盐渍土在蒸发过程中的水盐相变行为研究

伴随蒸发过程,盐渍土孔隙内的溶液会产生汽化及结晶现象,且两种不同的相变间存在相互依赖性。为了揭示蒸发过程中的水盐相变特性,对盐渍土在蒸发过程中的汽化和盐结晶行为进行了理论和试验研究。首先,从热力学理论出发,通过考虑相间化学势平衡和Young-Laplace方程给出了起始结晶半径的理论表达,并分析了起始结晶半径与温度和相对湿度的关系。结合Van Genuchten土水特征曲线模型,建立了孔隙溶液浓度在不同状态下盐的溶解-结晶模型,并分析了温度和初始含盐量对盐结晶行为的影响规律。最后,通过开展控制温度和初始含盐量的蒸发试验结果对理论模型进行了验证。结果表明:环境湿度降低的过程中,土体温度以及初始含盐量对孔隙溶液中的水分和盐分相变有着显著的影响,土体温度越高,孔隙溶液中水分蒸发越快,液相最终饱和度越低;随着初始含盐量的增加,液相最终饱和度下降,盐晶体体积比增加。初始含盐量还会改变盐的盐析湿度,并且盐晶体的产生会抑制水分的蒸发。

新时代背景下土木工程专业课程思政建设与实践

为了更好地践行社会主义核心价值观,将思想政治工作融入高等教育全过程,文章以土木工程专业课程思政建设与实践为例,从人才培养方案、课程思政建设方案及教学团队入手,充分挖掘土木工程专业蕴含的思政元素,并结合新时代高校思想政治工作要求,明确专业课程思政建设内容,建立了土木工程专业课程思政体系,从而产出课程思政成果并加以推广应用。同时,针对建设内容给出课程思政建设举措与保障措施,为理工科专业课程思政的改革与实践提供一定参考。

多年冻土区石油污染土物理性质、石油迁移及修复现状

随着多年冻土区石油资源的开发,石油污染问题日益严重。本文概述了多年冻土区石油污染土的物理性质和修复技术,以及石油污染物的迁移规律和模型。通过回顾相关研究发现:①在微观结构上,多年冻土区石油污染土平均孔隙度没有变化,但孔径增大,孔隙数量减少,各向异性程度降低。②土壤受到石油污染后,其导热率和冻结温度会显著降低,从而减少了土壤冻结成冰的分凝量和冻胀量。③位于多年冻土上部活动层的石油随冻融循环调控水分而发生迁移,而低渗透率的多年冻土层是有效阻止石油垂直迁移的天然屏障。④现有的石油迁移模型可分为两类:一是非水相流体在多孔介质中的渗流模型,二是非水相流体在多孔介质中的浓度分布模型。多年冻土区石油迁移模型的建立受多种因素的影响,特别是要考虑多年冻土区特殊的气候条件,如低温、淋滤和冻融循环等。⑤多年冻土区石油污染土壤的修复技术包括物理、化学和生物修复。其中,物理修复是应急首选,快速高效但成本较高;化学修复效果明显,但易造成二次污染;生物修复经济环保,但在多年冻土区受到诸多限制,且时效性长。总体而言,由于多年冻土区的石油污染场地的复杂性和多变性,单一的修复技术往往难以解决污染问题,联合使用物理、化学和生物修复方法是未来重要的发展趋势。

冻融条件下冰碛土力学特性试验及模型研究

青藏高原地区的冰碛土多处于季节性冻土区,而冰碛土在冻融循环作用下,容易引发地质灾害和影响工程建设,因此研究冻融循环作用后冰碛土力学性质和强度劣化对该区域工程的安全建设有重大的意义。对藏东南地区冰碛土开展冻融循环后的三轴压缩试验,并采用邓肯-张模型及修正邓肯-张模型对冻融后冰碛土的适用性进行验证,同时探讨了模型参数与冻融循环次数的关系。结果表明:(1)高围压下,冻融后试样表现出更明显的应变软化现象;(2)冻融循环次数与土体内摩擦角无显著相关性,而黏聚力呈负指数型函数衰减,这与直剪试验结果一致;(3)采用邓肯-张模型预测冻融作用下冰碛土的应力-应变曲线,低围压下模拟精度较高,模型参数K和冻融循环次数呈负指数函数关系;(4)修正邓肯-张模型可以较好反映试样的应变软化特性,但对于试样破坏后的残余强度阶段,理论值与试验结果相差很大,可靠度低。该研究以期为寒区工程建设提供基础性参考。

