不同含水率下级配碎石振动压实状态评价与机理研究

以重锤击实法中的最优含水率为高速铁路基床级配碎石振动压实法中含水率确定标准,振动压实过程中产生冒泥现象,劣化了级配碎石的压实质量。为研究含水率对振动压实法的影响机制,以不同土体结构类型的级配碎石为研究对象,通过大型室内振动压实和三轴试验,分析不同含水率级配碎石的压实状态变化规律。研究结果表明,干密度随着含水率的增大呈先减小后增大的趋势,存在波谷,且含水率过高时,振动压实中会出现粗粒料黏着、冒泥等现象;采用压实烘干后,临界含水率作为振动压实法的加水量,压实中未产生翻浆现象,且干密度满足现场碾压标准;临界含水率下CEI和TDI处于最佳区间,颗粒破碎率最低,同时保证压实后填料的刚度、强度最大;基于临界状态土力学理论,解释孔隙水对填料振动压实的影响,即在含水率超过临界含水率后、外界总应力保持不变的情况下,孔隙水压力增大,土体有效应力减小,导致成型后填料强度下降。研究成果可为高速铁路粗粒土填筑控制提供理论参考。

砂岩压实作用研究现状及进展

砂岩压实作用研究主要包括压实作用机制、影响因素和响应特征三方面内容,重点阐述了砂岩压实作用模型与数值模拟研究、压实作用物理模拟与数值模拟融合研究两方面的新进展,结果表明:1)压实作用模型包括机械压实作用和化学压实作用模型,机械压实作用模型重点介绍了石英砂岩的粒间体积—深度曲线;而化学压实作用模型是与压溶作用相关的溶解作用和胶结作用,着重介绍了压溶成因的石英胶结作用。2)压实作用物理模拟与数值模拟的融合研究,主要是在压实作用机理认识基础上,通过压实模拟实验,建立基于实验数据的压实作用模型,进而开展数值模拟研究。最后指出压实作用研究趋势将朝着砂岩组分更加复杂的压实作用模型、压实作用与流体流动耦合、垂向—侧向多动力学机制、砂岩—泥岩协同机制、构造—沉积—成岩“三相”耦合的压实作用数值模拟等方面发展。

公路土质路基振动压实特性数值模拟

采用ABAQUS有限元软件模拟压路机振动压实过程,研究不同碾压方式、碾压组合、松铺厚度D和压路机碾压速度V下路基土的动力响应与压实度变化规律。结果表明:不同碾压方式下最大竖向应力(S_(33))_(max)和竖向位移(U_(3))_(max)大小顺序为强振>弱振>静压,(S_(33))_(max)随碾压遍数N增加保持不变,而(U_(3))_(max)和压实度K在N=1时急剧增加;碾压组合对不同碾压方式下路基土体积应力p影响极小,碾压组合中碾压方式排列次序对路基土竖向位移U_(3)变化影响较大;组合1下不同松铺厚度的路基土竖向位移百分比P、压实度K值均大于碾压组合2,不同组合下D=40 cm时P、K值均为最大;在确定的松铺厚度下,碾压组合与碾压速度对P、K具有显著影响,碾压速度较小时P、K更大,但组合1条件下P、K关于碾压速度的差异较组合2显著。

沥青路面压实密度多指标智能预测模型

为提高现有沥青路面压实密度预测模型预测能力,以厦门翔安机场高速公路的路面段为试验场地,选取分别代表振压过程中谐波比、能量和力学变化的压实控制值CCV、耗散测量值DMV、振动压实值VCV以及温度作为监测指标,采用孤立森林算法进行监测指标异常点识别,基于最小偏二乘回归建立多指标沥青路面压实密度预测模型.结果表明:孤立森林算法可有效识别高维数据异常点,弥补传统方法只能处理一维数据的不足;温度与其他监测指标以及沥青路面密度存在不同程度正相关关系;基于CCV、DMV、VCV的多元回归模型拟合性能优于一元回归模型性能,论证了多指标评价方法可行性;最小偏二乘回归可改善自变量间共线性对模型权重的影响,解决温度权重与实际物理意义相互颠倒的问题;相比普通多元线性回归,最小偏二乘回归能进一步提高模型拟合能力,模型最终在训练集上的决定系数为0.83,在测试集上的决定系数为0.81,具有良好的沥青路面压实密度预测能力.

