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红层泥岩填料的力学特性及本构模型研究

地震工程学报 2024年第1期46卷 1-9页

作者：余云燕崔文豪罗崇亮杜乾中李盛兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

在红层泥岩地区进行道路工程施工时,考虑到材料短缺和成本问题,常常采用就地取材的方式作为路基填料。为了研究红层泥岩填料的适用性,选取甘肃省永登县某工点的风化红层泥岩填料为研究对象,在室内开展一系列三轴CU剪切试验,探究含水率... 详细信息

在红层泥岩地区进行道路工程施工时,考虑到材料短缺和成本问题,常常采用就地取材的方式作为路基填料。为了研究红层泥岩填料的适用性,选取甘肃省永登县某工点的风化红层泥岩填料为研究对象,在室内开展一系列三轴CU剪切试验,探究含水率、围压和压实度对应力-应变曲线、峰值(残余)强度、抗剪强度指标的影响,并对不同类型的应力-应变曲线,分别采用相应的模型进行拟合。研究结果表明:含水率、围压和压实度对其物理力学特性具有显著影响;对符合应变软化型规律的曲线,采用沈珠江的双曲线模型拟合的规律一般;对符合应变硬化型规律的曲线,采用Duncan-Chang模型拟合的规律较好。研究结果可以为甘肃省红层泥岩路基的病害处治与维修提供参考依据。

关键词：道路工程红层泥岩填料三轴CU剪切试验沈珠江推广双曲线模型 Duncan-Chang模型

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含水率对红层泥岩填料动力特性影响试验研究

岩土力学 2024年第12期45卷 3705-3716页

作者：陈康刘先峰蒋关鲁袁胜洋马杰陈忆涵西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 加拿大皇家军事学院土木工程学院加拿大金士顿新疆工程学院土木工程学院新疆乌鲁木齐830023

红层泥岩填料水敏性高,路基状态受含水率影响显著。为研究含水率对红层泥岩填料动力特性的影响,开展了41组动三轴试验,5组压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验和3组扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验,结果表明:... 详细信息

红层泥岩填料水敏性高,路基状态受含水率影响显著。为研究含水率对红层泥岩填料动力特性的影响,开展了41组动三轴试验,5组压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验和3组扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验,结果表明:填料等效模量和阻尼比具有应变振幅相关性,可用Hardin-Drnevich双曲线模型表述。随动应力增大,填料累积变形由稳定型向破坏型过渡。含水率影响填料累积变形响应和临界动应力,相同应力水平下干侧填料累积变形明显低于湿侧填料,达到变形限值的振次高于湿侧填料。干侧填料临界动应力大于湿侧,临界动应力随初始吸力增加而增加,可用VG模型表述。从微观结构看,含水率增加将导致填料微观孔隙结构由单峰形态向双峰形态转变,填料组构由密实稳定逐渐向无序松散转变,最终在宏观上表现为干侧填料动力特性优于湿侧填料。填料临界动应力与静强度比值为65%~75%,采用静强度作设计指标将高估路基承载力。推荐采用5.0%~7.0%含水率填料填筑红层泥岩路基。

关键词：红层泥岩填料含水率累积变形临界动应力微观结构

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红层泥岩填料物理力学特性的试验研究

路基工程 2006年第5期 86-88页

作者：王智猛蒋关鲁魏永幸西南交通大学土木工程学院四川成都610031 铁道第二勘察设计院地质路基处

通过对红层泥岩填料浸水前后的物理、力学特性的试验研究,表明红层泥岩散体填料在最优含水量附近可得到较大的密实度,在不浸水条件下满足高速铁路基床以下路堤对填料的强度和变形要求;浸水后有一定的膨胀性,其膨胀率远低于弱膨胀土的膨... 详细信息

通过对红层泥岩填料浸水前后的物理、力学特性的试验研究,表明红层泥岩散体填料在最优含水量附近可得到较大的密实度,在不浸水条件下满足高速铁路基床以下路堤对填料的强度和变形要求;浸水后有一定的膨胀性,其膨胀率远低于弱膨胀土的膨胀率;压实填料具有较大的软化性,工程设计时应考虑相应的防护措施。

