工地扬尘化学防治技术研究进展

随着中国基础设施和城市化建设迅速发展,在施工过程中带来的扬尘污染日益增长,对工地扬尘采取防治措施十分必要,其中化学抑尘方法得到快速创新发展和应用。文章简要地介绍了中国扬尘来源、危害以及当前的主要防治方法,阐述了抑尘的启动和沉降过程,重点总结了湿润型、粘结型、凝聚型和复合型四类化学抑尘剂的作用机理、主要成分、新研究与工程应用,并分析了各类抑尘剂的优缺点。通过归纳总结化学抑尘剂的效果评价指标规范,探讨了化学抑尘法防治建筑工地扬尘存在的问题,提出化学抑尘剂的发展方向。

橡胶止水带变形适应性与优化设计研究

橡胶止水带是隧道接缝处最常用的防水措施,但工程实践中橡胶止水带常因隧道接缝处差异沉降过大而发生破坏,进而引发渗漏水病害。采用ABAQUS软件数值模拟方法,分析橡胶止水带的变形适应性,并对其截面形式进行优化设计,提出了适用于更大差异沉降的椭圆形中孔橡胶止水带。结果表明:接缝处的差异沉降是决定橡胶止水带能否起到预定防水效果的关键因素;工程中常用的圆形中孔橡胶止水带最大能承受约30 mm的差异沉降;椭圆形中孔橡胶止水带长半轴可减少止水带在差异沉降下的拉伸和剪切应力,并可将止水带的拉伸转换为紧贴混凝土表面的滑动,有效提升了止水带的变形适应性;橡胶止水带中孔面积占比和长半轴与短半轴长度比值的乘积可有效表征橡胶止水带变形适应性能,其值与椭圆形中孔橡胶止水带可承受的最大差异沉降具有线性关系;椭圆形中孔面积占比合理取值为0.3~0.4,长半轴和短半轴长度比值的合理取值为1~2.5。

复合地层中盾构滚刀磨损实用预测方法及应用

盾构机在复合地层掘进过程中常因刀具磨损量过大而产生掘进工效降低和刀具失效等问题。依托深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀磨损数据,根据Rabinowicz磨粒磨损计算模型提出了一种滚刀磨损量实用预测方法。该方法结合滑移率计算公式和刀盘扭矩、刀盘推力得到滚刀滑动距离,通过科罗拉多矿业学院模型(CSM模型)、岩石强度参数和滚刀贯入深度确定接触面法向荷载,根据滚刀设计参数确定其材料强度。通过确定影响滚刀磨损量的三个主要因素(滑动距离、接触面法向荷载和材料强度),推导出了考虑盾构滚刀磨损体积计算公式,并采用深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀实测磨损量与磨损量预测值进行对比验证。结果表明:实测磨损量与预测较为吻合,验证了所提出的滚刀磨损量预测方法的合理性,研究成果可为复合地层中盾构滚刀磨损量预测和换刀时机的确定提供理论依据。

泥水盾构开挖面泥膜渗透特性与压力传递机制

泥膜可以将泥浆压力传递到开挖面土体骨架上,转化为土体有效应力,因此泥膜的渗透特性是保持泥水盾构开挖面稳定的关键因素。采用泥浆渗透试验,研究了开挖面水力梯度、地层土体粒径和泥浆渣土含量等对泥膜形成的影响规律。试验结果显示,水力梯度越小,越不利于泥膜形成。细砂地层有利于泥膜形成,但泥膜和渗透带很薄,易被破坏;中砂和粗砂地层虽不利于泥膜形成,较厚的渗透带却有利于开挖面稳定。泥膜的渗透系数比渗透带的渗透系数低100倍以上,渗透带的渗透系数介于10-7~10-5m/s,而泥膜的渗透系数的小于10-8m/s;泥膜或渗透带的渗透系数越小,地层超静孔压的影响范围越小,孔压下降得越快。当泥浆中掺有渣土时,泥浆的渗透速度高于未掺渣土的泥浆;渗透带的渗透系数随泥浆密度增大而增大,且地层超静孔压下降速率随泥浆密度增大而减小。

