膨胀土结构分形特征研究

分析了膨胀土结构的分形行为,推导了膨胀土颗粒粒度的分维、颗粒质量的分形、孔隙分布的分维、孔隙表面分维计算公式,并结合实例进行验证,所获得的分析结果为铁路膨胀土路基稳定性的研究奠定了基础.     

分形理论及其在膨胀土结构研究中的应用

简要介绍了分形与分维的基本理论，着重分析了膨胀土结构的分析特征，推导了膨胀土颗粒粒度及质量分维、孔隙分析、孔隙体积及表面分维的计算公式，给出了有关分维的确定方法，并结合实例进行验证，所获得的分析结果为膨胀土的结构研究奠定了基础。     

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。     

固结压力对泥岩填料孔隙分布及土水特征曲线的影响

为研究固结压力对泥岩填料孔隙分布以及土水特征曲线（SWCC）的影响，以非饱和泥岩填料为研究对象，采用压汞试验分析不同固结压力作用下的土体微观孔隙分布，探究孔隙随荷载的演变规律，并结合毛细原理提出基于压汞实验计算SWCC的方法。结果表明：土体中收缩孔隙的存在使得进-退汞曲线表现出显著的滞回性，且瓶颈效应使得压汞试验中土体小孔隙分布密度偏大，大孔隙分布密度偏小；选择分形曲线的转折点作为泥岩填料孔隙划分界限，可将其孔隙划分为5个部分，孔隙含量的变化以大中孔隙体积被压缩为主，小微和超微孔隙几乎不受固结压力的影响；干密度为1.5 g·cm—3时不同固结压力作用下的土水特征曲线可采用对数曲线表示。     

膨胀土在动静力学作用下的微观结构变化

以南水北调中线禹州段膨胀土为研究对象,对原状样和试验后的土样进行了动静力学试验,从定性和定量两个方面分析其微观结构变化.定量分析时,首先利用Matlab软件对二值化处理后的SEM图片进行参数提取,提取的参数主要有颗粒或孔隙的面积及周长、长轴长度及短轴长度、长轴方向的倾角等,然后利用雷达图对颗粒的定向频率进行分析.分析结果表明:膨胀土原状土样的颗粒棱角比较明显,大颗粒中间夹杂着许多小颗粒,土体结构性强;动静力学试验后的颗粒棱角变得圆滑,大颗粒消失不见,颗粒大小比较均匀,土体结构性变弱;动静力学试验后土样的孔隙比都减小了,说明在剪切过程中土体被挤密;动力学试验后颗粒排列无定向性,静力学试验后颗粒排列有明显的定向性.     

钢轨波磨的分形特征及其应用

应用分形理论研究钢轨波磨的分形特征，分析钢轨波磨程度与分维数之间的关系，提出应用分维数作为钢轨波磨程度的判据。     

钢轨波磨的分形描述

介绍了分维的量测方法，讨论了钢轨波磨的分形特征与分形描述，建立了分维与波磨程度之间的关系，讨论了钢轨波在分形的工程意义。     

北京地区新近沉积土的特性及其孔隙比鉴别法

根据对正常固结土物理力学性质的分析,得出土的计算孔隙比的计算方法。在对北京地区新近沉积土的物理力学特性分析的基础上,提出利用计算孔隙比和天然孔隙比的对比,对北京地区新近沉积土进行判断的孔隙比鉴别法。该方法只需利用土样的常规室内试验成果,方法简单、有效。勘察中,在现场初步判断的基础上,采用该方法可以对新近沉积土做出更准确的鉴别。     

瘦西湖隧道下蜀黏土土水特征研究

土水特征曲线(SWCC)作为表征非饱和土吸力与含水率关系的重要参数是研究非饱和土的关键,对于膨胀土而言,土水特征曲线又是分析其膨胀性能的重要指标。本文以扬州瘦西湖隧道下蜀黏土为研究对象,通过大尺寸渗析法和气相法两种方法测量了其土水特征曲线,在低吸力范围内(0~160 MPa)曲线存在明显回滞现象。结合3种不同数学模型对曲线进行拟合分析,发现Fredlund and Xing公式拟合最为准确。利用扫描电镜分析了不同含水率条件下的细观特征,试验表明:随着含水率的增加,下蜀黏土中的蒙脱石颗粒不断吸水膨胀,从而填充土体孔隙。     