农田土壤压实表征指标及其检测方法研究进展

土壤压实已成为威胁全球农业可持续发展的重要因素之一。国内外开展了大量关于农田土壤压实的研究,但压实表征指标和检测方法缺少系统分类。本文从土壤压实与作物生长的关系出发,总结了国内外已有的土壤压实表征指标及检测方法。主要结果如下:1)单一指标往往难以量化不同尺度的土壤压实程度,对于田块尺度,宜选择土壤穿透阻力和相对紧实度,同时配合土壤含水量来表征其压实状况;对于区域农田尺度,宜采用先期固结压力来评估潜在压实风险;2)应依据在室内或田间具体情况选择相应的检测方法,室内选择土壤结构检测法或先期固结压力检测法反映土壤压实敏感性,田间选择穿透阻力检测法或地球物理检测法表征土壤压实程度。今后研究建议:1)更加深入研究土壤压实对作物根系形态、地上部光合产物的分配以及其他土壤质量指标的影响,并加强作物对于土壤压实的反馈机制研究;2)结合研究尺度,将土壤物理学指标与土壤力学指标结合起来,构建一套系统评价土壤压实程度的指标体系;3)从方法上削弱土壤空间异质性带来的影响应是今后土壤压实田间检测方法的重要研究方向。

二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

为了量化分析现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,基于常规力学性能试验、Overlay Tester反射裂缝试验、低应变水平下的四点弯曲疲劳试验,对比分析了现场铺筑上覆热拌沥青混合料前后乳化沥青冷再生芯样与室内马歇尔试样的力学性能差异。量化分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能及耐久性能的增强效果,并基于工业CT无损检测技术,分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料微细观空隙结构的影响规律。结果表明:现行规范推荐的马歇尔二次击实方法并不能很好地模拟现场实际压实状况,现场二次热压实对乳化沥青冷再生混合料力学性能、抗反射裂缝性能和抗疲劳耐久性能均有明显增强作用;现场压实乳化沥青冷再生混合料内部的大空隙数量和等效空隙直径均小于马歇尔击实成型,二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料空隙级配影响显著;现场二次压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能和疲劳性能的改善机理在于二次压实作用增强了乳化沥青冷再生混合料密实度,降低了微细观空隙直径,改善了微细观空隙级配。

应力吸收层沥青混合料压实特性研究

为了解应力吸收层沥青混合料的压实特性,保证施工和易性,采用旋转压实仪成型试件,利用压实度与旋转次数的关系研究油石比、压实温度和矿料级配对压实特性的影响。结果表明:压实能量指数、压实速率、95%和99%压实度对应的压实次数均可作压实参数,压实速率对应力吸收层沥青混合料适用性不强,95%和99%压实度对应的合理压实次数为10次和35次,其可用于确定最佳油石比,提出了应力吸收层沥青混合料关键筛孔1.18 mm和2.36 mm合理通过率范围分别为45%~50%和65%~75%。

某公路沥青路面压实工艺及施工质量控制要点

沥青路面需机械碾压方可平整成型,如果压实质量控制不当,沥青路面在后期使用过程中就会出现破损、车辙、裂缝等病害,影响行车安全性和舒适度。基于某公路沥青路面压实工程实例,阐述了沥青路面压实原理以及不同压实机械,性能特点不同,因而适用于不同的沥青路面压实施工工艺所需。针对该项目沥青路面压实的初压、复压、终压等3个不同的阶段,制定了不同的施工方案。在压实施工过程中,还需要控制好原材料的质量、沥青混合料的温度和铺层的厚度,同时,还需要控制好接缝处、陡坡、弯道等特殊路段的碾压工艺控制,可供同类工程参考。

