压力板仪法测土-水特征曲线试验研究

非饱和土土-水特征曲线(SWCC)表示了土中含水量与吸力之间的关系。针对非饱和土干-湿循环过程中的吸力变化特征,开展试验研究。采用体积压力板仪实现非饱和土的脱湿和吸湿过程。试验成果显示:(1)土-水特征曲线是不稳定的,它与土体含水率的变化路径有关;(2)在干湿循环过程中,相同的基质吸力具有不同的含水量。     

滤纸法测定膨胀土总吸力试验及基质吸力预测研究

采用滤纸法测定膨胀土体吸力时,滤纸与土体表面距离不同所测得的滤纸含水率也不一样,获得的总吸力亦不相同。为此采用滤纸法开展了不同距离下的膨胀土总吸力测定试验,获得了不同距离条件下滤纸含水率的变化规律。干密度较小时,滤纸含水率随距离的增大呈现"减小-增大-减小"的规律;干密度较大时,滤纸含水率随距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定。距离为3cm时所测得的吸力离散程度较小,可作为测定土体总吸力的标准距离。根据总吸力-距离关系式,通过引入伪基质吸力的概念,计算得到伪基质吸力,并与相应的真基质吸力进行比较。结果表明:不同干密度及含水率下的膨胀土真基质吸力与伪基质吸力之间存在良好的线性关系。此法可为测定现场土体基质吸力提供新的思路。     

含水率及温度影响非饱和土导热系数的试验研究

土体的导热系数是能源岩土工程设计与研究中重要的热物理参数。工程中土体常处于非饱和状态。非饱和土体的导热系数会影响地下结构物的力学性能、热交换效率以及整个热工结构的工作效率。为给能源岩土工程设计与研究提供可靠的热物理参数,通过室内单元试验测量了不同含水率和温度下砾砂、粉土和黏土的导热系数,研究这三种非饱和土体的导热系数与含水率、基质吸力和温度的关系。研究结果表明,三种非饱和土体的导热系数都随含水率的增加而增加,最后趋于稳定。砾砂导热系数增加的速率最快,粉土次之,黏土最小。相同含水率下,砾砂导热系数最大,粉土次之,黏土最小。粉土的导热系数与基质吸力密切相关,其关系曲线趋势近似土 水特征曲线。三种土体的导热系数均随温度的增加近似线性增加,但增加幅度仅为10^-3级别,可忽略其影响。     

土水特征曲线差异及其对试样力学性质的影响研究

相同条件下制备的重塑试样可能获得不同的土水特征曲线,导致试样的平衡饱和度存在差异,进而对非饱和土试样的力学性质产生影响。基于压力板仪对4个环刀试样的土水特征曲线进行量测,进而通过直剪试验对其力学性质进行研究。结果表明:土水特征曲线存在差异,而环刀的侧壁防护作用对土水特征曲线有重要影响;相同基质吸力下,饱和度对试样的力学性质影响明显,饱和度较小的试样具有较大的峰值强度,而饱和度相近的试样则表现出几乎一致的力学性质;撕裂带的产生对法向位移有着加成作用,但未对试样力学性质造成明显影响,而破坏面的凹凸情况将影响试样的峰值强度;受到试样与陶土板间连通性的影响,饱和度的差异可能随基质吸力的增大而反复出现。     

千将坪滑坡非饱和土土-水特征曲线试验研究

利用能控制吸力的四联非饱和土直剪仪，进行三峡库区千将坪滑坡非饱和土的试验，得到在不同正应力和不同基质吸力条件下土的质量含水量，并根据试验结果，绘制非饱和土的土一水特征曲线，对相应的土一水特征曲线模型进行了拟合，得出其拟合函数。分析得到了应力状态影响了土的进气值，土一水特征曲线随应力的增大而变得平缓。     

非饱和黄土土水特征及其强度指标

以多种理论模型对非饱和土三轴仪实测数据进行了拟合评价;并在此基础上,引入非饱和土最新理论,反演和解析了土体脱湿与吸湿条件下的边界土-水特征曲线、渗透系数函数以及吸应力特征曲线;进一步从强度本构入手,结合不同基质吸力的三轴剪切试验结果,探究了基于吸应力的强度特性。研究结果表明:非饱和土三轴仪所测数据点及其三种模型拟合曲线均落在水力边界曲线(SWCC、HCF、SSCC)范围之内,表明了试验结果的正确性和合理性,以及非饱和土中水分的能量和数量的关系因路径差异而具可变性,即基质吸力不再是含水率的单值函数,而是一个范围体系;同时采用吸应力特征曲线的统一有效应力原理来描述土体在非饱和条件下的抗剪强度性质是合理的、普遍有效的,并且验证了土体处于饱和或者无基质吸力时,吸应力不为零,此时的吸应力对应的是土体在剪切破坏时的表观粘聚力这一结论。     

