流态固化土水泥剂量EDTA滴定法检测影响因素分析

水泥剂量是控制流态固化土强度的关键指标,工程中多采用EDTA滴定法进行检测,但流态固化土制备过程中含水量与水泥水化时间偏差会导致检测数据失真.研究了EDTA二钠标准溶液消耗量随水泥剂量、含水量和水化时间三因素的变化规律;基于回归正交试验,开展了多因素及交互影响的主次关系分析与显著性评价,建立了考虑三因素综合影响的EDTA二钠标准溶液消耗量回归方程.试验表明,EDTA二钠标准溶液消耗量与水泥剂量近似呈线性正相关,随含水量增大或水化时间延长近似线性降低;影响因素主次顺序为水泥剂量、含水量、水化时间,交互作用不显著;因素水平在回归正交试验组范围内,回归方程计算值误差低于2.40%;含水量或水化时间分别偏差2.9%、86min,将造成水泥剂量检测值增减约0.5%.研究成果可为完善流态固化土水泥剂量检测技术提供参考.

增效型无土相仿生油基钻井液技术的研究与应用

针对深井超深井钻井过程中钻遇高温高压、井壁失稳及井下复杂情况的难题,基于仿生学、超分子化学以及岩石表面润湿性理论,通过优选仿生增效剂、仿生提切剂及仿生降滤失剂,配套相关处理剂,最终形成了一套适用于深井、超深井地层钻探的增效型无土相仿生油基钻井液体系。研究发现,建立的增效型无土相仿生油基钻井液体系可抗220℃高温,配制密度为2.4 g/cm^(3),破乳电压大于400 V,高温高压滤失量为3.2 mL,人造岩心在该体系中220℃下老化后的抗压强度达到7.1 MPa,平均渗透率恢复值为93.9%。现场应用情况表明,体系流变性能稳定,平均机械钻速比邻井提高16%,平均井径扩大率仅为1.25%,可有效解决深井超深井钻井过程中出现的井壁失稳难题,为我国深井超深井的钻探提供了技术保障。

HYDRODYNAMIC CHARACTERISTICS AND SEISMIC ANALYSIS OF OFFSHORE CYLINDRICAL STRUCTURE-FLUID-SOIL SYSTEMS

An analytical method is developed to solve the coupled vibration problem of a vertical elastic circular cylindrical structure founded on homogeneous elastic soil with surrounding fluid. An improved mathematical model is adopted by which not only the structure-fluid interaction but also the influence of soil are considered. The frequency-dependent radiation added mass and hydrodynamic radiation damping are expressed in closed form, and are compared with generalized mass and damping respectively. Their variations with the exciting frequency are studied as well. A discussion of the influences of structure fluid interaction and structure-soil interaction upon hydrodynamic loading is given.

高富水复合砂层盾构隧道渗透破坏原因分析

特殊的地层条件及水力条件是事故发生的关键因素。本文通过砂土流失模型试验,发现单一砂层、复合砂层的渗流破坏特征存在显著不同。单一砂层和“上粗下细”复合砂层的侵蚀空洞呈漏斗形,而“上细下粗”复合砂层的侵蚀空洞呈碗形。当渗流出口处于粗细交界面时,上细下粗的复合砂层,使大部分的水头损失消耗在上部的细砂层中。相同条件下,“上细下粗”复合砂层中的渗流破坏最为强烈。广东某地铁区间突发涌水涌砂导致地面坍塌。事发地为珠三角河网地带,盾构机处于由下层中粗砂和上粉细砂组合而成的复合砂层中,同时邻近河涌强供水,两种结合极易发生涌水涌砂,引发周围地层砂水快速流失,造成上覆土层的大面积塌陷。试验结果与现场现象相吻合,揭示了高富水复合砂层中容易导致事故的地层和水力方面原因及上述多种因素组合致灾的机理。在类似工程勘察设计阶段,需重视复合砂层的识别,并做好盾构的“密封”措施,防止渗流出口的出现。

