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。     

黄土固结排水三轴试验研究

对原状黄土和压实黄土进行了固结排水三轴试验,求取Duncan-chang模型参数,以便用有限元法来计算分析黄土路堤变形特性,试验可能带来的误差包括橡皮膜顺变性、量测系统顺变性、试样饱和程度引起的误差及试样与端帽间的摩擦力。研究发现:在同一围压下,饱和原状土与非饱和原状土的曲线图相差不多,饱和原状土与非饱和原状土在较高围压时的(σ_1-σ_3)_f值也相差不多。在围压相同情况下,当剪压力相同时,饱和土的轴向应变较非饱和土的大。     

高应力与低应力条件下膨胀土抗剪强度特性分析

研究表明膨胀土边坡的滑塌具有浅层性,破坏时土体受到的法向压力基本小于50kPa。文中基于此对干湿循环作用后饱和膨胀土高应力和低应力条件下的抗剪强度进行试验研究。结果表明,干湿循环作用下膨胀土的剪应力值随干湿循环次数的增加呈衰减趋势;高应力段粘聚力大于低应力段,而高应力段的内摩擦角小于低应力段,高应力段得到的数据结果势必偏离实际的拟合结果,不利于边坡稳定性分析;粘聚力随循环次数变化呈良好的指数函数关系,得到的经验公式可用来预测膨胀土的抗剪强度和膨胀土边坡干湿循环作用后的最终抗剪强度稳定值。     

高铁路基粗粒土填料静力特性大型三轴试验研究

选取宁杭高铁德清站路基填料站现场典型粗粒土填料制备试样,在100,150,200,300 kPa围压下开展大型三轴固结排水剪切试验,得到相应的应力-应变和体变特性曲线.试验表明:围压越大,偏应力达到稳定值所需的轴向应变越大,当围压为300 kPa、轴向应变达到15％时,偏应力仍在继续增长.不同围压条件下的试样剪切初期均...     

非饱和膨胀土抗剪强度的三轴试验研究

基于非饱和三轴试验系统,对不同含水量情况下南宁非饱和膨胀土的强度特性进行研究。研究表明：在定围压下,低含水量时的应力应变曲线呈微应变软化型,高含水量时的应力应变曲线呈应变硬化型;在低含水量的情况下高围压时的曲线呈应变硬化型,而低围压下剪切的试样其应力应变曲线随着轴向应变的增加呈现出微弱的软化趋势。土体的抗剪强度对含水量的变化敏感性较大。随着含水量的增大,膨胀土的摩擦角线性减小;其粘聚力随含水量的增加先是增大,在最优含水量时粘聚力达到最大值,而后随着含水量的继续增加,粘聚力逐渐减小。     

非饱和膨胀土抗剪强度的三轴试验研究

基于非饱和三轴试验系统,对不同含水量情况下南宁非饱和膨胀土的强度特性进行研究.研究表明:在定围压下,低含水量时的应力应变曲线呈微应变软化型,高含水量时的应力应变曲线呈应变硬化型;在低含水量的情况下高围压时的曲线呈应变硬化型,而低围压下剪切的试样其应力应变曲线随着轴向应变的增加呈现出微弱的软化趋势.土体的抗剪强度对含水量的变化敏感性较大.随着含水量的增大,膨胀土的摩擦角线性减小;其枯聚力随含水量的增加先是增大,在最优含水量时粘聚力达到最大值,而后随着含水量的继续增加,粘聚力逐渐减小.     

不同固结度尾矿砂应力应变分析

尾矿坝增高填筑的过程也是下部坝体逐渐排水固结的过程,为了研究固结度对尾矿砂应力应变的影响,并为尾矿坝安全管理和稳定性评价提供理论依据,分别对尾矿砂在不同围压(100kPa、200kPa、300kPa、400kPa)下进行了不同固结度(25%、50%、75%、100%)的固结不排水三轴试验。试验结果表明,围压越大试样强度越大,ε₁越大,应力出现峰值后,试样仍然能承受很大的应力;发生相同的变形量,固结度高时所对应的轴向应力大,同时变形速率也在增大,而固结度低时所对应的轴向应力则小;σ₃较大时尾矿砂的固结度对轴向应力影响较大,反应更加明显。     

荷载作用下红黏土干湿循环试验

为掌握红黏土在荷载作用下的干湿循环特性,对常规固结仪进行了改造,发明了一种模拟土体荷载作用下的干湿循环试验方法,开展了干湿循环与上覆荷载共同作用下的红黏土的胀缩特性试验。试验结果表明:上覆压力为0kPa和50kPa时,干湿循环下红黏土胀缩率大于零,试样膨胀;压实度越大,膨胀量越大。初始含水率越小,膨胀量越大;增大上覆压力,可以抑制红黏土的膨胀性能;上覆压力为100kPa和200kPa时,干湿循环下红黏土胀缩率小于零,试样收缩;压实度越小,试样收缩量越大;初始含水率越大,收缩量越大;增大上覆压力,可以增大红黏土的收缩性能;任何上覆压力下,所有试样第一次干湿循环下红黏土胀缩性能最为显著,经历5次干湿循环后,胀缩性能趋于稳定状态。     

