人工压实黄土工程力学性质的试验研究

摘要:为深刻了解黄土路基的浸水病变特征,认清路基破坏与浸水崩解之间的关系,对压实黄土进行了不同初始状态下的三轴渗透与崩解试验,并对三轴试验破坏前后的圆柱样崩解特性进行了对比分析。

得出了压实黄土的渗透系数与干密度和周围压力的定性关系以及压实黄土的崩解特性与压实度、含水率的关系;对实际工程的防护提出了一些建议。

关键词:黄土水理特性; 压实黄土; 三轴渗透试验; 黄土崩解中图分类号: TV543. 8 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 4179 (2009) 20 - 0034 - 041 概述黄土是我国西北和华北地区公路建设的主要材料。

由于黄土特殊的工程性质,尤其是水敏性,使黄土路基土体在不利水分条件作用下,物理力学性质发生重大变化,致使路基路面常产生沉陷、波浪、纵裂、水沟失稳等病害。

因而进行黄土的水理特性研究对路体的稳定及安全运行至关重要。

黄土的水理特性通常包括渗水性、收缩和膨胀性以及崩解性,本文着重对渗水与崩解特性进行研究。

长期以来,对土体渗透性大多采用常规渗透仪进行测试,测到土体渗透系数,由于没有考虑试验土样在原位置的应力状态,因此一般偏大;而通过三轴渗透试验,可以很好地模拟工程实际土体,有效弥补常规渗透试验的不足并减小误差;另外,也能很好地研究干密度、围压等对渗透过程的影响。

探索路基黄土的崩解特性,并对不同含水率下土样剪切破坏前后的崩解性能进行比较,有助于对黄土公路路基病害产生与崩解破坏的关系有更进一步的了解,对有关黄土料工程的建设与维护具有现实意义。

2 研究方法与思路2. 1 土样的物理指标土样取自陕西杨凌地区,取样深度为4 m左右,属于Q3 黄土,呈褐黄色,土质均匀。

其物理性质指标见表1。

表1 黄土物理性质指标2. 2 试样制备对于三轴渗透试验的重塑土样,采用常规三轴制样器分4层压实,制成直径39. 1 mm、高80 mm的标准土样,采用水头饱和;对于崩解样,未进行剪切破坏的试样分3层由三轴制样器压实,制成直径39. 1 mm,高60 mm的试样,剪切破坏后的对比样由三轴原状圆柱标准制样器制作,利用钢丝锯将破坏后的三轴样切削成39. 1 mm ×60 mm规格。

考虑结构性及干湿循环作用的压实黄土力学特性研究考虑结构性及干湿循环作用的压实黄土力学特性研究摘要：黄土是我国西北干旱地区最常见的土壤类型之一，具有压实性强、干湿循环变化大等特点。

为了深入理解黄土的力学特性及其变化规律，本文开展了一项关于黄土的力学特性研究。

研究结果表明，黄土的结构性及干湿循环作用对其力学性质具有显著影响，这对于工程建设中的黄土地区具有重要的指导意义。

一、引言黄土是我国西北地区最常见的土壤类型，其主要成因为风化作用。

黄土在干燥季节会出现干缩现象，而在潮湿季节则会出现胀起现象。

这种干湿循环的变化对黄土的力学特性产生了重要影响。

因此，研究黄土的力学特性及其变化规律对于工程建设中黄土地区的设计和施工具有重要意义。

二、实验方法与样品特性本研究采用室内干湿循环试验的方法，通过模拟黄土干湿循环的变化，对其力学特性进行了研究。

样品选取了来自西北地区的代表性黄土，经过标准化处理后进行实验。

三、黄土的干湿循环特性研究通过实验，我们发现黄土的干湿循环会导致其结构性的变化。

在干燥季节，黄土会因缺水而干缩，土缩现象导致了土体的密实度增加，也就是常说的黄土的压实性。

而在潮湿季节，黄土吸水膨胀，导致土体的松弛，从而降低了其密实度。

此外，干湿循环还会对黄土的力学性质产生影响。

在干燥季节，由于黄土的干缩现象，土体的抗剪强度较高，达到了较好的排水状态。

而在潮湿季节，黄土的吸水膨胀会导致土体的抗剪强度降低，同时也会使得土体的排水性能较差。

四、黄土的结构性特征分析为了进一步研究黄土的结构性特征对其力学性质的影响，本文采用了扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）技术，对黄土的微观结构进行了分析。

