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膨胀土湿干胀缩裂隙演化及其定量分析

岩土力学 2020年第7期41卷 2313-2323页

作者：骆赵刚汪时机杨振北西南大学工程技术学院重庆400715 长江师范学院土木建筑工程学院重庆408100

膨胀土是一种分布广泛且具有明显胀缩性的裂隙土,其裂纹萌生及裂隙扩展会受到诸多因素的影响。此试验利用基于MATLAB开发的图像处理与裂隙定量分析程序,研究了膨胀土裂隙开展的尺寸和温度效应。制备25个不同初始状态的膨胀土泥浆试样,... 详细信息

膨胀土是一种分布广泛且具有明显胀缩性的裂隙土,其裂纹萌生及裂隙扩展会受到诸多因素的影响。此试验利用基于MATLAB开发的图像处理与裂隙定量分析程序,研究了膨胀土裂隙开展的尺寸和温度效应。制备25个不同初始状态的膨胀土泥浆试样,利用拍照台对其失水收缩过程中试样表面裂隙演化过程以及对应含水率进行记录。运用裂隙定量分析程序,分别对两类效应单独作用、耦合作用下的膨胀土裂隙度Df、长径比C、裂隙平均宽度w、分形维数值等指标进行定量化分析发现:膨胀土裂隙的分形维数值具有较好的稳定性,其指标仅受试样厚度轻微影响,分形维数与含水率ω的关系呈近似对数曲线;在失水收缩过程中膨胀土最终裂隙指标主要受到试样厚度的影响,表面尺寸对裂隙长径比、宽度最终值也有一定影响,温度影响主要体现在促使裂隙更早、更快的发育并稳定,对最终指标影响相对不明显,影响显著性顺序为:厚度>表面尺寸>温度;此外还对膨胀土失水收缩开裂过程机制进行分析,进一步研究膨胀土的裂隙发育以及两类效应对其裂隙扩展的影响规律。

关键词：膨胀土裂隙尺寸效应温度效应定量表征

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土体适用MICP技术的渗透特性条件研究

岩土力学 2019年第8期40卷 2956-2964,2974页

作者：李贤汪时机何丙辉沈泰宇西南大学资源与环境学院重庆400715 西南大学工程技术学院重庆400715

影响土体适用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的主要因素有颗粒的有效粒径、孔隙直径、颗粒级配以及水动力学参数等,实际工程土中复杂的孔隙结构难以通过单一的参数来衡定,而土体的渗透性能够综合反映诸多因素。针对分步、低速工艺下的... 详细信息

影响土体适用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的主要因素有颗粒的有效粒径、孔隙直径、颗粒级配以及水动力学参数等,实际工程土中复杂的孔隙结构难以通过单一的参数来衡定,而土体的渗透性能够综合反映诸多因素。针对分步、低速工艺下的定容量饱和渗透灌浆,提出了在满足土壤颗粒粒径和微生物尺寸相容性的前提下,以渗透系数表征的土体适用MICP技术的条件判断公式;并通过涵盖砂土、粉土、砂质黏性紫色土、膨胀土等9种土(控制粒径d60=0.040~0.913mm,初始孔隙率n0=31.5%~54.9%)的固化试验、渗透试验和强度试验进行了验证。结果表明:结合渗透性折减参数ζ值的选取(无黏性土10^-2,黏性土10^-1),渗透条件Ⅲ可适用于多种土体;渗透条件Ⅰ适用于MICP技术广为应用的砂土。同时得出了灌浆浆液总量和灌浆总时长的计算公式,为MICP固土技术可行性评估和进一步推广应用提供参考。

关键词：渗透系数 MICP 适用性土体基质固化参数

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膨胀土土水特征曲线的覆土压力效应研究

岩石力学与工程学报 2020年第S01期39卷 3067-3075页

作者：王晓琪许冲汪时机李贤西南大学工程技术学院重庆400716

为研究膨胀土的应力状态对其持水特性和变形特征的影响,以南阳膨胀土为对象,模拟不同一维覆土压力(0,40,100,200 kPa)下膨胀土的土体水分特征,提出考虑覆土压力效应的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)模型并探讨... 详细信息

