干湿效应下崩岗土体的裂隙演化及收缩变形规律

为提高崩岗土体稳定性,抑制崩壁崩塌。试验共设计6次干湿循环,利用工业相机对脱湿过程中崩岗4层土进行定时定点拍照并结合数字图像处理技术,研究干湿效应下崩岗土体的裂隙演化及收缩变形规律。结果表明：(1)脱湿过程中土体形态变化顺序为轴向收缩、径向收缩和裂隙发育;(2)表面裂隙率与液限、塑性指数、黏粒含量呈显著正相关关系,4层土中表面裂隙率最大值为过渡层18.78%,最小值为砂土层5.41%,崩岗土体剖面上两者为相邻土层,较大差异性会严重破坏崩岗的稳定性;(3)随干湿循环的进行,径向收缩不再发生,轴向收缩、表面裂隙率、裂隙平均宽度逐渐减小,裂隙总长度、裂隙总条数、裂隙交点个数、被分割的土块个数先增加后减小,各参数均在第3次干湿循环后趋于稳定,4层土中过渡层受干湿循环影响最大,砂土层最小。研究结果可为在降雨—蒸发反复交替过程中崩岗发生机理研究提供科学依据。     

干湿循环对崩岗土体稳定性的影响

通过对湖北通城花岗岩崩岗区发育典型的各层次土体(淋溶层、淀积层、过渡层、母质层)进行干湿循环试验,分析干湿交替次数对各层次土体裂隙发育、崩解性、抗剪强度的影响。结果表明,在干湿循环影响下,土体产生并逐渐发育裂隙,在第2次循环后,土体产生主要裂隙,裂隙比显著增加,此后循环发育出细小裂隙。4次循环后4个层次土体的裂隙比表现为淀积层淋溶层过渡层母质层。随着干湿循环次数的增加,裂隙发育,各层次土体崩解性不断增强,淋溶层和淀积层崩解缓慢,而过渡层和母质层能够在极短时间内完全崩解;随着干湿循环次数的增加,土体的抗剪强度不断衰减,淋溶层和淀积层衰减幅度减小,过渡层和母质层衰减幅度增大。     

干湿循环作用下崩岗土体抗拉强度的衰减性分析

针对干湿循环影响下崩岗土体崩壁出现失稳等问题,通过开展室内单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同干湿循环作用下崩岗土体抗拉强度的变化规律。结果表明:崩岗土体的抗拉强度随着干湿循环次数的增加逐渐衰减,最后逐渐趋于稳定,且不同层次土壤的抗拉强度衰减主要集中在前3个干湿循环周期,表土层、红土层、过渡层和砂土层抗拉强度衰减比例分别达到90%,82%,83%,90%,且不同层次土壤的抗拉强度总体表现为过渡层>红土层>表土层>砂土层。并通过考虑崩岗不同层次土体深度和干湿循环次数的共同影响,建立了抗拉强度衰减预估模型,且抗拉强度模型预测值与实测值有较高的相关关系(R^2=0.97),该模型对研究崩岗不同层次土体抗拉强度衰减机制具有指导意义。     

干湿交替条件下花岗岩崩岗区土壤裂隙发育规律

[目的] 土体裂隙可以改变土壤结构,降低土体稳定性,进而加速崩岗发育。深入探究干湿交替条件下花岗岩崩岗区裂隙发育规律,具有重要的现实意义。[方法] 以花岗岩坡面土壤的7个样点为研究对象,分别为坡上红土层(US)、坡中红土层(MS)、坡下红土层(DS)、崩壁红土层(RL)、崩壁过渡层(TL)、崩壁砂土层1(SL1)和崩壁砂土层2(SL2),进行干湿循环试验,结合数字图像处理技术对土体表观裂隙进行定量分析。[结果] (1)花岗岩崩岗区土体R_sc、Na和土体破碎化程度随含水量的降低而增加,7个样点的R_sc、Na、W_a、L_a均随干湿交替次数增加而逐渐降低;(2)集水坡面坡上、坡中红土层及崩壁砂土层裂隙连通度与砂粒呈显著正相关;各样点R_sc与饱和水含量、有机质、阳离子交换量、游离氧化铁呈显著正相关,黏粒/砂粒高的样点R_sc与黏粒/砂粒呈显著正相关。[结果] 花岗岩崩岗区土壤不同土层之间的干缩裂隙发育存在差异,但发育规律基本为发育准备期、快速发育期、发育稳定期3个阶段;花岗岩土壤坡上红土层裂隙主要为干缩裂隙,坡下红土层干缩裂隙较少。     

