棉秆纤维轻量土配合比设计研究

【目的】研制具有较强透水性、保水性和较高强度的棉秆纤维轻量土,为海绵城市建设提供支持。【方法】采用正交试验设计,将棉秆纤维含量、EPS颗粒含量、水泥含量、砂含量4个因素作为棉秆纤维轻量土的影响因素,每个因素取5个水平,通过L_(25)(5~4)正交试验,研究棉秆纤维轻量土在不同配合条件下的强度特性、渗透特性和密度特性,并分析棉秆纤维、EPS颗粒、水泥和砂含量对棉秆纤维轻量土性能的影响。【结果】当棉秆纤维含量、水泥含量、砂含量和EPS颗粒含量分别为4,25,120和12 g/kg时,所得棉秆纤维轻量土满足地基承载力要求且透水性能最好,其抗压强度为114.59 kPa,渗透系数为6.84×10~(-5) cm/s。棉秆纤维含量、EPS颗粒含量、水泥含量、砂含量4个因素对棉秆纤维轻量土抗压强度影响的权重依次为5.94%,16.91%,68.33%和8.82%,对渗透系数影响的大小顺序为水泥含量EPS颗粒含量砂含量棉秆纤维含量,对密度影响的大小顺序为EPS颗粒含量砂含量水泥含量棉秆纤维含量。棉秆纤维轻量土无侧限抗压强度与EPS颗粒含量呈负相关,与水泥含量呈正相关;棉秆纤维轻量土密度与EPS颗粒含量和砂含量呈幂函数相关。增加20～40 g/kg的水泥含量可使棉秆纤维轻量土渗透系数下降10～1 000倍,添加4 g/kg的棉秆纤维含量使轻量土的饱和含水率较原状黄土增大2%～4%,即可有效提高轻量土的持水性能。【结论】将4 g/kg棉秆纤维含量、25g/kg水泥含量、120 g/kg砂含量和12 g/kg EPS颗粒含量混合,可以配制出适合海绵城市建设的棉秆纤维轻量土。     

非饱和原状黄土冻融强度研究

【目的】对非饱和原状黄土经历冻融循环后强度的变化规律进行研究,为分析黄土地区冻融病害机理提供参考。【方法】制备含水率分别为16.5%,20.5%,24.0%,29.0%和32.5%的非饱和原状黄土,采用可设定温度的冰柜冻结及室外融化的方法进行冻融循环处理,冻结温度分别为-8,-13,-21℃,冻融循环次数分别为1,3,5,7次,然后对冻融循环后的土样进行直剪试验,得到受冻融循环影响的土体抗剪强度参数,分析冻融循环次数、含水率、冻结温度对黏聚力和内摩擦角的影响规律。基于-21℃下黏聚力随冻融循环次数变化的数据,拟合得到黏聚力劣化模型表达式。【结果】在16.5%,20.5%,24.0%,29.0%和32.5%含水率下,-21℃冻融循环7次之后土样黏聚力分别由24.50,18.52,12.69,9.56和7.56kPa降低到21.04,13.52,7.45,2.60和0.23kPa,含水率32.5%的原状土样黏聚力减小量最大。同一含水率下黏聚力随冻融循环次数的增加呈指数减小,随着冻结温度的降低,黏聚力变化并不明显。内摩擦角在冻融循环后增加量为1°~2°。拟合得到了非饱和原状黄土黏聚力劣化模型表达式,其拟合结果与实测结果的相关系数均在0.937以上,计算值与实测值基本吻合,拟合度较高。【结论】同一含水率下原状黄土黏聚力随冻融次数的增加呈指数减小。冻结温度对不同含水率原状土样冻融后黏聚力与内摩擦角的影响不显著。     

沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土强度试验研究

【目的】研究含水率与干密度对砂质黄土强度的影响,揭示土体力学强度与结构强度对沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土边坡滑塌的影响。【方法】通过直接剪切试验,分析了砂质黄土含水率(7%,11%,15%和19%)、干密度(1.60,1.65,1.70和1.75 g/cm~3)、砂粒质量分数(30%,35%,40%和45%)对抗剪强度及其参数的影响。在此基础上,通过砂质黄土构度试验,分析其结构强度特性规律并建立其与抗剪强度之间的关系,对比分析含水率、土性(砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土)对构度的影响。【结果】砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着含水率的增大而逐渐减小,含水率由7%增加到19%时,其黏聚力由5.5 kPa降低至2.0 kPa,内摩擦角由33.22°降低至26.98°。砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着干密度的增大而逐渐增大,干密度由1.60 g/cm~3增加到1.75 g/cm~3时,其黏聚力由5.5 kPa增加至60.5 kPa,内摩擦角由25.64°增加至26.15°。砂质黄土的抗剪强度、内摩擦角随着砂粒质量分数的增大而逐渐增大,黏聚力随着砂粒质量分数的增大而逐渐减小,砂粒质量分数由30%增加到45%时,其黏聚力由3.82 kPa降低至1.48 kPa,内摩擦角由22.56°增加至25.42°。砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土的构度均随着含水率的增加而逐渐降低,含水率由7%增加到19%时砂质黄土构度下降了38.83%,粉质黄土构度下降了84.57%,黏质黄土构度下降了34.89%。随着砂质黄土构度的增加,其抗剪强度也随之增加,亦即结构性越强其抗剪强度越大。【结论】含水率与干密度对砂质黄土剪切强度及结构强度影响较大,应重视因含水率增加或干密度降低使得土体剪切强度及结构强度降低,进而引发黄土滑塌的灾害。     

冻融对粉质黏土强度指标的影响

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段加宽一侧粉质黏土路基,采用室内三轴试验方法,研究了不同压实度、不同含水率下不同冻融次数后土体强度指标的变化规律。试验结果表明粉质黏土冻融后强度指标发生规律性变化:土的黏聚力损失随着冻融次数增多而增大,同一压实度下含水率高的土体黏聚力损失幅度较大;土的内摩擦角随着冻融次数的增多有逐渐增长的趋势,但增长幅度较小。运用Matlab对试验数据进行回归分析,建立了同一压实度下粉质黏土黏聚力、内摩擦角与含水率和冻融次数的回归方程。该方程能够直观模拟冻融对粉质黏土强度指标的影响规律,计算结果与实测结果吻合良好,可用于冻融后粉质黏土黏聚力和内摩擦角的计算。     

荆州城区黏性土三轴与直接剪切试验强度对比分析

直接剪切试验与三轴试验是测试土体强度参数的2种方法,2种试验方法各有其优缺点,比较土体三轴与直接剪切条件下的土体强度参数有积极的应用价值.以荆州城区黏性土为对象,进行直接剪切与三轴剪切试验（不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU））,比较不同试验方法下土体的强度参数,讨论不同试验方式和排水条件对土体抗剪强度参数的影响.在相同黏性土的情况下,UU试验的黏聚力大于CU试验,而内摩擦角远小于CU试验;UU试验的黏聚力大于直接剪切试验,而内摩擦角小于直接剪切试验;CU试验的黏聚力和内摩擦角均略大于直接剪切试验;UU试验的黏聚力最大,CU试验的内摩擦角最大.     

膨胀土强度特性的试验研究

【目的】研究膨胀潜势、含水率对膨胀土抗剪强度的影响,为膨胀土强度理论研究及其工程应用提供参考。【方法】采用固结不排水试验方法,通过TFB-1型非饱和土应力应变控制式三轴仪,分别测定取自陕西汉中、安康的2种膨胀土样及2种土样1∶1(质量比)混合土(简称汉中土、安康土、混合土)3种不同膨胀潜势的膨胀土在不同含水率下的抗剪强度指标,应用Microsoft Excel软件,绘制3种膨胀土的抗剪强度指标与含水率、自由膨胀率的关系曲线,探讨膨胀土抗剪强度与含水率、膨胀潜势的关系及变化趋势。【结果】3种膨胀土的含水率与非饱和膨胀土的抗剪强度指标呈负相关关系,当含水率由12%增大到24%时,汉中土、混合土、安康土3种膨胀土的黏聚力分别降低56.83,53.74和61.61kPa,三者的内摩擦角分别降低7.87°,9.12°和9.58°;3种膨胀土的膨胀潜势与非饱和膨胀土的抗剪强度指标呈正相关关系,汉中土、混合土、安康土的膨胀潜势依次减弱,当三者分别处于同一含水率(12%,15%,18%,21%和24%)时,汉中土、混合土、安康土的抗剪强度指标依次减小。【结论】非饱和膨胀土的抗剪强度与含水率、膨胀潜势密切相关。     

