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Unstable evolution of railway slope under the rainfall-vibration joint action

Journal of Mountain Science 2024年第4期21卷 1419-1431页

作者： DONG Haoyu WANG Jiading zhang dengfei LI Lin XU Yuanjun State Key Laboratory of Continental Dynamics Department of GeologyNorthwest UniversityXi’an 710069China

Understanding the unstable evolution of railway slopes is the premise for preventing slope failure and ensuring the safe operation of ***,as two major factors affecting the stability of railway slopes,few scholars have explored the unstable evolution of railway slopes under the joint action of *** on the model test of sandy soil slope,the unstable evolution process of slope under locomotive vibration,rainfall,and rainfall-vibration joint action conditions was simulated in this *** comparing and analyzing the variation trends of soil pressure and water content of slope under these conditions,the change laws of pore pressure under the influence of vibration and rainfall were *** main control factors affecting the stability of slope structure under the joint action conditions were further *** with the slope failure phenomena under these three conditions,the causes of slope instability resulting from each leading factor were ***,according to the above conclusions,the unstable evolution of the slope under the rainfall-vibration joint action was *** test results show that the unstable evolution process of sandy soil slope,under the rainfall-vibration joint action,can be divided into:rainfall erosion cracking,vibration promotion penetrating,and slope instability sliding three *** the process of slope unstable evolution,rainfall and vibration play the roles of inducing and promoting slide *** addition,the deep cracks,which are the premise for the formation of the sliding surface,and the violent irregular fluctuation of soil pressure,which reflects the near penetration of the sliding surface,constitute the instability characteristics of the railway slope *** paper reveals the unstable evolution of sandy soil slopes under the joint action of rainfall-vibration,hoping to provide the theoretical basis for the early warning and prevention technology of railway slopes.

关键词： Rainfall vibration joint action Small scale model tests Unstable evolution process Unstable characteristics Inducing sliding and promoting sliding

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Vibration-induced acceleration of infiltration in loess

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Science China Earth Sciences 2021年第4期64卷 611-630页

作者： Jiading WANG Yuanjun XU dengfei zhang Tianfeng GU State Key Laboratory of Continental Dynamics Department of GeologyNorthwest UniversityXi'an 710069China

Coupled effects of railway vibration, rainfall, and drying-wetting cycles contribute to new types of loess disasters such as the collapse and vibration-induced settlement of the railway subgrade, loess mass disintegration, and slope sliding,during the large-scale construction and operation of high-speed or heavy-haul railways in China. This has significant consequences for railways that require millimetre-level deformation control, seriously threatening railway operation and people's lives. Therefore, for the first time, "five vibration-induced effects" on loess subjected to vibration, water immersion, and drywetting cycles are discussed including the vibration-induced acceleration of cracking, infiltration, disintegration, sliding, and subsidence. In this paper, the vibration-induced acceleration of infiltration is discussed mainly. The response of loess to locomotive vibration along railways was determined using field sampling and data processing. The dominant frequency of locomotive vibration are 18-22 Hz and the maximum amplitude is 0.4 mm. Tests regarding the vibration-induced acceleration of the permeability were conducted on intact loess using a newly developed vibration permeability apparatus. The results reveal that the vibration accelerates the water permeability and increases the water saturation of loess. The permeability coefficient of saturated loess under vibration is ~1.5-20 times of that without vibration, reaching a maximum at a vibration frequency of 20 ***-induced infiltration tests were carried out on a loess column and the vibration-induced acceleration of water infiltration, wetting front evolution, and air outflow were analysed. The vibration-induced acceleration of infiltration strongly depends on the dry density, vibration frequency, and vibration amplitude. This pioneering work explores the mechnism of loess disasters triggered by locomotive vibration, rainfall, and drying-wetting cycles.

