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。     

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。     

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。     

退台式格宾加筋挡土墙现场测试及数值模拟分析

通过对某高速公路加筋挡墙两个断面进行现场监测试验,分析了退台式格宾箱加筋路堤墙后土体受力变形特性,并在现场试验的基础上采用FLAC~(3D)有限差分软件进行了数值仿真分析,对加筋挡墙墙后土体水平土压力、挡墙内部土体水平变形、挡墙内部垂直土压力以及筋材应变分布进行研究。结果表明:筋材能够很好的控制土体的塑性变形;潜在滑裂面位置为离挡墙0.34H到0.6H区段内(H为第一级边坡高);加筋处理后边坡的安全系数为1.28;面墙附近垂直土压力产生较大的突变,挡墙基础处垂直荷载较大,且墙趾下方基础处水平应力集中明显,挡墙侧向变形呈中间大两侧小的外鼓曲线分布。     

荷载作用下红黏土干湿循环试验

为掌握红黏土在荷载作用下的干湿循环特性,对常规固结仪进行了改造,发明了一种模拟土体荷载作用下的干湿循环试验方法,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的红黏土的胀缩特性试验。试验结果表明:上覆压力为0kPa和50kPa时,干湿循环下红黏土胀缩率大于零,试样膨胀;压实度越大,膨胀量越大。初始含水率越小,膨胀量越大;增大上覆压力,可以抑制红黏土的膨胀性能;上覆压力为100kPa和200kPa时,干湿循环下红黏土胀缩率小于零,试样收缩;压实度越小,试样收缩量越大;初始含水率越大,收缩量越大;增大上覆压力,可以增大红黏土的收缩性能;任何上覆压力下,所有试样第一次干湿循环下红黏土胀缩性能最为显著,经历5次干湿循环后,胀缩性能趋于稳定状态。     

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。     

土工格室生态挡墙工程性状分析

应用Marc软件,通过模拟土工格室生态挡墙墙体、加筋层与填土的相互作用,对生态挡墙墙背的位移和应力性状进行分析,并结合实体工程进行墙背侧向土压力测试。结果表明:土工格室生态挡墙在外荷载的作用下,除了刚体位移之外,还会发生挠曲变形,具有柔性支挡结构的特点;墙背侧向土压力随着距墙顶距离的增大而增大;数值计算与现场测试得到的墙背侧向土压力变化规律一致,表明本文采用的数值模型是合理的。     

RB位移模式下黏性土非极限土压力研究

针对经典朗肯与库仑土压力理论的适用范围较小且未能考虑挡墙位移对土压力的影响这一事实.根据已有文献对准主动状态下土体摩擦角、黏聚力发挥值与位移关系的研究,采用位移有效面积比方法将该关系量化至绕墙底转动位移模式挡墙,在此基础上结合斜向层分析法推导了考虑填土的黏聚力、墙土间黏着力、均布超载作用等条件下的非极限主动土压力合力及其作用点位置、土压力分布计算式.相应简化条件下,该公式能够简化为朗肯、库仑理论计算式.算例分析结果表明:理论计算值与试验实测数据基本吻合,初步获得了绕墙底转动位移模式下黏性土非极限土压力随位移变化的规律.     

双向循环荷载作用下的膨胀土动力特性试验研究

以荆门重塑弱膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际受力状态,考虑围压、径向动应力幅值、含水量与振动次数等因素对土体动力特性的影响,开展同相双向循环动三轴试验。试验结果表明:双向循环荷载作用下,土体的动应力-应变曲线呈双曲线型,其动应变则随径向动应力的增加而减小;不同初始含水率膨胀土的动弹模量随围压增加而增大,受含水率的影响较大,随振动次数的增加呈衰减趋势并最终趋于一稳定值;且随着径向动应力水平的提高,动弹模量的衰减幅度呈显著增大特征;土体的阻尼比则随径向动应力的增加而增大,随含水量的降低而减小,随围压的增加而减小。     

