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。     

膨胀土侧向膨胀力及其对重力式挡墙的作用

为研究不同上覆荷载作用下的膨胀土侧向膨胀力及其对重力式挡墙稳定性的影响,在常规固结仪基础上,设计了一种侧向膨胀力试验装置和方法,揭示广西百色膨胀土侧向膨胀力随上覆荷载的变化规律;通过湿热气候长期作用下膨胀土路堤含水率变化的数值模拟,并结合侧向膨胀力试验结果,获得了路堤重力式挡墙静止时墙背侧向膨胀力随时间和深度的变化规律;根据试验间接得到的侧向膨胀力与侧向膨胀率的关系,分析了侧向膨胀力随墙后土体侧向膨胀量的变化及其对挡墙稳定性的影响。研究结果表明:在侧限和无荷条件下膨胀土浸水后仍会产生一定侧向膨胀力;上覆荷载在0~50kPa,侧向膨胀力随其增大而显著增大,且大于相应上覆荷载;上覆荷载大于100kPa后,侧向膨胀力增幅变小并趋于稳定;上覆荷载增至恒体积竖向膨胀力时,侧向膨胀力达到最大;湿热气候长期作用下,膨胀土路堤挡墙墙后土体含水率逐年增加,静止挡墙墙背侧向膨胀力的合力逐渐增大,作用点下移;第5年含水率变化趋于稳定,侧向膨胀力沿墙背分布近似为抛物线规律,其合力为静止土压力的3倍,作用点位于墙背中部;在侧向膨胀力的作用下挡墙会被水平推移2.0cm;若容许墙后膨胀土发生2.6cm的侧向膨胀,可极大减小侧向膨胀力,使挡墙满足规范对其抗滑和抗倾覆稳定系数的要求。     

高压实膨润土膨胀渗透各向异性研究

采用自主设计的膨胀渗透各向异性试验系统，对平行压实方向与垂直压实方向的高庙子膨润土试样开展膨胀力试验与饱和渗透试验，研究初始干密度对两个方向的膨胀、渗透各向异性影响规律，并从膨润土的膨胀机理和压实效应分析膨胀力各向异性机理。结果表明：平行压实方向与垂直压实方向膨胀力均随干密度增加而呈指数增长；单向压实的膨润土试样膨胀力具有各向异性特征，膨胀力在垂直压实方向始终小于平行压实方向，膨胀力各向异性系数随干密度增加而降低，且当干密度超过1.5 g/cm³时，膨胀力各向异性系数降低明显；在垂直压实方向上膨润土渗透系数略高于平行压实方向，但两者差异不大，表明单向压实作用对膨润土渗透各向异性特征影响不明显。     

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。     

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。     

不同初始条件下的南宁膨胀土胀缩应变试验研究

针对南宁中等膨胀土,进行了侧限无荷、有荷膨胀试验、收缩试验及干湿循环试验的一系列试验,分别建立了南宁膨胀土在无荷和轴向加压条件下侧限膨胀应变与初始含水率、干密度和竖向荷载之间的关系式,分析了膨胀率与过程吸水量的关系、线缩率与初始含水率关系。试验结果表明：在其他条件相同情况下,膨胀应变与初始含水率呈反比线性关系,与初始干密度呈正比线性关系,与竖向压力呈半对数反比关系;膨胀量与过程吸水量呈正比线性关系。最后建立了南宁膨胀土膨胀应变三元回归方程模型,为预测和估算膨胀土路基的膨胀潜势和差异隆起提供了依据。     

不同初始条件下的南宁膨胀土胀缩应变试验研究

针对南宁中等膨胀土,进行了侧限无荷、有荷膨胀试验、收缩试验及干湿循环试验的一系列试验,分别建立了南宁膨胀土在无荷和轴向加压条件下侧限膨胀应变与初始含水率、干密度和竖向荷载之间的关系式,分析了膨胀率与过程吸水量的关系、线缩率与初始含水率关系.试验结果表明 在其他条件相同情况下,膨胀应变与初始含水率呈反比线性关系,与初始干密度呈正比线性关系,与竖向压力呈半对数反比关系;膨胀量与过程吸水量呈正比线性关系.最后建立了南宁膨胀土膨胀应变三元回归方程模型,为预测和估算膨胀土路基的膨胀潜势和差异隆起提供了依据.     