侧向受控条件与压实度对陕北地区压实黄土压缩特性的影响

近年来,随着道路工程建设的高速发展,压实黄土因竖向压缩引起的路基沉陷问题日益严重。以往学者的研究主要集中在影响压实黄土变形的含水率、孔隙率、饱和度等因素方面,忽略了侧向约束条件以及不同压实度对压实黄土的影响。为解决以上问题,该文以陕北地区G307道路改扩建工程为依托,现场选取路基压实土样开展室内压缩试验。通过施加不同的侧向约束条件,分析竖向多级荷载作用下压实黄土在不同压实度和围压条件下的应力‒应变曲线。结果表明:土样的竖向压缩量与施加的竖向荷载呈正相关,而与压实度呈负相关;围压与侧向约束均能降低土样的竖向压缩量。该结果反映了土样在实际工程中的工作状态,可为黄土区路基填筑提供借鉴和指导。

不同机械压实条件下黑土性质及入渗特征变化研究

为探究不同机械压实条件对黑土土壤性质入渗特征的影响,以克山县典型黑土为研究对象,设置3种不同型号机械(华夏HX2104-C:154 kW、约翰迪尔554:40 kW、中国海山:19 kW)和不同压实次数(0,1,3,5,7,9次)对秋收后大豆耕地垄沟开展模拟压实,通过测定土壤容重、含水率、孔隙及土壤入渗特征,分析不同机械压实条件对土壤物理性质及土壤入渗特征的影响。结果表明:在0~10 cm土层,大型、中型、小型机械压实后土壤容重分别增加54.17%、56.25%、46.88%;总孔隙度分别减小31.58%、28.07%、29.82%;含水率分别下降19.35%、16.13%、9.68%。首次压实对土壤性质的影响最显著,容重均增加32.29%以上,土壤总孔隙度均减小15.8%以上,只有大型机械使土壤含水率显著减小9.6%。随压实次数增加,各机械压实后10~20 cm土层土壤容重从1.25 g·cm^(-3)增加至1.58 g·cm^(-3),总孔隙度从52.16%减小至38.22%,土壤含水率从27.33%下降至20.67%,其中,大型机械在首次压实使容重及孔隙特征产生显著影响,而中型及小型机械对土壤物理性质的影响主要依靠压实次数的增加对土壤起到压实的累积作用。首次压实,中型及小型机械使2 h累计入渗量分别减少87.16%、50.81%,初渗速率分别减少87.59%、70.93%,中型机械使稳渗速率显著减少92.90%;3次压实,大型机械使2 h累计入渗量、初渗速率分别显著减小73.29%、75.67%,大型及小型机械使稳渗速率分别显著减少74.07%、66.97%;至5次压实后土壤各入渗特征无显著差异。0~20 cm土层土壤容重及土壤孔隙特征均影响机械压实土壤入渗特征,其中,0~10 cm土层土壤容重是影响综合土壤入渗特征的主导因素。

