考虑温度影响的岩石三向膨胀力测量仪及其实验设计

膨胀力是膨胀类岩石重要特性之一,该文提出了一种考虑温度影响的岩石三向膨胀力测试方法与实验装置。基于实验设计,利用该装置开展了黑色页岩、红层泥岩膨胀力实验,得到两类岩石在不同温度下的膨胀力时程曲线;分析了黑色页岩、红层泥石膨胀力随时间的变化规律,并与基于弹性力学原理计算得到的两类岩石膨胀力进行了对比,进一步比较了温度对两类岩石膨胀力的影响规律。该装置结构清晰、操作简单,更有利于学生对岩石膨胀力的理解,也是对岩石力学实验教学内容的补充。

重塑膨胀土的三向膨胀力试验研究

用三向胀缩仪对南阳陶岔重塑膨胀土做了12个三向膨胀力试验,9个湿胀干缩试验和9个控制变形的膨胀力试验。试验结果表明,三向膨胀力不等,水平膨胀力小于竖向膨胀力;湿胀干缩使重塑膨胀土的膨胀力降低,第一次干湿循环后膨胀力减小最多;微小的位移可以使膨胀力大大降低,膨胀力与位移呈对数关系;给出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系式。

弱膨胀性黏土膨胀力取值试验研究

依托西南地区某一膨胀土基坑边坡工程,采用单土样持续/断续吸水条件下膨胀土含水率-膨胀参数全过程曲线试验模拟不同降雨工况下的膨胀力测试。连续/断续吸水试验表明:土体膨胀力随其含水率的增加先增后减,而后逐渐趋于稳定。通过膨胀力以及膨胀率试验结果分析,拟合提出了膨胀力的简明计算公式:P=αw。

膨润土颗粒充填施工接缝的缓冲层膨胀力研究

在高放废物处置库中,缓冲层通常以高压实膨润土砌块拼接回填形成,这势必在金属罐、砌块、围岩之间留下不可忽略的施工接缝.通过在位于试验舱底的压实膨润土上部预留接缝,开展接缝充填膨润土颗粒工况下的试样膨胀力测试,以掌握膨润土颗粒充填施工接缝对缓冲层膨胀力特性的影响.研究结果表明:试样水化方向不同,膨胀力发展过程存在较大差异,但膨胀稳定时间差别不大;从接缝端入渗时,试样均表现出随注水时间增长,膨胀力逐步提升,直至稳定在最高膨胀力;随着接缝宽度增大,最终膨胀力出现显著降低,且膨胀稳定时间显著增加;在施工接缝中充填膨润土颗粒可显著提升缓冲层最终膨胀力,保证其“自密封”要求.

高压实膨润土多尺度膨胀力特性研究进展

作为高放废物处置库的工程屏障,高压实膨润土在服役过程中的膨胀力特性不仅受其多尺度结构影响,还将长期受到近场环境中热-水-化多场耦合的作用。在阐述高压实膨润土多尺度结构的基础上,系统总结了高压实膨润土多尺度结构单元膨胀力特性的最新研究进展。研究表明,高压实膨润土在微观、细观、宏观尺度上分别存在蒙脱石层叠体、集合体以及单元体试样的结构单元。微观尺度上,主要采用分子动力学模拟的方法,探讨了蒙脱石层叠体层间水化膨胀特性,揭示了蒙脱石膨胀力发展的微观机制;细观尺度上,采用颗粒粗化的方式对蒙脱石集合体的弹性模量进行计算,构建了不同干密度下蒙脱石集合体的结构模型;宏观尺度上,对近场环境作用下的高压实膨润土开展恒体积膨胀力试验,揭示了侧限条件下高压实膨润土膨胀力的演化规律。目前,在各个尺度上对高压实膨润土膨胀力的研究工作相对独立,各尺度之间的力学特性存在显著的尺度效应,且膨胀力的多尺度传递机制尚不明晰。因此,对蒙脱石层叠体、集合体以及高压实膨润土在不同尺度上的膨胀力特性开展系统研究并建立膨胀力的多尺度模型,将是今后研究的重点。