湘潭-邵阳高速公路膨胀土工程特性试验研究

针对湘潭-邵阳高速公路膨胀土实际工程,对典型膨胀土路段的膨胀土进行了自由膨胀率、界限含水量、颗粒分析、粘粒含量、矿物组成、土样描述、有荷(无荷)膨胀力(膨胀量)基本物理力学性质指标试验、对膨胀土的化学成分进行了分析,获得了该高速公路膨胀土的工程特性,得到该路段膨胀土的膨胀力、膨胀量、胀缩速度曲线、膨胀过程、收缩过程的特征,为膨胀土路基边坡工程设计与施工,膨胀土地基加固与路基病害的防治提供了参考依据。     

冰碛土和冰水堆积物填料颗粒形状特征分析

土体颗粒形状特征对填料的工程特性影响显著。采用光学显微镜照相技术获取冰碛土和冰水堆积物填料颗粒大样本的随机二维平面投影,运用数字图像处理技术测得其几何参数,得到用于描述颗粒轮廓形状和棱角性的形状指数;基于数理统计和分形理论,分析各粒径组冰碛土和冰水堆积物颗粒轮廓形状和棱角性形状指数的分布特征,讨论粒径组间颗粒形状指数离散性及颗粒形状的分形特性。研究表明:冰碛土和冰水堆积物均呈块状且棱角性相当,冰碛土颗粒块体性更强;轴向系数表征颗粒轮廓形状优于长宽比,棱角性系数对颗粒棱角性描述优于粗糙度;冰碛土颗粒分形维数主要集中在0. 966 1～1. 281 6,冰水堆积物分形维数主要集中在0. 974 3～1. 454,两种填料颗粒在2～10 mm粒径范围内分形特征最为显著。     

铁路路堑边坡膨胀土的化学改良试验研究

研究目的：在路堑膨胀土边坡中，如何进行膨胀土的改良处理是岩土工程研究领域中的重要课题之一，亦是铁路工程建设中最突出的地质灾害之一。研究方法：本文结合某铁路膨胀土边坡防护试验工程，采用一种生态改性剂进行膨胀土化学改良试验研究，探讨膨胀土的化学改良机理及改良效果，对比分析膨胀土改良前后的物理力学性质及胀缩性，研究该路段膨胀土的改良方案。研究结果：用生态改性剂进行膨胀土的改良是可行的，改良处理后的膨胀土的颗粒组成、物理力学性质、胀缩特性均有明显的改善，力学强度及水稳定性得到提高。研究结论：改性土的工程性质得到了很大的改善；边坡土体改良深度在80-100cm左右，超过1m后，改良效果不理想，化学改良最佳喷洒次数为3～4次。     

基于分形理论的铁路货运量分析

论证了分形理论用于铁路货运量分析的可行性;计算出铁路年货运量时间序列集的分维,并结合有关的数学、物理理论分析了该分维的意义;用定性分析与基于分形理论的定量计算预测了2001～2010年中国铁路货运量的发展水平。     

考虑孔隙比的冻胀弱敏感性土修正PCHeave模型研究

针对我国严寒地区高速铁路路基填料和机场填方等工程具有严格的压实度要求,而考虑孔隙比的冻胀弱敏感性土冻胀影响研究尚未有系统性的理论分析,采用理论与经验分析相结合的方法,基于冻胀弱敏感性土的孔隙比与渗透系数和未冻水含量之间的关系,建立考虑孔隙比的修正PCHeave模型。基于该模型分析孔隙比与冻胀量、冻结深度和冻胀率之间的关系,并进行试验对比验证。研究结果表明：孔隙比与冻胀弱敏感性土的未冻水含量之间存在很好的线性关系;冻胀弱敏感性土的冻胀量和冻胀率均随孔隙比先增大再减小,即存在一个最不利孔隙比使得冻胀量和冻胀率均达到最大值;冻胀弱敏感性土的冻结深度随孔隙比增大而逐渐增大;若仅考虑孔隙比对饱和渗透系数的影响,冻胀量和冻胀率均随孔隙比显著增加,若仅考虑孔隙比对未冻水含量的影响,冻胀量和冻胀率均随孔隙比减小,但减小幅度很小。冻胀弱敏感性土通常被认为不能产生显著冻胀,在一定孔隙比下也能产生较大冻胀,同时考虑孔隙比对饱和渗透系数与未冻水含量的影响要更合理。冻胀弱敏感性土的冻胀不能忽略孔隙比的变化,与试验结果对比,该模型能够较好地描述孔隙比对冻胀弱敏感性土的冻胀影响。     

