考虑屈服应力的非饱和土土水特征曲线研究

利用非饱和土固结仪进行控制基质吸力条件下,净竖向应力逐渐增大的固结试验,得到不同基质吸力条件下土体的屈服应力;进行净竖向应力为屈服应力时,不同基质吸力条件下的固结试验,通过对试验过程中排出水量的测试,计算出不同基质吸力条件下的稳定含水率,进而得到屈服应力条件下土体的土水特征曲线;利用土体孔隙分布的分形模型对土水特征曲线进行拟合。研究结果表明:屈服应力是影响非饱和土土水特征曲线的重要因素,屈服应力下土水特征曲线明显分为3个区段;同时,屈服应力下土水特征曲线具有良好的分形特性。     

非饱和黏性土土水特征曲线的分形特性研究

铁路工程中地基土往往处于非饱和状态,而土水特征曲线是表征非饱和土工程特性的重要关系曲线,进行铁路地基土土水特征曲线的研究,对分析其沉降特性具有重要理论意义。基于Van Genuchten模型,得到非饱和土土水特征曲线空气进气值的理论解;并结合非饱和土孔隙体积的分形模型,得到一种利用Van Genuchten模型参数直接求解分维数的方法。通过非饱和土压力板仪测量4种不同干密度和初始含水率情况下的非饱和黏性土土水特征曲线,分析干密度和初始含水率对非饱和黏性土分维数的影响。研究结果表明:建议的分维数计算方法是合理的;非饱和地基土分维数与干密度近似呈线性关系,并随着干密度的增大而增大;非饱和地基土分维数与初始含水率也近似呈线性关系,但随初始含水率的增大而减小。     

高速铁路微膨胀泥岩破碎土非饱和渗透特性研究

非饱和渗透系数是非饱和膨胀泥岩土体渗流分析及水-力耦合研究的基础,对工程建设和工程病害预防具有重要意义。以新疆哈密地区微膨胀泥岩破碎土为例,制备4种不同初始干密度重塑土样,采用压力板法和滤纸法试验测量其土-水特征曲线,采用变水头试验测量土样饱和渗透系数;通过自主研制的土柱渗流试验装置进行恒定体积条件下一维土柱入渗试验,探究湿润锋前进法和瞬态剖面法的适用性,以获得不同初始干密度土体的非饱和渗透性曲线,并结合试验值对Childs和Collis-Geroge (CCG)渗透系数预测模型进行修正。结果表明：新疆哈密微膨胀泥岩破碎土的基质吸力范围为1～10⁵ kPa,渗透系数范围为10^-9～10^-4 cm·s^-1;试验土样初始干密度越大,大孔隙占比越小,阻渗作用越明显;CCG渗透系数预测模型可较好地反映土体渗透性曲线发展趋势,但在量值上随吸力的增加逐渐“远离”土体实测渗透性曲线;修正后的CCG渗透系数预测模型可反映不同初始干密度下土体渗透性曲线的发展规律。     

非饱和地基土蠕变特性试验研究

针对合肥肥东地区非饱和地基土,利用非饱和土固结仪进行控制基质吸力和初始含水率的蠕变试验。研究结果表明:不同基质吸力条件下,非饱和土的变形随时间的变化大致可以分为2个阶段,同时基质吸力的存在对土体具有一定的硬化作用;含水率的增加会同时引起回弹变形和压缩变形,对于研究区的非饱和地基土,其回弹变形大于压缩变形;在不同初始含水率和不同竖向应力作用下,研究区非饱和地基土的蠕变变性特性很小,且24 h等时线都可以近似用3个直线段表达。     

非饱和土强度公式的比较研究

非饱和土力学的基本理论已经确认了基质吸力的存在有利于非饱和土的强度提高,但是对于强度提高的机理到目前为止没有统一的结论。非饱和土强度理论中存在着单应力状态变量公式和双应力状态变量公式两种基本的理论表达式,并在此基础上产生了许多实用性的强度公式。本文通过实验得到珞珈山土样的土—水特征曲线和不同非饱和状态下的强度,比较了不同的强度公式的精确性。分析表明,现有的非饱和土实用公式精确性较差,有待改进。     