干湿循环中膨胀土吸力和膨胀力变化规律研究

以江苏省宿迁市某膨胀土航道整治工程为例,通过室内试验,研究膨胀力与基质吸力随含水率与干湿循环次数的变化规律。结果表明,膨胀力随含水率增加而降低,干湿循环后膨胀力整体下降,其中吸湿过程膨胀力大于干燥过程,在一定次数的循环后逐渐稳定;基质吸力随体积含水率增大而减小,干湿循环次数的增加使得基质吸力下降,含水率越大降幅越小,滞回曲线不明显。试验数据拟合发现,膨胀力与含水率关系式用指数函数拟合、土水特征曲线用Gardner模型拟合效果最好。结合相应的非饱和土抗剪强度公式,能用于非饱和膨胀土边坡的相关研究。

膨胀土连续吸水渗透特性及对膨胀力影响研究

为探究黏土渗透特性及其工程影响程度,以某膨胀土地区某超高层项目基坑膨胀岩土为例,采用改进传统瞬时剖面法测试土体含水率和基质吸力,研究膨胀土连续吸水渗透特性及对膨胀力影响。研究结果表明:非饱和膨胀土为极弱透水性或不透水;土体土基质吸力与含水率呈反比幂函数关系,渗透系数与浸湿时长、基质吸力分别呈非线性Boltzmann函数关系和VG函数关系;土体渗透系数随注水时间先降低后增大。吸水过程中,土体膨胀力的发展与含水率增量的关系都呈线性关系,且略有滞后性。研究成果拓宽了膨胀土的理论研究和工程实践,推动了膨胀基坑的支护理论及设计计算方法的完善。

合肥膨胀土膨胀力特性试验研究

本文以合肥新西站膨胀土为研究对象,对在不同初始干密度和不同初始含水率条件下的膨胀土试样进行一维膨胀力试验。试验结果表明:在所研究的初始含水率和干密度范围内,膨胀力基本可以分为快速增加、缓慢增加、趋于稳定3个阶段,快速增加阶段主要处于100 min之前,此阶段的膨胀力基本达到了极限膨胀力的80%;土样初始含水率和干密度对膨胀土的膨胀力都有显著的影响,当初始含水率相同时,膨胀力随干密度的增大呈指数增长;当初始干密度相同时,膨胀力随初始含水率的增大而减小,呈良好的线性关系;当初始干密度较小时,初始含水率对膨胀力的影响相对较小;通过多因素耦合分析方法,建立了考虑初始含水率和干密度双因素的膨胀力计算公式。

锂离子电池循环过程膨胀力与容量关系研究

锂离子电池在循环老化过程中,内部会发生正负极活性材料结构塌陷、电解液分解产气等副反应,导致电池膨胀、容量衰减。研究电池膨胀力在其生命周期内的演化规律对于加强电池寿命管理具有重要工程意义,然而目前针对这一领域的研究少有文献报道。通过探究锂离子电池在老化过程中膨胀力与寿命的演变趋势,发现将电池在循环过程中的充电膨胀力峰值和容量值进行微分后,两者的绝对值呈现同时上升的趋势,表明电池膨胀力与循环寿命具有强相关关系。将膨胀力引入电池寿命预测模型可以提高锂离子电池寿命预警模型的准确性。

膨胀力变化规律试验研究

对膨胀土胀缩机理进行了阐述,剖析了膨胀力概念,指出GB/T50279-98界定的膨胀力为最大膨胀力或极限膨胀力,提出自然膨胀力概念及其试验方法。首次开展了自然膨胀力随增湿程度变化规律的试验研究,并对膨胀力随增湿程度、干密度大小、起始含水率等因素的变化规律以及等同土样进行不同程度脱湿后的膨胀力变化规律开展了试验研究,得到了诸多有价值的结论,使对膨胀力概念的认识更加深入,其应用也更符合工程实际。

南阳膨胀土三向膨胀力规律研究

湿胀干缩是膨胀土的一个典型特征。膨胀土与水作用时，随着含水量的增加，其体积将明显地增大，显示了强烈的膨胀性。当这种膨胀性受到限制时，必然产生膨胀力。膨胀力的大小与膨胀土的含水量和干密度有很大关系，研究膨胀力对深入了解膨胀土的变形和强度特性很有价值。通过12个三向膨胀力试验，研究了南阳陶岔重塑膨胀土膨胀力随含水量和干密度的变化规律。试验结果表明重塑膨胀土的三向膨胀力不等，水平膨胀力小于竖向膨胀力；给出了膨胀力与初始含水量和干密度的关系式，为工程建筑物的稳定分析提供了依据。