干湿循环对崩岗不同层次土体无侧限抗压强度的影响

针对发育于花岗岩出露区的崩岗土体易受干湿循环影响导致大量崩壁失稳等问题,通过开展一系列室内无侧限抗压强度试验,研究崩岗不同层次土体在干湿循环作用下无侧限抗压强度的变化规律,并且建立了在崩岗不同层次土体深度比和干湿循环次数共同影响下的无侧限抗压强度模型。结果表明:表土层、红土层、斑纹层、碎屑层在第1次干湿循环后无侧限抗压强度衰减幅度最大,分别为26%,15%,40%和49%;在第2~4次干湿循环后无侧限抗压强度衰减幅度逐渐减小;在第5次干湿循环后无侧限抗压强度基本保持不变;随着干湿循环次数的增加,崩岗不同层次土体无侧限抗压强度总体表现为表土层红土层斑纹层碎屑层;在不同干湿循环次数下,崩岗不同层次土体的应力—应变曲线总体上呈应变软化型且应变为2%时达到峰值,但红土层在3次干湿循环时的应力—应变关系曲线局部波动性较强;无侧限抗压强度模型中预测值与实测值之间具有显著(R2=0.91)的相关关系,该模型在预测干湿循环对通城地区崩岗不同层次土体无侧限抗压强度影响中具有较高的应用价值。     

华南活动崩岗崩壁土体裂隙发育规律试验研究

为了研究崩壁裂隙发育对崩壁稳定性的影响,试验采集了广东德庆崩岗侵蚀区的崩壁不同部位土样,对其进行脱湿作用下的裂隙发育演变规律室内试验研究,试验中采用烘干法模拟脱湿过程,在脱湿过程中,定时定位对土样进行称重、拍照,以记录裂隙发育情况,利用ArcGIS软件对裂隙照片进行矢量化处理,提取裂隙的各种几何要素,进行裂隙度计算来分析裂隙发育情况。结果表明:不同部位土体裂隙发育程度达到相对稳定时的土壤含水量和时间不同,其中崩壁顶部（B₁）土体最先产生裂隙和达到稳定状态,其次是中部（B₂）,最后是下部（B₃）;不同崩壁土体的裂隙面积密度、长度密度和连通性指数都随着含水率的减少而增大,达到最大值之后保持稳定,变化趋势一致。正是由于崩壁土体裂隙的发育程度不一,在到达稳定的时间和含水量的不同,从而导致崩壁土体各部位受力不均,土体强度产生差异,从而最终导致在雨季崩壁失稳而发生崩岗。     

控制厚度条件下崩岗土体的裂隙演化特征

裂隙发育降低土体承载力、抗剪强度、凝聚力等力学特性,促使崩壁崩塌。在控制土体厚度（0.8,1.6,2.2 cm）条件下,对崩岗4层土体进行室内脱湿试验,通过相机定时定点拍照,并结合数字图像处理技术分析崩岗土体的裂隙演化特征。结果表明：（1）脱湿过程中土体变形均先产生核心收缩,后产生裂隙,且4层土中过渡层最早产生核心收缩与裂隙发育现象;（2）4层土之间,裂隙发育程度呈现为过渡层>红土层>表土层>砂土层,过渡层与砂土层的较大差异会破坏土体的稳定性,加速崩壁崩塌;（3）随着土体厚度的增加,裂隙发育现象减弱,核心收缩现象逐渐增强。对于直径为12 cm的崩岗土体,当厚度为2.2 cm时,无裂隙发育,仅产生核心收缩现象。研究结果可为研究崩壁崩塌机理、提高崩岗稳定性提供科学依据。     

控制高径比条件下崩岗土体的收缩开裂特性

崩岗土体的收缩开裂受到多种因素的影响.该研究为研究高径比对其影响,共设计10组高径比,通过定点拍照记录脱湿前与脱湿结束时的土体形态变化,结合数字图像处理技术进行定量分析,探讨在控制高径比条件下崩岗土体的收缩开裂规律.结果表明:1)崩岗4层土中,过渡层的裂隙性、径向收缩性能最强,砂土层最弱,两者之间的较大差异会严重破坏崩...     