为研究膨胀土的应力状态对其持水特性和变形特征的影响,以南阳膨胀土为对象,模拟不同一维覆土压力(0,40,100,200 kPa)下膨胀土的土体水分特征,提出考虑覆土压力效应的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)模型并探讨方程拟合过程。结果表明:(1)各覆土压力下南阳膨胀土含水率随基质吸力呈规律性变化并表现出"双峰"形态,膨胀土持水量随覆土压力的增大而减少,200 kPa覆土压力下边界效应段II显著延长。(2)土体孔隙比均随覆土压力和基质吸力的增大而减小,覆土压力引起的孔隙比降幅是基质吸力引起的孔隙比降幅的2.12倍,应力作用下孔隙体积变化规律由覆土压力导致的粒间孔隙失水占主导地位。(3)基于分段思想改进双峰Fredlund-Xing方程,对南阳膨胀土实测数据进行曲线拟合,拟合参数a_1和n_1能有效反映不同覆土压力下SWCC1的特征点及特征吸力域的变化规律;对于SWCC2,覆土压力的影响减弱,各参数与覆土压力关系不显著。研究可为定量表征膨胀土的水力–力学耦合效应和双峰SWCC模型的建立提供参考。

关键词：土力学膨胀土双峰土–水特征曲线覆土压力效应固结屈服应力模型

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膨胀土干湿循环胀缩裂隙的定量分析

岩土力学 2018年第S1期39卷 318-324页

作者：胡东旭李贤周超云薛乐刘洪伏汪时机西南大学工程技术学院重庆400715

为研究膨胀土在降雨与蒸发过程中的胀缩裂隙演化规律,对原状膨胀土进行干湿循环的CT扫描试验。利用Matlab软件编写程序对土体CT图进行三维体重建以及裂隙信息的提取,从定性与定量的维度研究土体三维空间裂隙与干湿循环之间的关系。定性... 详细信息

为研究膨胀土在降雨与蒸发过程中的胀缩裂隙演化规律,对原状膨胀土进行干湿循环的CT扫描试验。利用Matlab软件编写程序对土体CT图进行三维体重建以及裂隙信息的提取,从定性与定量的维度研究土体三维空间裂隙与干湿循环之间的关系。定性研究发现,裂隙发育开始于土体内部初始孔洞与微纹裂等薄弱处,并扩展延伸,形成裂隙面、裂隙体,最后形成复杂的三维裂隙网络;随着干湿循环的进行,裂隙面积和体积逐渐增加,最后趋于稳定。定量研究发现,裂隙面积沿试样轴向的分布具有明显的周期性规律,随着干湿循环的进行,周期逐渐减小,振幅A先增加后减小;裂隙开展分为3个阶段,即裂隙酝酿期、裂隙快速发育期和裂隙平稳发展期,而裂隙发育主要发生在裂隙快速发育期。得出了试样径向裂隙面积、轴向高度与累计干缩体变之间的近似关系,以裂隙体积定义了符合Logistic函数变化规律的扰动函数,可以预测裂隙在试样局部的发展及分布情况,为裂隙膨胀土的渗透特性以及整体与局部的应力、应变研究提供参考。

关键词：膨胀土干湿循环裂隙定量分析

考虑局部含水率效应的浅层土体开裂过程与力学机制分析

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岩土力学 2021年第5期42卷 1395-1403页

作者：汪时机骆赵刚李贤文桃西南大学工程技术学院重庆400715 长江师范学院重庆市建筑物全生命周期健康检测与灾害防治工程研究中心重庆408100

裂隙的产生和发育会极大地影响土体的强度、变形和渗透特性,进而引发各种工程灾害。为了进一步探究土体开裂过程和裂隙的发育规律,试验对土体开裂前、开裂初期以及开裂中后期的局部含水率进行测试。结合土体随含水率变化的横向收缩特征... 详细信息