非饱和土体变试验研究及其在地面沉降中的应用

地下水位降低将导致非饱和土体中净平均应力和基质吸力发生变化,从而引起土体体积变化。针对重塑非饱和砂土、粉土、黏土和软土,结合土水特征曲线和收缩曲线,考察了土体在干燥收缩过程中基质吸力与孔隙比的关系;运用固结曲线分析了土体在经受净平均应力下的变形特性。基于试验结果,根据Fredlund弹性体变本构模型估算了不同的地下水位降低情况时非饱和土区域的沉降量。结果表明,在总沉降量中非饱和土区域的沉降量是不可忽略的,随着地下水位的降低,非饱和土区域的沉降量在总沉降量中所占比例逐渐增大。     

南京地区下蜀土导热系数影响因素室内试验研究

岩土体热物理性质是当前岩土工程领域的一个重要研究课题,其关键在于岩土体导热系数的测试。使用日本EKO公司HC-110型热导仪,应用稳态法对南京地区典型下蜀土的击实重塑样进行导热系数测试,分析含水率、密度及试验温度对土体导热系数的影响,从土颗粒间、土颗粒与水分子间的接触方式对不同物理指标下土的导热系数的影响机制进行机理分析,结果表明:含水量一定,试样密度越大,土颗粒之间接触面积越大,土体热交换能力越强,导热系数越大;试样密度一定,温度升高时水分子活动能力加剧,导热系数随温度升高而增大,含水量大于16.6%时,导热系数随温度变化趋于平缓,温度大于50℃时导热系数有变小的趋势;试验温度一定,含水量小于20%时导热系数增大明显,含水量超过20%时试验值变化范围较小且有曲线重合现象。     

石灰改良土的土水特征曲线及其冻结特征曲线∗

土水特征曲线反映了非饱和土的持水特性，与土体的水力特性及力学特性密切相关。土的冻结特征曲线表示土体中液态水的势能与含水率之间的关系，也可以用来描述土体的持水特性。以黄土为研究对象，利用低温恒温冷浴结合核磁共振系统(NMR)测得未处理黄土以及石灰改良土的冻结特征曲线，根据冻结温度降低法计算得出试验土样0 ℃时对应的土水特征曲线。另外，采用滤纸法在0 ℃附近得到实测的土水特征曲线，将这两结果进行对比分析，并讨论了抽真空饱和过程对土样的土水特征曲线的影响。通过滤纸法测得的土水特征曲线与非饱和土样的冻结特征曲线具有较好的一致性，两者之间存在差异很小。土样在饱和状态下利用冻结温度降低法得到的孔隙水总势能ψ与质量含水率ω关系曲线位于非饱和土样结果的下方，这可能是因为饱和土样在冻结过程中会发生冻胀现象，土样结构被破坏，孔隙增大，土样持水性能下降。     

高分解度泥炭土-土水特征曲线研究∗

为了明确非饱和泥炭土的土水特征及其影响因素,以原状泥炭土和人工调配的 5 种不同有机质含量的重塑泥炭土为研究对象,采用滤纸法测试其基质吸力,绘制出相应的土水特征曲线,分析泥炭土原状样和重塑样土水特性的差别,以及不同有机质含量对于泥炭土土水特性的影响;选用 Gardner 模型、Van Genuchten 模型和 Fredlund & Xing 模型对试验结果进行拟合,比较 3 种模型对泥炭土的适用性;最后分析比较高分解度泥炭土的土水特征曲线与其他土类的差异。试验结果表明：有机质含量相同时,原状土样的进气值和残余值小于重塑土样的进气值和残余值,说明原状土样的持水能力弱于重塑土样;有机质含量对泥炭土的土水特征曲线有很大影响,随着土中有机质含量的增加,土的持水能力变强,土样的进气值从 155 kPa 增长到 1 486 kPa,残余值从 4 796.7 kPa 增长到 35 101.5 kPa;3 种模型拟合优良度依次为 Van Genuchten 模型、Fredlund & Xing 模型、Gardner 模型;通过对比,发现高分解度泥炭土持水能力最强,其特征值大于膨润土。     

交通荷载作用下非饱和土的动力特性试验研究

通过泥浆固结法制备大量均一试样,基于改进的可控制吸力式非饱和土C.K.C循环三轴仪进行了动三轴试验,研究了非饱和粉质粘土在交通荷载长期作用下的动强度和变形特性,同时分析了在饱和条件下反复干湿循环对其动强度的影响。结果表明:基质吸力的增加提高了土体抵抗变形的能力,相同动应力及振次条件下,土体的累积塑性应变随着基质吸力的增加而减小;土体的临界循环动应力以及动强度随着基质吸力的增加而增大,但动强度随基质吸力增加而增大的速率随基质吸力的增加而减小;干湿循环对粉质粘土的动强度有显著影响,使得土体的动强度提高。     

