反复冻融作用下粉质黏土的微观分形特征研究

粉质黏土作为一种常用的路基填料,受冻融循环作用的影响后其微观结构的变化直接导致路基强度的改变。为研究多次冻融后土体力学强度与微观结构的关系,以东北地区粉质黏土为研究对象,进行不同冻融循环次数下土体的扫描电镜(SEM)、压汞(MIP)及无侧限抗压强度试验。基于分形理论,分别计算土体颗粒、孔隙三维分形维数,并据此建立分形维数与力学强度的关系公式。研究结果表明:随冻融次数的增加,土体颗粒重新排列,整体性受到破坏,孔隙体积呈波动上升的趋势;试样含水量升高后,5~20μm孔径的孔隙含量逐渐减小,而0.3~5μm孔径孔隙含量增加;分形维数很好地反映了冻融循环过程中土体微观结构的变化特点,由分形维数与无侧限抗压强度构建的回归方程得知,分形维数越大,土体强度越大。     

淤泥质粉质黏土温控动三轴试验

针对宁波市轨道交通2号线一期工程,利用温控动三轴试验系统,开展淤泥质粉质黏土的动力特性试验,研究温度、加载频率、动应力幅值对土体的累积塑性应变、动弹性模量、阻尼比和孔压等的影响。结果表明:淤泥质粉质黏土的动力特性发展规律受动应力幅值的影响很大,当动应力幅值接近临界动应力时,增大振动频率会降低临界动应力值;在相同应力水平下,淤泥质粉质黏土的强度随着温度的升高而增大,呈现热硬化趋势;在不同的动应力幅值、振动频率和温度下,淤泥质粉质黏土的动弹性模量和阻尼比随动应变的增大而减小,动应变随动应力比的增大而增大,近似呈线性增长。     

冻融循环对粉质黏土工程特性的影响

冻胀与融沉作用可改变岩土体的结构和构造,进而影响岩土体的物理力学性质。本文选取锦州粉质黏土为研究对象,对其进行有水源补给的多次冻融循环试验,对冻融前后的土样分别进行位移、含水率、密度和抗剪强度测试。试验结果表明:锦州粉质黏土经过多次冻融循环后,土的体积有所增加,随着冻融次数的增加,冻胀量和融沉量先增大后减小;土体中含水率在前面2次冻融循环过程中上升较快,经历3次冻融循环后基本稳定;土体的密度则有所降低,由1.833 g/cm3降低至1.730 g/cm3;土体黏聚力显著降低,内摩擦角先增大后减小,经过7次冻融循环后,内摩擦角与冻融前相当。     

人工冻结粉质黏土力学性能演化规律研究

基于地铁工程中人工地层冻结法应用的工程背景,以粉质黏土地层为研究对象,通过室内试验研究冷冻温度、含水量和围压等因素对人工冻结粉质黏土强度和冻胀变形演化规律的影响。结果表明:冷冻温度、含水量和围压显著影响人工冻结粉质黏土的应力应变发展趋势和破坏模式,三轴剪切强度、弹性模量与冷冻温度、含水量和围压的相关性因三者的耦合作用而呈现不同的演化趋势;单向冻结模式下,温度场达到恒定温度梯度后,人工冻结粉质黏土达到了最大冻胀变形量;冻胀率与冷冻温度之间存在较好的线性回归关系,且外界水源补给条件下粉质黏土冻胀率远大于封闭不补水条件;冷冻温度、含水量和地层埋深是确保人工地层冻结技术中冻结壁达到设计强度、控制地表变形以及防止结构物破裂、渗水或漏泥等问题的3个关键指标。     

高速铁路路基结构性粉质黏土的工程处理措施

结构性粉质黏土具有水敏感性,天然状态强度较高,浸水后土体软化明显,易发生湿陷。实际工程中结构性粉质黏土常被视为普通粉质黏土,没有针对性处理措施。本文针对京沈高速铁路阜新站的结构性粉质黏土的工程特点提出了相应的处理对策。建设期应对饱和度小于60%且孔隙比大于0.6的粉土、黏性土增加湿陷性试验并根据试验结果进行地基处理。针对运营高速铁路特点,提出可达到秒级响应的信息化袖阀管注浆加固技术,并在京沈高速铁路成功应用。     

粉质黏土路基边坡病害整治方案的探讨

粉质黏土路基地段,每逢汛期,边坡冲刷、坍塌等病害频频发生,分析病害产生的原因,并采用干砌片石、级配碎石覆盖、种植香根草等措施进行加固。     

隧道穿越第三系粉质黏土工程特性及支护措施研究

针对山西中南部铁路通道石楼隧道穿越第三系粉质黏土段的实际情况,结合国内外研究成果及相关规范,在对支护结构安全及稳定性分析的基础上,对隧道穿越粉质黏土的工程特性及支护体系进行了总结。隧道施工开挖过程中,洞壁围岩土体位移显著且持续时间长,围岩成洞性较差,裂隙发育,应采取加强初期支护、加强锁脚锚管、采用大拱脚、拱架底部设置槽钢等措施,避免钢拱架拱脚悬空,保证支护结构安全可靠。     