重塑膨胀土直剪试验中的应力-应变曲线特性

通过不同干密度、不同初始含水率在施加不同压力下的重塑膨胀土的直剪试验,研究了南(宁)-友(谊关)路膨胀的应力-应变特性以及强度指标的变化情况。研究表明:干密度的增加能大幅提高土体的峰值强度,但对残余强度影响不大,土体的粘聚力与干密度成良好的指数关系,内摩擦角受干密度影响较小;随初始含水率增加,膨胀土体峰值强度的剪切位移增加,而峰值强度、粘聚力、内摩擦角有先增大后减小的趋势;垂直压力的增大对提高重塑膨胀土峰值强度和残余强度都有一定帮助。     

膨胀土的二维膨胀各向异性试验研究

为给膨胀土地区结构物设计计算提供关键参数,研制了二维膨胀仪,选取广西百色中膨胀土和湖北枝江弱膨胀土,制备不同干密度状态的试样,分别开展了恒体积膨胀力、单向膨胀和二维膨胀试验,分析和表征了竖向和侧向膨胀的规律,并比较了两向膨胀的差异性;通过扫描电镜观察,分析了产生膨胀各向异性的原因。结果表明：恒体积条件下最终侧向与竖向膨胀力之比,以及单向膨胀条件下最终侧向与竖向膨胀率的比值,均会随压实度发生变化,干密度越大两向膨胀力(或膨胀率)的差异性越大;两向膨胀力随膨胀应变的变化均表现出前期快速衰减、后期缓慢衰减的趋势,可用幂函数表征,但拟合参数不同;在二维膨胀条件下,竖向膨胀会影响侧向膨胀,不同程度竖向膨胀后的侧向膨胀规律同样可用幂函数表征,拟合结果表明竖向膨胀会改变拟合参数导致曲线形态的改变,继而影响侧向膨胀力随侧向应变的衰减幅度。干密度增大致使黏土矿物片状颗粒整体更趋向于水平定向排列,这是造成膨胀各向异性的主要原因。膨胀过程中土颗粒的重分布会导致各向异性不断变化,故难以通过竖向膨胀力预测侧向膨胀力,在进行相关计算时建议实测侧向膨胀规律。     

南宁膨胀土和株洲红粘土对比试验研究

通过一系列室内试验,探讨了膨胀土和红粘土在完全相同的试验条件下一维压缩蠕变特性以及回弹特性。试验结果表明:膨胀土的非稳定蠕变速率随含水率的增加而增大;两种土主固结延续的时间均与含水率呈正比,即随着含水率的增大,主固结完成所需的时间也就越长;在低含水率和低竖向荷载作用的条件下,膨胀土的回弹量比红粘土的大。     

南宁膨胀土直剪蠕变特性及长期强度试验研究

针对南宁膨胀土进行了一系列室内直剪蠕变试验,探讨了南宁非饱和重塑膨胀土在直剪条件下的蠕变特性.试验结果表明:由于膨胀土的膨胀力一直在发生作用,膨胀力抵消了部分竖向荷载,使土的结构变松,加速了剪切蠕变的发展,所以在剪切荷载达到长期抗剪强度极限之后,当竖向荷载足够大时土体表现为以恒定的蠕变速率一直加速蠕变下去,当竖向荷载不够大时土体表现为突然被剪坏;在含水率为16%的条件下土样的长期强度约为短期强度的72.9%,长期强度的指标粘聚力c和内摩擦角￠均比短期强度的小.     