研究结果显示，在干燥季节，黄土中颗粒之间的接触面积较大，土体呈现出较为密实的结构；而在潮湿季节，黄土中颗粒之间的接触面积较小，土体呈现出较为松散的结构。

五、结论黄土的结构性及干湿循环作用对其力学特性具有显著影响。

在干燥季节，黄土呈现出较好的压实性和较高的抗剪强度；而在潮湿季节，黄土的松弛性增加，抗剪强度下降。

人工制备强湿陷性黄土物理力学性质试验研究张延杰;王旭;梁庆国;李盛;卜世龙【摘要】通过选用无粘性材料石英粉、砂和粘结性材料膨润土、石膏、工业盐,采用空中自由下落法,制备出强湿陷性人工黄土,进行物理力学性质试验.研究结果表明,人工制备强湿陷性黄土在密度、土粒比重、孔隙比、液塑限、最大干密度、最优含水率等物理性质和抗剪强度指标、压缩指标等力学性质方面都与黄河中游地区天然黄土有很好的相似性.在固结浸水过程中,试样高度的变化分为显著的压密变形、湿陷变形和湿陷饱和后固结变形3个阶段.可通过控制和改变材料中粘结成分、排列方式和形成过程等显著影响湿陷性的一系列变量,更好地从矿物成分、制作过程、影响因素等多方面研究湿陷性黄土的工程性质,能够使试验结果具有可重复性和可控性.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2015(034)006【总页数】5页(P27-31)【关键词】强湿陷性黄土;空中自由下落法;抗剪强度;试验研究【作者】张延杰;王旭;梁庆国;李盛;卜世龙【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070;甘肃省道路桥梁与地下工程重点试验室,甘肃兰州 730070;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TU47黄土是干旱与半干旱地区一种典型的风成堆积物，疏松的亚稳定结构是土体产生湿陷的最主要原因[1-2].同时黄土也是一种典型的结构性土，受结构性影响，一方面天然黄土在取样过程中不可避免产生的扰动容易使土的结构性释放，一方面天然黄土的力学特性与重塑黄土之间存在显著差异，与临界土力学形成了较大的差异.相似模拟是岩土工程中一种重要的科学研究手段，在黄土与构筑物相互作用的模型试验研究中，基本上都是采用重塑黄土，破坏了天然黄土的结构性，造成比较大的试验误差.自弗雷德隆德D G在《非饱和土力学》中提出对湿陷性土如何做室内试验的问题以来[3]，在人工制备湿陷性黄土方面，国内学者主要有蒋明镜[4]、谢定义[5]、陈昌禄[6]、田堪良[7]、李建红[8]等通过在粉土中添加水泥、食用盐等制备了人工湿陷性黄土试样.国外学者主要有Assallay[9]、Basma[10]等采用空中自由下落技术，选用粘土和粉土混合料加水搅拌，制成了人工湿陷性黄土.总体而言，对土质类散体材料的模拟与研究较岩质类脆性材料要晚一些，尚有许多理论和技术问题需要进一步研究.参考学者对脆性模型试验相似材料的研制经验，选取石膏、膨润土、工业盐、石英粉、砂为基本材料，见图1.根据相似理论，如果使模型材料的容重与实际湿陷性黄土的容重相同，变形模量和应力比与几何相似比相同，将大大简化和方便模型与实际工程物理参数之间的换算.以容重和湿陷系数为控制指标，采用试验空中自由下落法[11]，进行人工强湿陷性黄土制备.选取材料烘干后，按比例称取混合(见表1)，搅拌均匀，在环刀上方200～400 mm处放置1 mm的筛，环刀放在铺有滤纸的透水石上，轻轻摇动筛，使混合材料自由下落直至装满环刀，试样要高于环刀，见图2.用颗粒的下落高度来模拟风的沉积作用，让颗粒随机自由选择位置.沉积完成后，整平试样表面，避免对试样造成扰动，但这个时候的结构是不稳定的.由于试样高于环刀，对试样施加一个微小的垂直应力后，认为结构达到了亚稳定结构.还可以对试样继续增加材料，轻轻按压，直至孔隙率和干密度满足相似标准值，此时认为试样是足够稳定的，可允许移动，如图3所示，试样成形以后，避免扰动，放入50 ℃的恒温箱中烘干24 h，模拟黄土形成过程中比较干燥炎热的环境.