裂隙的产生和发育会极大地影响土体的强度、变形和渗透特性,进而引发各种工程灾害。为了进一步探究土体开裂过程和裂隙的发育规律,试验对土体开裂前、开裂初期以及开裂中后期的局部含水率进行测试。结合土体随含水率变化的横向收缩特征,分析裂隙过程的力学机制,建立适用于浅层土体开裂全过程的定量化计算和判别公式。研究发现:土体在开裂前后的竖向含水率分布随着土体深度的增加而逐渐线性递增,其累计横向收缩率随含水率的下降而逐渐增大;通过浅层土体的表层含水率和土体深度,可以推导出适用于浅层土体的抗拉强度和张拉应力表达式,进而对浅层土体开裂的3个典型阶段进行定量化描述;在裂隙发育的初期,新裂隙的产生会导致土体张拉应力降低,将裂隙总长度、平均宽度、裂隙度等基本指标与张拉应力建立联系,能够清晰地对开裂初期的复杂变化过程进行解释和描述。此外,结合土体的初始缺陷、裂隙边缘的应力集中等特征,对裂隙发育过程进行了深入地分析讨论。

关键词：浅层土体局部含水率裂隙发育受力特征定量分析

微生物固化砂质黏性紫色土的三轴抗剪强度与浸水抗压强度

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农业工程学报 2019年第21期35卷 135-143页

作者：沈泰宇李贤汪时机许冲薛乐西南大学工程技术学院重庆400715 长江师范学院土木建筑工程学院重庆408100

土颗粒间黏结力不足是导致土壤侵蚀流失的重要原因,微生物诱导方解石沉积(microbial induced calcite precipitation,MICP)技术能胶结土颗粒,改善土体力学特性。该文采用巨大芽孢杆菌对砂质黏性紫色土进行固化,通过MICP试管试验、三轴... 详细信息

土颗粒间黏结力不足是导致土壤侵蚀流失的重要原因,微生物诱导方解石沉积(microbial induced calcite precipitation,MICP)技术能胶结土颗粒,改善土体力学特性。该文采用巨大芽孢杆菌对砂质黏性紫色土进行固化,通过MICP试管试验、三轴固结不排水剪切试验和浸水无侧限抗压强度试验,分析了胶结液中氯化钙(CaCl2)和尿素(Urea)浓度对脲酶活性的影响,研究了固化工艺(综合低压灌注和综合柔性浸泡)、固化时间和浸水冲刷时间对土体的抗剪强度、浸水无侧限抗压强度(0~32 h)等性能的影响规律。结果表明,当胶结液浓度为1 mol/L CaCl2与1~2 mol/L Urea混合时,巨大芽孢杆菌脲酶活性良好且能沉积大量碳酸钙。试样经低压灌注固化后,碳酸钙生成量和三轴抗剪强度随固化天数增加而提高,增幅越来越小,逐渐变小的渗透性导致存在固化峰值强度,其中固化9 d后试样的黏聚力和内摩擦角分别提高203.9%、21.5%(81 kPa、31.59°)。微生物固化能提高土体抗侵蚀能力,低压灌注固化7d的试样在浸水冲刷32h后,与天然试样相比其崩解率降低5.1个百分点、无侧限抗压强度提高223.7%、浸水强度损失率减小36.5个百分点。柔性浸泡方法因浆液难以渗入土体内部,固化效果明显弱于低压灌注方法。

关键词：抗剪强度侵蚀微生物诱导方解石沉积土体固化巨大芽孢杆菌三轴剪切试验无侧限抗压强度试验

膨胀土在湿干循环和三轴浸水过程中细观结构变化的试验研究

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岩土工程学报 2010年第1期32卷 68-76页

作者：姚志华陈正汉朱元青汪时机后勤工程学院军事建筑工程系重庆401311 广州军区工程科研设计所广东广州510515 西南大学工程技术学院重庆400716

为研究膨胀土裂隙的产生及闭合规律,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的3次湿干循环试验;再对湿干循环后的裂隙膨胀土进行了控制围压和偏应力为常数的CT–三轴浸水试验。研究结果表明:无约束条件下的膨胀土试样增湿和干燥都能引发裂隙的... 详细信息