基于地统计学及ARCGIS的长春地区粉质黏土渗透性研究

依托长春地铁第三轮建设规划项目,采用抽水试验和注水试验方法获得大量试验数据之后,通过采用传统统计学、地统计学以及ARCGIS软件的手段对长春地区粉质黏土渗透系数数据进行了分析研究。结果表明,长春地区粉质黏土属于弱透水层,渗透系数属于中等变异性,空间变异性不强,在较大的尺度上的某种过程是不可忽视的,空间相关性属于中等程度。预测结果显示,长春地区粉质黏土渗透系数空间分布呈现出中间高两侧低的趋势,这是由于中间为伊通河河谷冲积平原而两侧为波状台地的地貌导致。     

某铁路粉质黏土膨胀特性及对工程影响的研究

为研究自由膨胀率FS40%,蒙脱石含量M17%,阳离子交换量CEC(NH+4)多数在200~260 mmol/kg之间的粉质黏土填筑路基的可行性及填筑效果,通过现场取样、室内试验,对粉质黏土的基本物理特性、膨胀特性和抗剪强度变化规律进行分析,并对路基变形和稳定性进行检算。现场填筑试验结果表明,弱膨胀性粉质黏土直接填筑基床以下路堤可行,但高度不宜超过8 m。干湿循环试验表明,粉质黏土的内摩擦角基本保持不变,而黏聚力在第一次干湿循环后降低35%,并在以后的干湿循环过程中基本保持不变。     

长江阶地粉质黏土相似材料配比试验研究

为确定长江阶地粉质黏土相似材料配比方案,本文研究原材料间配比关系。基于三因素三水平正交试验设计方法,以滑石粉、膨润土、石英砂和水为原料,配置基坑模型试验粉质黏土相似材料,通过剪切试验获取九组配比方案的黏聚力和内摩擦角两个物理力学指标,采用极差法和方差法分析各因素的敏感性与显著性,研究滑石粉、膨润土、石英砂以及水含量对黏聚力和内摩擦角的影响规律。结果表明:极差法与方差法分析结果具有一致性,两种方法能合理判断各因素对考察指标的敏感性与显著性;膨润土掺量虽少,但对粉质黏土的黏聚力有很大程度的影响,其次为滑石粉含量,当滑石粉含量增多时,相似材料黏聚力逐渐增大;滑石粉含量为相似材料内摩擦角的主要控制因素。试验方法和结果可为其他模型试验中土质相似材料的配比提供参考。     

胶济客运专线非饱和原状粉质黏土固结试验

饱和度的高低是影响非饱和土固结变形特性的重要因素.针对不同饱和度的原状粉质黏土进行固结试验,得到粉质黏土的应力-应变及变形-时间的关系曲线,在此基础上综合分析应力、应变和时间三者之间的关系,进而对非饱和原状粉质黏土和浸水饱和后粉质黏土的固结压缩特性进行研究.     

粉质黏土地层隧道盾构施工渣土改良剂试验

研究目的:盾构掘进过程中,渣土的流动性、止水性、流塑性是盾构掘进效率及盾构机使用寿命影响的主要影响指标,因此对不同地层渣土性质的改良以满足施工要求极其重要。本文针对成都地区粉质黏土地层盾构施工,研发适用于粉质黏土地层专用渣土改良剂分散型泡沫剂。通过室内对渣土容重、流动度、黏附性等的测定,筛选出最好的改良剂配方。对成都地铁7号线盾构区间强风化泥岩地层渣土进行改良试验,分析不同泡沫剂对现场盾构掘进参数、泡沫消泡量、渣土性状的影响。研究结论:(1)通过配比试验及发泡效果检测,得到了多组泡沫稳定性和同类产品性能相当甚至更优的基准泡沫剂,泡沫半衰期在20 min左右,5 min消泡率在3%以内,完全满足盾构施工要求5 min内消泡不大于5%的指标;(2)针对粉质黏土地层特点,研制了分散型泡沫剂S53-JSSA-6(DCA),通过室内渣土改良试验,验证了其对粉质黏土的改良效果,加入分散型泡沫剂后较大程度地降低了粉质黏土的黏附性,可降低盾构在粉质黏土地层的结泥饼风险;(3)分散型泡沫剂DCA在强风化泥岩地层的应用试验表明,分散型泡沫剂的产品性能能达到巴斯夫同类泡沫剂,完全满足现场强风化泥岩地层的盾构施工要求;(4)本试验结果可为粉质黏土地层盾构隧道施工渣土改良研究问题提供参考。     

洞庭湖区饱和原状粉质黏土累积塑性应变规律

对洞庭湖区的饱和原状粉质黏土进行室内动三轴试验,分析软土地基土体在动荷载作用下的变形特性,探究动应力幅值、围压、固结比和加载频率对饱和粉质黏土累积塑性应变的影响。累积塑性应变发展形态随加载条件的不同可以分为稳定型、临界型、破坏型3类。用拟合函数对室内动三轴试验结果进行拟合分析,得出Monismith指数函数适合破坏型曲线,而对数函数不适宜于稳定性曲线的结论。针对稳定型曲线收敛的特点,提出一个新的稳定型曲线累积塑性应变数学模型,能更好地模拟曲线的变化规律,为计算软土地基在长期循环动荷载作用下产生的累积塑性变形提供了一定的参考。     