增湿过程中结构性黄土强度对抗滑桩间距的影响

【目的】探讨增湿、扰动作用下结构性参数降低对土性参数和抗滑桩间距的影响。【方法】通过单轴压缩试验,分析初始结构性参数随含水率变化的规律以及构度指标变化对结构性土黏聚力和内摩擦角的影响。在抗滑桩拱端的土拱效应中,通过静力平衡方程建立拱间距与黏聚力的关系,并将构度指标对黏聚力的影响引入公式,从而分析构度指标变化对土拱间距的影响。【结果】构度指标随含水率的增大而减小,构度指标减弱导致黏聚力明显降低而内摩擦角变化较小,在增湿过程中将构度指标引入抗滑桩间距计算公式,其变化直接影响到抗滑桩间距的大小。【结论】构度指标是影响抗滑桩间距大小的最主要因素之一,在抗滑桩设计中引入结构性参数这一指标,为合理确定抗滑桩间距提供了一种新的方法和理论。     

易溶盐含量对原状非饱和伊犁黄土强度的影响

【目的】研究易溶盐含量和基质吸力对非饱和伊犁黄土强度的影响规律,为伊犁黄土地区工程建设提供参考。【方法】利用水膜转移法将配置好的盐溶液加入原状伊犁黄土土样中,制成3种不同易溶盐含量(5,14,26g/kg)土样,采用非饱和土三轴仪进行3种不同易溶盐含量下控制净围压(100,200,300kPa)和基质吸力(50,100,150kPa)的三轴固结排水剪切试验,测定并分析土样强度的变化规律。【结果】非饱和伊犁黄土的偏应力-轴向应变关系曲线均为硬化型;在相同净围压和基质吸力作用下,易溶盐含量14g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。非饱和伊犁黄土的有效黏聚力随基质吸力的增大而增大,随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势,易溶盐含量5,14,26g/kg的非饱和伊犁黄土在50,100,150kPa 3种基质吸力下的有效黏聚力分别为21.30,31.50,40.50kPa,33.10,44.80,58.10kPa和19.70,28.30,36.70kPa。有效内摩擦角随基质吸力的增大基本不变;随易溶盐含量的增加呈先减小后增大的趋势,分别为23.33°,22.35°,23.76°。随着易溶盐含量的增加吸力摩擦角分别为10.76°,14.04°,9.65°,呈先增大后减小的趋势,且增减速率相同。【结论】基于Barcelona模型建立的非饱和伊犁黄土弹塑性模型的剪切屈服面方程,具有可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的优点,适用于易溶盐含量较高的伊犁黄土。     

双向地震荷载下水泥土变形和强度特性研究

【目的】分析水平双向动剪应力、相位差对水泥土变形和动强度特性的影响规律,为水泥土桩复合地基在地震荷载作用下的破坏机理研究提供理论参考。【方法】在双向动剪应力为15.8,16.8,17.8,18.8,20.4kPa以及相位差为0°,45°,90°条件下,对水泥土进行水平双向动单剪试验,测定不同试验条件下水泥土的变形和动强度。【结果】动剪应变发展过程中存在明显的转折应变,且转折应变与破坏剪切次数的对数具有良好的线性关系;以转折应变作为水泥土的破坏标准,水泥土动强度与破坏剪切次数呈良好的反比例函数关系。3种相位差下导致水泥土破坏的临界动强度为15.2kPa。相位差为0°时,水泥土动强度最高;相位差为90°时,水泥土动强度最低。【结论】水平双向动剪应力和相位差对水泥土的动强度及动变形有较大影响。     

