膨胀土胀缩性评价中有关问题的研究

膨胀土吸水膨胀、失水收缩，产生地表变形，进而导致建筑物破坏。本文就现行膨胀土胀缩性指标试验及地基变形量评价计算中有关问题进行了研究，认为以天然含水量为起始含水量测定土样胀缩率是不合适的，建议以缩限为起点进行膨胀试验，以胀限为起点进行收缩试验，采用加荷膨胀量（而非卸荷膨胀量）参加有荷载下的膨胀率计算。膨胀土地基勘察必须结合场地条件分析可能影响土体含水量变化的因素，对同一工程采用几种方法评价，互相对比、参照。     

土剪胀性的应力路径相关规律及其模拟

建立能够反映土的变形和强度特性应力路径依存性的本构模型, 首先需要解决土剪胀规律的应力路径依存性问题. 对黏土和砂土剪胀性的应力路径依存性做了系统的分析和比较,模型预测与试验结果的比较表明: 剑桥模型和统一硬化模型在描述土的这一特性方面都有一定缺陷; 采用部分塑性体应变与塑性剪应变耦合的思路建立的渐近状态模型能够较好地反映土剪胀性的应力路径依存性.      

钢筋混凝土结构锈胀开裂宽度的试验研究及预测模型

设计了45片钢筋混凝土(RC)构件,基于RC构件通电加速锈蚀,对该批构件进行腐蚀试验研究,测试了锈胀裂缝宽度及其位置和发生时间。以钢筋锈蚀率、保护层锈胀开裂、锈胀裂缝宽度、相对保护层厚度和混凝土强度为分析参数,结合测试数据,利用加速腐蚀和自然腐蚀的对应关系,通过数理统计回归分析建立了锈胀开裂宽度的预测模型。分析了各参数对锈胀开裂扩展的影响。该模型对RC结构耐久性设计提供一定的参考。使用本文建立的模型以及规范模型对文献试验数据和一座服役近40年的实桥构件的锈蚀率和锈胀裂缝宽度进行了预测,计算结果表明本文模型有较强的适用性,能够用于实桥锈胀损伤分析。     

剪胀性饱和砂土弹塑性模型

在修正剑桥模型基础上,本文建立的剪胀性饱和砂土弹塑性模型使用相变状态参数描述剪胀性饱和砂土剪胀特性,克服了修正剑桥模型不能直接模拟剪胀砂土力学行为这一局限性。该模型有两方面的改进:一方面,模型将剪胀应力比Md引入剪胀方程;另一方面,模型在塑性功基础上提出用与应力路径无关的硬化参数来替代修正剑桥模型中的塑性体积应变增量。通过试验验证及与修正剑桥模型计算结果对比,结果表明,该模型较适合模拟剪胀性饱和砂土的力学性能,同时也能较好地体现较密实砂土的硬化及软化现象。模型共8个参数,用常规三轴试验就可获取。     

荆门热电厂厂区膨胀土等级的可拓评价研究

运用可拓学的基本理论,建立了膨胀土可拓评价模型。以此模型为基础,对荆门热电厂的膨胀土进行了可拓综合评价,并将判别结果与分级膨胀量评价法的判别结果进行了对比,其结果是一致的,说明该方法是可行的。     

土体的本构模型和超重力物理模拟

数值模拟和物理模拟是分析土体沉降和稳定性的主要手段. 本构模型作为描述土体应力应变关系的数学表达式, 是数值模拟的基础. 土体具有碎散性, 这一基本物理特性导致了其具有压硬性、摩擦性和剪胀性, 这是土的力学特性区别于金属的主要特征, 在土体的本构模型中必须反映这3个基本特性. 传统土力学将土体的变形和强度分离考虑, 分别采用弹性理论和基于刚塑性模型的极限平衡理论分析, 虽然应用广泛, 但由于不能全面地反映土的基本力学特性, 计算结果的精度常常难以满足定量分析的需要. 剑桥模型作为第一个全面反映压硬性、摩擦性和剪胀性的弹塑性本构模型, 实现了变形和强度的统一, 能较好地描述饱和正常固结黏土的应力应变关系, 被视为是现代土力学的开端; 统一硬化模型通过引入一个独特的硬化参数进一步发展了剑桥模型, 将适用范围扩大到超固结黏土. 作者认为, 未来岩土体本构模型研究的挑战是: 如何考虑岩土体在受力过程中土骨架相变与多场耦合, 以解决目前本构模型尚无法定量分析的能源、交通、环境和水利相关的重大岩土工程问题. 超重力物理模拟具有缩尺效应和缩时效应, 克服了常重力物理模拟中模型的应力水平低于原型的缺点, 特别适用于大尺度、长历时问题的模拟. 相较数值模拟, 超重力物理模拟的优势在于能够检验本构模型的合理性, 揭示本构模型无法描述的未知特性. 最后, 介绍了采用数值模拟和物理模拟联合分析大直径钢管桩水平受荷特性的工程案例.      

