重塑膨胀土胀缩特性和强度特性试验研究
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摘要
在目前的膨胀土工程实践中，比如路堤填筑、边坡设计等涉及到的往往是重塑土，因此，研究重塑膨胀土的胀缩等级、胀缩特性以及强度特性，对今后膨胀土地区的公路铁路建设、路基病害防治处理、边坡工程设计等具有重要意义。
本文利用轻便固结仪、压缩仪以及常规直剪仪，分别对重塑膨胀土的胀缩特性和强度特性进行了一系列的试验研究。取得了以下几点成果，归纳如下：
1．对国内外现有膨胀土的胀缩分类方法进行了综述，通过对现有膨胀土分类方法的对比，指出了各种膨胀土分类方法的优缺点；同时通过室内试验和理论计算，分别采用模糊数学判别法和标准吸湿含水率判别法对常(德)张(家界)高速公路和南(宁)友(谊关)高速公路地段的膨胀土进行了重新分类，为今后在这些地区的工程建设提供了参考依据。
2．总结重塑膨胀土的胀缩机理和影响因素，以南(宁)友(谊关)膨胀土大量的室内试验为基础，研究膨胀土胀缩时程曲线特征，寻找膨胀土膨胀和收缩曲线的异同点，探求了土的初始含水率、干密度、外部压力等与膨胀变形量以及膨胀力的定量关系。
3．通过不同干密度、不同初始含水率在施加不同法向应力下的重塑膨胀土的直剪试验，研究南友路膨胀的应力-应变特性以及强度指标的变化情况，充分认识了重塑膨胀土的峰值强度、残余强度随初始条件(干密度、初始含水率、上覆压力)的变化特性，建立了粘聚力、内摩擦角与初始含水率、干密度以及干湿循环次数的定量关系。
4．通过对具有胀缩性的红粘土与膨胀土工程特性的类比试验，认为胀缩性红粘土与膨胀土虽具相似之处，但由于物质组成与微观结构的不同，其工程特性存在着诸多差异，在工程实践中应区别对待。
5．对膨胀土路基在施工过程中的变形特性进行现场监测以及有限元模拟分析，研究膨胀土路基竖向沉降和侧向位移随路基填土高度的变化情况，找出变形规律，用于指导今后膨胀土地段的路基施工。
The remolded soil is usually involved in expansive soil engineering, such as constructing embankment, slope design and so on. It is important for us to study the expansive scale, characteristics of shrink-swell and strength of the remolded expansive soils so as to help the construction of roads and railways, to improve expansive soil foundation and to design the expansive soil slope.
The characteristics of shrink-swell and strength of the remolded expansive soils are studied in this thesis , according to a series of experimentations in room, in which light consolidation apparatus , compression apparatus and routine direct shear apparatus are applied. The main achievements in this thesis can be obtained as follows.
1. A survey for many literatures on classification of expansive soil from the domestic and international is given. Through the contrast of the current method, pointing out the merit and shortcoming of every kind of method; And we also give classifications of the soil in the area of Chang(de)-Zhang(jiajie) superhighway and Nan(ning)-You(yiguan) superhighway by the method of fuzzy mathematics and standard moisture absorption water content of soil. All these provide more data for the engineering construction in these expansive soil areas in future.
2. The swelling-shrinkage mechanisms and influence factors of remolded expansive soils are summarized, Based on lots of laboratory tests of Nan(ning)-You(yiguan) expansive soils,the relationship between shrink-swell and time of expansive soils is researched. The similarities and differences between shrink and swell are found. The quantitative correlation between deformation magnitude with different original water content and dry densities is explored.
3. The direct shear tests of remolded expansive soils are performed for different dry densities and original water content with different stresses. The stress-strain relation and strength index of Nan(ning)-You(yiguan) remolded expansive soils is studied. The feature of the peak value strength and residual strength of expansive soils under different initial stations(original water content, dry densities and above acting pressure) is recognized. The quantitative rules of the cohesion and soils angle of internal friction to original water content and dry densities is developed.
4. Through the comparative experiments of geotechnical engineering of red clay and expansive soil, consider that their geotechnical engineering properties are quite different because of the differences of substance composition and microstructure, though there are also some similarities between them. Red clay and expansive soil should be distinguished for treatment in engineering practice.