隧道穿越第三系粉质黏土支护结构受力研究

研究目的:第三系粉质黏土在不同含水量状态下的力学特性发生较大的变化,如何有效地运用数值模拟、现场监控量测相结合的方法,使得工程中采取合适的措施、合理的支护时机来确保顺利通过该类地层是本文研究的主要目的。研究结论:(1)通过数值模拟分析,隧道开挖后围岩应力发生重分布,渗水导致土体强度大大降低,变形加大,初期支护能有效地控制围岩的变形,因此在隧道施工中应合理安排工序,及时地施作初期支护;(2)通过试验分析,随着围岩含水量的增加,围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角都逐渐变小,支护结构变形增大,因此应根据不同的含水量采取相应的支护措施,并及时封闭掌子面以保证施工安全;(3)施工中应根据监控量测数据进行动态设计,合理确定衬砌施作时机,总体上20 d后围岩受力及变形趋于稳定,施作二次衬砌较为适宜;(4)该研究成果可为隧道穿越同类地层的工程设计与实践提供借鉴和参考。     

粉质黏土强度特性应变速率效应的试验研究

应变速率是影响土体强度特性的主要因素之一。通过粉质黏土在不同应变速率和围压下的三轴试验,分析应变速率对应力-应变关系的影响机理。结果表明:应变速率效应受到土骨架黏滞性、固结和孔隙压力的综合影响,各因素对围压和应变速率的响应不同。高围压和低应变速率有利于固结,低围压和高应变速率会增大黏滞性作用比例,高围压和高应变速率会增强孔隙压力影响。峰值强度在高围压下随应变速率的增大先减小、后增大、再减小,在低围压下则先减小、后增大,应变速率临界值随围压的增加而增大,应变速率敏感程度随围压的增大而降低。弹性模量在低围压下随应变速率单调增大,在高围压下先减小、后增大。可以分别采用线性函数和二次多项式描述应变速率对土体力学和变形参数的影响规律。     

第三系粉质黏土物理力学特性及隧道施工影响因素分析

针对山西中南部铁路通道区域第三系上新统粉质黏土的工程地质特性,采用室内室外试验、现场监测的方法综合分析粉质黏土的物理力学指标,经过大量实测数据分析,得出在一定条件下粉质黏土隧道初支位移与时间的对数函数关系的规律,总结隧道施工的影响因素以及影响特点。     

第三系粉质黏土地层隧道围岩大变形分析及控制研究

大西客运专线第三系粉质黏土地层乔家山隧道区段在建造初期曾出现喷射混凝土压溃、钢拱架扭曲和仰拱填充层开裂等问题。物相、微观结构分析及现场直剪流变试验表明第三系粉质黏土具有流变特性。本文采用Burgers流变模型模拟该地层力学行为并基于现场直剪流变试验反演获取流变模型参数,运用FLAC程序建立数值模型对隧道围岩大变形进行分析,结果表明围岩流变特性是造成大变形的主因。考虑地层流变性对隧道受力的影响,提出适当加大支护刚度和增大预留变形量的优化方案。数值计算和现场实测均表明优化方案使二次衬砌结构安全得到保证,隧道可顺利通过该地层。     

东北地区粉质黏土湿陷系数与物理性质指标的相关性

东北阜新地区部分地基表层粉质黏土具有湿陷性。在统计湿陷性粉质黏土的物理性质指标与湿陷系数的基础上,分析了两者之间的相关性。结果表明:湿陷性粉质黏土天然状态下具有干密度低、孔隙比大、饱和度低的特点,其湿陷系数与孔隙比呈正相关关系,随饱和度降低而增大;孔隙比大于0. 6且饱和度低于60%的粉质黏土具有湿陷性;建立了湿陷系数与孔隙比、饱和度的二元线性回归方程,可供类似区域粉质黏土勘察参考。     

蒙脱石含量对粉质黏土填料压实和强度的影响

鉴于黏土矿物中蒙脱石的亲水性最强,开展了蒙脱石含量对粉质黏土压实及直剪强度特性影响的试验,运用凸面接触微观模型分析了蒙脱石对抗剪强度的影响机理,采用偏相关分析方法分析了影响粉质黏土抗剪强度因素的主次关系。结果表明:随着蒙脱石含量提高,粉质黏土的最大干密度呈加速减小的非线性变化趋势,最优含水率呈加速增大的非线性变化趋势;粉质黏土抗剪强度与蒙脱石含量呈负相关性,并随垂直压力增加趋于明显;饱和含水率条件下,粉质黏土摩擦角随蒙脱石含量增大呈线性减小趋势,黏聚力随蒙脱石含量增大呈线性增大趋势;影响粉质黏土抗剪强度的主导因素依次为垂直压力、含水率、蒙脱石含量、压实系数。