考虑降雨影响的框锚支护结构稳定性动态分析

研究目的:现有的框架预应力锚杆柔性支护结构(简称"框锚支护结构")的整体稳定性分析方法均未考虑降雨入渗的影响。为探索降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构稳定性的影响规律,基于Geo Studio软件,采用Van Genuchten模型对非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数特征曲线进行拟合,进而对降雨条件下非饱和黄土边坡内部渗流场进行模拟,采用非饱和土强度理论确定黄土的强度,提出一种土体含水率变化时摩擦型灌浆锚杆极限抗拔承载力的计算方法,对降雨入渗条件下的框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性进行动态分析。研究结论:(1)锚杆锚土摩阻力和极限抗拔承载力随着土体含水率增大迅速降低;(2)降雨持时超过12 h后,雨水入渗对锚杆承载力的影响比较明显;(3)不考虑和考虑含水率变化对锚土摩阻力的影响,边坡安全系数变化差异较大;(4)降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性影响不容忽视,分析时应考虑含水率变化对锚杆极限抗拔承载力的影响;(5)本研究成果能为非饱和黄土地区框架预应力锚杆柔性支护结构考虑降雨影响的设计和施工提供指导。     

无砟轨道膨胀土地基的泥岩膨胀变形试验

现有铁路规范中判定为无膨胀性的低黏土矿物含量泥岩仍具有膨胀性,其膨胀对变形精度要求极高的无砟轨道高速铁路具有潜在的破坏作用。以出现上拱病害的兰新二线无砟轨道地基中的低黏土矿物含量泥岩为研究对象,进行不同土样厚度和不同含水率条件下原状土和重塑土的无荷膨胀量的对比实验。研究结果表明:膨胀土的吸水膨胀过程可以分为3个阶段:吸水加速膨胀阶段,缓慢膨胀阶段,最后稳定阶段;在相同条件下,重塑土的膨胀量大于原状土的膨胀量;与重塑土相比,原状土的吸水膨胀速度较慢;土样厚度成比例增加时,最终膨胀量并不成比例增加,并且根据实验结果拟合出了在含水率和土样厚度耦合作用下的原状土和重塑土的膨胀量比值公式。     

高速铁路非饱和路基沉降特性及预测研究

工后沉降的准确预测是高速铁路设计与施工的关键,传统饱和土沉降预测曲线模型在非饱和土路基应用中存在拟合程度低、预测值偏小等问题。通过室内非饱和土一维固结试验分析基质吸力与干密度对非饱和土固结时间的影响规律,验证非饱和土沉降预测模型参数特性;并结合郑西高速铁路、石武高速铁路和秦沈客专典型断面的沉降观测数据,对比分析非饱和土沉降预测模型的适应性。结果表明,基质吸力对非饱和土固结时间有显著影响:固结时间随基质吸力增加呈现先增加后减少的趋势,因此,在一定基质吸力范围内,传统沉降预测曲线方法预测工后沉降存在预测结果偏小的风险;非饱和土沉降预测模型的两个参数与基质吸力分别存在指数与对数关系;应用实例表明非饱和模型具有拟合度较高且偏于安全的优点。     

南宁膨胀土变形时程性研究

研究膨胀土变形随时间的变化,通过对2组南宁膨胀土进行室内单向膨胀收缩试验,对膨胀土的线胀率和线缩率的时程性进行了研究。根据初始含水量及干密度不同情况下膨胀土有荷膨胀和收缩变形的时程性研究,得到以下结果：在半对数坐标下,线胀率曲线可分为三个阶段且该曲线与时间呈双曲关系;在双对数坐标下,线缩率和时间几乎呈线性关系。同时,结合回归分析给出本次试验研究的膨胀土的膨胀和收缩随时间变化的变形计算公式,并对得到的膨胀盟收缩曲线进行了拟合,精度很好。结合冬次研究,对膨胀土的变形机理从微观的角度进行分析并对不同压力及初始含水率对膨胀、收缩变形特征的影响进行了阐述。研究结果为分析膨胀土变形的时程特性提供了可靠的技术依据。     

蒙内铁路膨胀土边坡入渗规律及防护效果

针对肯尼亚蒙内(蒙巴萨—内罗毕)铁路蒙巴萨西站膨胀土边坡开展边坡人工模拟降雨入渗试验,研究含水率、基质吸力和法向变形的变化规律,并分析了浆砌片石对雨水入渗的抑制效果。结果表明:降雨入渗引起土体含水率和饱和度上升,基质吸力下降,从而降低了边坡的抗剪强度;降雨初期,膨胀土出现较小的体积收缩;随着降雨时间的持续,土中含水率升高,土体出现了膨胀变形;浆砌片石对膨胀土边坡的防护效果显著,可用于非洲地区膨胀土边坡的防护。