关键词：红层泥岩填料路基击实试验三轴试验膨胀率试验 CBR试验

基于响应面法优化EICP溶液配比固化红层泥岩填料试验研究

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岩土工程学报 2024年

作者：余云燕郭秋月崔文豪丁小刚杜乾中祁国斌兰州交通大学土木工程学院

为探究脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术固化红层泥岩填料的效果和作用机理，从大豆中提取脲酶，采用响应面法构建模型对EICP溶液配比进行优化研究；通过无侧限抗压强度试验、膨胀试验、渗透试验及干湿循环下裂隙发育试验检测优化配比下E... 详细信息

为探究脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术固化红层泥岩填料的效果和作用机理，从大豆中提取脲酶，采用响应面法构建模型对EICP溶液配比进行优化研究；通过无侧限抗压强度试验、膨胀试验、渗透试验及干湿循环下裂隙发育试验检测优化配比下EICP溶液的固化效果；结合XRD、核磁共振和扫描电镜试验阐释其固化机理。结果表明：优化后工艺参数胶酶比为1.5:1、脲酶浓度为100g/L和胶结液浓度为1.4mol/L；优化配比下试样的无侧限抗压强度较素土提高了55.21%，自由膨胀率和无荷膨胀率分别下降了25.10%、45.65%，饱和渗透系数降低了90.54%，干湿循环后红层泥岩填料试样的裂隙大大减少；固化后红层泥岩填料中碳酸钙含量明显增加，生成的碳酸钙起到孔隙填充及胶结土颗粒的作用，降低了试样的大、中孔隙数量。研究成果为EICP技术在红层泥岩填料的工程应用提供参考。

关键词：红层泥岩填料 EICP技术响应面法微观分析

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粉煤灰改良红层泥岩填料静三轴试验研究

地下空间与工程学报 2024年第3期20卷 838-847页

作者：余云燕丁小刚黄志勤兰州交通大学土木工程学院兰州730070

红层泥岩的吸水软化和体积膨胀特性易造成路基翻浆冒泥现象及路基不均匀沉降等病害,在作为公路路基填料时应对其进行改良。本文选用粉煤灰作为改良剂,通过室内X射线衍射试验、化学成分测试和易溶盐等试验,分析红层泥岩和粉煤灰的成分组... 详细信息

红层泥岩的吸水软化和体积膨胀特性易造成路基翻浆冒泥现象及路基不均匀沉降等病害,在作为公路路基填料时应对其进行改良。本文选用粉煤灰作为改良剂,通过室内X射线衍射试验、化学成分测试和易溶盐等试验,分析红层泥岩和粉煤灰的成分组成及离子含量;通过无侧限抗压强度试验、室内变水头渗透试验和固结等试验分析了试样改良前后物理力学特性;通过常规三轴UU试验,研究了不同粉煤灰掺量对改良试样剪切应力-应变及抗剪强度的影响;分析了粉煤灰掺量为10%时,养护龄期对改良试验抗剪强度参数的影响。结果表明:该地区红层泥岩属低液限黏土,其易溶盐溶液中的SO42-离子含量最高,pH值呈碱性;三轴剪切试验中,改良和未改良试样均呈塑性破坏,试样粉煤灰掺量和龄期均对试样抗剪强度提高具有促进作用,且黏聚力增长幅度远大于内摩擦角;粉煤灰掺量为10%龄期28 d时,试样黏聚力较未改良未养护试样和10%掺量未养护试样分别提升37.9%和6.9%,内摩擦角分别增大了1.2°和0.7°。试样的静力学试验均验证了粉煤灰改良的可靠性。

关键词：红层泥岩填料粉煤灰改良养护龄期抗剪强度静三轴试验

水汽循环下红层泥岩填料力学性能演变规律研究

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岩土工程学报 2024年

作者：陈康刘先峰蒋关鲁袁胜洋马杰陈忆涵西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室西南交通大学土木工程学院

红层泥岩填料水敏性高，随季节交替，路基因长期水汽循环导致力学性能不断演变。为研究环境湿度变化下红层泥岩填料力学特性演变规律，开展了不同幅度的长期水汽循环试验（230d）、无侧限抗压试验、弯曲元试验和动三轴试验。此外，还开... 详细信息