组合位移模式下刚性挡土墙非极限主动土压力

合理确定水平土层间剪切作用是计算任意位移模式下挡墙土压力的关键,相关计算理论在考虑剪应力时缺乏一定的理论依据和试验支撑。针对组合位移模式下的刚性挡土墙,首先基于考虑位移效应的Mohr应力圆,得到由土拱效应导致主应力偏转所产生的剪应力;在此基础上,由直剪试验比拟土层错动作用,建立了剪切系数与位移模式参数n的幂函数关系式。将其应用于改进的水平层分析法,得到了组合位移模式下刚性挡土墙非极限主动土压力的求解方法。某些单一位移模式下挡墙土压力理论解为本文的特解,说明本文理论推导的可靠性。参数研究表明:RTT模式下,非极限主动土压力呈凸曲线分布,峰值位置随n的增大而上移,且高于已有理论解;RBT模式下,非极限主动土压力呈凹曲线分布,其曲率大于已有理论解;随着n的增大,合力作用点位置会降低,降低幅度与墙顶位移呈正相关;合力作用点位置随墙土摩擦角与内摩擦角比值的增大而增大,当墙土摩擦角大于0.7倍内摩擦角时,增长幅度尤为明显。     

不同上覆荷载作用下膨胀土特性研究

以河南平顶山膨胀土为研究对象,通过室内土工试验,研究膨胀土颗粒粒径范围对自由膨胀率的影响;按照等质量原则将各粒径范围土混合后制取试样,研究了其在无上覆荷载、不同上覆荷载条件下的膨胀变形发展规律,以及试验后土体物性指标随上覆荷载变化规律等.结果表明:膨胀土粉碎过筛后颗粒粒径大小对自由膨胀率具有显著影响,最大相差可达2.3...     

包盖法填筑膨胀土路堤的合适包边宽度

以广西宁明地区两段膨胀土实体工程为例,在路堤中布设4个观测断面,并埋设大量测试元件进行现场监测,以探讨包盖法合适的包边宽度。对垂直路中线的同一水平面上距边坡面不同部位土体随季节干湿循环变化进行了含水量、水平位移数据的实测统计与分析。结果表明,实体工程路堤距边坡面水平距大于3 m时,土体含水率、水平位移变化较小,实体工程路堤选取的包边宽度是合适的;并获得该地区膨胀土路堤施工的最佳季节在1~4月,膨胀土干湿循环显著影响深度为1.49 m,进而得到南友路采用封闭包盖技术处治膨胀土路堤所需的包边宽度为3 m。在此基础上,总结提出包盖法填筑膨胀土路堤合适包边宽度的确定方法。     

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。     

膨胀土高填方路堤稳定性的有限元分析

根据工程中膨胀土路堤边坡的破坏特点,考虑浸水后的膨胀力作用,建立了膨胀土路堤边坡膨胀力的分层化三角形分布模式,从而建立了路堤边坡的荷载作用模型。采用弹塑性有限元分析法,结合具体工程实例,对膨胀土路堤边坡在浸水条件下的稳定性进行模拟分析。分析表明:考虑膨胀力作用时,路堤边坡的最危险滑动面通过坡脚点,且近似为圆弧状,边坡的计算稳定系数明显降低。浸水后膨胀力的作用会明显降低边坡的稳定性,故工程中应做好膨胀土路堤的坡面防护和防水排水措施。     

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。     

填土碾压对挡土墙土压力和位移的影响分析

路基挡土墙是城市道路中的常见结构物,具有节约空间、减少路基填方等优点。在路基填筑过程中,填土荷载和碾压荷载都会对挡土墙产生挤压作用,导致挡土墙承受侧向应力并产生位移。该文结合盐城市范公路某标段路基填筑施工,在现场埋设土压力盒和测斜管进行试验研究,得到了土压力和位移的发展规律。路基中垂直土压力主要由土体的重力引起,基本随土体深度呈线性分布。在碾压过程中对墙背水平土压力影响很大,填土不高时水平土压力接近于被动土压力,但随着填土高度增加其增长速度放缓,在填土1.0~1.4m高度达到最大值后出现明显下降,最后趋近于静止土压力。挡土墙位移基本是绕墙底的转动位移,施工前期位移增长缓慢,到后期填土接近墙顶时位移发展很快。最后利用有限元软件很好地模拟了路基中土压力的分布和挡墙位移。