为研究膨胀土裂隙的产生及闭合规律,对重塑膨胀土进行了无约束条件下的3次湿干循环试验;再对湿干循环后的裂隙膨胀土进行了控制围压和偏应力为常数的CT–三轴浸水试验。研究结果表明:无约束条件下的膨胀土试样增湿和干燥都能引发裂隙的产生和闭合;在三轴浸水试验中,裂隙均趋于闭合,而闭合程度与应力状态有关;浸水过程中,试样体积变化可分为3个阶段,体积首先减小,接着因湿胀作用逐渐增大,尔后又因膨胀力释放和模量降低而减小;定义了结构修复参数,提出了三轴浸水过程中的土样结构修复演化方程。

关键词：重塑膨胀土湿干循环 CT-三轴浸水试验结构修复演化方程

微生物沉积碳酸钙固化砂质黏性紫色土试验研究

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岩土力学 2019年第8期40卷 3115-3124页

作者：沈泰宇汪时机薛乐李贤何丙辉西南大学工程技术学院重庆400715 西南大学资源环境学院重庆400715

重庆紫色土是一种砂质黏性土,地区降雨集中,水力冲蚀作用剧烈,极易产生水土流失,微生物诱导方解石沉积(MICP)技术因能耗低、污染小而广泛应用于土体加固中。通过正交试验优化了巨大芽孢杆菌(BNCC 336739)的培养基和培养条件,活菌数增长1... 详细信息

重庆紫色土是一种砂质黏性土,地区降雨集中,水力冲蚀作用剧烈,极易产生水土流失,微生物诱导方解石沉积(MICP)技术因能耗低、污染小而广泛应用于土体加固中。通过正交试验优化了巨大芽孢杆菌(BNCC 336739)的培养基和培养条件,活菌数增长126%,活性良好。采用巨大芽孢杆菌,进行低水压(9.8kPa)灌注固化砂质黏性紫色土试验,探究了固化效果的变化规律。结果表明:随固化次数增加,碳酸钙生成量和干密度逐级增加,无侧限抗压强度与碳酸钙生成量正相关;碳酸钙有效沉积越来越少,强度提高趋于稳定,固化9次后强度提高77%;随孔隙被碳酸钙填充和上下碳酸钙硬壳的形成,渗透性不断降低,最终下降两个数量级;通过试样上、中、下三部分碳酸钙生成量C的样本标准差s来反映碳酸钙分布离散程度,发现割线弹性模量在s的影响下随C增加而波动上升,波动表现为在C相近或s相差很大时,s越小割线弹性模量越大。研究成果可以为MICP技术在紫色土地区的地基、边坡加固和水土流失防护等工程应用提供科学依据和参考。

关键词：微生物诱导方解石沉积巨大芽孢杆菌固化无侧限抗压强度渗透性

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非饱和砂质黏性紫色土固结特性研究

岩土工程学报 2022年第S1期44卷 121-125页

作者：夏浩城汪时机李贤杨寻西南大学工程技术学院

土体变形和地基沉降一直是土力学研究的热点问题之一，干密度和基质吸力是非饱和土体压缩变形的两个重要影响因素。为研究广泛分布于西南三峡库区非饱和砂质黏性紫色土的压缩特性。利用GDS非饱和土高级固结试验系统，对非饱和砂质黏性... 详细信息

土体变形和地基沉降一直是土力学研究的热点问题之一，干密度和基质吸力是非饱和土体压缩变形的两个重要影响因素。为研究广泛分布于西南三峡库区非饱和砂质黏性紫色土的压缩特性。利用GDS非饱和土高级固结试验系统，对非饱和砂质黏性紫色土进行一维侧限压缩试验，研究初始条件改变对紫色土的压缩特性的影响和规律，并提出相关模型。研究结果表明：(1)e–lgp曲线可以分解为两部分，两段变化情况的不同，干密度的增加会抑制土体压缩；(2)不同干密度的e–lgp曲线会在随着净竖向压力的增加中，孔隙比会在某一区域集中；(3)提出吸力压缩系数Qsi，建立与吸力和沉降量间的模型，并对地基沉降量进行预估；(4)从影响机制分析，吸力及密度的增加，都以不同方式，不同程度上缩小土颗粒间孔隙空间。进而影响土体压缩。研究结果可以为紫色土地区建筑，道路的地基设计和地基处理提供一定的参考价值。

关键词：压缩特性干密度基质吸力紫色土