膨胀土地基浸水膨胀平衡极限预测模型

为建立膨胀土地基的隆起计算方法与模型,进行了多组一维自由与有荷膨胀试验,测定其膨胀平衡极限(swelling equilibrium limit,SEL)。结合SEL推导单层与多层膨胀土地基隆起的膨胀平衡极限计算公式。以典型南宁膨胀土为例,分析模型参数、隆起量和中性点深度变化的影响,并将所得结果与模型试验进行了对比分析,结果表明:土体隆起量和中性点深度随a、b的减小而减小,隆起曲线的变化对b更为敏感;任意深度的隆起与土层厚度在三维空间中呈"马鞍型"的曲面;膨胀势能与膨胀量具有较好的对应性;膨胀平衡极限法的预测结果与模型试验较为符合,该方法具有一定的工程应用价值。     

膨胀土路基的胀缩变形模型试验

为了研究不同气候条件下膨胀土路基的胀缩变形规律,通过8组膨胀土路基模型试验,对广西南友路宁明地段中等膨胀土和湖南常张路慈利地段弱膨胀土,在压实度为90%和不同排水边界条件下,模拟路基分别处于积水、阴天、日照、降雨4种条件,研究膨胀土路基中各位置测点的胀缩变形大小及变化规律等,获得了这两种膨胀土路基的竖向和水平方向的胀缩变形量与变化规律。研究结果对膨胀土路基的设计和施工,保护路基、路面及路基中的构造物具有重要的理论和工程实际意义。     

膨胀土地基处理探讨

分析了膨胀土的基本特性，说明了生石灰处理膨胀土地基的作用原理以及在膨胀土地区施工时应注意的问题。     

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。     

路堤软件土地基变形性状模型试验研究

通过室内模型试验对路堤下软土地基的变形特性进行研究，探讨了软土层的厚度，荷载大小和加荷速率以及软土层的倾斜等因素对软土地基的侧向变形和竖向变形的影响。试验结果的分析得到了一些有工程实践意义的结论，例如，试验表明荷载作用下均质软土地基的最大侧向位移一般发生在软土厚度的0．2－0．3倍深度处，因而施工中以地表观测桩观测的侧向位移来控制施工过程的稳定性的做法值得商榷；软土地基发生早期破坏时，仍然能承受较大的外加荷载，对周围土体的强度提高有利，为在软土地基上进行“促动法”施工提供了依据。     

云南某膨胀土地基路堤滑坡治理研究

针对云南某膨胀土斜坡地基上路堤滑坡,从地形地貌、裂缝分布、人为因素等方面分析了成因.结合补充勘察、深层观测确定主滑动面位置,通过室内试验和稳定性反算确定滑带强度参数.在计算下滑力的基础上,结合路堤填料情况、施工条件、滑坡体状况确定了卸载+抗滑桩分级支挡+路基加筋+排水梳理坡面防护的综合处置方案,并取得了良好的处置效果.     

铁路货场膨胀土地基变形控制方法研究

为控制膨胀土地基运营期内的变形,科学确定地基换填材料和深度,在弹性半空间和弹性双层体系理论的基础上,由弯沉等效提出膨胀土地基变形控制方法,并结合广西百色东站货场堆场地基处治工程现场检测结果和地基变形量预测结果进行验证。结果表明:采用0.6 m厚5 %石灰改良膨胀土+0.4 m厚级配碎石的双层结构对膨胀土地基进行换填,可使地基回弹模量从10 MPa提高至72 MPa。改造区域内实测地基顶面回弹模量均值79 MPa,最大沉降量126 mm。该地基变形控制方法具有较高的可靠性。     

铁路膨胀土路堤变形控制方法研究

为控制铁路膨胀土路堤运营期内变形,科学确定膨胀土填料的压实控制标准,对膨胀土路堤不同压实控制方法下的变形量进行了计算,提出铁路膨胀土路堤变形控制方法;结合南昆铁路南宁至百色段增建二线膨胀土路堤试验段工程现场监测结果进行验证。计算结果表明：由湿法重型击实所确定的压实控制指标填筑的膨胀土路堤总变形量较小,最大沉降量为40.5 mm,应采用湿法击实曲线实测93%最大干密度对应的含水率作为膨胀土压实控制含水率;监测结果表明：路堤在将近一年运营期内仅发生沉降变形,最大沉降量为37.0 mm。其膨胀土路堤变形控制方法具有较高可靠性。     