初始干密度、含水率对无荷膨胀率影响试验

为了研究娄益高速路基膨胀土的初始干密度、含水率与无荷膨胀率之间的关系,进行了膨胀土的室内无荷膨胀率试验。结果表明:在初始含水率一定时,娄益高速路基膨胀土的无荷膨胀率会随干密度的增大而增大;在干密度一定时,无荷膨胀率随含水率的增大而减小。根据结果建立了娄益高速路基膨胀土的无荷膨胀模型和时间函数模型,并给出了针对娄益高速路基膨胀土的模型参数。     

初始状态对膨胀土承载比试验的影响

文章对膨胀土石灰改良膨胀土初始含水量与干密度以及膨胀率对其加州承载比(CBR)值的影响规律,通过室内承载比试验,按照相关的试验规范的步骤进行CBR试验,分析了膨胀土和石灰改良膨胀土的CBR随着压实度变变化的基本规律。发现膨胀土的CBR值随其膨胀潜势等级、含水量、压实度变化的规律,CBR值对应的含水量大于最佳含水量,其差值随压实度的减小而减小.这些特征与膨胀土的固有膨胀特性以及膨胀潜势等级有关.膨胀土用于路堤填筑时,含水量宜按较最佳含水量稍大,并略低于塑限,干密度较最大干密度略低的标准控制,这才有利于路堤的长期稳定。     

南宁外环膨胀土抗剪强度非线性特征及影响因素分析

以南宁外环膨胀土为对象,开展含低应力条件的不同干密度、不同初始含水率、无荷和有荷干湿循环作用重塑样、有荷干湿循环作用原状样的饱和慢剪以及重塑样饱和三轴固结排水试验,研究干密度、初始含水率、无荷和有荷干湿循环作用等因素对其低应力条件下抗剪强度的影响。结果表明:各抗剪强度包线均呈非线性特征,可用广义幂函数很好地拟合;低应力、干密度及初始含水率对饱和慢剪强度的影响显著;试件初始含水率相同时,干密度越大,强度越大;干密度相同时,初始含水率越大,强度也越大;随干湿循环次数的增加,无荷条件下土样的抗剪强度衰减强于有荷条件。     

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。     

不同干密度下重塑南阳膨胀土的电化学阻抗谱特性研究

采用电化学工作站,对不同干密度下南阳重塑膨胀土进行电化学阻抗谱检测,借助等效电路参数探究干密度与重塑南阳膨胀土电化学阻抗谱之间的规律。结果表明:5种干密度的重塑膨胀土的电化学阻抗谱均呈现非Randles模型。随着干密度的增加,和试样孔隙比有关的溶液电阻Rs和电荷转移电阻Rt单调减小,双电层电容CPE-T逐渐增加。土体内部孔隙水的状态可以通过溶液电阻Rs衡量;土体内部的孔隙连通性可以通过电荷转移电阻Rt衡量;土体的孔隙结构和溶液浓度对双电层电容CPE-T有影响。电化学方法适用于表征膨胀土的压实特性,丰富了电化学阻抗谱的研究范围。     

湖南某高速公路膨胀土变形特征相关性试验研究

通过室内大量膨胀土试验，对湖南某高速公路3种膨胀土击实土样的变形特征相关性进行了研究。研究结果表明：对于同一种膨胀土，其膨胀力和膨胀量的大小主要取决于土的含水量和干密度；根据试验数据进行半对数线性回归分析，线性相关显著；同时对膨胀土的变形机理进行了探讨。研究结果为膨胀土路堤的设计及膨胀土地基处理提供了重要依据。     