激发剂对高掺量碱矿渣流态固化土基本性能的影响研究

选用无水Na_(2)SiO_(3)(简称W体系)、CaO+Na_(2)CO_(3)(摩尔比1∶1,简称C体系)和Na_(2)SO_(4)+普通硅酸盐水泥(质量比2∶1,简称Z体系)3种固态碱性激发剂制备碱矿渣流态固化土,研究水胶比和碱掺量对碱矿渣流态固化土流动性、无侧限抗压强度和微观结构的影响。结果表明:固化土的流动度随水胶比的增加而显著增大,其中,C体系碱掺量为10%,水胶比为0.9时,固化土的流动度可达204 mm,无离析现象,有利于泵送施工;碱掺量的增加会导致固化土的流动度下降,W体系影响最大;Z体系不具备抗压强度,只有C和W体系在10%碱掺量时才完整脱模并具有抗压强度;相较普通硅酸盐水泥,C和W体系具有低Ca/Si值,其C-S-H凝胶的聚合度更好,微观结构也越密实。

不同水力集矿模型的矿粒采集及环境扰动特性数值研究

实现高效、低扰动海底集矿是深海多金属结核矿产资源开发面临的关键技术挑战.海底矿粒采集过程的力学行为十分复杂,是一个涉及三维紊动流动、离散粗颗粒运动与细颗粒土体破坏的流固土多物理场耦合过程.针对吸扬式、附壁射流式、射流冲采式3种主流的深海水力集矿方法,基于K-Epsilon两层模型和离散元模型分别模拟集矿液相湍流和固相矿粒,进行矿粒采集性能和环境扰动的数值模拟研究,分析集矿流量q m和集矿头拖曳速度v对矿粒采集率η、集矿流场湍动能k和海水-沉积物混合物体积分数φ的影响,探究集矿流场中流速、压力和矿粒的分布特征.结果表明:在相同q m和v下,射流冲采式模型获得的η最大,吸扬式模型获得的η最小;射流冲采式模型对近底流场扰动程度最大,深海沉积物扩散现象也最为明显,而吸扬式和附壁射流式模型造成的环境扰动程度较小,更有利于环保要求;附壁射流式模型的η对q m和v最不敏感,且该集矿模型可以较好地兼顾高效矿粒采集和低环境扰动.研究结果可为揭示集矿机理和设计研发高效低扰动集矿装置提供科学依据.

道路用水泥-粉煤灰流态固化土宏观力学性能与细观行为研究

为探究水泥-粉煤灰流态固化土宏观力学性能和细观行为演化规律,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试方法,结合力学试验与颗粒流(PFC)离散元数值仿真试验,研究了不同配合比流态固化土在冻融作用下的强度特性,分析了其细观形貌和裂隙演化特征。研究结果表明:流态固化土的流动性与水泥、粉煤灰掺量呈正相关,粉煤灰的掺加有效降低了流态固化土的湿密度;粉煤灰火山灰反应生成的凝胶物质显著提升了流态固化土的后期强度和抗冻性;流态固化土试件裂隙在轴向应变约为1%时首次出现,之后裂隙数量呈线性增长,在轴向应变为4%~5%时趋于稳定,试件表面出现平行于轴向的贯通裂隙。

强风化岩流态固化土抗压强度试验研究

为解决生态环境与工程投资效益之间的关系,以兰州某回填工程为依托,将开挖出的强风化岩与湿陷性黄土混合后添加适量的水泥、膨润土和泵送剂进行改良后作为流态填充材料,应用正交试验设计,对不同配比的强风化岩流态固化土进行无侧限抗压强度试验,得到各因素最佳配比,分析抗压强度的影响因素及其显著性大小,并研究强风化岩流态固化土的水稳定性和冻融循环作用下的微观结构。结果表明:对抗压强度影响最显著的因素是水泥,黄土次之;各因素对抗压强度影响的大小排序依次为:水泥掺量→黄土掺量→膨润土掺量→强风化岩粗骨料掺量→强风化岩细骨料掺量→泵送剂掺量。改良试样浸水后抗压强度随养护龄期增长下降幅度逐渐趋于平缓,说明其水稳定性得到了提高;在冻融循环作用下易发生硅含量损失,且改良试样的强度性能与硅元素有关。