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组机械压实作用与砂岩致密过程及对致密化影响程度

近年来,随着致密砂岩油气藏研究的不断深入,亟需明确致密砂岩储层致密化机理,从而更好地利于致密砂岩油气藏的勘探与开发。机械压实作用通常被理解为中浅层砂岩所经历的主要成岩作用,而深层的机械压实作用长期以来被人们所忽视。为探讨机械压实作用在砂岩致密过程中的作用及对致密化的影响程度,本次研究以鄂尔多斯盆地上三叠统延长组致密砂岩为例,通过井孔浅层与深层孔隙度变化趋势分析、镜下岩石结构的证据和砂岩压实模拟实验3个方面对延长组致密砂岩储层机械压实作用特征进行了分析。研究发现砂岩在深层与浅层压实减孔趋势一致或平行;随着上覆压力的增加,砂岩一直表现为减孔效应且机械压实作用强度随埋深的增加而变大;薄片特征显示延长组致密砂岩机械压实作用存在分级特征,不同级别的压实强度对应一定的镜下压实特征,通过统计薄片数据发现样品都处于压实作用与胶结作用对孔隙度影响评价图(Houseknecht图版)的左下区域。结果表明砂岩在埋藏致密化过程中自始至终存在机械压实作用,并且机械压实作用是导致砂岩致密减孔最重要的原因,远远超过胶结作用产生的减孔效应。由于砂岩孔隙度演化不仅与埋深有关,同样受到地质时间的影响,本次研究通过数学推导建立了砂岩孔隙度时间埋深双元函数模型,进而通过孔隙度双元函数可以对压实减孔进行定量分析,表征机械压实作用对砂岩致密化过程的影响程度。

基于RICM技术的水泥稳定碎石层压实质量控制研究

为弥补灌砂法的不足,压路机集成压实监控(Roller-integrated compaction monitoring, RICM)技术逐渐被应用于高速公路路面工程。由于填料性质复杂多变,RICM指标对不同填料的适用性仍需进一步研究。文章旨在验证基于RICM的压实控制值CCV指标能否作为路面水泥稳定碎石层压实质量的控制指标。根据现场碾压试验,统计分析试验结果并构建了CCV指标与混合料相对密度之间的线性回归模型。结果表明CCV指标与碾压遍数、相对密度之间呈正相关关系,能在一定程度上反映水泥稳定碎石层的压实质量,因此CCV指标可用于实际路面工程压实质量控制。

基于机器学习的土壤机械压实应用研究

农业机械作业造成的土壤压实已成为制约农业可持续发展的重要因素,过度机械压实使土壤理化性质恶化,甚至成为降低作物产量的主要原因。已有的土壤机械压实研究多是基于简单的数学统计分析,且研究重点为试验方案的设计,无法挖掘数据内部关系,也无法进行土壤机械压实程度的预测。近几年,随着机器学习的不断发展,越来越多的学者开始将其引入农业领域及土壤机械压实的研究。为此,分析了机械压实对土壤理化性质及作物生长的影响,总结了土壤机械压实的表征属性和常用机器学习算法及评价标准,并归纳了近几年基于机器学习的土壤压实的研究成果,给出了相关应用研究的建议。

路基智能压实评价指标研究进展综述

系统总结了智能压实评价指标(ICMV)迄今为止的主要研究成果,讨论了ICMV的发展历程、计算原理、优势与缺陷、填料适用性以及与原位指标拟合的影响因素。分析表明:ICMV与路基填料之间存在一定的匹配机制,工程上应尽量按照该机制选择ICMV以提升检测效果;拟合分析时,应综合考虑填料类型、ICMV类型和原位指标以确定影响因素,避免回归特征的冗余或缺失;鉴于部分特征对预测值存在非线性影响,不建议使用线性模型对智能压实数据进行预测。针对上述问题,本文在ICMV与填料的匹配关系、拟合因素的重要性、回归算法的选择策略三个方面给出了具体的建议及未来的研究方向,以期作为ICMV后续应用及研究的参考。

MOH材料室内压实特性及压实功研究

复合有机水硬性(multiplex organic hydraulicity,MOH)材料是以乳化沥青水泥胶浆为结合材料的混凝土,可以在高寒地区实现常温施工。为了确定合理的碾压施工工艺参数,文章对该材料的压实特性进行了研究。分别采用室内旋压和静压2种方法对试件进行压实成型,分析了表征压实特性的密实度参数和成型试件的压实效果,结果表明旋压试件的均密实度达94.7%,静压试件的均密实度达94.1%,旋压成型试件的集料颗粒压碎率较静压少,旋压试件的压实效果略优于静压试件。同时,研究了实验参数变化对压实过程特性的影响规律,表明压实次数或静压力增加时,压实速率呈逐渐下降趋势。基于压实功等效原理,将试件旋压做功转化为静压做功,而后通过3次样条曲线插值的拟合方法,获得等效静压压实过程中的静压功,从而获得MOH材料室内压实成型达到一定密实度所需的压实功。相关实验研究成果及旋静压压实功等效计算方法对实际碾压施工工艺及其参数的确定具有重要的参考意义。