CONSTITUTIVE MODELS AND HYPERGRAVITY PHYSICAL SIMULATION OF SOILS$^{\bf 1)}$

数值模拟和物理模拟是分析土体沉降和稳定性的主要手段. 本构模型作为描述土体应力应变关系的数学表达式, 是数值模拟的基础. 土体具有碎散性, 这一基本物理特性导致了其具有压硬性、摩擦性和剪胀性, 这是土的力学特性区别于金属的主要特征, 在土体的本构模型中必须反映这3个基本特性. 传统土力学将土体的变形和强度分离考虑, 分别采用弹性理论和基于刚塑性模型的极限平衡理论分析, 虽然应用广泛, 但由于不能全面地反映土的基本力学特性, 计算结果的精度常常难以满足定量分析的需要. 剑桥模型作为第一个全面反映压硬性、摩擦性和剪胀性的弹塑性本构模型, 实现了变形和强度的统一, 能较好地描述饱和正常固结黏土的应力应变关系, 被视为是现代土力学的开端; 统一硬化模型通过引入一个独特的硬化参数进一步发展了剑桥模型, 将适用范围扩大到超固结黏土. 作者认为, 未来岩土体本构模型研究的挑战是: 如何考虑岩土体在受力过程中土骨架相变与多场耦合, 以解决目前本构模型尚无法定量分析的能源、交通、环境和水利相关的重大岩土工程问题. 超重力物理模拟具有缩尺效应和缩时效应, 克服了常重力物理模拟中模型的应力水平低于原型的缺点, 特别适用于大尺度、长历时问题的模拟. 相较数值模拟, 超重力物理模拟的优势在于能够检验本构模型的合理性, 揭示本构模型无法描述的未知特性. 最后, 介绍了采用数值模拟和物理模拟联合分析大直径钢管桩水平受荷特性的工程案例.     

基于三维弹性理论的约束阻尼结构振动阻尼特性分析

本文根据三维弹性理论建立了多层弹性－粘弹性阻尼复合板自由振动的运动方程．该方程所根据的力学模型包括了影响阻尼复合板振动的几乎全部变形因素，包括弹性层和粘弹性层的平面剪切、横向剪切、纵向拉伸以及粘弹性层在厚度方向的胀缩变形。用该方程对工程声学问题所关注的中高频域结构损耗因子进行了数值计算。此外，对“附加型”和“成品型”两种结构型式约束阻尼板损耗因子的差异，尤其是阻尼层的厚度方向胀缩变形耗能对结构损耗因子的影响，进行了计算讨论。     

苏州阳澄湖地区淤泥质粘土工程地质特性探讨

苏州阳澄湖周围的沼积湖积平原存在一种性质较为特殊的淤泥质粘土,其亲水性粘土矿物含量和液塑限指标均较高,但在天然状态下虽具一定的胀缩性却未达到膨胀土的标准,可是经过扰动压实后,随着干密度的增大和含水量的减少却表现出较强的胀缩性,即转变为“人工膨胀土”[1]。本文通过苏州阳澄湖东北方向某一级公路附近3个取土场土样的试验分析,探讨了此地区这种淤泥质粘土的特殊性,为以后的工程施工提供了科学依据。     

风干含水量W65用作膨胀土判别分类指标的可行性研究

本文针对膨胀土的判别分类指标存在的一些问题,提出一种新指标--风干含水量W65.文中详细研究了它的测试方法,它与膨胀土的物理化学活性,物性指标及自由膨胀率δef等的关系。结果表明,W65能很好反映膨胀土的矿物组成或物理化学活性特征,而δef或WL则更能反映土的粒度组成或分散性特征。最后,在继承δef的判别分类成果基础上,考虑到塑性图的优点,建议采用W65-WL判别分类图。该图能区分膨胀土与典型红粘土,较单一指标判分膨胀土更合理适用。     

