硫酸盐含量对黄土黏粒特性的影响研究

黏粒是黄土粒组的主要组成部分,也是影响黄土的最活跃部分,盐分的加入使得黄土中黏粒的团聚作用及物理力学性质都有明显的差异,这也决定了盐度在影响黏粒团聚的众多因子中占主导地位。以黄土为研究对象,探究盐分对黄土黏土颗粒团聚的影响和机理。本文在洗盐的基础上配制不同质量比(0、0.3%、0.5%、3.%、5.0%、8.0%)的人工硫酸盐盐渍土,基于粒度分析和界限含水率试验,研究硫酸盐对黏土颗粒的团聚作用的宏观表征,在击实试验的基础上结合XRD、SEM、EDS和BET研究硫酸盐含量对黏土颗粒团聚作用的微观结构和物理化学机理。试验表明:随着含盐量的增加,黏粒的含量减小,液限和塑性指数减小,塑限不变;含盐量大于0.3%时(即盐渍土)随着含盐量的增加,过多的硫酸钠无法溶解以晶体的形式析出,析出的晶体进一步吸收水分子最终形成芒硝晶体,体积会急剧增大,导致最大干密度一直减小,而强烈的水化作用则使最优含水率增大;硫酸盐对黏粒产生团聚作用,当含盐量增加时,芒硝晶体的衍射峰增强,团聚体的含量增多,比表面积减小,吸附能力减弱,扩散层压缩变薄,液限和塑性指数减小。

黄土变刚度组合桩复合地基及其工作性能研究

考虑到西北地区阶地黄土的特殊工程地质条件,为了更好地契合当地工况,满足高铁路基的沉降控制指标,本文提出了一种变刚度组合桩复合地基,并进行了现场载荷试验,研究了其承载特性、桩土应力比与桩周土挤密系数变化特征;通过数值模拟,深入研究了变刚度组合桩桩体与桩周土体地应力变形分布特征。结果表明:相比于水泥土挤密桩,变刚度组合桩复合地基能够更有效地控制沉降;地表处桩土应力比特征更接近柔性桩,具备柔性桩复合地基的变形协调能力;变刚度组合桩复合地基能够产生土拱效应,从而更好地发挥桩体的端承作用,降低复合地基下层桩间土所受的荷载,以契合阶地黄土区特殊的工程地质条件。

基于神经网络的探地雷达隧道衬砌检测方法

人为识别隧道衬砌探地雷达图像信息不仅效率低下,而且结果具有主观性,所以隧道衬砌施工质量检测工作的主要难点就是提高图像的判读准确率。为了解决这一问题,采用了改进后的卷积神经网络VGG-16(Visual Geometry Group)模型和包含两个隐藏层和一个输出层的MLP(Mobile Location Protocol)模型,进行了隧道衬砌初期支护探地雷达图像钢拱架和空洞地自动识别。首先将单通道的探地雷达灰度图像转换为三通道图像,之后用VGG-16框架提取探地雷达图像中钢拱架和空洞的图像特征,最后通过MLP模型实现对钢拱架和空洞地自动识别。结果显示,该神经网络对任意抽取的隧道衬砌初期支护探地雷达图像中钢拱架的识别率达到99%左右,对空洞的识别率也达到了96%左右,可实现探地雷达图像中钢拱架和空洞的高效准确地自动识别。

拟静力法边坡稳定分析的改进

拟静力法简单适用,在地震边坡稳定分析中发挥了很大作用,积累了较丰富的经验。传统上滑动体都是按竖向条分的。考虑地震惯性力时,竖向条分在计算地震惯性力和抗滑力矩时存在计算上的不合理,从而使地震惯性力与实际值有误差,抗滑力矩偏小。而考虑地基中的地震荷载时,安全系数的计算结果是不确定的,没有一个客观的最小安全系数计算结果。在分析了误差产生的机理后,对拟静力法的计算进行了改进。算例表明,改进后拟静力法计算结果是合理的。

