壓實(shí)紅黏土增(減)濕變形特性研究.pdf

1、　　紅黏土具有失水開裂、遇水泥化的典型水敏性特征，而紅黏土所在地一般雨量充沛、四季分明。因此，修筑在地表淺層的紅黏土路基不可避免地會(huì)與大氣和地下水發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使得路基土體處于反復(fù)的增(減)濕循環(huán)過程中，從而引起路基運(yùn)營(yíng)階段性能弱化，導(dǎo)致沉降、開裂、滑塌等工程災(zāi)害。然而，目前關(guān)于紅黏土增(減)濕變形的研究尚不多見，對(duì)水分對(duì)其微觀孔隙的影響機(jī)制研究更是少之又少。所以，開展壓實(shí)紅黏土增(減)濕變形特性研究無疑具有重要的理論價(jià)值和工程意

2、義。論文以洞新高速公路某標(biāo)段填料取土場(chǎng)的紅黏土為研究對(duì)象，通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了不同初始狀態(tài)下壓實(shí)紅黏土的失水收縮變形特征、側(cè)限膨脹變形特征和三軸濕化變形特征，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　1)研究了洞新紅黏土的基本特性，揭示了紅黏土壓實(shí)特性與工程特征的相關(guān)性，分析了各工程特征指標(biāo)隨壓實(shí)度的變化規(guī)律，并針對(duì)性的給出了某些工程病害的防治建議。
　　2)開展了自然風(fēng)干條件下不同壓實(shí)度紅黏土的收縮試驗(yàn)，證明了壓實(shí)后紅黏土依然發(fā)

3、生強(qiáng)烈的收縮，且其收縮過程不同于一般黏性土，可分為結(jié)構(gòu)收縮、比例收縮、殘余收縮和零收縮四個(gè)階段。然后利用壓汞法測(cè)得不同脫濕狀態(tài)下壓實(shí)紅黏土的孔隙分布特征，揭示了失水收縮過程中孔隙發(fā)生演變的過程。結(jié)果表明，失水過程的前階段(偏濕時(shí))大孔隙優(yōu)先收縮，達(dá)到殘余階段后小孔隙發(fā)生收縮。
　　3)開展了側(cè)限條件下不同初始狀態(tài)壓實(shí)紅黏土的無荷膨脹率試驗(yàn)，得出壓實(shí)紅黏土的無荷膨脹大致可分為加速膨脹、緩慢膨脹和膨脹穩(wěn)定三個(gè)階段，且紅黏土的最大膨

4、脹率與初始干密度和初始含水率都基本呈線性關(guān)系，初始干密度越大，初始含水率越小，其膨脹率越大，但干密度對(duì)其影響不如初始含水率對(duì)其影響顯著。
　　4)提出了限制膨脹法測(cè)試膨脹應(yīng)力的新方法，開展了側(cè)限條件下不同初始狀態(tài)壓實(shí)紅黏土的膨脹力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同初始狀態(tài)下，限制膨脹法所測(cè)的膨脹應(yīng)力都小于膨脹反壓法所測(cè)的值，說明黏土晶間和粒間吸水自由膨脹后發(fā)生了―不可逆‖的膨脹變形。而對(duì)壓實(shí)紅黏土進(jìn)行孔徑測(cè)試分析可知，相同干密度試樣，制樣含水量

5、對(duì)壓實(shí)土體的孔隙分布影響顯著，試樣吸水后限制其膨脹與允許其自由膨脹對(duì)中孔影響很大，在限制土體吸水膨脹條件下，土體呈現(xiàn)大孔孔徑變小和中、微孔孔徑變大的演化過程。
　　5)對(duì)于滲透系數(shù)較低的黏性土，提出了砂芯試樣加快吸力平衡的新方法，研制了相配備的制樣裝置，并從試驗(yàn)和數(shù)值兩個(gè)角度對(duì)于加快吸力平衡時(shí)間的效果和對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變的影響程度兩個(gè)方面展開了研究。事實(shí)證明砂芯試樣可將其吸力平衡時(shí)間縮短3~5倍，而2%的置換砂率是砂芯試樣的最優(yōu)置換

6、砂率。
　　6)利用改進(jìn)的三軸儀，開展了三軸應(yīng)力狀態(tài)下不同初始狀態(tài)壓實(shí)紅黏土的濕化變形試驗(yàn)，根據(jù)其應(yīng)變?cè)隽侩S含水率增量的變化規(guī)律，可以將濕化變形過程分為啟動(dòng)階段、加速階段和穩(wěn)定階段三個(gè)階段。在相同的應(yīng)力狀態(tài)下，初始干密度和初始含水率都對(duì)最終濕化變形量影響顯著，初始干密度越小，初始含水率越低，濕化變形量越大。而且在整個(gè)濕化過程中，含水率與濕化變形基本同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　7)按照非飽和土力學(xué)的觀點(diǎn)，濕化試驗(yàn)屬于基質(zhì)吸

7、力減小引起的剪切試驗(yàn)。參照鄧肯-張(Duncan-Chang)模型，提出了描述喪失的基質(zhì)吸力與濕化變形之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到了相關(guān)參數(shù)值。
　　論文的創(chuàng)新點(diǎn)：①從微觀孔隙角度揭示了吸水膨脹、失水收縮誘發(fā)土體變形的機(jī)制；②提出了限制膨脹法測(cè)試膨脹應(yīng)力的新方法，該方法具有更加符合膨脹應(yīng)力的定義、節(jié)省時(shí)間和空間以及實(shí)用性更加廣泛三個(gè)優(yōu)勢(shì)；③提出了砂芯試樣加快細(xì)粒土吸力平衡的新方法，該方法把傳統(tǒng)的軸向排水改成徑向