5. An in-situ monitoring and finite element simulation about the deformation of the expansive soilroadbed in construction is given.The deformation behavior of the settlement and lateral displacement during the course of the constucuions is researched. All these provide more data for the engineering construction in these expansive soil area in future.
本文利用轻便固结仪、压缩仪以及常规直剪仪，分别对重塑膨胀土的胀缩特性和强度特性进行了一系列的试验研究。取得了以下几点成果，归纳如下：
1．对国内外现有膨胀土的胀缩分类方法进行了综述，通过对现有膨胀土分类方法的对比，指出了各种膨胀土分类方法的优缺点；同时通过室内试验和理论计算，分别采用模糊数学判别法和标准吸湿含水率判别法对常(德)张(家界)高速公路和南(宁)友(谊关)高速公路地段的膨胀土进行了重新分类，为今后在这些地区的工程建设提供了参考依据。
2．总结重塑膨胀土的胀缩机理和影响因素，以南(宁)友(谊关)膨胀土大量的室内试验为基础，研究膨胀土胀缩时程曲线特征，寻找膨胀土膨胀和收缩曲线的异同点，探求了土的初始含水率、干密度、外部压力等与膨胀变形量以及膨胀力的定量关系。
3．通过不同干密度、不同初始含水率在施加不同法向应力下的重塑膨胀土的直剪试验，研究南友路膨胀的应力-应变特性以及强度指标的变化情况，充分认识了重塑膨胀土的峰值强度、残余强度随初始条件(干密度、初始含水率、上覆压力)的变化特性，建立了粘聚力、内摩擦角与初始含水率、干密度以及干湿循环次数的定量关系。
4．通过对具有胀缩性的红粘土与膨胀土工程特性的类比试验，认为胀缩性红粘土与膨胀土虽具相似之处，但由于物质组成与微观结构的不同，其工程特性存在着诸多差异，在工程实践中应区别对待。
5．对膨胀土路基在施工过程中的变形特性进行现场监测以及有限元模拟分析，研究膨胀土路基竖向沉降和侧向位移随路基填土高度的变化情况，找出变形规律，用于指导今后膨胀土地段的路基施工。
The remolded soil is usually involved in expansive soil engineering, such as constructing embankment, slope design and so on. It is important for us to study the expansive scale, characteristics of shrink-swell and strength of the remolded expansive soils so as to help the construction of roads and railways, to improve expansive soil foundation and to design the expansive soil slope.
The characteristics of shrink-swell and strength of the remolded expansive soils are studied in this thesis , according to a series of experimentations in room, in which light consolidation apparatus , compression apparatus and routine direct shear apparatus are applied. The main achievements in this thesis can be obtained as follows.
1. A survey for many literatures on classification of expansive soil from the domestic and international is given. Through the contrast of the current method, pointing out the merit and shortcoming of every kind of method; And we also give classifications of the soil in the area of Chang(de)-Zhang(jiajie) superhighway and Nan(ning)-You(yiguan) superhighway by the method of fuzzy mathematics and standard moisture absorption water content of soil. All these provide more data for the engineering construction in these expansive soil areas in future.
2. The swelling-shrinkage mechanisms and influence factors of remolded expansive soils are summarized, Based on lots of laboratory tests of Nan(ning)-You(yiguan) expansive soils,the relationship between shrink-swell and time of expansive soils is researched. The similarities and differences between shrink and swell are found. The quantitative correlation between deformation magnitude with different original water content and dry densities is explored.
3. The direct shear tests of remolded expansive soils are performed for different dry densities and original water content with different stresses. The stress-strain relation and strength index of Nan(ning)-You(yiguan) remolded expansive soils is studied. The feature of the peak value strength and residual strength of expansive soils under different initial stations(original water content, dry densities and above acting pressure) is recognized. The quantitative rules of the cohesion and soils angle of internal friction to original water content and dry densities is developed.
4. Through the comparative experiments of geotechnical engineering of red clay and expansive soil, consider that their geotechnical engineering properties are quite different because of the differences of substance composition and microstructure, though there are also some similarities between them. Red clay and expansive soil should be distinguished for treatment in engineering practice.
5. An in-situ monitoring and finite element simulation about the deformation of the expansive soilroadbed in construction is given.The deformation behavior of the settlement and lateral displacement during the course of the constucuions is researched. All these provide more data for the engineering construction in these expansive soil area in future.
引文
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