低温剥蚀LA-ICP-MS准确测定硫化物矿物多元素分析研究

硫化物矿物中元素含量及其分布可示踪硫化物成矿过程、辨别金属来源和沉积过程的物理化学条件,在地质学、矿床学等领域具有重要的应用价值。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)已成功应用于硫化物矿物元素微区分析研究,但激光与物质作用产生的热效应严重制约分析结果的可靠性。本文建立了一种高精密度、高准确度的低温剥蚀LA-ICP-MS测定硫化物矿物多元素方法。采用自行研制的Peltier低温剥蚀池可有效抑制硫化物矿物LA-ICP-MS分析中的热效应,提高分析结果的精密度和准确度。扫描电子显微镜(SEM)表明:在低温(-30℃)条件下可在一定程度地抑制激光剥蚀引起的热效应,减少样品熔化和气溶胶气相再沉积;而通过气溶胶颗粒分析发现低温剥蚀可以减小样品气溶胶颗粒的平均尺寸,得到的颗粒粒径分布范围也较小。不同元素信号强度的精密度(RSD)从常温下的20.1%~34.4%改善到11.5%~15.8%,元素的检出限为0.054~0.077μg/g。将该低温LA-ICP-MS系统应用于实验室内部标样黄铜矿Ccp-1分析,测定值与参考值之间的标准偏差在7%以内。

地基处理技术进展

我国基础设施和城市现代化建设日新月异,地基处理技术得到快速发展和应用。文章简要地回顾我国地基处理技术与理论研究发展历史,重点总结介绍近五年涌现出的地基处理新技术、新工艺与工程应用,并分析设计理论和规范发展特点,探讨地基处理质量控制和施工技术智能化的发展趋势,提出地基处理技术的发展方向。

交通荷载作用下结构性软土地基长期沉降计算

为了合理预测结构性软土路基长期运营沉降,基于力学-经验法开展了交通移动荷载下软土地基动力附加沉降的计算分析.首先,通过对天然软土循环三轴试验结果的模拟与分析,验证了根据人工结构性土建立的稳定型和破坏型累积应变预测模型的有效性,建立了临界动应力比与应力灵敏度的定量关系,提出了适用于结构性土累积应变的预测模型.然后,采用数值方法确定了考虑荷载速率效应的动应力空间分布,结合累积应变经验模型与分层总和法,提出了交通荷载下结构性软土地基长期沉降的实用计算方法,并通过典型低路堤断面运营沉降的模拟计算,验证了所提方法的合理性与有效性.最后,开展了长期沉降的参数敏感性分析,结果表明:行车速度大于80 km/h和路堤高度小于2 m时,地基动应力显著增大,土结构性易受到损伤破坏;土体灵敏度越低,变形状态越易从稳定型转变为破坏型,地基浅层塑性变形显著增大.

碳化对水泥固化铅污染土物理力学特性的影响及其微观机理

水泥固化重金属污染土在服役过程中会受到周围环境的长期物理化学侵蚀,其中二氧化碳碳化作用是影响水泥材料耐久性的一个重要因素.为确保重金属污染场地二次开发利用的安全性,通过室内加速碳化试验研究了碳化作用对水泥固化铅污染土性能的影响规律.人工配制铅污染土,采用水泥固化后进行加速碳化试验,测试碳化后试样的碳化深度、含水率、密度、强度和孔隙溶液pH值等指标,分析碳化作用对固化土各物理力学特性的影响规律,并对比分析碳化与否时固化土的矿物成分和微观结构特征.试验结果表明,固化土的碳化深度与碳化时间平方根呈近似线性关系;碳化反应消耗一定量的水分,生成碳酸钙填充于孔隙,导致碳化后试样的含水率和孔隙率降低,干密度增加;碳化作用还导致孔隙溶液pH值从11~12降低到8~9;碳化后固化土的无侧限抗压强度和变形模量均得到增长,强度增加约6%~40%,试样无侧限抗压强度与基质干密度近似线性相关,变形模量与无侧限抗压强度也呈近似线性关系,变形模量约为无侧限抗压强度的75~100倍.TGA、XRD和SEM试验从矿物成分变化和微观结构特征方面证实了碳化作用后水泥水化产物水化硅酸钙、钙矾石和氢氧化钙等向碳酸钙转化的现象,这也是固化土孔隙率降低和强度增加的主要原因.