易溶盐含量对原状非饱和伊犁黄土强度的影响

【目的】研究易溶盐含量和基质吸力对非饱和伊犁黄土强度的影响规律，为伊犁黄土地区工程建设提供参考。【方法】利用水膜转移法将配置好的盐溶液加入原状伊犁黄土土样中，制成3种不同易溶盐含量（5，14，26 g/kg）土样，采用非饱和土三轴仪进行3种不同易溶盐含量下控制净围压（100，200，300 kPa）和基质吸力（50，100，150 kPa）的三轴固结排水剪切试验，测定并分析土样强度的变化规律。【结果】非饱和伊犁黄土的偏应力 轴向应变关系曲线均为硬化型；在相同净围压和基质吸力作用下，易溶盐含量14 g/kg非饱和伊犁黄土的强度最高。非饱和伊犁黄土的有效黏聚力随基质吸力的增大而增大，随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势,易溶盐含量5，14，26 g/kg的非饱和伊犁黄土在50，100，150 kPa 3种基质吸力下的有效黏聚力分别为21.30，31.50，40.50 kPa，33.10，44.80，58.10 kPa和19.70，28.30，36.70 kPa。有效内摩擦角随基质吸力的增大基本不变；随易溶盐含量的增加呈先减小后增大的趋势，分别为23.33°，22.35°，23.76°。随着易溶盐含量的增加吸力摩擦角分别为10.76°，14.04°，9.65°，呈先增大后减小的趋势，且增减速率相同。【结论】基于Barcelona模型建立的非饱和伊犁黄土弹塑性模型的剪切屈服面方程，具有可以考虑易溶盐含量和基质吸力两个因素耦合变化的优点，适用于易溶盐含量较高的伊犁黄土。     

重金属离子对黄土物理化学及工程性质的影响

【目的】研究重金属离子污染条件下黄土物理化学性质和土体工程性质的改变,为污染黄土的工程性质评估提供依据。【方法】以杨凌黄土为研究对象,在土中分别掺入Zn~(2+)、Cr~(3+)和Cu~(2+),对不同重金属污染黄土的颗粒组成、pH值、易溶盐总量、阳离子含量进行测定,并利用直剪试验和压缩试验测试其剪切及压缩特性的变化。【结果】随重金属离子掺量的增大,被污染黄土的黏粒含量明显减少,pH值降低,易溶盐总量及Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na+、K+含量明显增加;杨凌黄土经重金属离子污染后黏聚力下降,内摩擦角增大,并且压缩模量随重金属离子掺量的增加而逐渐增大,压缩系数总体减小,土体的压缩性变小。【结论】随着重金属污染程度的加剧,在黄土中的碳酸盐水解、土颗粒表面离子交换吸附、阳离子含量增加的共同作用下,污染黄土物理化学及工程性质会发生较大变化。     