红层泥岩填料水敏性高，随季节交替，路基因长期水汽循环导致力学性能不断演变。为研究环境湿度变化下红层泥岩填料力学特性演变规律，开展了不同幅度的长期水汽循环试验（230d）、无侧限抗压试验、弯曲元试验和动三轴试验。此外，还开展了连续滴水扫描电镜（SEM）试验观察试样微观结构在增湿-干燥过程中的演变规律。结果表明：高幅度循环下，试样在干侧（低湿度）下干燥产生体缩，强度高于初始状态，在湿侧（高湿度）下产生体胀，强度低于初始状态。随循环次数增加，试样强度、小应变刚度和回弹模量均产生了衰减。低幅度循环下，试样在干侧和湿侧均产生体胀，强度和小应变刚度随次数不断降低。所构建的力学性能-累积体变方程能够统一描述不同循环幅度下填料强度和刚度的演变规律。连续滴水SEM试验结果表明，填料在干燥-增湿过程中不可逆的团粒松散崩解和裂缝衍生是导致力学性能下降的主要原因。

关键词：高速铁路红层泥岩填料水汽循环统一演变方程微观结构

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西南红层泥岩填料膨胀变形宏-微观响应机制

长江科学院院报 2023年第11期40卷 131-139页

作者：邱恩喜陈秋玲孙希望张蕊万旭升渠孟飞王彬西南石油大学土木工程与测绘学院成都610500 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司工程设计处昆明650200

为探究红层泥岩填料的宏观膨胀与微观特征的响应关系,通过有荷、无荷膨胀性试验分析了不同膨胀性泥岩填料的膨胀时程曲线;采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜试验(SEM)研究了泥岩填料的矿物组分和微观结构,从而建立以微观特征参数为中间变量... 详细信息

为探究红层泥岩填料的宏观膨胀与微观特征的响应关系,通过有荷、无荷膨胀性试验分析了不同膨胀性泥岩填料的膨胀时程曲线;采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜试验(SEM)研究了泥岩填料的矿物组分和微观结构,从而建立以微观特征参数为中间变量的宏观变形与微观结构定量关系。结果表明:在无荷条件下,泥岩填料膨胀率为泥岩的28.3倍,且膨胀率随蒙脱石掺量呈指数增长;与无荷膨胀率相比,有荷膨胀率显著降低,蒙脱石掺量越高,膨胀率降低速率越慢。试验后黏土矿物含量增加了4.57%,随蒙脱石掺量增加,结晶度和平均晶粒尺寸分别降低18.1%和16.5 nm,几何特征参数与蒙脱石掺量呈线性关系,蒙脱石含量越高,孔径为1~2μm的孔隙数量越多,且膨胀率与微观特征参数之间呈显著指数增长关系。

关键词：红层泥岩填料膨胀变形 XRD SEM 孔隙率微观特征参数

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红层泥岩填料物化特性试验与归一化模型

兰州交通大学学报 2023年第1期42卷 1-8,37页

作者：罗崇亮余云燕包得祥王鹏陶婧衍崔文豪兰州交通大学土木工程学院兰州730070 甘肃新发展城市开发建设运营集团有限公司兰州730000 甘肃恒石公路检测科技有限公司兰州730070

红层泥岩填料易软化崩解、强度低、蠕变特性显著且具有膨胀性,诱发了大量工程地质灾害,准确掌握红层泥岩物化特性及力学行为对揭示灾害诱因至关重要.以兰州红层泥岩填料为研究对象,采用室内土工试验、扫描电镜、X射线分析及三轴剪切试验... 详细信息

红层泥岩填料易软化崩解、强度低、蠕变特性显著且具有膨胀性,诱发了大量工程地质灾害,准确掌握红层泥岩物化特性及力学行为对揭示灾害诱因至关重要.以兰州红层泥岩填料为研究对象,采用室内土工试验、扫描电镜、X射线分析及三轴剪切试验,先测试红层泥岩填料的物理力学指标,再分析红层泥岩矿物成分及微观结构机理,最后基于Duncan-Chang模型探究符合红层泥岩填料最佳归一化因子并验证归一化模型.结论表明:兰州红层泥岩填料为肉眼可分辨的红色沉积岩,属于CL,有明显的压缩回弹特性,矿物成分含有大量的亲水性物质,微观结构为层状和层-链状的面-面接触或点-面接触结构.红层泥岩应力-应变曲线呈三阶段发展,随着围压增加应力-应变曲线由应变稳定型过渡为应变硬化型,当归一化因子选用(σ1-σ3)ult时,Duncan-Chang模型预测结果与试验结果吻合度较好,归一化效果最佳.