STRUCTURAL DAMAGE MODEL OF UNSATURATED EXPANSIVE SOIL AND ITS APPLICATION IN MULTI-FIELD COUPLE ANALYSIS ON EXPANSIVE SOIL SLOPE

Focused on the sensitivity to climate change and the special mechanical characteristics of undisturbed expansive soil, an elastc-plastic damage constitutive model was proposed based on the mechanics of unsaturated soil and the mechanics of damage. Undisturbed expansive soil was considered as a compound of non-damaged part and damaged part. The behavior of the non-damaged part was described using non-linear constitutive model of unsaturated soil. The property of the damaged part was described using a damage evolution equation and two yield surfaces, i.e., loading yield (LY) and shear yield (SY). Furthermore, a consolidation model for unsaturated undisturbed expansive soil was established and a FEM program named UESEPDC was designed. Numerical analysis on solid-liquid-gas tri-phases and multi-field couple problem was conducted for four stages and fields of stress, displacement, pore water pressure, pore air pressure, water content, suction, and the damage region as well as plastic region in an expansive soil slope were obtained.     

攀枝花地区冰期膨胀土的工程特性研究

攀枝花地区冰期膨胀土生成于二冰期晚期中更新统冰期,通过室内和现场物理力学试验和分析,揭示攀枝花地区冰期膨胀土的物理力学性质具有很大的离散性,其性质受土体的矿物成分、含水率、裂隙面、埋藏深度、级配、试验条件等因素、条件的影响。试验研究表明:膨胀土中的裂隙面按光滑程度不相同,可分为两种类型,即光滑裂隙面和光滑擦痕裂隙面; 粗粒矿物对胀缩性影响不大,而细粒矿物对胀缩性影响较大; 裸露或近地表,土层风化剧烈,裂隙较发育,膨胀力度就稍大; 同一地区的膨胀土,蒙脱石含量愈高,自由膨胀率愈大,其膨胀等级就愈高; 不同场地内的膨胀土其物理力学性质指标存在一些差异,但差异性较小; 攀枝花冰期膨胀土层的黏粒含量并不大; 不同场地内的膨胀土抗剪强度值变化较大,同一场地内的膨胀土抗剪强度值有起伏; 攀枝花冰期膨胀土多数呈硬塑-坚硬状,自然状态下其抗压变形能力较好,在浸水饱和状态下,膨胀土的承载力几乎成倍数下降。     

基于吸力量测确定膨胀土活动带和裂隙深度

采用M itchell公式和裂隙扩展深度方程两种吸力法确定安康地区膨胀土大气影响深度和裂隙开展深度。其一通过对安康地区两处天然边坡开挖观测井,利用张力计进行不同深度处吸力值的现场量测,根据M itchell提出公式计算大气影响深度;其二根据非饱和土抗拉强度公式,建立膨胀土裂隙扩展深度方程,利用基质吸力量测结果求其理论解。结果表明,安康地区膨胀土吸力变化曲线随深度增加变幅减小,呈“波浪式”推移。M itchell公式确定安康地区膨胀土的大气影响深度为3.35m以内,裂隙深度方程确定裂隙开展深度为3.06³.14m。利用M itchell公式计算大气影响深度与膨胀土断裂理论公式确定的裂隙开展深度结果接近。     

膨胀土的现场抗剪试验研究

由于膨胀土的裂隙性和超固结特性,膨胀土的抗剪强度不仅是膨胀土地区边坡设计的重要依据,而且一直是膨胀土边坡研究领域的重要课题。本文以南阳膨胀土为例,对膨胀土现场抗剪试验的试样制备及试验方法进行探讨,通过对该地区典型滑坡反算证明,文中的现场抗剪试验方法及抗剪强度的计算公式是合理的。     

