹性模量与干密度以及荷载时间之间的关系，定义考虑不同干密度的黏弹性模量，基于分数阶微积分理论构建分数阶黏塑性体，从而得到新的不同干密度下的土体非线性蠕变力学模型。给出参数求解方法，验证所建模型可行性和合理性。分析瞬时弹性模量与干密度的经验关系，给出了类似粉质黏土地基土的模型参数建议取值区间。研究成果为粉质黏土地基土蠕变特性研究及港口地基工程长期稳定性分析提供一定参考。     

水分迁移过程中干湿循环对红土含水率的影响

本文以极端气候条件下对云南红土含水率的影响为背景展开研究,浸泡增湿24h、低温脱湿,用以模拟干湿循环作为控制条件,考虑不同初始干密度下干湿循环次数Ng(0→8次)、脱湿含水率wt(8、10、12、14%)对红土含水率的影响,通过顶部积水垂直向水分迁移试验的方法,研究了不同干湿循环次数、脱湿含水率对云南红土含水率的影响。试验结果表明:在干湿循环作用下,水分迁移开始前,不同干密度下的红土土样含水率随干湿循环次数的增加呈现波动减小的变化趋势;干密度越小,增湿后含水率越大,干密度越大,含水率反而越小;红土土柱的干密度在1.10～1.25g/cm3范围时,随着干湿循环次数的增加,含水率的变化程度最大的是脱湿含水率为10%时,相对较小的是8%、14%;干密度为1.30g/cm3时,土体结构相对密实,干湿循环对其内部结构影响相对较小,因此其含水率变化程度波动不大;在脱湿-增湿-水分迁移作用下,不同干密度的红土土柱,增湿后的含水率随着脱湿含水率的减小(脱湿程度越高)而波动增大的变化趋势。     

非饱和膨胀土持水能力试验研究*

利用压力板仪,进行不同干密度条件下非饱和膨胀土的土水特性试验,分析膨胀土土水特征曲线的基本特征,探讨干密度对膨胀土持水能力的影响,并根据试验得到的土水特征曲线推出其两个基本特征值。结果表明,不同吸力阶段干密度对持水能力的影响程度不同,对基质吸力低于进气值的边界效应阶段影响不大,基质吸力超过进气值进入转化阶段后,干密度增大明显增强了膨胀土的持水能力;膨胀土的进气值和残余含水率都比较大,并且随着干密度的增大均增大。应用数学模型描述不同干密度膨胀土的土水特征曲线,分析了干密度对数学模型参数的影响,给出了干密度、基质吸力和饱和度的函数表达式。     

考虑土体密实度的钢-土界面剪切特性研究

土体密实程度对内河码头大尺寸钢护筒嵌岩桩的承载性状具有重要的影响。在一定含水率及颗粒级配条件下,控制试样土体干密度分别为1.80,1.85,1.90 g/cm3进行土体与钢板的往复剪切室内试验,探索了不同干密度条件下试样在不同法向应力条件下的剪应力-剪位移关系、极限剪切强度以及界面往复剪切的残余强度。研究发现钢-土界面的剪切过程主要有3个阶段:弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;极限剪切强度满足摩尔库伦准则且随干密度增大粘聚力和内摩擦角均增大,且呈线性增加;往复剪切过程中,研究剪应力的变化情况发现同方向不同循环过程中最大剪应力几乎保持不变,不同方向剪切循环过程中,负方向剪应力均比正方向稍大。     

固化疏浚淤泥-磷石膏混合土体积稳定性

为分析固化疏浚淤泥(DS)-磷石膏(PG)混合土自生体积变形的工程适用性,研究其体积稳定性。制备了直径50mm、高300mm的试件,利用位移传感器测量试件线性变形,分析了不同养护龄期下,疏浚淤泥初始含水率、疏浚淤泥与磷石膏基质土配比(DS:PG)、固化剂掺量等因素对固化混合土自生体积稳定性的影响。研究表明:固化混合土膨胀与收缩共生,体积变形表现为膨胀性;膨胀主要发生在养护早期(前28d),后期体积变化不大;固化混合土膨胀率随着固化剂掺量的增大而增大,随着疏浚淤泥初始含水率、基质土配比(DS:PG)的增大而减小;综合评判固化混合土属于弱膨胀土,且膨胀率可调控,具有较好的体积稳定性,可以作为填料。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

