›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (10): 2795-2802.doi: 10.16285/j.rsm.2016.10.008

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

K0及三轴应力状态下压实膨胀土膨胀模型研究

刘清秉1, 2,吴云刚3,项 伟2,汪 稔1   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071; 2. 中国地质大学 教育部长江三峡库区地质灾害研究中心,湖北 武汉 430074;3. 武汉市勘察设计有限公司,湖北 武汉 430022
  • 收稿日期:2015-02-16 出版日期:2016-10-11 发布日期:2018-06-09
  • 作者简介:刘清秉,男,1984年生,博士(后),副研究员,主要从事特殊土试验研究方面的工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 41572286,No. 41202199);湖北省自然科学基金(No. 2015CFB247);中国博士后科学基金(No. 2013M542098)。

Swelling model study of expansive soil at K0 and triaxial stress state

LIU Qing-bing1, 2, WU Yun-gang3, XIANG Wei2, WANG Ren1   

  1. 1. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. Three Gorges Research Center for Geo-hazard of Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China; 3. Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430022, China
  • Received:2015-02-16 Online:2016-10-11 Published:2018-06-09
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(41572286, 41202199), the National Natural Science Foundation of Hubei Province(2015CFB247) and the China Postdoctoral Science Foundation(2013M542098).

摘要: 以不同初始压实状态下的南阳中膨胀土为对象,在常规固结仪上开展侧限膨胀试验及采用GDS三轴仪进行恒定偏差应力的三轴膨胀试验,通过多元非线性拟合分析,分别获得考虑初始压实度、含水率、上覆压力耦合关联影响的K0膨胀模型以及体积膨胀率与球应力(体积应力)关系的三轴膨胀经验模型。基于K0膨胀模型,提出了压实土膨胀潜势能的定量计算公式,并推导出膨胀土边坡处理层厚度的理论计算方法。基于膨胀体积应变只随球应力变化而不受偏差应力影响的假设条件,分析了同一起始条件下,膨胀土K0模型与三轴膨胀模型的内在关联,并建立了通过K0模型推算三轴应力条件下体积膨胀率的理论方法。试验结果表明:采用多因素耦合的K0膨胀模型预测压实土膨胀势具有较好的准确度及合理性;联系K0模型与三轴膨胀模型的纽带在于假设侧限膨胀全程存在一个平均静止侧压力系数,采用反演方法得到平均侧压力系数呈现随上覆压力增大而减小的趋势,这种变化规律的根本原因则在于侧向膨胀力随上覆压力的增大而减小。

关键词: 膨胀土, 三轴膨胀试验, 侧压力系数, 相关性分析

Abstract: A series of swelling tests is performed on a typical Nanyang expansive soil with medium swelling capacity compacted at various initial densities and water contents. The swelling tests are separately conducted using the conventional oedometer to confine the lateral swelling of the soil specimens, and using the GDS triaxial apparatus to allow the free volumetric swelling. The multiple nonlinear mathematical method is adopted to obtain the lateral swelling model (i.e. K0 model ), which fully considers the coupled effect of initial degree of compaction, moisture content and overburden pressure on the swelling strain. Also, an empirical model for the relationship between spherical stress and volumetric strain is proposed by triaxial swelling test. Based on the K0 swelling model, a formula is proposed to quantitatively evaluate the swell potential, and also a theoretical calculation method is derived to determine the processing layer thickness of expansive soil slope. Based on the assumption that volumetric swelling strain only changes with spherical stress and is not affected by the deviatoric stress, the correlations between the K0 model and triaxial model are analyzed, and a method to calculate the volumetric swelling strain by only employing the K0 model is given. Experimental results show that the proposed K0 model with multifactor coupling is reasonable to predict the swelling potential of compacted expansive soil. It is found that the key factor to link the K0 model and triaxial swelling model is assuming an average static lateral pressure coefficient. The average static lateral pressure coefficient tends to decreases with increasing overburden pressure by inversion method. This tendency of average static lateral pressure coefficient is believed to rely on the fact that lateral swelling pressure decreases with the increase of overburden pressure.