关键词： Loess disaster Locomotive vibration Five vibration-induced effects Vibration-induced acceleration of infiltration Air escape Loess landslide

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古土壤层间富水对黄土场地湿陷性的影响

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西北大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 72-83页

作者：李琳王家鼎谷琪张登飞焦少通西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069

黄土地层中往往交替分布着多层红色古土壤层,由于其硬度相对较高,遇水不易湿陷,对黄土地层湿陷量的测量结果有很大的影响。然而,对于古土壤对湿陷量的控制作用目前还缺乏相关研究,导致对湿陷地层湿陷量的科学取舍缺乏理论依据。为此该... 详细信息

黄土地层中往往交替分布着多层红色古土壤层,由于其硬度相对较高,遇水不易湿陷,对黄土地层湿陷量的测量结果有很大的影响。然而,对于古土壤对湿陷量的控制作用目前还缺乏相关研究,导致对湿陷地层湿陷量的科学取舍缺乏理论依据。为此该文统计了黄土高原区的浸水试验结果,分析了不同区域湿陷量室内外差异特征,并以西安地区两个试验场地的大型浸水试验为研究对象,进行了不同试验条件下土体中水分的扩散、含水率的变化、土压力变化以及累计湿陷量等测量工作。最终结果表明,古土壤层的存在阻碍湿陷进程,在阻止水分下渗的同时,阻碍深部地层湿陷量传递至地表,使得湿陷量实测值与计算值之间的差异与古土壤层数呈现正相关的趋势。该文将为普遍存在古土壤的黄土地层自重湿陷机理的研究提供参考。

关键词：古土壤浸水试验湿陷性湿陷系数黄土

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冻融循环对原状黄土的持水特性影响

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西北大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 11-17页

作者：张小辉乔斯嘉张登飞王勇华李世雄苏铁志机械工业勘察设计研究院有限公司陕西西安710021 西北大学地质学系/大陆动力学国家重点试验室陕西西安710069 航天规划设计集团有限公司北京100162

冻融作用是引起黄土边坡溜塌和路基沉陷等工程病害不可忽视的重要因素。持水特性作为分析非饱和黄土水力-力学特性的关键物性,有关冻融作用对黄土持水特性的影响有待深入研究。该文以冻融循环后原状黄土为研究对象,研究了冻融循环次数... 详细信息

冻融作用是引起黄土边坡溜塌和路基沉陷等工程病害不可忽视的重要因素。持水特性作为分析非饱和黄土水力-力学特性的关键物性,有关冻融作用对黄土持水特性的影响有待深入研究。该文以冻融循环后原状黄土为研究对象,研究了冻融循环次数和冻融前含水率对持水曲线及其特征参数的影响。研究结果表明,冻融循环对持水曲线的影响呈波动性变化,影响程度受控于循环次数与冻融前初始含水率水平;不同冻融条件下饱和度与吸力比(吸力与进气值之比)关系可以归一;通过建立进气值与构度指标之间的定量联系,构建了可统一考虑冻融循环作用影响的修正持水模型;初步证实了冻融循环条件对原状黄土持水曲线的影响,可以通过土的构度指标变化引起进气值的改变来反映。

关键词：原状黄土冻融循环持水特性

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水泥固化锌污染黄土力学特性试验研究

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西北大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 33-41页

作者：陈汉江崔素丽张登飞李世雄李治嘉辜超颖西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069

聚焦于重金属污染黄土而劣化的实际工程问题,探究水泥固化重金属污染黄土的强度、应力-应变特性,以水泥固化锌离子污染黄土为研究对象,考虑水泥掺量和养护龄期的影响,进行无侧限抗压强度的系列试验,分析其应力-应变曲线、无侧限抗压强... 详细信息

聚焦于重金属污染黄土而劣化的实际工程问题,探究水泥固化重金属污染黄土的强度、应力-应变特性,以水泥固化锌离子污染黄土为研究对象,考虑水泥掺量和养护龄期的影响,进行无侧限抗压强度的系列试验,分析其应力-应变曲线、无侧限抗压强度、破坏应变、变形模量的变化规律,进而构建水泥固化锌离子污染黄土在无侧限条件下的应力-应变本构模型。研究表明,经水泥固化后的锌离子污染黄土应力-应变曲线为强软化型,试样呈脆性破坏,可分为弹性、弹塑性、应力下降、残余稳定4个阶段;随着养护龄期、水泥掺量的增加,无侧限抗压强度增大,破坏应变基本呈现减小趋势;变形模量与无侧限抗压强度呈现非线性关系;构建的考虑养护龄期、水泥掺量影响的应力-应变本构模型,可准确描述水泥固化锌离子污染黄土单轴压力下的变形全过程。