崩岗侵蚀区崩壁土体湿化机理及影响因素分析

以广东五华县莲塘岗崩岗崩壁土体为研究对象,结合土体物理特性,采用野外湿化试验测定土体浸水后的完全崩解时间,初步阐明其湿化机理,并分析其影响因素。结果表明:(1)崩壁不同层位土体的成份、结构、粒度等存在差异,使其物理性质受水力作用影响显著,抗冲抗蚀能力从强到弱分别为表土层、红土层、砂土层。(2)崩壁不同层位土体浸水后,水呈非均衡态进入土体孔隙,粒间斥力超过吸力,产生应力集中现象,使土体结构受到破坏,导致崩解现象发生;砂土层崩解速度明显高于表土层和红土层,遇水软化性极强。(3)土体结构的粒度成分及孔隙性影响崩壁土体的崩解性。相比红土层和表土层,砂土层粗颗粒含量较高,湿化崩解时间较短。孔隙发育程度较低的红土层,其湿化崩解所需时间比砂土层长;从红土层到砂土层,随着初始含水率增大,崩解速度不断加快,意味着红土层受到水力侵蚀后,下部砂土层受到的侵蚀将更加严重。一旦水分下渗至砂土层,将导致崩岗侵蚀进一步快速发展。     

崩岗崩积体土壤渗透特性分析

利用环刀法测定2处不同时间崩塌的崩积体不同部位的渗透性能.结果表明:(1)崩壁上的土壤崩塌形成崩积体后,土壤疏松,水分达到稳渗的时间比崩壁上红土层、砂土层的短.(2)崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量的均值均比崩壁上的红土层、砂土层和碎屑层的高;经过压实的BJ1的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量均比BJ2的低;崩积体表层形成结皮,土壤入渗能力降低;崩积体物质组成的不同及堆积、胶结、压实等作用,崩积体不同部位的渗透性能有较大的差异,BJ1的初渗率、稳渗率、平均入渗率、入渗量的变异系数(CV)分别为0.70,0.65,0.60和0.63,BJ2的为0.54,0.51,0.56和0.56,均属于中等变异.(3)最小二乘法拟合结果显示,Kostiakov模型能更好地模拟崩积体土壤的入渗过程.     

砾石含量及粒径对崩岗崩积体渗透特性的影响

为探讨砾石对崩积体渗透性的影响,采用环刀法对不同砾石含量及粒径条件下崩积体入渗特性的变化进行研究。结果表明:(1)0%,10%,20%,30%砾石含量崩积体进入稳渗时间在9~10min之间,40%,50%砾石含量崩积体进入稳定时间在19~20min之间。(2)相同粒径砾石条件下,崩积体的初渗率、稳渗率、平均入渗率及入渗量随砾石含量的增加而增大;含2~3,3~5,5~10mm砾石崩积体的入渗参数在10%,20%,30%砾石含量时变化不大;当砾石含量为40%时,入渗参数随着砾石粒径的增大而减小;当砾石含量为50%时,含3~5mm砾石的崩积体的入渗参数最小。(3)Kostiakov公式拟合更适合模拟崩积体的入渗模型。     

煤矸石改良膨胀土特性及其最佳掺量条件下的孔隙结构表征

为减小膨胀土对土木工程设施及农业生态环境的危害,进行掺加煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。该文以内蒙古兴和县高庙子乡的膨胀土和煤矸石为研究对象,通过无荷膨胀试验、有荷膨胀试验和收缩试验确定煤矸石粉的最佳掺量,对最佳煤矸石粉掺量的膨胀土进行干湿循环试验,利用直剪试验测定每次干湿循环后试件的抗剪强度指标;通过压汞试验测得孔隙特征值,从微观角度揭示强度变化机理。试验结果表明:煤矸石粉掺量为6%时抑制膨胀土的胀缩性效果最佳;干湿循环作用使素膨胀土黏聚力和内摩擦角均有所衰减,掺入煤矸石粉后强度衰减得到控制;随干湿循环次数的增加孔径逐渐向大孔范围聚集,团粒结构增多,使素膨胀土的抗剪强度指标降低;经过5次干湿循环,掺加煤矸石粉土样的大孔孔隙密度比素膨胀土降低约35%,煤矸石有效阻止膨胀土的强度劣化。     