冻结过程土体导热系数影响因素及预测模型研究

为探究土体导热系数的基本规律,采用瞬态平面热源法测试了冻结过程土体导热系数。研究了土体在不同温度、含水率和干密度物理指标下导热系数变化规律,分析了这三个物理指标动态变化对土体导热系数的影响机制。基于试验数据,建立了DT、RF、GBDT、AdaBoost、SVR、BPNN共六种机器学习模型以预测土体导热系数,通过四个性能指标评估了六种机器学习模型的预测能力,并与三种经验模型进行了对比。此外,基于RF和GBDT进行了特征重要性分析。结果表明:未冻结阶段土体导热系数无显著变化。剧烈相变阶段,因含水率和干密度的不同,土体导热系数随温度的降低分别呈现出减小和增大的趋势,其中增大的趋势随着含水率的增加而增加。冻结阶段,因测试过程中土样的水分蒸发和迁移,土体导热系数随着温度的降低而减小。土体导热系数均随干密度和含水率的增加而增加。根据评估结果,六种机器学习模型中RF的表现较好(RMSE=0.036,MAE=0.028,R^(2)=0.993,AD=0.004),明显优于三种经验模型,RF相较于经验模型也能更准确地预测出其他地区的土体导热系数,建议使用RF预测冻结过程土体导热系数。特征重要性分析表明含水率、温度和孔隙率是影响冻结过程土体导热系数的重要因素。

负温养护下水泥稳定粉质黏土的剪切特性研究

水泥稳定土广泛应用于寒区岩土的改良,明晰负温养护条件下水泥稳定土剪切强度的主控因素及变化机制对于寒区工程安全运维具有重要意义。本文开展了不同养护温度、水泥含量、含水率、龄期条件下水泥稳定粉质黏土的剪切特性试验,分析了负温养护下水泥稳定粉质粘土剪切强度的变化规律。结果表明:负温养护下水泥稳定土的抗剪强度小于常规养护下水泥稳定土的抗剪强度;不同养护温度下水泥稳定土的剪切破坏形态表现出不同程度的脆性效应;抗剪强度随着水泥含量的增加而增大,初始含水率为16%~20%时对水泥稳定土强度增长最为有利;水泥稳定土的黏聚力随着水泥含量的增加而增大,随着初始含水率的增加先增大后减小;内摩擦角随着水泥含量及初始含水率的增加也呈现先增大后减小的趋势。

冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用过程研究

冻融循环作用显著影响土石混合体的水-热-变形相互作用过程及力学特性。基于此,本文开展了单向冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用及无侧限抗压强度试验。通过单向冻融循环装置对30%砾石含量的土石混合体进行了4次单向冻融循环试验,每次循环根据设定的温度变化曲线持续168小时,模拟实际自然环境中冻结和融化的周期。同时,利用微机控制电液伺服万能试验机开展了未冻融和冻融循环后试样的力学特性测试,并探讨了冻融循环对土石混合体微观结构劣化机理的影响。研究结果表明:单向冻融循环对试样内温度、水分和变形有显著影响。冻融循环过程中土石混合体的融化速率大于冻结速率,试样在冻融循环过程中存在着体积未冻水的迁移和重分布。第一次冻融循环对土石混合体变形影响最为显著,试样的净变形随着冻融循环次数的增加先增大后趋于稳定。此外,反复的单向冻融循环改变了试样的孔隙结构。冻融循环后试样的抗压强度和变形模量分别减小了45.31%和60.92%,其衰减幅值随着冻融循环次数的增加而降低。