关键词：固化锌污染黄土重金属变形模量无侧限抗压强度应力-应变曲线

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干湿循环作用下黄土厚度对其裂隙发育的影响

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西北大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 1-10页

作者：焦少通王家鼎张登飞戚利荣李帅李琳李珊西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069

黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化... 详细信息

黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境,极易诱发土体裂隙产生,显著弱化土体的结构性和完整性,从而影响工程区域的建设。因此,对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验,记录试样的含水率变化和裂隙发育情况,利用数字图像处理技术,结合分形维数对裂隙网络进行分析。试验结果表明,蒸发路径和含水量的不同导致土体水分蒸发速度不同,土体越厚,水分蒸发速度越慢。界面摩擦力影响土体开裂过程,土体越厚,裂隙发育越慢,裂纹网络复杂性越低。随着干化的进行,界面摩擦力逐渐降低,土体收缩明显,干湿循环效应导致土体颗粒重新组合,加快水分蒸发过程,土体表面会不断劣化。研究结果可为地质灾害防治提供指导。

关键词：干湿循环土体厚度裂隙特征分形维数摩擦力

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等向应力下原状黄土的压缩及增湿变形特性研究

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岩石力学与工程学报 2017年第7期36卷 1736-1747页

作者：陈存礼张登飞张洁张文博西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048 北京理正软件股份有限公司北京100044

用非饱和土三轴剪切渗透仪,在等向应力条件下对原状黄土进行增湿–加载,加载–增湿及加载–增湿–加载3个系列加载增湿路径试验,分析吸力对压缩变形和加载屈服特性的影响,探讨增湿时应力对变形及屈服特性的影响,通过对单线法及双线法的... 详细信息

用非饱和土三轴剪切渗透仪,在等向应力条件下对原状黄土进行增湿–加载,加载–增湿及加载–增湿–加载3个系列加载增湿路径试验,分析吸力对压缩变形和加载屈服特性的影响,探讨增湿时应力对变形及屈服特性的影响,通过对单线法及双线法的试验结果对比,确认原状黄土的增湿体积变形与加载增湿路径有关,加载及增湿屈服线不具有唯一性,进而提出等向应力条件下原状黄土的弹塑性体变模型。研究结果表明:吸力及应力分别对屈服前压缩及增湿变形特性指标几乎没有影响,而对屈服后的指标皆有明显的影响;单线法与双线法确定的增湿体积变形皆随应力的增大而先增大后减小,峰值点处应力与吸力丧失程度及加载增湿路径无关,且近似等于天然状态土样的初始屈服应力;增湿变形与加载增湿路径有关,单线法的值比双线法确定的值小,差值随增湿程度增大而减小,增湿至饱和时2种方法确定的湿陷变形近似相等。对于相同的塑性体应变,吸力减小屈服线位于加载屈服线之下方,二者随塑性体应变的增大而耦合联动扩大。提出的弹塑性体变模型可以较好地预测不同吸力下的压缩变形,比采用唯一加载湿陷屈服线的模型更好地预测不同应力下增湿变形。

关键词：土力学原状黄土加载增湿路径压缩变形增湿变形弹塑性体变模型

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竖向压力作用下重塑黄土土柱压缩湿陷及渗水试验研究

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水利学报 2019年第10期50卷 1214-1221页

作者：张林张登飞陈存礼游子龙孙佩娜西安理工大学岩土工程研究所陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048 西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 上海中建东孚投资发展有限公司上海200120

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测... 详细信息

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测截面土-水特征曲线。研究结果表明:(1)土柱压缩性与湿陷性在试验压力下与常规试验皆有差异;尺寸效应不影响试验黄土结构强度,对其湿陷起始压力影响不大;(2)土柱增湿时浸润峰的前行速率随竖向压力的增大而逐渐减小;增湿过程中土柱在力与水作用下入渗能力变化导致入渗速率曲线有交叉现象,且竖向压力越大入渗速率变化范围越小;(3)竖向压力作用改变了渗水路径,从而影响了监测点体积含水率的变化;(4)竖向压力作用对土-水特征曲线的三个阶段均有影响,压力作用时土柱饱和度皆大于无压力作用,且随着压力增大饱和度逐步增大,当吸力趋于0时,土样未完全饱和。最后利用经典Van Genuchten模型对不同竖向压力下土-水特征曲线进行拟合,模型拟合效果较好。通过试验及分析,为兰州新区建设提供相关参考依据。