三轴应力下黏性土的微结构及其演化规律

利用河海大学自行研制的岩土材料微细结构光学测试系统,进行三轴应力下黏性土微结构特征参数的定量分析,研究三轴应力作用下黏性土微结构的演化规律及其力学特性。研究结果表明:重塑黏性土样在围压较低时,以均匀性破坏为主,局部化变形破坏为辅;荷载作用下,颗粒或孔隙的聚合和崩解同时发生,没有那种过程占据明显的优势;压缩过程中,颗粒所占面积增加,孔隙所占面积减小;颗粒的初始扁圆度越高,压缩过程中颗粒圆度值降低幅度越大,颗粒形状变化也越明显;随着制样含水量的提高,颗粒圆度不断增大,其空间排列变得紧密;随着具有微膨胀特性的黏性土含水量的增加,土体的强度显著下降,加载后的应变率增大。     

基于颗粒流的膨胀土路基破坏特征分析

研究目的:膨胀土具有强烈胀缩性,常处于非饱和状态,对水分状态的变化十分敏感,并由此引起膨胀土强度和体积的变化,往往造成工程建筑物的破坏。结合新建玉蒙线膨胀土路基的修筑,利用颗粒流离散元方法,对膨胀土的干湿胀缩效应从颗粒间强度变化及颗粒体积胀缩入手进行数值模拟,分析膨胀土路基在干湿胀缩循环下的破坏特征及过程。研究结论:颗粒流数值方法可以合理再现膨胀土的室内加压平衡法膨胀力测试实验及自由膨胀率测试实验;通过对膨胀土路基进行单次胀缩及多次胀缩模拟试验,可从细观角度揭示了膨胀土路基在胀缩循环下的浅表层塌滑现象;对比现场部分填筑中路基的破坏特征,表明数值模拟与现场情况基本吻合。     

铁路路基膨胀土填料的石灰改良试验研究

研究目的：膨胀土的改良是膨胀土工程地基处理研究领域中的重要课题之一，已受到岩上科学工作者和工程师的普遍关注。合宁铁路沿线粘土具中-弱膨胀性，不能直接用作铁路路基填料，必须进行改良处理。 研究方法：本文结合合宁铁路路基试验工程，进行膨胀土填料的室内石灰改良试验研究，对比分析膨胀土改良前后的物理力学性质和胀缩性，及膨胀土填料的改良效果。 研究结论：用石灰作为膨胀土的改良剂是可行的；经石灰改良处理后膨胀土的颗粒组成、物理性质、胀缩特性均有明显改善，力学强度及水稳特性得到提高，能满足铁路路基填料的要求；石灰掺灰比中膨胀土为6％，弱膨胀土为5％；石灰宜采用三级标准以上的高等级石灰，采用低等级石灰改良时应相应增加石灰的掺入量。     

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。     

石灰改良膨胀土路基施工技术

石灰改良膨胀土需加强对含水率，含灰率，颗粒细度三项施工参数的控制，使得石灰改良膨胀土填料取得预期效果，施工过程中应注意环境保护。     

高速铁路路基粗粒土填料颗粒破碎演化特征研究

为揭示高速铁路路基粗粒土填料颗粒破碎过程,构建室内单元模型,模拟粗粒土填料填筑和列车荷载作用过程,重点探讨动应力幅值、加载频率及降雨入渗强度等因素对颗粒破碎的影响.利用2个颗粒破碎度量指标分析粗粒土填料的颗粒破碎过程.研究结果表明:粗粒土填料在填筑时,颗粒破碎方式以破裂、破碎为主,在动力循环荷载作用下,颗粒破碎方式以破裂、研磨为主;破碎指标Bg,ΔD随动应力幅值、加载频率的增大而增加,随降雨入渗强度的增加呈先增大后减小的趋势;粗粒土填料破碎后,粒径分布具有良好的分形特性,且分形维数D与颗粒破碎指标Bg存在良好的线性关系.利用试验结果建立了动力循环荷载作用下粗粒土填料破碎指标ΔD与累积应变ε的关系表达式.