一类三维土压力盒的设计及试验验证

为测试土体内部一点的三维应力状态,基于常规应力状态与主应力之间的关系,给出了一类三维土压力盒的设计原理和制作方法。与普通土压力盒相比,该类三维土压力盒能测试空间一点完整的应力状态,即3个正应力和3个剪应力。该类装置均由1个特定基座和6个镶嵌于基座上的微型土压力盒组成。基座的形式可以多种多样,但根据6个土压力盒法线的方向余弦得到的转换矩阵必需是满秩的。考虑工程应用方面的要求,分别阐述3种三维土压力盒的制作方法和数据处理方法,并进行了误差和适用性分析。在一个模型槽内对某重塑土进行了压缩试验,分别用给出的3种三维土压力盒测试土中不同深度处的三维应力状态。研究结果表明：土体在一维侧限压力作用下,2个水平方向的正应力均小于竖向应力且与之具有线性关系;随着土体固结度的增加,外荷载引起的土体应力状态变化偏于平缓;采用分层密实方法制备的模型土体仍具备明显的各向异性,外荷载作用下土中的各向应力增量仍存在一定差异;侧限形式和外荷载大小是引起土体应力状态不同的主要因素,分层密实导致的土体初始各向异性在加载-卸载作用后趋于缓和;测得的竖向应力随深度增加逐渐减小,反映出随深度增加附加应力的扩散效应,从而初步证实该类测试装置是科学和可靠的。     

南水北调工程粘土岩基本物理性质试验研究

粘土岩是南水北调中线工程总干渠潞王坟膨胀岩试验段具有代表性的膨胀岩之一。通过颗粒分析试验、击实试验、膨胀性试验和渗透试验来了解其基本物理性质,结果表明:①粘土岩的颗粒组成以粉粒、粘粒和胶粒为主,含有少量砂粒,级配一般;轻型击实、干土法制样时,粘土岩最优含水率为25.9%,最大干密度为1.56 g/cm3。②粘土岩的自由膨胀率为68%～70%,具有中等膨胀潜势;其无荷膨胀率、膨胀力均随干密度的增加而增加,但干密度达到1.60 g/cm3后,粘土岩的无荷膨胀率和膨胀力增幅均有不同程度的减缓。③粘土岩原状样和重塑样的渗透系数随着干密度的增大而减小。     

模拟干湿循环及含低围压条件的膨胀土三轴试验（双语出版）

针对膨胀土边坡坍滑多呈浅层性,取广西百色膨胀土为对象,设计并开展经干湿循环作用含低围压条件的重塑土饱和三轴固结排水试验,着重分析橡皮膜约束对围压的影响并做出校正,对比分析校正前、后的实测抗剪强度参数,探究不同干湿循环次数及试验围压下的强度及应力-应变关系。结果表明：经干湿循环作用,各级围压下试件的应力-应变均呈应变硬化特征;围压越大,初始模量越大,主应力差也越大;干湿循环作用下,橡皮膜约束等效围压σ_3e均随试验围压σ₃增大而减小;0次干湿循环下,σ₃由5 kPa增至200 kPa时,σ_3e从9.1 kPa减少至6.7 kPa,σ_3e/σ₃由181.8%减少至3.4%,橡皮膜约束对低围压的测试结果影响显著,须进行校正;干湿循环由0次增至6次,校正前低、高和全围压段的黏聚力分别衰减34.7%、27.7%和28.3%,校正后衰减达77.1%、31.9%和35.6%,但摩擦角变化小;橡皮膜约束影响后,经6次干湿循环作用,低围压段的黏聚力仅为0.8 kPa,趋于0,摩擦角为18.5°;膨胀土边坡稳定性分析时,宜采用低、高围压两段拟合校正围压应力圆的强度参数,以获得与实际坍滑破坏较吻合的计算结果。     

基于反分析的膨胀土基坑边坡侧向土压力分布规律研究

膨胀土吸水膨胀,会对基坑边坡的支护结构体产生一部分附加土压力,威胁基坑边坡的稳定性。为此,通过现场钢筋应力求得的桩身弯矩,对桩侧土压力的分布和大小进行反分析,得到了某基坑在某次降雨后的膨胀土压力分布规律。结果表明,膨胀土吸水产生的膨胀力随着深度先增大,后减小。膨胀力的大小与膨胀土浸水的大小有关。