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非饱和膨胀土增湿变形和增湿强度的试验研究

李振  
【摘要】: 膨胀土由于其具有胀缩性、超固结性、裂隙性和强度衰减特性而被土工界誉为世界难题,倍受重视。几十年来吸引了许多科学家和工程技术人员对其开展广泛深入的研究,尽管如此,由于其复杂性,在工程建设中还存在许多亟待解决的问题。本文结合水利部资助的“948”项目,以安康膨胀土为对象开展了非饱和膨胀土增湿变形和增湿强度的试验研究。 首先大量阅读了该领域的研究成果,评价了各成果的主要贡献和不足,清楚地认识到膨胀土的根本性质就是对水的特殊敏感性,提出了本文的研究任务就是通过试验研究增湿引起膨胀土变形和强度的变化规律。 在压缩仪上开展了不同初始干密度、不同初始含水率和不同浸水加压路径的膨胀土浸水变形试验;在大量试验的基础上,分析了初始含水率、初始干密度、变化含水率、加压浸水路径等因素对浸水变形的影响,得到一些膨胀土在侧限条件下浸水变形规律;发现了压力对膨胀变形具有显著地抑制作用;提出了膨胀土减胀率概念。 以满足膨胀土浸水变形试验的目的改装了三轴仪,该仪器在试验中可测定非饱和土的孔隙水压力和变形等;参考黄土增湿变形试验提出了非饱和膨胀土三轴增湿变形试验方法;通过大量的试验总结了膨胀土在水和力共同作用下的一些变形规律。 改装了直接剪切仪,参考黄土增湿剪切试验方法,提出了膨胀土增湿剪切试验方法;讨论了剪应力水平对膨胀土增湿剪切变形的影响;发现膨胀土的增湿强度符合摩尔-库仑定律,膨胀土的剪切强度与浸水路径显著相关,先浸水后剪切(相同含水率试样的直接剪切试验)与先剪切后浸水(增湿剪切试验)所得强度值相差甚远,工程设计中强度参数取值时,对这一问题应给以足够重视。 根据膨胀土侧限压缩浸水变形试验资料和膨胀土三轴增湿变形试验资料,总结了膨胀土在不同应力条件(无荷、侧限压缩和三轴压缩)、不同浸水条件(分级浸水到饱和、一次性浸水到饱和)和不同浸水加压路径(先浸水到饱和再加压、饱和加压后卸压到零、先加压后浸水到饱和、增湿变形)等情况下的变形计算模式;将这些变形计算模式通过试验数据回判分析发现,试验数据与计算模式吻合很好;将计算模式用于宁夏某一渠道地基变形分析,结果基本符合实际,这说明计算模式可用于膨胀土地区变形估算。


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