铁路岩溶路基注浆引起地表位移与注浆效果评价方法

为揭示岩溶路基注浆引起的地层变形规律和明确岩溶路基注浆效果评价方法,基于现场注浆试验,测试了岩溶注浆孔周围不同距离的地表竖向位移,探究了岩溶路基注浆量分布特征法和注浆压力-流速-时间(P-Q-t)曲线法对注浆效果评价的适用性.结果表明:注浆量空间分布受岩溶裂隙影响呈现不均匀性,注浆量随注浆顺序递减,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ序孔平均注浆量占总注浆量的比例范围分别为40%～60%,25%～35%,15%～25%; P-Q-t曲线按曲线形态可分为5种类型,它们可反映不同溶洞形态下的注浆过程;注浆压力在0. 1～0. 3 MPa之间时,注浆引起的地表竖向位移最大值不超过1. 5 mm,注浆影响范围介于10～15 m.采用分序注浆时注浆量时间分布特征与P-Q-t曲线类型的统计变化规律可对注浆量效果进行评价.

刚柔性桩复合地基加固双层软弱地基现场试验研究

为研究路堤荷载下刚柔性桩对深厚双层软弱地基的加固效果及其桩土荷载传递规律,结合连云港港某铁路软基处理工程,采用带帽预制方桩和带扩大头的双向搅拌粉喷桩联合加固,对路堤填筑过程及预压期内地表沉降、桩土差异沉降、深层水平位移、超静孔隙水压力、桩土应力比以及桩土荷载分担的变化规律进行了分析。结果表明:载荷试验中复合地基桩土应力比随外荷载增加而增加;地基变形发生在填土期,预压期内沉降变形继续并逐渐趋于稳定;填土荷载向刚性桩及搅拌桩桩顶集中,刚性桩桩顶应力增长较快;面积置换率为22.2%的预制方桩(含桩帽)承担了56.2%的荷载,但其承载力只发挥了不到18%;面积置换率和土质条件是桩土荷载分担比的主要影响因素。

水泥固化铅污染土碳化深度变化规律及预测方法

为评价碳化作用下固化/稳定化的耐久性,人工配制铅污染土,采用水泥固化后进行加速碳化试验,分析水泥固化铅污染土碳化深度和CO_(2)扩散系数的变化规律,并提出了碳化深度的预测方法.试验结果表明:水泥固化铅污染土碳化深度与碳化时间平方根成线性关系;碳化系数随干密度、含水率或水泥掺入量的增加而减小,随着铅质量分数增加略有增大;CO_(2)扩散系数随孔隙比或气隙率的增加而增大,随饱和度的增加而减小.基于非饱和土气体渗透模型,得到CO_(2)扩散系数与气隙率的幂函数经验关系,水泥固化土的气隙率介于0.04~0.36之间,孔隙曲折度参数为1.0.联合CO_(2)扩散系数经验公式和Papadakis碳化模型,可预测水泥固化铅污染土的碳化深度,据此可评价碳化作用下水泥固化重金属污染土的长期耐久性.

京津冀森林破碎化的社会经济影响因素分析

在我国生态文明建设不断向前推进的背景下,维护和改善森林生态系统的整体性和系统性具有十分重要的意义。文章基于2000-2018年京津冀38个样本县的卫星影像数据和社会经济统计数据,对森林破碎化程度进行了定量测算,并对森林破碎化的社会经济影响因素进行了实证分析。研究发现,人均GDP对京津冀样本县森林破碎化程度的影响呈倒"U"型,即在人均GDP较低的发展阶段,人均GDP增长加剧了森林破碎化程度;随着人均GDP的提高,在经历拐点后人均GDP增长则有助于降低森林破碎化程度。此外,退耕还林工程对森林破碎化的影响为负,退耕还林工程的实施有助于降低森林破碎化的程度。城镇化比率、农村人均用电量、人均粮食播种面积以及人口密度等变量对样本地区森林破碎化程度的影响不显著。在此基础上,提出了减缓森林破碎化的政策启示,以推动京津冀区域可持续发展。文章的创新之处在于:一是从理论分析的角度丰富了森林破碎化影响因素的研究成果;二是基于人文地理与林业经济交叉学科视角,利用县域层面数据和计量回归模型在提高研究结论准确性的同时,为促进社会经济与森林生态的协调发展提供了一定的实践指导。