氯盐侵蚀和干湿循环条件下浮石混凝土的耐久性

为了探究干湿循环条件下氯离子对浮石混凝土的侵蚀机制,借助核磁共振测试技术,分析浮石混凝土在干湿循环条件下微观孔隙结构特征,对侵蚀后的浮石混凝土内部微观结构进行X射线衍射物相分析与电镜扫描分析,进而探讨浮石混凝土抗氯离子侵蚀性能。研究结果表明,在氯盐侵蚀作用下,浮石混凝土和普通混凝土的质量损失变化率与相对动弹性模量变化趋势相一致;发现浮石混凝土谱面积是普通混凝土谱面积的1.0～1.7倍;浮石混凝土侵蚀破坏主要为内部发育新的小孔隙和中小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的,普通混凝土侵蚀破坏主要为内部的微小孔隙和小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的;浮石混凝土(0.1～1.0 μm孔隙所占比重较多,普通混凝土(0.01～0.1 μm孔隙所占比重较多;干湿循环120次后浮石混凝土孔隙度增加26.7%,自由流体饱和度减少1.0%,干湿循环120次后普通混凝土孔隙度增加77.8%,束缚流体饱和度减少7.3%;氯盐侵蚀后均生成以Friedel盐为代表的多种腐蚀结晶物。该研究可为浮石混凝土在氯盐环境下农业水利建设提供理论依据。     

干湿循环下云南非饱和红土土—水特性研究

以云南红土为研究对象,以脱湿、吸湿引起的干湿循环作为控制条件,考虑初始干密度(1.20,1.25,1.30g/cm3)、初始含水率(30.0%,33.0%,36.0%)、预固结压力(0,50,100,200kPa)、过筛粒径(0.5,1.0,2.0mm)等影响因素,通过压力板仪法,研究干湿循环下云南非饱和红土的土—水作用特性。结果表明:干湿循环过程中,不同影响因素下红土的基质吸力随含水率的增大而减小,其土—水特征曲线呈直线型或\"倒J\"形,其脱湿变化过程可以分为快速脱湿、缓慢脱湿、稳定脱湿3个阶段,对应的吸湿变化过程也可以分为快速吸湿、缓慢吸湿、稳定吸湿3个阶段。相同基质吸力下,随初始干密度、初始含水率、预固结压力的增大,红土的含水率增大;随粒径的增大,红土的含水率减小。初始干密度、预固结压力、粒径(0.5mm除外)影响下的红土的土—水特征曲线可采用幂函数关系进行拟合,不同初始含水率、粒径0.5mm时的土—水特征曲线可采用线性函数关系进行拟合。红土脱湿过程的含水率高于吸湿过程的含水率,脱湿—吸湿过程中的土—水特征曲线存在滞后现象,其实质在于干湿循环作用下红土具有孔隙效应、瓶颈效应、角度效应的综合结果。     

南方崩岗侵蚀区崩壁龛穴发育特征与稳定性初探

南方花岗岩崩岗侵蚀区崩壁常见形似内凹洞的特殊地貌(龛穴),该地貌的发育可引起崩壁失稳并扩大崩岗侵蚀范围。通过刻画龛穴形态演变过程,研究龛穴发生的物质条件与驱动因素,并结合力矩分析方法构建力学模型评价崩壁及龛穴稳定性。研究表明:龛穴形态演变经历\"雏形—发育—形成\"3个过程,剖面土层异质性是龛穴发育的基础条件,水力与重力作为外部因素共同作用驱动龛穴发育。龛穴稳定性随其高度增加、角度减小而降低。龛穴的发育可能是崩岗溯源侵蚀启动的标志,遏制龛穴形成有利于提高崩壁稳定性,研究结果为崩岗侵蚀治理提供理论依据。     

坡度和雨强对花岗岩崩岗崩积体细沟侵蚀的影响

崩积体是崩岗的重要组成部分,具有土质疏松、粗颗粒含量高、坡度大、易侵蚀的特征。该研究利用人工模拟降雨试验,对不同雨强（1.00,1.33,1.67,2.00,2.33 mm/min）和坡度（20°,25°,30°,35°,40°）下的崩积体细沟发生、发育及形态特征进行分析。研究结果表明:发生细沟的时间随着坡度和雨强的增大而缩短;随着雨强的增大,沟头离坡顶的距离越短,沟宽和沟深增大,但细沟密度差异不明显;随着坡度的增大,垂向作用增加,但横向扩张能力相应地降低,造成坡面侵蚀深度增大,宽深比减小;随着雨强和坡度的增大,侵蚀方式从片蚀为主逐渐转变至细沟侵蚀为主;雨强对细沟侵蚀的影响大于坡度。