膨胀土公路滑坡变形破坏机理研究

以国道G316线安康~汉阴段K25附近膨胀土公路滑坡为例,分别运用非饱和土强度理论的Fredlund强度公式以及饱和土的有效应力原理,分析了该膨胀土公路滑坡滑带土强度破坏的力学机理,同时运用FLAC2D数值方法模拟了其运动机理与过程,得出了膨胀土公路边坡开挖前后的应力、位移、应变及弹塑性状态变化的规律。     

路堤软土地基变形性状模型试验研究

通过室内模型试验对路堤下软土地基的变形特性进行研究 ,探讨了软土层的厚度、荷载大小和加荷速率以及软土层的倾斜等因素对软土地基的侧向变形和竖向变形的影响。试验结果的分析得出了一些有工程实践意义的结论 ,例如 ,试验表明荷载作用下均质软土地基的最大侧向位移一般发生在软土厚度的 0 .2～ 0 .3倍深度处 ,因而施工中以地表观测桩观测的侧向位移来控制施工过程的稳定性的做法值得商榷 ;软土地基发生早期破坏时 ,仍然能承受较大的外加荷载 ,对周围土体的强度提高有利 ,为在软土地基上进行“促动法”施工提供了依据     

基于工程应用的膨胀土本构模型

采用侧限有荷膨胀试验,研究了膨胀土有荷膨胀率和上部荷载、终了含水量以及过程含水量之间的关系,据此推导出了可以用来计算膨胀土路堤随含水量以及上部荷载变化而变形的本构模型。研究结果表明:在初始含水量一定的条件下,有荷膨胀率与上部荷载半对数呈线性关系,终了含水量与上部荷载半对数呈线性关系,有荷膨胀率与过程含水量呈线性关系;该模型是利用室内常规试验可以得到的,能反映研究地区岩土体主要性状的应用型本构模型。     

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。     

膨胀土堑坡变形的湿热耦合效应及其与降雨历时的关系

在广西南宁地区建立了不同开挖坡度的膨胀土边坡,通过现场试验论证出堑坡变形与降雨历时的关系,并分析其湿热耦合效应.历时两个雨季和一个旱季的试验结果表明,坡面水平变形与降雨持续时间具有较好的相关性,只有在一定雨强下持续的降雨过程才能使边坡产生较大的变形;土体含水量变化是影响边坡变形的主要因素,而温度变化是促进因素,二者的耦合作用使得膨胀土边坡趋向不稳定;在考虑膨胀土边坡的渗透特性后,建立了堑坡变形与降雨历时的关系,表达式可用于预测边坡总变形量.也可换算成变形速率对陡坡的变形突变进行预警,具有较强的工程适用性.同时,监测结果也表明,在采用植被防护后膨胀土边坡的变形迅速减小,说明植被护坡是一种有效的堑坡防护方式.     

初始状态对膨胀土变形规律的影响

针对不同初始含水量和初始干密度的中弱膨胀土和石灰改性膨胀土,对上覆压力作用下的变形规律进行了试验研究,得到了其膨胀变形随稠度状态的变化规律。结果表明,稠度状态可以较好地预测上覆压力与线膨胀率之间的关系;稠度状态对膨胀土的影响很大,对同一种膨胀土和其石灰改性土有所不同,随着灰剂量的增加和上覆压力的增大,稠度状态对改性土影响逐渐变小。因此,在膨胀土路基施工过程,应合理考虑上覆压力和稠度状态来分层控制路基的压实。路基下基层可以适当提高填筑的稠度状态,上基层采用相应较低的稠度状态填筑,以减少膨胀率及膨胀力对路基造成的破坏。     