泥河湾组粘性土填筑重载路基压实试验研究

《铁路路基施工规范》(TBJ202—86)中第3.2.1条,对一般路基基床填料规定,粉土、粉粘土均不宜作路基表层填料,可作为底层填料;粘粉土、粘土和有机土严禁作表层填料,也不得作底层填料。如需利用表列不宜用的填料,应按设计规定采取封闭、改良土质、加强压实等措施。第3.2.3条又规定:在年平均降雨量小于400mm地区,细粒土压实系数K,表层应达到0.90,底层应达到0.85,对重裁高速铁路没有明确规定。

水泥乳化沥青混合料路面压实工艺参数研究

为了精准预测水泥乳化沥青混合料路面达到目标密实度所需的压路机压实工艺参数组合,基于该混合料压实流变时变特性及压实Bodner-Partom(B-P)本构模型,采用数值仿真和路面压实试验相结合的方法开展研究。首先对ANSYS进行二次开发得到B-P材料模型,然后将阶段性变化的B-P模型参数代入压实组合仿真分析中,最后开展路面压实试验,进一步得到压实工艺参数优化组合。数值仿真研究结果表明:由仿真结果得到3个低频高幅高速组合,3个组合作用后沿轮宽方向的混合料竖向应变值减小幅度均较大,在路面深度6 cm处的混合料竖向应变衰减幅度值均较小,其中组合六的衰减幅度值为最小,路面目标成型厚度可控制在7 cm以下。路面压实试验表明,组合六(低频高幅高速压实6遍)的有效压实能量偏大,应将组合六的压实遍数优化为:低频高幅高速压实5遍+高频低幅高速压实2遍。

干湿循环作用下压实黄土裂隙演化特征

为了解干湿循环作用下压实黄土裂隙演化规律,通过自制装置开展考虑不同干密度和干湿循环路径的干湿循环裂隙试验,获取土样表面裂隙发育图像。采用PCAS软件对土样裂隙进行定量化分析,获得裂隙形态特征参数,并结合数字图像相关(DIC)法获得土样应变场。结果表明:①压实黄土裂隙发育随干湿循环次数的增长可划分为裂隙缓慢发展、快速增长和裂隙缓滞发展3个阶段;②裂隙发育程度受干密度、干湿循环路径共同影响,干密度越大,裂隙越难发育,干湿循环幅度越大、下限含水量越低,裂隙发育越充分;③裂隙中心线部位第一主应变随距起裂点距离的增大呈线性减小趋势,裂隙尖端、裂隙临近区块土体所受挤压作用随远离裂隙程度增大而减弱。研究成果可为压实黄土裂隙演化特征分析提供参考。

地层压实恢复的定量计算

在地层压实研究的基础上，阐述了利用压实曲线定量恢复地层原始厚度和原始孔隙度的方法，对计算过程中各种问题的处理以及参数的选取和计算进行了讨论，利用这一方法，可以定量描述地层压实过程以及构造演化史和烃源岩埋藏史。