斥水剂作用下土壤物理性质变化规律试验研究

采用十八烷基伯胺(OCT)对亲水土壤斥水化,进行斥水土壤的临界含水率试验、界限含水率试验以及击实试验。通过试验结果分析OCT对土壤物理性质的影响关系,获得OCT质量分数与土壤初始含水率、液限、塑限、最优含水率、最大干密度的关系。结果表明:亲水及斥水性土壤为高液限黏土,土壤状态为坚硬;随着斥水土壤初始含水率的增加,土壤斥水等级出现先增后减的变化规律;斥水土壤液限随着OCT质量分数的增大而减小,塑限随着OCT质量分数的增大而增大;最大干密度及最优含水率随着土壤斥水等级增大而增大,增幅平均为5.7%。上述研究成果可为斥水土壤工程应用提供试验基础。     

温度作用下膨胀土的胀缩特性及微观机理北大核心CSCD

温度场作为外部环境要素场之一,对膨胀土的水-力学性质具有显著影响。为研究温度对膨胀土胀缩特性的影响规律及微观机理,以南宁膨胀土为对象,开展了不同温度(5~45℃)下膨胀土的浸水膨胀和失水收缩试验,结果表明膨胀土的胀缩特性具有显著的温度效应,其膨胀率随温度升高而增大,温度越高其增大效果越明显;收缩率随温度升高则呈现出先增大后减小的变化规律,存在临界温度“T_(c)=35℃”。在此基础上,基于不同温度(5~45℃)下的吸附结合水试验,从土-水作用角度阐释了膨胀土胀缩特性温度效应的微观机理;随着温度的升高,土中结合水量减小,水膜厚度变薄,从而引起两方面的结果:①土颗粒间的吸力减弱而斥力增加,宏观表现为土体的膨胀性增加;②土颗粒间距变小,促进了土颗粒骨架由松散状态向紧密状态转化,颗粒排列更紧密,收缩性增加,而达到一定温度后,水分蒸发时间较短,土-水作用加剧使得土体骨架没有充足的时间向紧密状态转化,是造成土体收缩性减小的主要原因。     

灰岩区降雨型滑坡软弱夹层的三轴试验强度研究

国道105江西赣州龙南县段穿越灰岩区,局部边坡因含有顺向软弱夹层,斜坡稳定差,在降雨作用下极易发育滑坡,对公路的建设和运营影响较大。为查明灰岩区降雨对粉质黏土软弱夹层的强度与变形特性的影响,采用标准应力途径GDS三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与偏应力的关系曲线、净围压与偏应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:低围压向高围压转变过程中,滑带土应力应变曲线由加工软化型向加工硬化型转变;在相同围压条件下,基质吸力由低向高变化过程中,滑带土在低吸力条件下表现为应变软化,在高吸力时表现为加工硬化;总粘聚力与基质吸力呈线性增长关系,其增长斜率夹角为基质吸力相关角φ~b=15.5°;当基质吸力为0 kPa、30 kPa、60 kPa、90 kPa时,其总粘聚力分别为:22.7 kPa、33.4 kPa、43.8 kPa和46.9 kPa,内摩擦角φ′分别为21.8°、23.6°、26.2°和24.5°;最后根据Fredlund非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式。     

降雨作用下基于电导性能的土坡基质吸力时空变化试验研究

降雨作用下土坡基质吸力随时空而变化,直接影响土坡的瞬态稳定性分析。为研究降雨作用下土坡电导性能与基质吸力的时空变化与联系,通过人工降雨滑坡物理模型试验,将电阻率作为监测量与常规的含水率、基质吸力相结合,并在边坡模型上种植马尼拉草,研究植草边坡在均匀降雨、前小后峰和前峰后小这3种动态降雨模式下的入渗特征。研究结果表明：动态降雨模式下,降雨强度变化对土体电阻率和含水率均能产生影响,但都存在一定滞后性。降雨前边坡土体基质吸力、电阻率较高,随着深度的增加逐渐递减。降雨后表层土体基质吸力、电阻率出现较大跌幅,分布上呈现由浅层到深层逐渐增大态势。结合Keller改进的Archie拓展模型与VG模型,得到基于电阻率的残积土基质吸力计算模型,并用试验数据进行验证,结果较为合理,为非饱和残积土基质吸力的测量提供一种快速便捷的方法。研究成果有助于探究非饱和残积土边坡在不同降雨模式下的渗流特征,揭示了降雨作用下坡残积土的电导性能演化规律与基质吸力空间分布特征。     