紫色泥岩土壤＜2 mm岩屑及其对抗剪强度的作用机制

【目的】土壤抗剪强度是反映土壤抗滑、抗侵蚀及抗倾覆稳定性的重要指标。而紫色土中大量岩石碎屑能够显著影响土壤抗剪强度。但过去的研究主要集中在＞2 mm的岩石碎屑上,而＜2 mm的岩石碎屑却被忽视。因此,研究＜2 mm岩屑及其对抗剪强度的作用机制对紫色土区域土壤资源的可持续发展有非常重要的实践指导意义。【方法】以紫色泥岩发育的坡耕地土壤为研究对象,采用吸管法测定土壤颗粒组成,采用应变控制式直剪仪测定土样在不同含水率和垂向压力下的抗剪强度,通过对比分析研究＜2 mm的岩石碎屑及其对抗剪强度的作用机制。【结果】从坡顶至坡谷,坡顶至坡脚旱地土壤与母岩的颗粒组成呈极显著性相关,而坡脚与坡谷水田土壤与母岩的颗粒组成的相关性则不显著,即紫色泥岩发育的旱地土壤的颗粒组成与其母岩的颗粒组成具有高度的一致性;土壤中＜0.25 mm颗粒累积含量在99.84%-99.91%,其中,以＞0.25 mm岩石碎屑存在的土壤颗粒的比例为0.96%-57.82%,以＞0.25 mm团聚体存在的土壤颗粒的比例为6.33%-19.66%,随着位置高程的降低,土壤中岩石碎屑含量减少,且旱地土壤中岩石碎屑的含量显著高于水田土壤;而团聚体及黏粒含量则逐渐增加。在土壤含水率从7%增加到25%的过程中,土壤水分对旱地土壤黏聚力的影响要小于水田土壤;内摩擦角随着土壤含水率的降低而线性减小,且随着位置高程的降低,土壤水分对内摩擦角的影响逐渐增大;在相同垂直压力下,土壤水分对土壤抗剪强度的影响同样也随着位置高程的降低、岩石碎屑含量的减少而增大。【结论】在紫色泥岩发育的土壤中存在大量＜2 mm的岩石碎屑。这些＜2 mm岩石碎屑的存在改变了对传统土壤团聚体的认识,使得土壤团聚体可进一步细分为先天团聚体（＜2 mm岩石碎屑）以及后天团聚体（水稳性团聚体）。同时,土壤中这些＜2 mm岩石碎屑能够降低土壤水分对黏聚力及内摩擦角的影响,从而降低土壤水分对土壤的抗剪强度特性的影响。     

夯实水泥黄土抗剪强度试验研究

为了探索夯实水泥土桩在黄土地区的适宜性及可靠性,通过直接剪切试验,分析了不同影响因素对夯实水泥黄土抗剪强度及相关指标的影响。结果表明,夯实水泥黄土的强度较原状黄土有很大提高;夯实水泥黄土的抗剪强度和粘聚力均随着初始含水量的增大先增大后减小,在最优含水量附近有一峰值;夯实水泥黄土的抗剪强度和粘聚力均随着水泥掺入比的增加而增大;内摩擦角与各影响因素之间未发现明显的变化规律。     

冻融作用对草甸土物理力学性质的影响

以与棕壤土穿插分布的草甸土为研究对象,采用室内冻融循环试验得出不同冻融循环次数与土壤含水率条件下草甸土容重、孔隙度、渗透性以及抗剪强度等物理力学性质的变化规律。结果表明:随冻融循环次数的增加,土壤容重、粘聚力先减小后增大,之后趋于稳定,内摩擦角略有增大;而孔隙度、渗透系数则先增大后减小,之后趋于稳定,当循环次数在1～5次之间,孔隙度、渗透系数增大较明显,但增大幅度减小;在相同冻融循环周期条件下,随含水率的增大,土壤容重、土壤孔隙度、土壤渗透系数、土壤粘聚力和内摩擦角均呈现出减小的特征。     

双向循环荷载作用下饱和红土的动变形强度特性

【目的】探究双向循环荷载耦合作用下饱和红土的动变形强度特性,为红土地区工程的抗震设计和性质评估提供理论支持。【方法】采用SDT-20型电脑控制电液伺服双向土动三轴试验机,对饱和红土试样施加了不同的应力路径,模拟横波和纵波在不同相位差下耦合的情况,分析不同应力路径下饱和红土的动变形和动强度特性。【结果】径向循环应力幅值和相位差的变化对饱和红土的动变形和动强度有较大影响。在相位差为180°时,轴向应变发展速度最快,动强度最小;当相位差为0°时,轴向动应变发展最慢,动强度最大。径向循环应力较大且相位差为180°时的耦合情况对土体的稳定最为不利,此种组合下饱和红土的动强度衰减率可以达到90%以上。【结论】随着径向循环应力幅值的变化,不同应力路径下动应变发展速度不同,应力路径斜率越大动应变发展越缓慢。在实际工程的抗震设计时,应充分考虑双向动荷载相位差为180°且径向动荷载较大的组合情况。     