混合比例、菌剂和压实密度对玉米秸秆和花生秧混合青贮发酵品质和营养价值的影响

本试验旨在研究混合比例、菌剂和压实密度对玉米秸秆和花生秧混合青贮发酵品质和营养价值的影响。试验分为2部分,试验1研究混合比例和菌剂对玉米秸秆和花生秧混合青贮发酵品质和营养价值的影响。将玉米秸秆和花生秧按5个混合比例(4∶0、3∶1、2∶2、1∶3、0∶4)进行混合,每个比例下设4个组,分别为对照组(CON组,喷洒无菌生理盐水)、植物乳杆菌组(LP组,喷洒1×10^(6)CFU/g植物乳杆菌)、粪肠球菌组(EF组,喷洒1×10^(6)CFU/g粪肠球菌)、植物乳杆菌+粪肠球菌组(LP+EF组,喷洒5×10^(5)CFU/g植物乳杆菌+5×10^(5)CFU/g粪肠球菌),每组3个重复,厌氧发酵60 d。试验2研究压实密度和菌剂对玉米秸秆和花生秧混合青贮发酵品质和营养价值的影响。将玉米秸秆和花生秧按3∶1比例混合后,按不同压实密度(300、450、600 kg/m^(3))进行发酵,每个压实密度下设4个组(同试验1),每组3个重复,厌氧发酵60 d。试验1结果表明:1)随着花生秧比例的提高,有机物、中性洗涤纤维和水溶性碳水化合物含量显著降低(P<0.05),粗蛋白质含量显著升高(P<0.05)。与对照组相比,EF和LP+EF组的中性洗涤纤维含量显著降低(P<0.05),EF组的氨态氮含量显著降低(P<0.05)。2)混合比例对乳酸菌和霉菌数量无显著影响(P>0.05)。与对照组相比,LP、EF和LP+EF组的乳酸菌数量显著升高(P<0.05),LP+EF组的霉菌数量显著降低(P<0.05)。3)混合比例为2∶2组的玉米赤霉烯酮含量显著高于其他各组(P<0.05),混合比例为3∶1和2∶2组的赭曲霉毒素含量显著低于混合比例为4∶0组(P<0.05)。与对照组相比,LP+EF组的玉米赤霉烯酮含量显著降低(P<0.05)。4)混合比例为2∶2组的pH显著高于其他各组(P<0.05),混合比例为3∶1组的乳酸含量显著高于混合比例为2∶2组(P<0.05),混合比例为3∶1组的乙酸含量显著低于其他各组(P<0.05),混合比例为3∶1组的丁酸含量显著低于混合比例为4∶0组(P<0.05)。与对照组相比,LP+EF组的pH显著降低(P<0.05),乳酸含量显著升高(P<0.05);EF组的乙酸含量显著降低(P<0.05)。试验2结果表明:1)压实密度为600 kg/m^(3)组的有机物、粗蛋白质含量显著低于压实密度为300 kg/m^(3)组(P<0.05),水溶性碳水化合物含量显著高于其他各组(P<0.05);随着压实密度的增加,氨态氮含量显著降低(P<0.05)。与对照组相比,EF组的有机物含量显著升高(P<0.05),LP+EF组的粗蛋白质含量显著升高(P<0.05)。2)压实密度对乳酸菌和霉菌数量无显著影响(P>0.05)。与对照组相比,LP和LP+EF组的乳酸菌数量显著升高(P<0.05),LP、EF和LP+EF组的霉菌数量显著降低(P<0.05)。3)压实密度为450和600 kg/m^(3)组的玉米赤霉烯酮和伏马毒素含量显著高于压实密度为300 kg/m^(3)组(P<0.05)。与对照组相比,LP+EF组的玉米赤霉烯酮含量显著降低(P<0.05)。4)压实密度对pH无显著影响(P>0.05)。压实密度为600 kg/m^(3)组的乳酸含量显著高于压实密度为300 kg/m^(3)组(P<0.05),压实密度为300 kg/m^(3)组的乙酸和丁酸含量显著高于其他各组(P<0.05)。综合各项指标,推荐玉米秸秆和花生秧混合青贮的适宜混合比例为3∶1,菌剂为植物乳杆菌和粪肠球菌联合添加,压实密度为450~600 kg/m^(3)。