电芯膨胀力叠加关系研究

随着新能源行业的兴起,高比能、低成本、高成组效率的模组设计已成为主流趋势。然而锂离子电池在充放电过程中会发生鼓胀,导致电芯循环寿命降低。且电芯到模组级别膨胀力呈增大趋势,过大的膨胀力会使模组端侧板发生破坏。文章基于电芯膨胀力叠加关系的研究,分别对单体电芯、2P1S、1P2S、3P1S、1P3S、4P1S、1P4S以及3P4S模组进行了测试,得出电芯串并联方式对模组膨胀力大小的影响可以忽略不计,且模组膨胀力的大小与电芯的个数呈对数函数的关系。通过预测不同成组方式模组膨胀力的大小,为安全模组设计提供指导意义。

合肥重塑膨胀土三向膨胀力试验研究

以合肥重塑膨胀土为研究对象,采用改进的三向胀缩仪开展了16组不同初始含水率与干密度的三向膨胀力试验。研究结果表明,(1)在所研究的含水率、干密度范围内竖向膨胀力总是大于横向膨胀力,快速膨胀阶段大致在0~2 h以内,该阶段竖向膨胀力可达到极限膨胀力的80%以上;(2)同一干密度下竖向膨胀力随初始含水率增大而减小,竖向膨胀力与初始含水率之间具有良好的线性关系,且干密度越大,竖向膨胀力随着初始含水率的变化速率越大;(3)在竖向膨胀力与干密度的关系图中,每条曲线均以干密度1.6 g/cm^3为分界点呈双线性关系;(4)由膨胀力对数与初始干密度的关系,不同初始含水率下的ln(P_z)-ρ_d关系为一系列近似平行的递增直线,直线斜率大致相同,说明膨胀力随初始干密度的变化速度不随含水率的变化而变化。

高庙子膨润土GMZ001三向膨胀力特性研究

为研究高庙子钠基膨润土GMZ001的三向膨胀力特性,改进了三向胀缩仪,扩大了该仪器膨胀力的测量范围,进行了一系列不同干密度和不同初始吸力的三向膨胀力试验。研究结果表明:①在所研究的干密度、含水率范围内,竖向(平行于压实方向)膨胀力、水平(垂直于压实方向)膨胀力均主要与干密度有关,初始吸力对其没有明显影响。②水平膨胀力与竖向膨胀力之比随干密度的增大而减小;当干密度较小时,竖向膨胀力与水平膨胀力基本相等;当干密度大于1.6 g/cm3时,水平膨胀力与竖向膨胀力之比变化很小,其值稳定在0.78左右。③初始吸力、干密度均会显著影响膨胀力随时间变化曲线的形状;对于高吸力高干密度试样,其膨胀力–时间关系曲线在中间一段出现"平台"。④相同初始吸力下,膨胀力变化速率随干密度的增大有所增加,但不同干密度试样的膨胀力变化速率的差异随时间逐渐缩小;相同干密度下,尽管初始阶段高吸力试样的膨胀力发展更快,但一段时间后低吸力试样的膨胀力变化速率会比高吸力试样的大。⑤膨胀力最终平衡时间随干密度增大有所增加,而初始吸力对平衡时间影响不大。

红砂岩膨胀力学特性试验研究

针对南京红山窑水利枢纽工程提供的红砂岩岩芯,采用MTS 815.02型岩石刚性伺服试验系统和岩石膨胀测量仪,对膨胀红砂岩进行了力学特性试验研究。并进一步探讨了膨胀红砂岩膨胀力与吸水率的相关性,继而研究膨胀红砂岩膨胀力与膨胀变形的规律。通过膨胀红砂岩力学特性试验结果分析,膨胀红砂岩的初始吸水率对其膨胀力有着强烈的影响。这一结果对水利工程地基处理方案设计与施工具有重大的参考价值。