基于云模型的高速铁路绿色施工等级评价——以西南地区为例

针对高速铁路绿色施工评价过程中决策信息的模糊性和不确定性等问题,提出一种结合云模型和模糊综合评判的铁路绿色施工评估方法。以水土流失防治、资源节约和环境保护3个方面共17项指标建立评价指标体系;采用不确定层次分析法和集对理论得到权重值;而后建立各评价指标的标准云,采用逆向云生成器将专家估算数据转化为评价云,通过云相似度算法测算标准云与评价云的相似度并建立相似度矩阵,用相似度矩阵改进模糊评判矩阵,再结合权重获得最终评价结果。最后,通过实例验证了该评价模型的适用性和可行性。研究结果表明:模型可以确定项目及各指标的绿色施工等级,并可为今后绿色施工等级提高策略的制定提供数据支持。

土木工程施工课程多样化教学模式改革与实践

土木工程施工课程是土木工程专业必修的一门专业核心课程,教学模式不同则效果不同。文章在大量的实践探索中,分析了该课程教学的特点和出现的问题,提出了课程教学的改革模式和思路,研究了如何利用现有的资源条件和各种手段以及保障措施,高效、高质量地完成课程教学的教学模式。并在土木工程专业2016级建筑工程方向的课程教学中得以实施,其效果良好,深受师生们的好评。

土中水膜厚度变化规律及未冻水含量预测方法

未冻水含量改变直接影响冻土的热力学及变形特性,也是水热数值计算的关键条件。为了探究未冻水含量变化规律,首先采用等效粒径表征土颗粒粒径分布,将土体简化成等效粒径球状堆积体系。其次考虑简单立方堆积和立方最密堆积平均的堆积方式,基于多孔介质预融理论,提出土中未冻水含量的计算方法,并通过试验数据验证其合理性。最后分析了杂质密度以及有效粒径大小对水膜厚度以及未冻水含量的影响。研究结果表明:土颗粒表面电荷密度引发的自由能对水膜厚度的改变极易受杂质浓度的影响,随着浓度增大,土颗粒表面电荷对水膜的影响越来越小。土中液态水含量主要由土颗粒表面水膜厚度变化来决定,当等效颗粒减小时,通过间隙水求解的未冻水体积比例逐渐增大,并且在较低浓度时发挥更大作用。对于较大颗粒土,未冻水含量模型预测效果好。当粉质黏土、黄土、砂土等效粒径分别缩小0.28、0.3、0.36倍时,未冻水体积含量计算结果与试验值吻合较好。

冻结硫酸钠粉质黏土强度与本构模型研究

为了研究冻结硫酸钠粉质黏土的变形规律和强度特征,在1 MPa围压下,对-2、-6、-10℃三组温度下不同硫酸钠含量的粉质黏土进行负温三轴剪切试验研究。基于实验数据,计算了冻结硫酸钠粉质黏土的切线模量,研究了轴向应变与偏应力的非线性关系,推导了试样的p-q平面强度准则,提出了冻结硫酸钠盐粉质黏土强度公式,建立了含参数的冻结含盐粉质黏土的修正Duncan-Chang本构模型,并拟合了相关参数,验证了模型精度及适用性。结果表明:试样的偏应力在应变后期趋于稳定,处于向应变硬化过渡的阶段,切线模量E随含盐量的增加呈现先减小再增大再减小的变化规律,切线模量E变化幅度较小,p、q呈明显的线性关系,在0℃至-15℃温度范围内,修正Duncan-Chang本构模型对含盐量小于2.5%的冻结硫酸钠粉质黏土强度具有良好的预测效果。

低温盐侵蚀环境下砂浆孔隙水相变特性研究

砂浆孔隙溶液水盐相变特性是研究其水-热-盐耦合模型以及水泥基材料损伤机理的关键理论基础。为探究河西走廊盐渍土地区砂浆孔隙溶液水、盐相变规律,首先利用差示扫描量热法测定水盐相变过程中热流、相变温度等热参数;其次基于热量守恒和水分质量平衡方程,初步实现水盐分离;然后分别计算不同温度下的冰、盐晶和未冻水含量,揭示了低温下砂浆孔隙溶液水盐相变机理;最后结合微观扫描和物质能谱图,明晰了砂浆内部劣化机制。研究结果表明:随着盐浓度增大,砂浆孔隙溶液冻结温度降低、相变时间延后、水盐相变顺序调换及未冻水含量向低温方向移动;相同盐浓度下,氯化钠对砂浆孔隙溶液冻结温度的降幅最大,混合盐次之,硫酸钠最小;砂浆在低温盐侵蚀下遭受物理化学耦合作用,其中氯化钠对砂浆破坏性最大,混合盐次之,硫酸钠劣化相对较轻。