温度改性水玻璃固化黄土机制研究

硅化法是湿陷性黄土地基处理的主要化学方法之一,为了提高固化效果需要对水玻璃溶液进行改性。对温度改性水玻璃溶液固化黄土进行了试验研究,并通过化学组成和矿物成分分析、微观结构分析探讨了温度改性水玻璃固化黄土的机制。试验结果表明:在20～80℃范围内,随着温度的升高,水玻璃固化黄土的强度有明显提高;X射线衍射图谱中部分矿物衍射强度降低并出现密集低矮的非晶质物相峰群;SEM图像显示随着温度的升高凝胶薄膜增多;MIP(压汞试验)数据显示,随着温度的升高,孔隙表面积增大。水玻璃溶液固化黄土的强度随温度增加的机制在于:生成的非晶质物相和凝胶薄膜随着温度的升高而增加,促使最可几孔径的减小和小孔隙的增多,强化了骨架颗粒的连接强度,并将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体,从而改善了土体的强度。

综合物探法在滑坡稳定性评价中的应用研究

滑坡是最严重的自然地质灾害之一,产生条件复杂,受各种自然地质因素影响,其稳定性评价和治理方案选择中经常利用物探方法来获取相关地质信息。近年来越来越多的工程实践发现单一的物探方法均有信息不够准确、直观等局限性,综合物探法以其全面、快速、信息丰富等特点从而得到广泛应用,对滑坡治理方案的选择具有重大意义。以兰渝铁路盖家阴山滑坡为例,结合滑坡勘察资料,借助高密度电法和瑞利面波法进行综合物探勘查,获取其速度和电阻率等参数,进一步确定滑坡的滑动面、深度及滑动范围,认识滑坡的变形破坏发展过程与规律,为滑坡的治理方案的确定提供有力证据。

改性水玻璃固化盐渍土强度及冻融循环耐久性试验研究

为了解决盐渍土盐胀和溶陷等不良工程问题,进行了20、40、60℃改性水玻璃碱激发粉煤灰固化盐渍土试验研究.通过冻融循环试验、无侧限抗压强度试验、X射线衍射光谱以及微观结构测试,研究了温度改性水玻璃固化盐渍土的强度和冻融循环耐久性.结果表明:改性水玻璃固化盐渍土的强度随温度的升高反而降低;不同温度改性的水玻璃固化盐渍土的抗压强度随冻融循环次数的增加而降低并在冻融10次以后下降幅度减小;不同温度改性水玻璃固化盐渍土没有新的晶体衍射峰出现,随着改性温度的升高,芒硝和白云石的衍射强度增大,表观小孔隙率变大,强度降低,冻融循环后,微观结构遭到破坏.

基于灰色关联度法的可拓理论在霍尔古吐水电站坝址区泥石流危险性评价中的应用

泥石流危险性评价是灾情预测、防灾救灾决策中的重要内容,是国内外灾害科学研究的热点之一。本文以新疆开都河霍尔古吐水电站坝址区群沟泥石流为研究对象,在对泥石流区域地质环境研究的基础上,选取泥石流规模、爆发频率等8个因素作为评价因子,采用灰色关联度确定评价因子权重,运用可拓理论,通过定性和类比的方法对群发泥石流区域进行危险性评价。将评价结果与刘希林提出的单沟泥石流评价结果比较,清水沟与雪莲沟的可拓法评价危险度等级要高于单沟泥石流评价结果,这一结果和现场调查情况相吻合。因此,基于灰色关联度法的可拓理论对霍尔古吐水电站坝址区群发泥石流危险度评价结果合理可靠,进而为坝区泥石流危险性评估、规划防治提供合理的科学依据。

改性黄土的冻融特性

研究冻融循环前后不同水泥石灰粉煤灰配比下改性黄土的无侧限抗压强度、渗透系数和微观结构等物理力学特性的变化。综合考虑强度、渗透性和抗冻融．胜能，提出改性黄土改性剂的最优配比，探讨冻融循环对改性黄土工程特性的影响。结果表明：在考虑冻融循环的条件下，4％-5％的水泥与6％的石灰及10％的粉煤灰的掺入不仅能有效地提高改性土的抗压强度，降低渗透系数，而且能够避免改性黄土因为刚性太大而引起的抗冻融能力下降的情况。3种改性剂的联合作用改变了黄土颗粒的排列和连结方式，从而能够提高改性黄土的强度和抗冻融能力。