不同膨胀潜势等级的膨胀土特性试验研究

以南水北调中线工程的南阳弱、中膨胀土及邯郸强膨胀土为研究对象,进行了三种膨胀土的基本物性试验、矿物成分X射线衍射试验及Zeta点位试验,结果表明:自由膨胀率与界限含水率、自由膨胀率与粒度成分的相关性,得到液限、塑限、塑性指数、黏粒、胶粒含量与自由膨胀率正相关,粉粒含量与自由膨胀率负相关;三种膨胀土亲水矿物成分总量均大于50%,膨胀性与黏土总量正相关;Zeta电位与膨胀性正相关;据阳离子交换试验,得到阳离子交换量与膨胀性、黏土矿物总量及Zeta电位正相关。     

膨胀土抗剪强度实验研究

运用非饱和土的强度理论分析了膨胀土的强度及其影响因素,对不同含水量的膨胀土进行直接快剪试验.试验表明粘聚力与内摩擦角的对数与含水率之间具有良好的线性关系;且在土的饱和度相对较低时,其抗剪强度随含水量的增加衰减快,当饱和度达到一定值后,抗剪强度衰减缓慢.     

干湿循环作用下重塑红黏土水力特性与强度试验研究

采用常规直剪仪对江西某库区边坡重塑红黏土土样进行室内模拟干湿循环快剪试验,研究了干湿循环作用下饱和重塑红黏土抗剪强度及抗剪强度指标变化规律;通过滤纸法测得不同含水率下土样的基质吸力,并用VanGenuchten模型拟合土-水特征曲线,分析了红黏土的水力特性。试验结果表明:干湿循环作用下饱和红黏土的抗剪强度有明显的劣化规律,其中,前4次干湿循环导致土样劣化幅度较大,后2次抗剪强度劣化幅度逐渐趋于平稳;干湿循环会显著降低土样黏聚力和内摩擦角,呈先快后慢的趋势,且黏聚力衰减程度明显大于内摩擦角;随着干湿循环次数的增加,相同体积含水率条件下,土体基质吸力逐渐减小,土体有效应力降低,抗剪强度逐渐劣化;当基质吸力大于350kPa时,基质吸力对土体的抗剪强度影响很小,裂隙发育可能是影响抗剪强度劣化的主要因素。     

土体固结理论在工程实际中的应用研究

路基质量的好坏决定着道路的使用寿命,随着路面车辆的运行,路基土体由于受荷载作用,其孔隙中的水份会缓慢渗出,土体中的有效应力会逐步增大,超静孔隙水压力逐步消散直至完全消失,即固结作用,而路基土的压实度是由土体的最大干密度和最佳含水率控制的。因此,在工程实际中,最大干密度和最佳含水率便可以认为是固结理论的宏观表现。     

大气影响下平顶山膨胀土地基的变形研究

地基变形是土力学中的主要研究课题之一.由于膨胀土具有湿胀干缩特性,膨胀土土体含水率随季节的变化在大气影响下可引起地基的显著变形,易导致建筑物开裂、不均匀沉降等病害.所以大气影响下膨胀土变形量的分析研究是很有必要的.文章针对平顶山市大气影响下膨胀土地基水分变化引起的地基变形进行分析;计算变形的关键是确立含水率沿深度变化的分布,利用工程计算分析,以室内实验和现场实验为根据,定量分析了平顶山膨胀土的性能与含水率的变化关系及胀缩性能特点.     