Key words: expansive soil, triaxial swelling test, lateral pressure coefficient, correlation analysis

中图分类号: 

  • TU 443

[1] 高志傲, 孔令伟, 王双娇, 刘炳恒, 芦剑锋, . 平面应变条件下不同裂隙方向原状膨胀土变形破坏性状与剪切带演化特征[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2495-2508.
[2] 邹维列, 樊科伟, 张攀, 韩仲, . 土工泡沫减压膨胀土挡墙侧向压力及影响因素分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2537-2544.
[3] 曾召田, 崔哲旗, 孙德安, 姚志, 潘斌, . 南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2177-2185.
[4] 张凌凯, 崔子晏, . 干湿−冻融循环条件下膨胀土的压缩及渗透特性变化规律[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 728-740.
[5] 高浩东, 安然, 孔令伟, 张先伟, 雷学文, . 干燥失水条件下膨胀土的细观裂隙演化特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 442-450.
[6] 李丽华, 黄 畅, 李文涛, 李孜健, 叶治, . 稻壳灰−矿渣固化膨胀土力学与微观特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2821-2832.
[7] 张艺, 李永强, 章定文, 侯爵, 樊晓军, 唐紫琼. 粉土改良膨胀土的路用性能与现场试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2942-2952.
[8] 庄心善, 周荣, 周睦凯, 陶高梁, 金合意. 孔隙溶液对循环荷载作用下膨胀土 累积变形及阻尼比影响研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 1-10.
[9] 刘斯宏, 沈超敏, 程德虎, 张呈斌, 毛航宇, . 土工袋加固膨胀土边坡降雨−日晒循环试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 35-42.
[10] 喻成成, 卢正, 姚海林, 刘杰, 詹永祥, . 微生物诱导碳酸钙沉淀改性膨胀土试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 157-163.
[11] 刘观仕, 赵守道, 牟智, 莫燕坤, 赵青松, . 结构性对膨胀土收缩特性影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1772-1780.
[12] 李艳, 程禹翰, 翟越, 魏盛宇, 杨宇冰, 赵瑞峰, 梁文彪, . 高温后花岗岩微观结构演化特性与 动态力学性能研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(12): 3316-3326.
[13] 李新明, 贾亚垒, 王志留, 尹松. 原状膨胀土剪切力学特性的应变速率效应[J]. 岩土力学, 2022, 43(12): 3327-3334.
[14] 陈树峰, 孔令伟, 罗滔, . 超固结粉质黏土水平应力释放特征与 静止侧压力系数计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 160-168.
[15] 庄心善, 周睦凯, 陶高梁, 周 荣, 彭承鸿, 林万锋. 循环荷载下发泡聚苯乙烯改良膨胀土动弹性 模量与阻尼比试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2427-2436.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 刘豆豆,陈卫忠,杨建平,谭贤君,周喜德. 脆性岩石卸围压强度特性试验研究[J]. , 2009, 30(9): 2588 -2594 .
[2] 王桂尧,李 斌,罗 军,付宏渊. 粉土基质吸力的新型量测装置与土-水特征研究[J]. , 2010, 31(11): 3678 -3682 .
[3] 王志萍,胡敏云,夏玲涛. 垃圾填土压缩特性的室内试验研究[J]. , 2009, 30(6): 1681 -1686 .
[4] 贾 强,应惠清,张 鑫. 锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用[J]. , 2009, 30(7): 2053 -2057 .
[5] 路军富,王明年,贾媛媛,喻 渝,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究[J]. , 2011, 32(3): 843 -848 .
[6] 方 焘 ,刘新荣 ,耿大新 ,罗 照 ,纪孝团 ,郑明新 . 大直径变径桩竖向承载特性模型试验研究(I)[J]. , 2012, 33(10): 2947 -2952 .
[7] 胡万雨 ,陈向浩 ,林 江 ,况磊强 . 瀑布沟水电站砾石土心墙初次蓄水期原位钻孔渗流试验研究[J]. , 2013, 34(5): 1259 -1263 .
[8] 朱 星 ,许 强 ,汤明高 ,付小敏 ,周建斌 . 典型岩石破裂产生次声波试验研究[J]. , 2013, 34(5): 1306 -1312 .
[9] 黄 诚,杨春和,吕 涛. 岩土力学数值模拟结果的概率评估方法研究[J]. , 2008, 29(3): 727 -733 .
[10] 刘金云 ,陈健云 . 考虑流-固耦合的输水隧道动力模型试验中的一种相似技巧[J]. , 2008, 29(12): 3387 -3392 .