膨胀土路堤的化学改性试验研究

膨胀土是一种具有特殊工程性质的土,它对土木工程有着巨大的影响和危害。本文针对公路膨胀土路堤填料改良提出的PAS化学改性剂包边处理新方法,对其改性原理及其特殊的施工工艺做了详细介绍,并通过多项试验研究了改良前后膨胀土胀缩性、强度特性等方面的变化。研究表明,PAS生态改性处理膨胀土是一种有效的方法,经处理后的膨胀土胀缩性显著降低,强度和水稳定性得到大幅提高。且PAS不会改变原土壤植被育培能力,改性边坡可以结合植物固坡的方法进行生态防护。PAS改性处理与远距离运土路基填料置换相比,具有很大经济优势,特别是在高塑性膨胀土大量分布的地区,PAS改性剂处理膨胀土路基具有很好的推广价值。     

变权靶心贴近度在岩爆烈度预测中的应用

针对岩爆烈度预测的不确定性和影响岩爆发生的各单个指标间互不相容的问题,将变权理论和靶心贴近度相结合,进行岩爆烈度预测。首先,该方法在考虑评判者偏好度的基础上,引入了一种均衡函数,给出了一种变权模式,用来计算各个指标的权重;然后,该方法构造了一种区间关联函数,将单指标关联函数的最大值作为靶心坐标,根据样本与靶心的贴近度来预测岩爆烈度,即靶心贴近度值越大,则岩爆烈度越接近该贴近度所对应的岩爆烈度等级;最后,将该方法应用于灵宝东峪矿区、冬瓜山铜矿和秦岭隧道岩爆预测等实例中,结果表明:该方法不仅可以准确、合理地预测岩爆烈度,而且相比其他方法,该方法不需要任何先验知识,使用起来更直接、更方便。     

开采沉陷土体变形与孔隙水压相互作用研究进展

本文通过实验、实测和理论分析研究了开采沉陷土体变形与孔隙水压力之间的相互作用,结果表明,随着开采的进行,土体的应力变形发生变化造成了超静孔隙水压力的产生和消散,反映在土体变形上出现随开采时间延续而发展的附加压缩和膨胀变形,这种压缩或膨胀在土体的不同部位相互叠加,有时还叠加了底部含水层水位下降引起的地面下沉。这些结果揭示了厚松散含水层地区开采沉陷特殊性的机理,对开采沉陷预测及水体下采煤具有重要意义。     

THE VARIATIONS OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF REMODELING AND UNDISTURBED EXPANSIVE ROCKS OF DIFFERENT PARTICLE SIZES 1)

以南宁盆地膨胀岩为研究对象,通过室内试验测定原状样与不同颗粒粒径重塑样的膨胀力、抗剪强度及热特性,研究其性质差异。结果表明：重塑后不同粒径范围膨胀岩土样的无荷膨胀率较原状样明显升高,而主应力差峰值、抗剪强度和热物理指标较原状样均有降低。因此,应选择合适粒径范围的土颗粒重塑代替原状样进行室内试验：无荷膨胀率和膨胀力试验应选择粒径范围1 mm≤d<2 mm的土颗粒;三轴试验和热物理指标测试应尽量选择粒径较小的土颗粒。     

皖中膨胀土的承载比(CBR)强度特性研究

针对皖中地区高速公路建设中遇到的膨胀土问题,选取合六叶高速公路典型土样开展了系统的承载比（CBR）特性试验研究,并在此基础上探讨了膨胀土作为路基填料的适用性。研究表明:（1）起始含水量对膨胀土CBR值影响显著,CBR最大值对应的含水量高于最佳含水量,且击实功越大,二者差值也越大;（2）CBR膨胀量随起始含水量增大而减小,起始含水量越低,CBR膨胀量就越大,路基的水稳性就越差;（3）当击实功较大时,膨胀土的最佳含水量较小,适合填筑的可变含水量范围较宽,建议现场施工控制采用重型击实标准;（4）在重型击实条件下,将弱膨胀土起始含水量控制在比最优含水量大2%⁴%范围内,能同时满足压实度和CBR值要求以用于填筑下路堤,中膨胀土作为路基填料时必须经过改性处理。研究结果对于在膨胀土地区进行公路建设具有参考意义。     

我国东北边境珲春境内膨胀土

我国东北边境挥春境内膨胀土，主要分布在珲春、凉水、庆荣三个盆地边缘，河流二、三级阶地上。膨胀土下部为第三系砾岩、砂岩和页岩等、在珲春境内发现膨胀土，不但扩大了我国膨胀土的分布区域，而且将对于今后膨胀土的理论研究和边境地区的基本建设具有重要意义。