干湿循环作用下高液限粉土动态回弹模量试验研究

针对高液限粉土,采用新型试验方法进行干湿循环试验,并对干湿循环后的试验土样进行了动态回弹模量试验,探索动态回弹模量随干湿循环次数、含水率、应力状态的变化规律。研究结果表明:(1)回弹模量与围压呈正相关,与干湿循环次数、偏应力和含水率呈负相关;(2)回弹模量变化幅度随着干湿循环次数的增加而不断降低,首次降低最为明显,经历3～5次循环后衰减基本达到稳定,回弹模量衰减幅度约为63%;(3)干湿损伤对含水率变化较为敏感,随含水率增大,干湿循环损伤因子逐渐升高。此外,干湿损伤对应力状态变化规律影响较小,呈现出无序性。     

干湿循环作用下银川地区重塑粉质黏土强度劣化试验研究

地处黄河冲积、湖积平原的银川地区,粉质黏土分布广泛,为探讨干湿交替环境对粉质黏土强度劣化规律,选取银川地区典型粉质黏土,制作不同压实度和饱和度的重塑土样,进行了不同干湿循环次数和不同围压下的不固结不排水三轴试验。分析了应力应变曲线形式、峰值应力、抗剪强度指标的试验数据。结果表明:(1)干湿循环作用改变土体应力应变曲线形式,随干湿循环进程的发展,其形式由应变硬化型过渡为应变软化型,且3次干湿循环后,软化程度逐渐增大;(2)干湿循环前期、末期峰值应力在高饱和度下衰减较快,干湿循环中期峰值应力在低饱和度下衰减较快,并且认为干湿循环作用对不同压实度、不同饱和度及不同围压下土体具有归一特性;(3)干湿循环后,黏聚力与内摩擦角均发生劣化,但黏聚力劣化程度较内摩擦角更大;干湿循环前期黏聚力在高饱和度下劣化较大,干湿中期、末期在低饱和度下劣化较大,且黏聚力随干湿循环次数的劣化规律在低饱和度下符合线性回归,高饱和度下符合二次曲线回归,相关性较好。     

废旧橡胶轮胎颗粒-水泥改性强膨胀土的长期路用性能研究

为研究废旧橡胶轮胎(WRT)颗粒联合水泥改性强膨胀土作为路基填料的长期力学性能，采用不同掺量(3%、6%)的WRT颗粒联合水泥(3%),对广西宁明强膨胀土进行改性处理。对改性前后的试样开展扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等微观试验，对经历干湿循环作用后的改性膨胀土试样开展动、静三轴等宏观试验，测定其动回弹模量M_R及固结不排水抗剪强度，着重研究了干湿循环次数和WRT颗粒掺量对改性后强膨胀土路用力学特性的影响。结果表明：(1)改性膨胀土由于水泥的水化反应产生颗粒团聚作用，加之WRT颗粒的掺入，使其大孔隙增加，结构密实度降低；(2)WRT颗粒掺量一定时，随着干湿循环次数的增加，改性膨胀土的动回弹模量M_R表现出先增大后大幅减小的特点，其剪切破坏形态由塑性破坏向脆性破坏转变，应力～应变曲线由应变硬化型逐渐转化为应变软化型，抗剪强度有所增大；(3)M_R随着WRT颗粒掺量的增加而降低，但随围压σ_c的增加而增大，抗剪强度随WRT颗粒掺量的增加而下降。     

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。     

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。     

控制吸力下低应力条件的合肥膨胀土抗剪强度试验

膨胀土边坡在变饱和条件下可能发生浅层滑塌失稳。为了研究非饱和膨胀土在低应力条件下的强度特性,采用非饱和三轴仪设置多组不同基质吸力和应力条件,进行合肥膨胀土的三轴剪切试验,对试验数据进行分析。试验结果表明：当膨胀土所受净围压应力不断降低时,其应力-应变曲线会由应变硬化向应变软化过渡;非饱和膨胀土强度随基质吸力增大而增大;浅层膨胀土的抗剪强度会呈现明显降低,具有非线性特点;非饱和膨胀土的黏聚力对抗剪强度影响显著,低应力条件下黏聚力会显著降低,内摩擦角明显增大;净围压应力对低应力段土体强度影响明显,而基质吸力对低应力段土体强度影响较弱。     

碾压膨胀土波速变化规律及声波技术应用探讨

针对百色地区膨胀土,利用TH204非金属超声波测试系统,对以最佳含水率和塑限含水率为控制含水率下的碾压膨胀土进行声波测试,得到了等幅度干湿循环作用后的纵波速度的变化规律。试验研究结果表明,随着循环次数的增加,不同控制含水率下碾压膨胀土试件的平均纵波速度呈非线性衰减,其0～1次循环,衰减程度最大。循环幅度对膨胀土的波速衰减有较大的影响,循环幅度越大,纵波速度衰减越大。结合声波技术在岩体材料中的应用,探讨了声波技术在路基膨胀土中的应用问题。     