碱矿渣水泥基预拌流态固化土的力学性能研究

采用固体碱激发剂CaO+Na_(2)CO_(3)和矿渣制备碱矿渣水泥,研究不同碱矿渣水泥掺量下流态固化土的工作性能、无侧限抗压强度和微观结构。结果表明:改变碱矿渣水泥掺量可以调控流态固化土的流动性,流动度和坍落度随着碱矿渣水泥掺量的增加先增大后减小,在掺量为40%时,流动度达到最大值,为225 mm;流态固化土的湿密度为1.575~1.630 g/cm^(3),干密度则随着碱矿渣水泥掺量的增加而整体呈增大趋势;碱矿渣水泥掺量由30%增至40%时抗压强度增幅最大,且7 d强度可达到28 d的90%左右。碱激发矿渣使C-S-H凝胶体的生产量增加,Ca/Si降低,促使流态固化土形成更致密的结构。

温室传热水道与土壤换热强度影响的数值分析

以呼和浩特市某日光温室铺设的传热水道为研究对象,为提供传热水道在土壤中铺设间距、深度的准确依据,利用CFD数值模拟技术对传热水道在不同供水温度(30、40、50℃)、不同埋管深度(30、40、50cm)、不同管道间距(20、40、50cm)的情况时对温室土壤的换热强度进行研究与分析。结果表明:埋管深度越深对土壤地面温度影响越小,管道间距越宽则土壤的温度分布越分散,使土壤不容易达到温度扩散的饱和值,管温越高对管道以下的土壤影响越大,造成资源浪费;当埋管深度为30cm、管间距为20cm时,土壤的换热效果最佳。研究结果可为温室传热水道对土壤加热提供理论参考。

基于地铁工程低碳模型的资源化应用示范研究

随着城市化进程的加快,地铁工程在全球范围内得到了快速发展.然而,地铁建设过程中产生的桩基泥浆、盾构土处理一直是一个环境和工程的难点、重点.桩基泥浆、盾构土的资源化利用,不仅能够有效解决这一问题,还能促进低碳岩土工程的发展,实现可持续发展的目标.介绍了我国地铁工程现状,盾构施工所产生的盾构泥渣方量,分析了盾构泥渣的工程性质及其处置方法现状.总结了国外先进处置建筑垃圾的法律体系,对比分析我国现有法律法规及政策上的不足.讨论了盾构泥渣的产生、管理以及处置过程中的碳排量计算理论.并以无锡地铁建设运行为例,研究了以盾构泥渣改良为“可控性能流态固化土”回填无锡地铁6号线三阳地铁站地下防空洞和东风站清障、回填项目案例,以期为地铁工程盾构泥渣的利用提供参考.