最后削平试样，使其各组密度相差在0.03 g/cm3之内，完整的人工强湿陷性黄土制作完成，可进行试验.对制作完成的人工制备强湿陷性黄土试样进行干密度、土粒比重试验，分析试样的初始孔隙比，结果如表2所示，人工湿陷性黄土的干密度为1.27～1.30 g/cm3，根据参考文献[12]，黄河中游地区黄土的干密度变化范围为1.10～1.68 g/cm3，在干密度方面，满足相似材料的要求，添加比重较大的重晶石粉等能够较大幅度调整干密度的范围.四组人工制备强湿陷性黄土土粒比重在2.63～2.66之间，与天然黄土的颗粒比重相近.根据规范[13]，采用液塑限联合测定法，测定人工制备强湿陷性黄土液限含水率和塑限含水率，取76 g圆锥入土深度为2 mm时所对应的含水率为塑限，入土深度为17 mm时所对应的含水率为液限，试验结果见表3.液限含水率为26.3%～27.7%，平均值为26.88%，塑限含水率为15.1%～16.7%，平均值为15.7%，塑性指数为10.1～12.6，平均值为11.15，根据文献[12]，黄河中游地区黄土的液限为25.4%～32.17%，平均值为28.7%，塑限含水率为15.4%～20.5%，平均值为18.5%，塑性指数为8.2～14，平均值为11.7，四组人工制备强湿陷性黄土物理状态指标与黄河中游地区天然黄土的物理状态指标较接近，满足相似要求.根据规范[13]，采用轻型击实试验，称取一定量的试样，装入击实筒内，分3层击实，每层击实25下.人工制备强湿陷性黄土的最优含水率在15.5%～16.4%，平均值为16.0%，最大干密度在1.73～1.76 g/cm3，平均值为1.75 g/cm3.对人工制备强湿陷性黄土根据进行直剪试验，分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa四个垂直压力下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力，确定抗剪强度指标摩擦角和粘聚力见表4.人工制备强湿陷性黄土的粘聚力为42.67～64.24 kPa，平均值为51.10 kPa，内摩擦角为23.51°～28.15°，平均值为25.31°.根据文献[12]，黄河中游地区黄土的粘聚力为21～76 kPa，平均值为45 kPa，内摩擦角为20.6°～33.6°，平均值为27°，四组人工制备强湿陷性黄土的抗剪强度指标与黄河中游地区天然黄土的抗剪强度指标较接近，满足相似要求. 对人工制备强湿陷性黄土进行标准固结试验，绘制e-p关系曲线，如图5所示，分析人工制备强湿陷性黄土的压缩系数.压缩系数a1-2为0.40～0.45 MPa-1，平均值为0.42 MPa-1，判定人工制备强湿陷性黄土属于中等压缩性土.根据文献[12]，黄河中游地区黄土的压缩系数a1-2为0.02～0.90 MPa-1，平均值为0.43 MPa-1，四组人工制备强湿陷性黄土的压缩系数与黄河中游地区天然黄土的压缩系数较接近，满足相似要求.对烘干后的人工制备湿陷性黄土相似材料搅拌均匀，采用空中自由下落法制备试样，初始含水率为0%，按照单线法进行湿陷试验，每组5个试样分别逐级加载，从0 kPa、50 kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa等6个压力工况浸水，直至稳定后，计算湿陷系数，试验结果见表5.人工制备强湿陷性黄土的湿陷系数δs>0.07，根据规范[14]，判定人工制备湿陷性黄土的湿陷程度达到强湿陷.湿陷系数与压力的关系见图6，湿陷系数随着压力的增大而增大，与天然黄土的湿陷变形规律相似.S-4组试样高度与压力关系曲线如图7所示.由图7可知，整个固结湿陷过程中，试样高度的变化曲线分为3段：在压密变形阶段，试样高度的变化主要是由于上部荷载压密试样而产生，试样充分发挥结构强度；在湿陷变形阶段，试样浸水发生湿陷变形，原结构遭到破坏；在湿陷后饱和人工制备黄土固结变形阶段，结构进行重组，随着荷载的增加重新固结.