膨胀土判别的属性测度模型

结合高速公路路基膨胀土的判别实践,提出了基于属性数学理论的膨胀土属性测度评判模型。首先根据《公路路基设计规范》对膨胀土评判要求以及有关专家学者的研究成果,提出用于膨胀土判别的评价指标,然后根据属性数学的基本理论构造属性测度函数,以属性测度函数计算单指标的属性测度和不考虑指标权重的综合属性测度,以该综合属性测度对膨胀土的膨胀等级进行判别,最后以置信度准则进行膨胀土胀缩等级的属性识别。研究中,以客观性权重和相似权分别对评价指标进行赋权,计算赋权后的评价指标的综合属性测度,从而对不考虑指标权重的综合属性测度评判模型进行对比和验证。结果表明,三者评价结果相同,且评价结果与《公路路基设计规范》评判法、模糊综合评判法的评价结果有较好的一致性。     

弥勒非低矮路基超固结膨胀土地基沉降特征

为研究非低矮路基下超固结原状膨胀土地基沉降特征,针对弥勒超固结膨胀土地区路基下地基的物理力学特性与沉降变形特征,开展了一系列原状膨胀土分级连续加载K₀固结试验以及现场路基填筑试验,并长期监测路基下地表沉降与路基下地基分层沉降。对比分析天然地基与CFG桩加固地基的沉降特征,地基中的超固结土与正常固结土的分界面深度随路基荷载增大的变化规律及其对地基沉降量的影响。分别采用正常固结法和超固结法计算地基沉降量,并与实测结果进行对比分析,对沉降计算方法进行了深入讨论。研究结果表明：CFG桩加固处理深度应超过超固结土层分布深度,否则与天然地基相比,控制沉降的效果并不明显;超固结沉降计算方法的计算精度明显高于目前设计常用的正常固结沉降计算方法（超固结计算方法的修正系数为0.531,正常固结计算方法的修正系数为0.351）,超固结算法-正常固结算法修正系数比随土层深度递减的趋势可用于反映超固结土层的加固处理情况;在路基工程设计中,对于路基荷载下的超固结膨胀土地基,建议采用超固结法沉降计算方法进行沉降分析;在地基加固处理时也应充分利用原状膨胀土的超固结特性,从而在该类地基加固设计中有效降低工程成本。     

酸性环境干湿循环条件下膨胀土的膨胀特性及微观作用分析

弄清酸雨及干湿循环共同作用下膨胀土的膨胀性能及其微结构与矿物成分的变化，对研究酸雨区膨胀土的基本性质劣化及工程问题意义重大。为此，以广西酸雨重灾区百色原状膨胀土为对象，模拟酸雨（pH=3，5，7）与干湿循环（n=1，2，3，4）两者共同作用的环境，开展了无、有荷膨胀率试验，并采用扫描电镜（SEM）、压汞仪（MIP）和X射线衍射仪（XRD）分析了该环境下试样的微结构及矿物成分的演变规律。研究结果表明：酸性环境使试样的膨胀率增大，溶液的pH值越小，膨胀率越大；随干湿循环作用次数的增加，不同溶液环境下试样的膨胀率均先增大后趋于稳定，且2次作用后的增幅最大；经酸性环境与干湿循环共同作用试样的膨胀率增大更多，溶液pH值为3和5，经2次干湿循环后其膨胀率比pH值为7的分别增长了24.7%和7.9%；上覆压力能明显抑制试样膨胀率的增长，设定测试压力越大，该值下降越显著。酸性环境与干湿循环共同作用下膨胀率增大的机理可通过微观结构分析作出解释：酸性环境作用下膨胀土中游离SiO₂，Al₂O₃，K₂O，MgO，CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤，削弱了叠聚体结构间的联结作用，使面面叠聚结构的排列趋于分散，微孔隙体积及数目不断增大，同时遭受干湿循环作用后，土中微孔隙加速发育，土颗粒与溶液水间化学反应更剧烈，致使其膨胀变形进一步增大。因此，酸雨重灾区的膨胀土工程建设，必须考虑酸性环境与干湿循环共同作用造成的膨胀土基本性质劣化的不利影响。