水玻璃固化硫酸盐渍土强度特性及固化机制研究

盐渍土化学固化法是解决盐渍土盐胀、溶陷和腐蚀等不良工程问题的有效方法之一。通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验、化学成分分析和扫描电镜试验研究了石灰粉、煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的强度特征,分析探讨了其固化机制。试验结果表明:石灰含量小于8%时,石灰、粉煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的抗压和抗剪强度较石灰粉煤灰固化土有大幅度提升,固化土强度随水玻璃浓度几乎呈线性增长。水玻璃固化硫酸盐渍土强度增加的机制在于:水玻璃的碱激发粉煤灰作用和水玻璃与盐渍土中化学成分的吸附作用所生成各类凝胶的填充和包裹,使得骨架颗粒的接触面积增大,颗粒之间的孔隙逐步减小,骨架颗粒由点接触变为面接触,固化盐渍土通过凝胶而黏结成为一个紧密的空间网状整体结构,土体强度得以提高。同时,复杂的物理化学作用大幅度降低了固化盐渍土中SO_4^(2-)含量,有效地抑制了硫酸盐渍土的盐胀特性。

含盐量对固化硫酸盐渍土抗压强度的影响

对石灰粉煤灰固化不同含盐量硫酸盐渍土28 d试件进行无侧限抗压强度试验,探讨含盐量对石灰粉煤灰固化土抗压强度的影响。并采用界限含水率试验、X线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和物理吸附试验等方法研究石灰粉煤灰固化不同含盐量硫酸盐渍土的稠度特征、物相特征、化学成分和微观结构,分析含盐量对石灰粉煤灰固化硫酸盐渍土抗压强度影响的机理。研究结果表明:含盐量在0.3%~5.0%范围内,不同石灰粉煤灰固化硫酸盐渍土的强度随含盐量的增加先增大后减小,峰值强度对应的含盐量为1.8%;同一含盐量时,当含盐量低于2.8%时,固化土强度随石灰粉煤灰含量的增加先增大后减小,当含盐量高于2.8%时,固化土强度随石灰粉煤灰含量的增加而增大。

固化盐渍土核磁共振微观特征

采用核磁共振技术,对不同配比的水玻璃、石灰+粉煤灰及石灰+粉煤灰+水玻璃的固化盐渍土的微观特征进行检测,结合无侧限抗压强度试验,分析了各固化方案的盐渍土固化效果,讨论了强度成因的微观特征机制。结果表明,不同固化土的孔隙特征有较大差异。石灰+粉煤灰固化盐渍土大孔隙减少;石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土孔隙总体积减少,但同时有大孔隙生成;水玻璃固化盐渍土孔隙总体增多,但随水玻璃浓度增大,孔隙体积有所减小。石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土抗压强度远大于其他固化方案,但是其孔隙结构并不是最优,说明颗粒间的胶结情况对固化效果的影响远大于孔隙特征。

非线性强度参数对高土石坝坝坡稳定性的影响

堆石料在高应力状态下,其抗剪强度具有明显的非线性。使用对数形式的非线性强度准则得到的坝坡计算安全系数要高于按线性强度准则得到的计算安全系数。现行规范所规定的许可安全系数,是与多年来大量使用偏低的线性强度指标所作的稳定计算相适应的,偏于保守;改用非线性强度后应作适当的提高。对采用非线性强度计算的安全系数比采用线性强度计算的安全系数提高程度进行了统计分析,给出了用非线性强度指标进行稳定分析的安全系数取值标准的建议值。

复合改性水玻璃固化黄土机理研究

对复合改性水玻璃溶液固化黄土进行了试验研究,并通过化学组成和矿物成分分析、微观结构分析探讨了复合改性水玻璃固化黄土的机理。试验结果表明:复合改性水玻璃固化黄土的强度有明显提高;X射线衍射图谱中密集低矮的非晶质物相峰群仍存在,但是部分矿物衍射强度比普通水玻璃固化的有所升高;SEM图像显示胶凝材料特有的裂纹减少,黏结比较紧密;MIP数据显示复合改性后孔隙表面积增大,最可几孔径减小。复合改性水玻璃溶液固化黄土的强度增加的机理在于:K+的加入使生成的聚合物增多,胶凝裂纹减少、黏结趋于紧密,促使了最可几孔径的减小和小孔隙的增多,强化了骨架颗粒的连接强度,并将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体,从而改善了土体的强度。