基于桩体抗剪强度的复合地基路堤稳定性分析方法

根据瑞典条分法和简化毕肖普法分析边坡稳定性原理,通过对抗滑桩及桩间土的稳定力矩与滑动力距进行单独分析及计算,提出基于桩体强度的路堤边坡稳定性分析桩-土分算法。采用桩-土分算法和规范法对具有不同加固桩桩径、桩间距和路堤高度的边坡稳定性及滑坡破坏特点进行分析。结果表明,桩-土分算瑞典条分法计算所得稳定系数最大,桩-土分算毕肖普法次之,规范法所得稳定系数最小。基于3种方法的路堤边坡稳定系数均随坡高增大而降低,规范法与桩-土分算法计算所得稳定系数差值,随边坡高度增大呈先增大后减小的抛物线形变化。此外,桩-土分算法分析所得边坡最不利滑面位置出现了“下移”现象,根据规范法边坡最不利圆弧滑面穿过地基加固区中部,但当路堤边坡高度为9~15 m时,桩-土分算法分析所得最不利圆弧滑面绕开了柔性桩加固区域,位于柔性桩加固区底部以下区域,且此时边坡仍然存在不稳定性。

硫酸钠盐渍土渗透特性研究

盐渍土内部水分渗流过程是影响区域生态环境演变、水资源利用以及工程施工、使用安全的重要因素.为预测饱和硫酸钠盐渍土渗透系数曲线,通过修正土水势模型推导了饱和盐渍土渗透系数计算模型,并通过渗透试验验证该计算模型的可靠性;此外,通过室内渗透试验研究了微纳米材料对盐渍土渗透性的影响.结果表明:渗透系数计算模型可较好反映饱和硫酸钠盐渍土渗透系数的变化规律,渗透系数随着含盐量的增加而减小,当含盐量大于2%后变化很小.硫酸钠盐渍土的渗透系数随着纳米二氧化硅的掺量增加而减小,随着纳米碳酸钙的掺量增加先减小后增大,随着相变材料的掺量增加先增大后减小并趋于稳定.

冻融循环作用下西藏东南冰碛土剪切力学特性试验研究

西藏东南地区冰碛土堆积体广泛分布,冻融作用严重影响冰碛土堆积体稳定性。对西藏东南及川滇地区200组冰碛土粒径级配进行对比分析,并通过室内直剪试验研究了不同含水量和冻融循环作用下冰碛土剪切力学特性,结合试样体积变化及水分迁移规律分析黏聚力劣化机制。结果表明:(1)冰碛土粒径范围较广,相比川滇地区,西藏东南冰碛土细粒含量更多;(2)冻融循环后,黏聚力c呈负指数型函数降低,内摩擦角φ波动幅度-6.47%~+5.46%;(3)含水量越高、冻融循环次数越多、垂直应力越大的试样剪胀性越弱,剪缩性越强;冻融循环条件下,含水量越高的试样剪切带厚度变化范围越大;(4)冻融6次后,冰碛土体积无显著增长,水分迁移呈规律性,与黏聚力在冻融6次后劣化减缓相一致。

四川甘洛自勒沟泥石流运动特征及预测防治效果研究

甘洛县位于四川省西南部,所处区域高山峡谷地貌特征显著,地质构造运动强烈且为强震影响区,泥石流灾害频发。甘洛县自勒沟分别于1987年和2019年发生两次特大泥石流,大量泥石流堆积物顺沟而下,堵塞245国道和尼日河,并对沟口凉红水电站及尼日河河岸成昆铁路造成严重威胁。对此,基于现场调查资料和无人机航拍数据,利用Massflow数值模拟方法,对该沟泥石流运动特征进行分析以及治理措施防治效果进行预测。结果表明:若沟内现有物源再次爆发泥石流,最大泥深将达到11.9 m,流速达到11.7 m/s,流动强度达到123.37 m^(2)/s,堆积物一次冲出量为11.18×10^(4)m^(3),堆积扇面积为6.925×10^(4)m^(2)。根据预测结果,采用合理的工程措施进行治理后,最大泥深下降为8.5 m,流速下降为9.1 m/s,而流动强度可下降52.7%,为58.32 m^(2)/s,堆积扇面积和一次冲出量分别为1.406×10^(4)m^(2)和2.75×10^(4)m^(3),分别下降80%和75%。这表明,采用固源为主,拦挡、排导为辅的措施对自勒沟泥石流灾害进行治理,可取得较好治理效果,对保护沟口建筑及成昆铁路安全运营有重要意义。