在湿陷稳定以后，继续加载固结，5个组试样高度在800 kPa固结压力下达到稳定时相差不到1 mm，试样的湿陷有良好的归一性.试样压缩量也非常小，说明湿陷完成以后，材料颗粒重组后变得非常密实，压缩性显著降低，与天然湿陷性黄土的特征相似. 在固结稳定后，从加水开始计时，在开始加水30 min内，每隔30 s测读百分表，随后30 min内，每隔1分钟读数一次，1 h后，每隔5 min读数一次，观测2 h，S-4组累计湿陷量与时间的关系曲线见图8.累积湿陷量随固结压力的增大而增大，前10 min完成湿陷量的85%左右，湿陷速率呈线性增长，前1 h内完成湿陷量的95%左右，湿陷速率逐渐变缓，1 h后湿陷非常缓慢进行.表明试样浸水后，内部结构快速破坏产生湿陷，随着主要湿陷的完成，随后只是小部分调整.1)选取石膏、膨润土、工业盐、石英粉、砂为基本材料，采用试验空中自由下落法制备的人工强湿陷性黄土，在密度、土粒比重、孔隙比、液塑限、最大干密度、最优含水率等物理性质方面与黄河中游地区天然黄土的物理性质有很好的相似性.人工制备强湿陷性黄土的力学性质，如抗剪强度指标、压缩指标、湿陷性等与黄河中游地区天然黄土的平均值非常接近，满足相似要求.2)人工制备强湿陷性黄土在固结浸水实验过程中，试样高度的变化分为压密变形、湿陷变形和湿陷后饱和人工制备黄土固结变形三个阶段，湿陷系数随着压力的增大而增大，试样浸水后，内部结构快速破坏产生湿陷，随着主要湿陷的完成，随后只是小部分调整，与天然原状黄土的变化规律一致.3)人工制备强湿陷性黄土在其湿陷性、压缩性、抗剪强度等关键物理力学性质方面与天然黄土有很好的相似性，可通过控制和改变材料中粘结成分、排列方式和形成过程等显著影响湿陷性的一系列变量，更好地从矿物成分、制作过程、影响因素等多方面研究湿陷性黄土的工程性质，使试验结果具有可重复性和可控性.【相关文献】[1] 罗晓锋,王艳艳,崔光辉.大厚度湿陷性黄土路基浸水试验与沉降变形研究[J].兰州交通大学学报,2014,33(1):124-130.[2] 安亚芳,梁庆国,赵磊,等.兰州Q4黄土力学性质的各向异性初探[J].兰州交通大学学报,2011,30(1):90-96.[3] 弗雷德隆德D G,拉哈尔佐H.非饱和土土力学[M].陈仲颐,译.北京: 中国建筑工业出版社,1997：10.[4]Hu H,Liu F.Summary of collapsible behaviour of artificially structured loess in oedometer a nd triaxial wetting tests[J].Canadian Geotechnical Journal,2012,49(10):1147-1157.[5] 骆亚生,谢定义,邵生俊,等.非饱和黄土的结构变化特性[J].西北农林科技大学学报,2004,32(8):114-118.[6] 陈昌禄,邵生俊,张喆.人工制备结构性黄土的真三轴试验研究[J].岩土力学,2013,34(8):2231-2237.[7] 田堪良,张慧莉,张伯平,等.黄土的结构性及其结构强度特性研究[J].水力发电学报,2005,24(2): 64-67.[8] 李建红,张其光,孙逊,等.胶结和孔隙比对结构性土力学特性的影响[J].清华大学学报:自然科学版,2008,48(9): 51-55.[9]Assallay A M,Rogers C D F,Smalley I J.Formation and collapse of metastable particle packi ngs and open structures in loess deposits[J].Engineering Geology,1997,48(Z1-2):101-115. 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《黄土状压实填土压缩和强度特性研究》篇一一、引言黄土作为我国特有的地貌单元，具有广泛的地质分布和独特的物理力学性质。