金川岩体各向异性与巷道支护变形破坏关系探讨

岩体强度和变形的各向异性直接影响岩体的稳定。通过对金川二矿区１２１８水平采准巷道围岩岩石及岩体结构面分形、弹性波波速值和巷道围岩位移各向异性特征的具体分析，得出了围岩的各向异性是造成金川镍矿深部采准巷道支护变形破坏的主要因素之一，也是巷道围岩变形量大、变形时间长的根本原因的结论。

复合改性水玻璃固化黄土冻融特性试验研究

在我国季节温差变化较大的西北地区广泛分布着大量的黄土地层,强烈的冻融作用引起土体结构发生破坏,导致路基和边坡失稳;因此探求在冻融环境下新型岩土加固方式具有重大意义。研究了冻融循环条件下复合改性不同波美度水玻璃固化黄土的无侧限抗压强度、质量损失和微观结构等力学特性的变化。探讨了冻融循环对复合改性水玻璃固化黄土工程特性的影响。试验结果表明:复合改性水玻璃与未改性水玻璃固化黄土样的质量损失、强度损失与冻融循环次数存在一定相对值。冻融循环初期,冻融作用对复合改性水玻璃固化样强度有一定的补强作用;随着冻融循环次数的增多,强度随之减小;多次冻融循环后,试样微结构中部分骨架颗粒或晶体出现断裂,微结构出现损伤或破坏,固化样强度降低,甚至丧失。

高土石坝坝坡稳定非线性分析

在高应力状态下堆石料的抗剪强度具有明显的非线性。强度非线性有指数和对数两种描述形式。对几座高土石坝的坝坡稳定分析表明,使用对数形式的非线性强度准则得到的坝坡计算安全系数比按线性强度准则计算的安全系数要高。现行规范所规定的许可安全系数,是与许多年的大量的用偏低的线性强度所作的稳定计算相适应的,偏于保守,改用非线性强度后应作适当的提高,对其提高的程度进行了统计分析,并给出了用非线性强度指标稳定分析时安全系数取值标准的建议值。

碱激发地聚物固化盐渍土微观结构研究

碱激发地聚物胶凝材料能够有效固化硫酸盐渍土的根本机理在于改善固化土的微观结构。通过对比试验研究水玻璃、石灰粉煤灰和水玻璃石灰粉煤灰固化盐渍土的无侧限抗压强度和微观结构,阐述了水玻璃碱激发粉煤灰地聚物固化盐渍土微观结构效应。试验结果表明:石灰粉煤灰能够改善盐渍土颗粒级配,缩小孔径范围,降低孔隙体积,进而提高抗压强度;水玻璃能够胶结土颗粒成为团聚体,减小孔隙率和孔隙体积,其抗压强度受浓度影响较大;水玻璃石灰粉煤灰的孔隙特征不是最佳,但由于碱激发地聚物生成的水化凝胶物质填充了粒间孔隙,改善了颗粒胶结状况,抗压强度最高;碱激发地聚物固化盐渍土效果受碱激发反应程度的影响,反应程度越高,固化效果越好。

基于滑面应力优化的土坡稳定分析方法

基于滑面有限元应力分析的土坡稳定分析方法的关键在于滑面上应力的计算,而已有方法的共同点是滑面上点的应力是在其所处的单元内插值得到,从而引起滑面上应力的不连续．基于此提出了一种基于滑面应力优化的土坡稳定分析方法,即对滑面一定区域内的应力进行光滑,通过该区域的滑面上点的应力由外推得到,从而得到较光滑的应力分布,安全系数的计算结果更符合实际．

基于GIS和层次分析法的冲积扇油气管道段坡面侵蚀性评价

坡面侵蚀是管道穿越冲积扇地质灾害的重要类型之一。通过对青海省乌兰县希里沟北山山前冲积扇油气管道建立坡面侵蚀单体模型,以遥感影像解译为基础,结合野外调查,沿管线得到40个灾害点。获取坡度、来水量、地表抗冲性、渗透性、植被等7个指标因子,用层次分析法确定各因子权重,发现坡度所占权重最高,达35.1%。借助Arc GIS软件,建立数据库,方便属性查询。通过加权叠加,将最终栅格图层按自然断点法进行分级,分为五级,得到调查点侵蚀强度等级图。比较分析结果与实际管线调查情况较吻合,表明该方法在坡面侵蚀研究中值得推广,从而为油气管道运营期主要治理区域及新管线的选线提供一定的理论支持。