关键词：红层泥岩填料微观结构机理三轴剪切试验归一化模型

兰州地区钢渣改良红层泥岩填料试验及蠕变模型研究

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兰州地区钢渣改良红层泥岩填料试验及蠕变模型研究

作者：朱明哲兰州交通大学

学位级别：硕士

甘肃地区近年来建成通车的公路工程病害频发,以红层地质为背景的工程项目尤为显著。因此,选择合适的改良材料来提升红层泥岩填料的工程特性成为了关键。而受能源结构、发展阶段影响,未来我国大宗固体废弃物仍将面临利用不充分、综合利... 详细信息

甘肃地区近年来建成通车的公路工程病害频发,以红层地质为背景的工程项目尤为显著。因此,选择合适的改良材料来提升红层泥岩填料的工程特性成为了关键。而受能源结构、发展阶段影响,未来我国大宗固体废弃物仍将面临利用不充分、综合利用产品附加值低等严峻挑战,仅钢渣的累计堆存量就超过10亿吨,推进资源化利用势在必行。现阶段道路工程建设中,如果能扩大钢渣利用规模,将其作为改良材料进行资源化研究,对于缓解优质填料紧缺、改善生态环境、降低工程成本意义重大。故本文以提升红层泥岩填料工程特性和推动钢渣资源化利用为出发点,开展兰州地区钢渣改良红层泥岩填料的试验研究,总结钢渣对于红层泥岩填料物理力学性质的影响规律,分析试样改良前后的蠕变特性变化,并考虑土层结构对路段整体的作用,主要工作和结论如下:(1)以兰州西的南坡坪社区北侧的红层泥岩填料为研究对象,通过颗粒分析、易溶盐测定和XRD试验确定其颗粒级配、离子含量以及物相组成,并结合常规渗透、固结和三轴试验获得红层泥岩填料的渗透系数、压缩模量以及抗剪强度指标。(2)研究不同钢渣掺量(4%,6%,8%,10%,12%)对红层泥岩填料物理力学特性的影响。综合试验结果,认为钢渣改良土在工程特性上的提升主要得益于钢渣在红层泥岩孔隙中的有效填充,并起到增强粒间摩擦和疏水性的作用,渗透系数、压缩模量均有所提升。改良土的无侧限抗压强度和抗剪强度随钢渣掺量增加呈现先增后减的趋势,在8%掺量下达到峰值说明该比例下的孔隙填充效果较好。考虑龄期的强度试验结果反映出该类钢渣的潜在水硬性不会因掺量和养护龄期的增加得到激发。初始含水率的增加会使UU三轴试验的试样破坏形式由剪切破坏逐渐转为鼓胀破坏。(3)进行红层泥岩填料及其钢渣改良土的单轴压缩蠕变试验,发现改良前后的土样均有明显的次固结变形阶段。初始含水率、初始压实度和固结压力对其变形特征的影响显著,各级固结压力下的次固结系数均随压实度的增加而减小,而初始含水率的高低会改变其发展规律:低于最优含水率时,次固结系数会因固结压力的增加逐渐减小;大于或等于最优含水率时,次固结系数随固结压力的增加表现出先增后减的趋势。(4)分别采用经验模型(幂函数模型、Singh-Mitchell模型)、理论模型(Merchant模型、Burgers模型)和半理论半经验模型对试验曲线进行拟合,评估各类模型的适用性。结果表明:理论模型与经验模型相结合的形式能准确反映红层泥岩填料及其改良土的蠕变特性,并涵盖非线性粘塑性阶段。计算得到的拟合曲线与试验实测值吻合较好,形式统一。(5)利用ABAQUS从试样的受荷过程、变形机理以及路段结构的裂纹问题等角度进行分析。土层材料的改变对于路基乃至路面层都会产生不同程度的影响,层间裂缝尖端的应力强度因子受半正弦荷载影响显著,底基层与土层间的模量差异是导致滞后现象和应力集中的主要因素,提高土层模量能够避免这种界面效应引发的问题。

关键词：红层泥岩填料钢渣改良试验蠕变模型有限元分析