考虑多孔介质渗透率变化的宾汉流体渗透注浆扩散模型

渗透注浆是一种广泛应用于岩土多孔介质加固的方法,但已有基于浆液流变方程和平衡方程的研究,侧重分析浆液本身性质如黏度时变性、滤过效应、自身重力等对渗透注浆扩散范围的影响,尚未考虑浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,导致现有理论解析结果与试验测试结果相差较大。因此,基于黏性流体的运动方程、连续方程和平衡方程,引入浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,推导获得多孔介质渗透率随介质孔隙特性、注浆施工参数和注浆扩散半径的函数解析表达式,据此建立考虑多孔介质渗透率变化的浆液扩散控制方程。与已有理论结果对比表明,考虑浆液流动阻力影响的理论结果更接近试验结果,可以验证该理论方法的有效性。参数分析结果表明:考虑浆液在孔隙内的流动阻力时,岩土多孔介质渗透率随注浆时间的增加呈现先迅速降低后缓慢上升趋势,随注浆压力的增大呈现逐渐下降趋势;对于工程中常见的符合宾汉流体性质的水泥浆液材料,当注浆时间小于5 min时,多孔介质渗透率变化是影响浆液扩散的主控因素,超过7 min后,浆液黏度时变性成为主控因素。研究成果能为岩土多孔介质渗透注浆工程实际中注浆参数选取和质量控制起到良好的理论指导意义。

考虑桩-水-土耦合的船桥碰撞损伤特性

船桥碰撞问题是一种复杂的非线性动力学问题,现存规范经验公式只能对其最大碰撞力进行预测,无法全面预测船-桥结构的损伤特性,而有限单元法可有效地对这一不足进行补充。通过LS-DYNA软件研究考虑桩土作用和流固耦合效应的船桥碰撞损伤特性,通过数值仿真与试验结果、AASHTO规范公式的对比分别验证钢筋混凝土材料模型的准确性以及桩-水-土耦合方法的有效性;分析典型碰撞场景下船舶和桥墩桩基结构的碰撞损伤特性;讨论船速和船撞角度等因素对船桥碰撞损伤的影响。结果表明:典型船桥碰撞场景下船舶和桥墩结构的损伤均较为严重;船撞速度、角度越大,碰撞力峰值也越大;桩土作用和流固耦合效应均不可忽略。该结果可为船舶和桥墩结构设计提供一定参考。

矿物掺合料对流态固化土物理力学性能的影响研究

文中研究了矿物掺合料对流态固化土物理力学性能的影响。结果表明,随着水泥用量的增加,各龄期强度明显增加。这是由于水泥作为固化剂决定了固化土的水化产物的形成数量和形成速率;适量矿粉掺入使得固化土水化过程生成更多硅铝质胶结产物,粉煤灰填充土体孔隙,减小孔隙率,颗粒间连接更紧密,固化土整体性更佳。

流态固化土回填电力管廊抗震性能研究

电力管廊作为城市“生命线工程”的重要组成部分,其抗震性能的研究对减少次生灾害、降低经济损失极为重要。流态固化土作为一种将固化剂与弃土和水拌合后形成的填筑材料,具有一定的强度和流动性,具备自密实效果,可以较好地控制电力管廊基坑回填质量。以南京江北新区某地下电力管廊项目为工程依托,通过室内试验探究流态固化土的物理力学性能随配合比的变化规律,利用PLAXIS软件建立电力管廊计算模型,对比分析电力管廊在不同回填材料下的抗震性能。研究结果表明,与其他回填材料相比,流态固化土填筑技术可以解决电力管廊基坑肥槽回填不易密实的问题,提升电力管廊的抗震性能。

考虑流固耦合效应的砂土注浆加固机理分析

砂土层具有典型的非均质性和原位变异性,注浆过程存在浆液与砂层的流固耦合效应。将随机性与分形理论结合,基于Diamond-square算法构建考虑砂土力学性能参数空间变异性的物理模型,采用精细化的流固耦合多物理场模型,对浆液在砂土介质中的扩散规律进行分析,并探讨注浆前后砂土在荷载作用下的应力和变形特性。研究表明构建的砂土随机分形模型,能够反映地层地质信息条件的差异性,可以准确揭示复杂应力、结构状态下,砂土注浆的基本规律和特征。浆液沿孔深呈不规则形状扩散,不同深度处浆液有效扩散半径各不相同,浆液扩散变化、有效填充范围,与砂土分形结构呈现高度一致性。注浆加固前砂土结构松散,应力传递方式单一,加固后砂土胶凝形成二次结构,荷载传递过程中产生应力集中现象,砂土承载潜力得到充分发挥。注浆加固减小了砂土层的沉降变形,显著提升了砂土的物理力学性能。