近年来，随着工程建设的快速发展，黄土状压实填土的压缩和强度特性逐渐成为岩土工程领域研究的热点。

本文旨在通过对黄土状压实填土的压缩和强度特性的研究，探讨其物理力学行为及变化规律，为工程建设提供理论支持。

二、研究内容（一）黄土状压实填土的压缩特性研究黄土状压实填土的压缩特性是研究其物理力学性质的重要方面。

本文通过室内试验，对黄土状压实填土进行不同条件下的压缩试验，探究其压缩过程、压缩系数、回弹系数等指标的变化规律。

试验结果表明，黄土状压实填土的压缩性较大，其压缩系数随含水率、干密度等因素的变化而发生变化。

此外，黄土状压实填土的回弹现象也较为明显，回弹系数与压缩过程密切相关。

（二）黄土状压实填土的强度特性研究黄土状压实填土的强度特性是评价其工程性能的重要指标。

本文通过室内试验和理论分析，研究了黄土状压实填土的抗剪强度、抗压强度等指标。

试验结果表明，黄土状压实填土的抗剪强度随干密度的增大而增大，随含水率的增大而减小。

同时，黄土状压实填土的抗压强度也受干密度、含水率等因素的影响，表现出明显的非线性特征。

三、影响因素分析（一）含水率的影响含水率是影响黄土状压实填土物理力学性质的重要因素。

本文通过试验发现，随着含水率的增大，黄土状压实填土的压缩性增大，回弹现象减弱，抗剪强度和抗压强度均有所降低。

因此，在工程建设中，应合理控制填土的含水率，以保证其工程性能。

（二）干密度的影响干密度是反映黄土状压实填土密实程度的重要指标。

本文研究表明，随着干密度的增大，黄土状压实填土的抗剪强度和抗压强度均增大，但其压缩性和回弹现象的变化规律因具体情况而异。

因此，在工程实践中，应根据实际需要合理控制填土的干密度。

四、结论本文通过对黄土状压实填土的压缩和强度特性的研究，探讨了其物理力学行为及变化规律。

研究结果表明，黄土状压实填土具有较大的压缩性和明显的回弹现象，其抗剪强度和抗压强度受含水率和干密度等因素的影响。

黄土状压实填土压缩和强度特性研究摘要：基于非饱和土力学理论，并考虑黄土结构性的影响，本文通过三轴剪切试验取得了原状黄土的压缩性随含水量的增加而增加的结论，确定了土体割线模量与含水量之间的定量关系。

关键词：非饱和土湿陷性黄土三轴剪切试验建筑结构基础设计过程中，由于工程地质条件的多样性，地基土抗剪强度的不同，常常需要对地基持力层或主要受力层进行处理，常用的方法有换填垫层法；另外，在山区地基或者丘陵地带，由于地形地貌的原因，建设场地起伏较大，这时，也需要对地基进行处理，常用的方法有压实填土法。