极端降雨对边坡土体强度的影响及其稳定性分析

降雨是影响边坡稳定性的重要因素。在分析重庆市1951—2015年降雨特征的基础上,以重庆市某高速公路高填方路基边坡为研究对象,分析了极端降雨对边坡土体基质吸力、强度和边坡稳定性的影响。结果表明:在降雨的初期,极端降雨对边坡土体基质吸力的影响较大,随着入渗时间的持续,基质吸力呈现出降-升-降特征;当土体入渗稳定时,基质吸力趋于稳定;降雨入渗对边坡土体内聚力有小幅增大作用,对内摩擦角则具有减弱作用,其平均值可降为初始内摩擦角的0.68倍;降雨入渗降低了边坡的稳定系数,但降雨入渗稳定后,边坡的稳定系数趋于稳定。     

基于分形维数的高速铁路“微膨胀性”泥岩微观孔结构分析∗

微膨胀性泥岩严重影响高速铁路的平稳运行,为研究压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微孔隙结构的影响,采用冻干法将压片机制备的不同干密度的试样进行干燥,应用压汞仪定量测定其孔隙分布特征。研究结果表明:随着试样干密度及进汞压力的增大,试验界限进汞压力逐渐增加,最大进汞量逐渐减小;不同干密度试样的孔隙特征分布曲线均呈现出明显的三峰特征,据此将试样孔隙分为大孔、中孔和小孔三类;采用与研究土体粒径级配类似的方法对孔隙的分布进行了分析,发现不同干密度的试样,小孔隙占比均较大;压实作用对大孔隙影响显著;采用Menger海绵模型及热力学关系模型对泥岩孔隙结构的分形特征进行了研究,研究发现泥岩干密度越大,泥岩孔隙内壁越粗糙,孔隙结构越复杂。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

高液限土路堤直接填筑质量控制参数研究

为减小高液限土弃方处理或改良填筑造成的经济损失,通过室内试验研究了高液限土的基本特性,并结合现场路填筑试验,研究了其直接填筑性能和相应的质量控制参数。研究结果表明:高液限粘土和含砂高液限粘土可用于路堤直接填筑,填筑质量宜通过含水率、压实度、空气率3个参数控制;填筑过程中含水率应满足-2%≤ω-ωop≤6%;填筑碾压后的压实度应大于90%;高液限粘土空气率控制范围为4%≤va≤8%,含砂高液限粘土空气率控制范围为va≤13%。     

温度变化对水泥土强度特性和破坏性状的影响

为研究温度对水泥土强度和破坏性状的影响,选用粘土和粉土这两种素土制成水泥土试样,分别在25°C±2°C、10°C±2°C和0°C±2°C的温度下进行养护,随后测试各龄期试样的单轴抗压强度,并观测各试样的破坏特征。研究表明:随着龄期的增长,温度变化对峰值应变的影响在减小;龄期较短(1~5天)时,水泥土单轴抗压强度对温度变化不敏感,在龄期7~40天,提高养护温度,水泥土单轴抗压强度显著增大;随着温度的升高,水泥土强度显著提高,但增长的趋势越来越缓慢;低温情况下水泥粘土的强度都比水泥粉土低,而一旦提高温度,水泥粘土的强度便超过水泥粉土;较低温度下养护的水泥土表现出比较明显的脆性破坏,迅速产生裂缝。     

不同含水率下考虑筋土界面刚度软化的加筋边坡地震响应∗

加筋土结构具有较好的整体变形协调能力以及抗震性能，被广泛应用于边坡工程中。基于不同含水率下残积土及筋土界面室内直剪试验数据，在有限差分软件中考虑不同含水率下土体和筋土界面抗剪强度参数，并通过 FISH 语言编程在数值计算中实现筋土界面剪切刚度动态变化过程，分析加筋边坡在不同含水率、筋材长度、筋材间距及地震峰值加速度工况下的位移、应力、加速度响应。模型计算结果表明：相比不考虑筋土界面刚度软化情况，考虑筋土界面剪切刚度软化情况下含水率对加筋边坡水平位移和加速度放大系数的影响较大；坡面侧向位移、 坡顶沉降和筋材拉应力与回填土含水率呈正相关，加速度放大系数与含水率呈负相关；在一定范围内增加筋材长度能够有效降低加筋边坡坡面的水平位移；筋材间距对含水率越低的加筋边坡坡面侧向位移影响越大；地震峰值加速度越大，含水率对坡面水平位移影响越大。