加压流体萃取气相色谱法测定土壤中三氯杀螨醇

利用加压流体装置进行萃取,萃取剂为一种体积比为1∶1的丙酮-正己烷混合试剂,建立用带电子捕获器的气相色谱法分析土壤中有机氯农药三氯杀螨醇的方法。土样经冷冻后干燥或者加入干燥剂后用玛瑙研钵进行研磨,经0.25 mm口径筛网处理成0.250 mm(60目)左右的颗粒,再经筛网筛取土样20 g,加入适量硅藻土,转入洗净的萃取池;用体积为1∶1的丙酮正己烷混合试剂进行加压流体萃取,萃取条件为100℃,10.34 MPa。测定土壤中三氯杀螨醇,相关性较好(R=0.9985),灵敏度较高(方法检出限0.00104 mg/kg),精密度较高(相对标准偏差在0.56%~1.40%),精确度较好(回收率在87.0%~110%)。使用本方法测定土壤中的三氯杀螨醇含量,有一定的可靠性,为土壤中新型污染物三氯杀螨醇含量的检测提供了更好的方式。

降雨条件下浅层土质边坡稳定性流固耦合分析

降雨条件下浅层土质边坡稳定性具有复杂性与不确定性,难以通过单一因素作出客观准确地评价。为了探究不同降雨强度和历时条件下黄平县某浅层土质边坡稳定性的变化规律,采用岩土试验和数值模拟相结合的方法,通过编写FISH语言实现降雨对边坡稳定性的动态耦合求解。通过岩土试验得出杂填土和黏土层的渗透系数,FLAC^(3d)数值模拟采用流固耦合理论能够综合考虑降雨条件和土体特性对边坡稳定性的真实影响。结果表明,雨水入渗使土体强度降低,杂—黏界面是潜在不稳定最主要的薄弱结构面;最大孔隙水压力集中区域随降雨强度增大逐渐向边坡内部转移;边坡张裂缝可将暴雨(100 mm/d)形成的地表径流快速导入杂—黏界面使其加速活化,边坡更快进入欠稳定状态(F_(s)=1.15)。

加压流体萃取-硅酸镁柱净化-气相色谱法测定土壤中石油烃(C10~C40)的含量

取10.0 g土壤样品,加入约10 g硅藻土,混匀,脱水,研磨后进行加压流体萃取。以体积比1∶1的正己烷-丙酮混合溶液作提取溶剂,在温度100℃,压力11.70 MPa下静态提取5 min,循环提取2次。浓缩提取液后过活化好的硅酸镁净化柱,收集流出液。用7 mL体积比9∶1的正己烷-丙酮混合溶液洗涤浓缩装置,清洗液过硅酸镁净化柱。合并流出液,浓缩后进入气相色谱仪。在HP-5MS色谱柱上以升温程序分离样品中的石油烃(C10~C40)。结果显示:石油烃(C10~C40)的质量浓度在248~9300 mg·L^(−1)内和峰面积呈线性关系,检出限(3.143s)为2.4 mg·kg^(−1);加标回收率为93.5%~103%,石油烃土壤质控样品中石油烃(C10~C40)的测定值在认定值范围内,测定值的相对标准偏差(n=6)为7.1%~8.8%。

土壤石油烃(C_(10)-C_(40))预处理两种提取方法的测定研究

本文综述了土壤总石油烃的来源,是目前环境中广泛存在的有机污染物之一。土壤中石油烃的预处理通过索氏提取和加压流体萃取两种方法提取、浓缩、净化,定容后再通过气相色谱法进行测定。同时,对两种预处理提取方法进行比较,取简单高效、试剂能耗小、绿色环保的预处理方法,为环境土壤检测提供技术参考。