对于这两种方法，在填料选择和施工技术等方面类似，工程人员在设计时对一些参数的选取存在混淆，本文着重从适用范围、质量控制、填土厚度、承载力修正等四个方面分析了两者的区别。

1、影响路基压实的因素1.1含水量对压实的影响由土的三相分析中可知，土中含水量的变化，较大程度上影响土的性质的改变，对所能达到的密实度起着非常重要的作用，随着含水量的增加，土所处的状态发生变化，即可由半固态→硬塑态→较塑态→液态的过程转变，不同状态的土对外力的抵抗能力是不同的，处在半固体状态的土，含水量小，可塑性很小，压实困难，遇水则强度急剧下降，作为路基填土硬塑状态的土基容易通过压实获得最佳密实度和较好的水稳定性；处于较塑状态的土，由于含水量偏高，土基难以压密，在碾压过程中可能会产生弹簧现象，变形较大。

当含水量达到最佳含水量时，可以达到最大干密度。

1.2土质对压实的影响就填筑路堤而言，最适宜的是砂砾土、砂土及砂性土，这些土容易压实，有足够的稳定性和水稳定性，最难压实的土是黏土，黏土的特点是液限大，最佳含水量比其他土类大，而最大干密度较小，但经压实的黏土仍具有良好的不透水性。

土粒愈细最佳含水量的绝对值愈高，最大密度的绝对值则较低。

砂砾土的颗粒较粗，呈松散状态，水分易散失。

因此，含水量对砂土没有多大实际意义。

1.3压实功能对压实的影响所谓压实功能即压实土壤所消耗能力之大小。

《黄土状压实填土压缩和强度特性研究》一、引言黄土作为我国特有的地貌现象，其独特的物理力学性质对地质工程、建筑安全等领域有着重要的影响。

在各类工程项目中，黄土状压实填土作为一种常见的地基处理方式，其压缩和强度特性对于保证工程安全具有重要的意义。

本文将重点对黄土状压实填土的压缩和强度特性进行研究，为相关工程设计和施工提供理论依据。

二、黄土状压实填土的压缩特性研究1. 压缩试验方法黄土状压实填土的压缩特性主要通过室内试验进行测定。

试验中，我们采用一系列的压缩实验仪器，按照国家标准和行业规范进行试验操作。

在实验过程中，通过施加不同压力和保持一段时间，观察并记录黄土样品的变形情况，从而得出其压缩特性。

2. 压缩曲线分析通过对实验数据的分析，我们可以得到黄土状压实填土的压缩曲线。

该曲线反映了在不同压力下黄土的变形情况。

根据曲线特点，我们可以了解黄土的压缩性能，包括其初始压缩、次要压缩和后期稳定三个阶段。

其中，初始压缩阶段主要是由于土样中水分的排除和结构调整；次要压缩阶段则是由于颗粒间结构的进一步调整和破坏；后期稳定阶段则是由于颗粒间的接触逐渐稳定，变形趋于稳定。

三、黄土状压实填土的强度特性研究1. 强度试验方法黄土状压实填土的强度特性主要通过抗剪强度试验进行测定。

在试验中，我们通过施加不同的剪切力，观察并记录黄土样品的剪切破坏情况，从而得出其抗剪强度。

此外，我们还可以通过其他方法，如三轴试验等，对黄土的强度特性进行更全面的研究。

2. 强度特性分析通过对实验数据的分析，我们可以得到黄土状压实填土的强度特性。

这些特性包括内摩擦角、粘聚力等。

内摩擦角反映了黄土颗粒间的摩擦阻力；粘聚力则反映了颗粒间的粘结力。

这些特性都与黄土的矿物成分、颗粒大小、孔隙结构等密切相关。

同时，这些特性也受外部环境因素如湿度、温度等的影响。

四、影响黄土状压实填土压缩和强度特性的因素1. 含水率的影响含水率是影响黄土状压实填土压缩和强度特性的重要因素。