关键词：非饱和重塑黄土竖向压力尺寸效应浸润峰土-水特征曲线

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侧限条件下增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性

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岩石力学与工程学报 2016年第3期35卷 604-612页

作者：张登飞陈存礼杨炯王俊甫张文博西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048

用改装的非饱和土直剪仪在无应力及净竖向应力作用下对湿陷性黄土进行分级增湿试验,测量增湿过程中变形及吸力的变化,分析增湿前孔隙比(无应力时)及净竖向应力对增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性的影响,探讨无应力与净竖向应力作用时... 详细信息

用改装的非饱和土直剪仪在无应力及净竖向应力作用下对湿陷性黄土进行分级增湿试验,测量增湿过程中变形及吸力的变化,分析增湿前孔隙比(无应力时)及净竖向应力对增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性的影响,探讨无应力与净竖向应力作用时增湿持水特性之间的关系,提出力水耦合作用下孔隙比与吸力关系的表达式及以饱和度与吸力关系表征的持水特性模型。研究结果表明:力水耦合作用下,孔隙比与归一化吸力关系可用对数函数来描述,可以用孔隙比的变化来反映净竖向应力对持水特性的影响。无应力及净竖向应力作用时,只要孔隙比相同,则饱和度与吸力间关系相同。吸力小于阈值时,增湿前孔隙比和力水耦合作用所致孔隙比的变化对含水率与吸力间关系皆有较大影响;大于阈值时,几乎没有影响,且可用同一幂函数描述,据此提出考虑孔隙比变化的修正V-G模型,该模型可以预测无应力及净竖向应力作用时湿陷性黄土的增湿持水特性,预测结果与试验结果吻合较好。

关键词：土力学湿陷性黄土增湿变形持水特性力水耦合

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考虑竖向附加应力作用的一维垂直土柱仪研制与应用

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水文地质工程地质 2020年第2期47卷 112-119页

作者：张林张登飞陈存礼庞腾腾孙佩娜西安理工大学岩土工程研究所/陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048 西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069

渗透系数是研究实际工程渗水问题的关键参数之一。以往对于非饱和土渗透系数的试验研究中,增湿工况较为单一,极少考虑竖向附加应力的影响。基于此,开发了一套一维垂直土柱试验装置以弥补这一缺陷。该装置主要由试验台架、土柱筒、竖向... 详细信息

渗透系数是研究实际工程渗水问题的关键参数之一。以往对于非饱和土渗透系数的试验研究中,增湿工况较为单一,极少考虑竖向附加应力的影响。基于此,开发了一套一维垂直土柱试验装置以弥补这一缺陷。该装置主要由试验台架、土柱筒、竖向加载装置、供水装置、水分传感器、张力传感器以及数据采集系统等组成,可模拟竖向附加应力作用下降雨、积水入渗、毛细上升工况,可测定增湿过程中水的入渗量与浸润峰时程线、土柱竖向变形以及不同截面的体积含水率与基质吸力的时程曲线,基于瞬态剖面法可获得不同截面处增湿时土的非饱和渗透系数与吸力关系。最后,以兰州Q 3非饱和粉质黄土为例,初步开展了不同竖向附加应力作用下土柱积水入渗试验,分析入渗量、湿润锋、体积含水率、吸力及竖向变形时程线变化规律,获取渗透系数与吸力关系的渗透函数变化规律,通过对比类似试验结果,表明试验结果符合渗水规律,验证了研制土柱仪的有效性,但其可靠性还需进一步研究。本试验装置为不同工况下非饱和土体变形、水分迁移规律及渗透特性研究奠定基础,并获得相应试验参数。

关键词：竖向附加压力降雨土柱非饱和渗透

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