基于干湿循环与三维条件下污泥固化土邓肯-张模型研究

为研究城市污泥固化土作为路基填料时其在复杂应力状态下的力学特性，通过GCTS真三轴试验仪对城市污泥固化土进行不固结不排水试验，探讨其在不同干湿循环次数和中主应力比条件下的应力-应变特性和抗剪强度指标变化规律，并在三维条件下对邓肯-张模型进行了双重修正。研究结果表明：当干湿循环次数和围压一定时，污泥固化土的结构屈服应力随着中主应力比的增大而增大；当中主应力比和围压一定时，污泥固化土的结构屈服应力随着干湿循环次数的增加而降低，且干湿循环次数为3时降幅最大，干湿循环次数大于5之后土体结构屈服应力降幅较小；此外，对比污泥固化土的真三轴试验曲线与邓肯-张模型预测曲线，发现理论曲线与试验曲线存在一定差异，而通过考虑中主应力比、干湿循环次数和中、小主应力差作用的影响对污泥固化土邓肯-张模型进行2次修正，使得到的邓肯-张模型预测曲线与真三轴试验曲线基本一致，该预测曲线可准确反映污泥固化土的真实受力状态，可为其在路基工程中的应用、施工提供理论指导和预测分析。     

干湿循环作用下某路基土强度特性研究

我国南方地区公路路基土的含水量通常处于随季节降雨而不断变化过程中,土的力学性能随干湿循环而呈现明显的周期性变化。通过进行某路基压实红粘土的干湿循环试验和固结压缩试验,对某路基红粘土湿化膨胀及干燥收缩和力学性能进行了研究。试验结果表明干湿循环过程中压实试样膨胀和收缩变形均随着循环次数的增加而减小;湿化膨胀和干燥收缩过程中累积的塑性变形随着干湿循环次数的增加而减小;初始饱和压实试样的屈服应力为70 kPa,弹性压缩指数为k=0.032,塑性压缩指数为λ=0.179;两次干湿循环后力学参数变大,多次循环后(四次)由于试样中微裂隙的产生导致力学性能变差。     

干湿和冻融共同作用下压实黏性土回弹模量试验研究

以山东济南和黑龙江大庆的两种低塑性黏性土为研究对象,在不同围压、动偏应力、含水率和冻融循环次数条件下,开展两种压实黏性土动三轴试验确定其回弹模量M_R,研究季节性冻土区域干湿、冻融共同作用对天然路基土M_R的影响规律。试验结果表明：试样冻融循环次数越多、含水率高,围压对M_R的贡献越大。动偏应力有两种刚度效应,即动偏应力下因土体逐渐压实产生的刚度增强效应和动偏应力反复剪切造成的土体结构破坏而产生的刚度衰减效应。高塑性土体M_R对含水率变化较为敏感,但敏感性随冻融循环作用显著降低。两种土的M_R在前3次冻融循环中衰减明显,随着冻融循环次数的继续增加,M_R基本保持不变。     

开挖膨胀土边坡坍滑的演化规律

膨胀土路堑开挖一段时间后边坡坍滑是路基施工中常见现象且与坡高、坡率无直接联系.为探求其变形破坏演化过程以便实施有效工程处治,采用FLAC对广西百隆路百色膨胀土堑坡开挖过程进行模拟,获得新开挖边坡的位移、应力、应变变化规律;通过强度折减法计算得到的安全系数随挖深增大而减小,但此时边坡是稳定的.此外采用FLAC热力学模块模拟边坡大气影响深度内的湿度场,再次分析获得经历干湿循环作用后其相应的位移、应力、应变变化规律,即边坡的失稳过程.对比工程实体修建时的现场观察与数值分析结果,发现两者基本吻合,由此总结并提出开挖膨胀土堑坡坍滑的4阶段变化规律及合理实施柔性支护的建议.     

河西盐渍土的低温冻土三轴试验与模型研究

盐渍土在冻结过程中,结构孔隙中的盐溶液逐渐转变为盐溶冰,盐渍土结构由之前的"土骨架结构"变为"土-盐溶冰骨架结构"导致力学行为发生了较大变化。以张掖地区某道路工程盐渍土路基填料为研究对象,通过低温冻土三轴剪切试验,分析了不同冻结时长、不同冻结温度下盐渍土的变形特性及本构模型。研究了冻结盐渍土的Duncan-Chang模型参数,基于Duncan-Chang模型利用SPSS回归分析建立了冻结盐渍土主应力差(σ_1-σ_3)及切线模量E_t与温度T和围压σ_3的多因素耦合模型。研究发现:(σ_1-σ_3)-ε_1曲线呈3阶段发展,随着冻结时间的增加,冻结温度降低,主应力变差,黏聚力及内摩擦均增大;耦合模型参数a_1和b_1与温度T呈正相关,与围压σ_3呈负相关,其主导变量均为围压σ_3。最后将耦合模型计算结果与试验结果对比,发现耦合模型能够较好地预测计算冻结盐渍土的本构关系。