计算膨胀管膨胀力的新方程

膨胀管技术的关键在于膨胀管的选材、螺纹联接以及膨胀机构;膨胀力是设计、验算膨胀工具强度的重要依据。在考虑钢材的性能,井眼中的管柱空间形状、膨胀工艺、膨胀芯头的锥角以及膨胀芯头与套管内壁的润滑状况等因素对膨胀力影响的基础上,结合管柱塑性性能和塑性变形理论,采用主应力法得出了计算膨胀力的解析方程,并进行了实验模拟。实验数据和理论计算结果吻合较好,证明该膨胀力计算公式是可靠的,可以应用到工程中解决实际问题。

混合型缓冲回填材料膨胀力试验研究

与纯膨润土相比,混合型缓冲回填材料(膨润土与石英砂混合物)能够实现防渗阻隔能力、热传导性能、力学强度和可施工性能的最佳组合。选用高庙子钠基膨润土(GMZ001)为缓冲回填材料的主料,添加不同比例的石英砂,对掺砂比分别为0、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内试验。结果表明,混合物的液限、塑限随掺砂率的增大而线性降低;膨胀力随时间呈指数增长。初始含水率较大时,最大膨胀力随初始含水率的增大略有降低。掺砂率一定时,最大膨胀力随初始干密度指数增长。提出了有效黏土密度的概念,建立了一定初始含水率条件下,任意掺砂率和初始干密度的高庙子膨润土-砂混合物最大膨胀力归一化模型,为混合型缓冲回填材料膨胀力的预测与控制提供了依据。

重塑膨胀岩土微变形条件下膨胀力试验研究

通过对南宁膨胀性泥岩重塑土样进行变形量分别为0,0.2,0.5和1 mm的微变形膨胀力试验,分析膨胀力的主要影响因素,建立膨胀力与干密度、初始含水率双因素之间关系,研究微变形条件下膨胀力变化机制。结果表明:(1)零变形时,膨胀力随干密度增大呈指数形式增大,并与初始含水率呈幂函数关系。(2)微变形时,膨胀力随变形增大而衰减明显,在干密度大、初始含水率低时衰减幅度较大,反之较小;在干密度及初始含水率一定时,微变形膨胀力随着变形率增大而呈指数衰减。(3)微变形与零变形膨胀力之比随变形率增大而呈指数减小,当变形率为1%,2.5%和5%时,微变形膨胀力与对应零变形膨胀力之比分别为75%,55%和35%。

高庙子膨润土-砂混合料的三向膨胀力特性

对不同干密度和含砂率高庙子膨润土-砂混合缓冲/回填材料的试样进行一系列三向膨胀力试验研究,结果表明,混合料三向膨胀力均随干密度呈指数关系递增,随含砂率呈指数关系递减。混合料存在各向异性,竖向膨胀力大于水平向膨胀力;含砂率和干密度均对试样的各向异性产生影响;当含砂率大于30%以后,含砂率的增加对其各向异性影响较小;混合料的各向异性随干密度的增大更加显著,并逐渐趋于稳定;对各向异性的机制进行分析,提出基于体积率的膨润土干密度这一指标,建立高庙子膨润土及其含砂混合料三向膨胀力的经验模型,并对模型进行验证和应用,研究成果可为高放废物深地质处置库中的缓冲/回填材料设计提供参考。

压实红黏土的恒体积膨胀力与细观机制研究

针对目前量测土体膨胀力的主要方法所存在的不足,提出近似完全限制条件下测量土体膨胀力的改进方法。以压实红黏土为研究对象,测到不同初始状态(含水率、干密度)试样的膨胀力,并与膨胀反压法测得的膨胀力进行对比分析,发现限制膨胀方法测得的膨胀力要小于膨胀反压法的试验值。同时,显现出限制膨胀法测膨胀力具有3个主要优点:试验过程中保持土体不发生变形,更加符合膨胀力的物理定义;试验耗时少、占空间少;能测较宽含水率范围内的膨胀力。最后,利用压汞法和氮吸附法测得不同状态下土体的细观孔隙结构分布特征。结果表明:相同干密度试样,制样含水率对压实土体的孔隙分布影响显著;黏土晶间和粒间吸水自由膨胀后发生"不可逆"膨胀变形;土体发生"不可逆"膨胀变形程度是引起限制膨胀法和膨胀反压法所得试验结果出现差异的主要原因。