水泥土室内制样方法与配合比试验

水泥土室内配合比试验是深层水泥搅拌法工程应用中一项重要的前期工作。基于大量室内试验,总结提出干土制样法与湿土制样法两种不同的水泥土制样方法及其试验流程,并对其优缺点与适用性进行比较,得出以下结论:1)当以试验土样目标含水率为变量,或试验土样初始含水率大于目标含水率时,应采用干土制样法; 2)当研究在土样初始含水率下其他因素对水泥土强度的影响时,采用湿土制样法更为合适、高效。以香港冲积层黏土为研究对象,采用干土制样法分析土样含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响。试验结果表明,在含水率40%～80%范围内,不同龄期的水泥土强度均随含水率的增加而减小,且在高含水率(大于70%)下水泥土强度随龄期增长不明显。     

初始含水率对真空预压加固吹填淤泥影响试验研究

针对传统的真空预压设计和施工方式较为粗放,主要依靠经验进行,缺乏相关的工程参数的问题。设计不同吹填淤泥初始含水率进行了四组室内对比试验,通过分析孔隙水压力,排水量,沉降量,土体的含水率以及十字板剪切强度等指标的变化规律,探究真空预压处理效果与淤泥初始含水率之间的关系。试验结果表明,含水率高的吹填淤泥在靠近排水板处孔隙水压力消散更快;初始含水率越大,排水固结达到稳定的时间越长;初始含水率高的吹填淤泥在真空预压法处理后仍然具有较高的含水率,对应的土体平均强度较低;试验建立了初始含水率与加固后土体强度之间的线性拟合公式。     

气态水补给条件下不同类型土水分迁移规律及冻胀特性研究

使用自主研发的水分迁移和冻胀试验设备,对比分析砂土、粉质黏土、人工制备75%砂土+25%粉质黏土、25%砂土+75%粉质黏土在水汽补给条件下水分迁移规律及冻胀特性,研究了不同类型土试样冻结时间与含水率、温度场、冻胀量、冻胀力之间的变化规律,建立了不同类型土试样冻胀量和冻胀力的拟合公式。研究表明：土性对水分迁移影响较为显著,冻结7 d后,砂土试样峰值含水率达到22.1%;75%砂土+25%粉质黏土试样峰值含水率为17.1%,25%砂土+75%粉质黏土试样峰值含水率为10.1%,粉质黏土峰值含水率变化幅度不大。随着土中细粒含量的增加,试样温度场达到稳定所需的时间越长,冻结7d后不同类型土试样温度场均趋于基本稳定。冻结7 d后,不同类型土冻胀量和冻胀力差别较大,砂土试样冻胀量达到0.71 mm, 75%砂土+25%粉质黏土试样冻胀量为0.55 mm, 25%砂土+75%粉质黏土试样冻胀量为0.36 mm,粉质黏土试样冻胀量变化不大;不同类型土冻胀力随冻结时间的增加呈正相关线性关系,相同高度处试样冻胀力随着土中细粒含量的增加有所减小。     

基坑回填对膨胀土边坡桥梁基础影响研究

膨胀土是土颗粒成分以亲水性矿物为主,并具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的特殊土质,这种特性常给工程建设带来极大的危害。文章以引江济淮膨胀土边坡上桥梁基础为依托,将温度场与湿度场等效,用升温膨胀代替膨胀土吸湿膨胀,同时将非饱和膨胀土吸湿膨胀过程中的强度降低与升温过程中强度降低等效,通过数值模拟方法,研究膨胀土边坡上桥梁基础基坑回填对桥梁基础的影响。研究结果表明,采用不同的回填材料、不同的基坑坡比,在降雨后渠道边坡对桥梁基础的作用有较大不同。采用不同回填材料时,降雨后桥梁基础水平位移变化较大,采用不同基坑坡比时,降雨后桥梁基础水平位移变化相对较小;当回填材料刚度大,降雨后边坡对桥梁基础的作用也较大;当基坑坡比小,降雨后边坡对桥梁基础的作用小。