降温过程硫酸钠盐渍土水-热-盐相互作用过程

受寒区复杂工程环境影响,盐渍土内部水热状态预测更加困难,而水-热-盐相互作用过程研究是寒区盐渍土冻胀及盐胀机制研究的核心与基础。为此,基于室内降温试验,得到硫酸钠盐渍土结晶温度区间,建立降温过程盐渍土中水-热-盐相互作用计算模型,并对模型的准确性进行验证。结果表明,不同盐分质量分数的硫酸钠盐渍土结晶温度差异较大,高盐分质量分数土样在正温发生盐分结晶,低盐分质量分数土样在负温发生盐分结晶。基于物理现象提出的水-热-盐相互作用计算模型可有效地预测降温过程硫酸钠盐渍土的温度、未冻水体积分数、硫酸钠结晶质量分数及其分布变化。降温过程硫酸钠盐渍土在发生结晶时会产生盐分运移,使局部盐分质量分数增加,进而增大其结晶质量分数。不同盐分质量分数的硫酸钠盐渍土盐分扩散运移能力存在差异,高盐分质量分数土样在正温区间盐分结晶质量分数较大,低盐分质量分数土样在温度区间-4~-6℃时盐分运移明显。

基于应变能的砂土液化势BP神经网络模型评估

液化是地震引起的最具破坏性的现象之一.能量法是液化势评估的常用方法,但已有的模型未考虑细粒含量临界值以及参数不确定性对液化势的影响.因此,本研究基于应变能(W),将数据库以细粒含量28%为临界值分成两个数据集,分别构建了两个BP神经网络(ANN)模型来对砂土液化势进行评估,并通过蒙特卡罗模拟结合响应面分析法进行参数敏感性分析,分别评估了细粒含量临界值以及参数不确定性对土壤液化势的影响.结果显示,提出的两个ANN模型比其它4个现有的模型具有更高的预测性能,其中当仅考虑细粒含量小于28%样本构建模型时,模型预测精度最高,拟合优度达到0.81;敏感性分析表明参数不确定性对砂土抗液化性能存在影响且程度不同,其中曲率系数对W的影响较大,建议在构建模型时加以考虑.

基于灰色聚类法的西南红层泥岩填料判别应用研究

以四川各地红层泥岩为依托,采用灰色聚类法对红层泥岩填料进行分级评判,研究西南红层泥岩作为高速铁路路基填料的适用性。结果表明:四川大部分红层泥岩属于优质填料;四川盆中区红层泥岩属于T3级填料,无法作为高速铁路路基填料使用,需进行换填;遂渝及达成铁路的红层泥岩填料均达到了T1级,可作为路基填料直接使用。

混合侵蚀和冻融循环条件下混凝土力学机制试验研究

混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融循环条件下易破坏,引发基础承载力下降。为了研究寒区盐渍土环境下混凝土的劣化机制,进行混凝土在硫酸钠和氯化钠混合溶液中的冻融循环试验,循环次数分别为0、10、20、30、40、50次;其次测量了冻融循环后混凝土的抗压强度,并结合X射线衍射试验,分析了侵蚀后混凝土内部物质的变化对力学性能的影响;最后通过冻融前后的弹性模量及质量变化,计算了损伤变量和质量损失率变化,研究了冻融循环下的混凝土损伤规律。研究结果表明:随着冻融次数的增加,混凝土力学性能大幅度弱化,内部损伤越严重,表面剥落越严重;弹性模量、抗压强度均大幅度降低,质量损失率与损伤变量均增大。混凝土内部发生了物理反应(芒硝的生成)和化学反应(石膏和钙矾石的生成),共同造成了混凝土内部结构破坏。