动荷载作用下膨胀土力学特性试验研究

以合肥膨胀土为研究对象,利用GDS-AAT型真/动三轴仪开展了不同参数下的膨胀土动力学试验研究,分析了围压、固结比、振动频率对土体动弹性模量和阻尼比影响规律.结果表明,在小应变幅值下,Kondner模型能较好地描述动弹性模量倒数与动应变关系;随着围压、固结比、振动频率的增大,初始动弹性模量和动弹性模量均增大,相同条件下,动弹性模量随动应变增大而大幅度减小并趋于稳定;不同围压、固结比、振动频率下动弹性模量比变化较小,没有明显倾向性,而阻尼比的变化较复杂,与累积应变有关.根据试验结果,建立了初始动弹性模量关于围压和固结比的回归方程,采用Darendeli模型得到膨胀土的动弹性模量比表达式,提出运用关于应变的动弹性模量比多项式进行阻尼比曲线拟合回归分析.拟合结果表明,初始动弹性模量关于围压和固结比的回归方程能较好描述初始动弹性模量随围压和固结比的增长规律,采用Darendeli模型能较好地描述膨胀土的动弹性模量比随动应变的变化规律,阻尼比可用动弹性模量比多项式来描述.     

土体含水率和相对密实度变化与植物根系固坡效果

在土样中加入植物纤维,模拟植物根系的加筋作用,采用三轴试验,研究含水率和土体相对密实度的变化对植物根系复合土抗剪强度指标变化的影响.结果表明:土体越密实,植物根系加筋效果越明显,相对密实度为85％时,可使最大主应力差增加20％～ 30％;相对密实度为75％时,植物根系的加筋效果不明显.黏聚力和内摩擦角也表现出类似的情形,无论是否加筋,黏聚力首先随含水率的增加而增大,含水率超过14％后,随含水率增加而减小;含水率在14％时,植物根系加筋对黏聚力提高的效果最明显.内摩擦角基本上随含水率的增加而减小,含水率越大,植物根系对内摩擦影响越小.研究成果可对植物固坡的设计提供依据.     

基于对数螺旋组合面的黏性土被动土压力数值解

【目的】针对对数螺旋组合面图解法计算被动土压力过程繁琐和精度低的问题,探讨其数值计算方法,以提高计算精度,方便工程应用。【方法】基于对数螺旋组合面法的基本原理,运用数学、力学手段,推得了可用于编程试算的黏性填土挡土墙的被动土压力计算公式,并用实际算例对公式进行了检验。【结果】算例分析表明,基于库仑理论的计算值明显大于研究所建方法的计算结果,其差值随着填土的内摩擦角φ、黏聚力c及填土与挡墙之间的外摩擦角δ的增大而增大,而随着墙背倾角ε的增大而减小。【结论】对数螺旋组合面比较切合工程实际,采用研究建立的方法计算被动土压力,可优化工程设计,降低工程造价。     

可溶性盐浓度对土的抗剪强度指标影响的研究

本文通过对人工制备的不同盐浓度的盐渍土的抗剪强度及其指标进行研究发现:随着土样中可溶性盐浓度的增加,土的粘聚力约呈线性下降的趋势,内摩擦角近似呈线性上升趋势.土样中的可溶性盐浓度在不同范围内变化时,其抗剪强度的变化趋势分别由粘聚力或内摩擦角决定.土祥的可溶性盐浓度与土样的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角之间存在非常强的函数关系.     

华南地区崩岗侵蚀区土壤水分含量对土体抗剪强度的影响

崩岗是华南花岗岩红壤区特殊的水土流失形式,而广东省的崩岗侵蚀隐患最为突出。选择广东省崩岗侵蚀典型区,通过野外采样和室内直接剪切试验,研究不同土壤水分含量对崩岗侵蚀区土体抗剪强度的影响(烘20 min、烘10 min、自然含水量、浸30 s和水分饱和)。结果表明:土壤水分对土体强度影响显著,当土壤含水率在15%时,对应的黏聚力c和内摩擦角φ指标均出现峰值;黏聚力c指标变化幅度较大,随着土壤水分含量的增加呈现先增大后减小的趋势,而内摩擦角φ一直处于衰减状态;抗剪强度指标随土壤水分含量变化呈非线性衰减,因此在评价崩岗稳定程度时,可依据土壤水分含量和抗剪强度指标作出预测。