施氏假单胞菌应用于IPS技术的可行性试验研究

为探究利用施氏假单胞菌代谢产物——氮气加固可液化砂土的可行性,对该菌反硝化作用的条件与砂样中产气效能进行了研究,分析了不同碳源对NO_3^--N与NO-2-N还原率的影响以及温度和初始p H值对其最终饱和度、平均产气速率、初始停滞期的影响,并确定了最优碳源、适用温度和初始p H值区间.试验结果表明,柠檬酸钠为最优碳源,该菌在21 h时对NO_3^--N还原率达到100%,NO-2-N存在先累积后还原的过程,并伴有0.82 mmol/L残留浓度.该菌在4~30℃下均可产气.随温度升高,平均产气速率大幅增加,砂样最终饱和度略有降低.恒温20℃且初始p H值为5~9时,该菌可在砂样中顺利产气.中性及碱性环境下砂样的最终饱和度基本一致,酸性环境下砂样的最终饱和度随初始p H值的减小而降低,细菌在砂样中的平均产气速率随初始p H值的下降而减小.与已有微生物气法相比,将该菌应用于IPS技术中具有平均产气速率快、初始停滞期短、工艺简单等优点.

基于CPTU土分类的振杆密实法适用范围与评估方法研究

传统基于Fellenius-Eslami研究的适合振动密实的土类评估方法仅认为砂和砂砾土是可密实的,然而在国内过去十余年的工程实践表明该评估方法过于保守。该文通过介绍十字形振杆密实法处理可液化粉土地基、复杂的滨海相可液化地基等施工案例,论证了振动密实技术处理粉土地基的良好效果。在此基础上,提出了基于孔压静力触探测试(CPTU)的中国国标土分类的振动密实土类评估方法,认为归一化CPTU数据处于"中砂"、"细砂"、"粉砂"和"粉土"区域内的地基土是可以采用振杆密实法进行加固处理的。该判别方法适合当前国内振杆密实法的应用实践,同时又进一步扩大了振杆密实法在地基加固处理方面的优势。

基于多案例统计的基坑开挖引起的下卧既有隧道隆起量预测公式及其工程应用

收集33个基坑开挖对下卧既有隧道影响的工程案例,根据所处典型地层条件将案例划分为3类,统计每类案例中基坑和隧道的尺寸、相对位置、结构变形及控制措施等;分析重要影响因素对隧道隆起变形特性的影响,并推导出3类地层条件下的隧道隆起量经验预测公式;最后依托某工程实例,利用该预测公式对基坑开挖前的下卧隧道隆起量进行预测,并将预测结果与现场实测结果进行对比,验证预测公式的合理性。研究结果表明:地层条件对隧道隆起量有显著影响,不同地层条件下隧道隆起量按从大到小顺序排列依次为软黏土地层、粉土−粉砂性地层、砂卵石−风化岩地层;基坑形式对隧道隆起量有较大影响,地下室(或广场)基坑比明挖通道基坑开挖引起的隧道隆起量大;基坑开挖深度(H_(e))、开挖面积(A)、开挖卸荷率(H_(e)/H)以及隧道穿越基坑长度(l)均是影响隧道最大隆起量(S_(max))的重要因素,S_(max)随这些参数增大而呈增大的趋势,但S_(max)与单个因素之间未见明显相关性,故科学预测开挖引起的隧道隆起量时应考虑多种因素综合影响;采用lH_(e)/H作为隧道隆起量预测指标,发现3类地层中S_(max)与lH_(e)/H均呈良好的线性关系;工程实例结果表明,根据lH_(e)/H建立的隧道隆起预测公式可以取得良好的预测效果。

深浅根混种法加固边坡稳定性的数值分析

为了研究深浅根混种法对路基边坡稳定性的影响效果,统计了含根土体抗剪强度增强特性,利用数值模拟对比了不同护坡方式的加固效果,并对浅根加筋和深根锚固作用进行了参数分析.统计结果表明,黏聚力为15 kPa的边坡土体加入植物根系后,黏聚力最大提升15~20 kPa.数值分析结果表明:深浅根植物单独护坡作用有限,而配合土工格栅的深浅根混种法能有效提高边坡稳定性,安全系数最大提高8%;浅根植物加筋作用能提高边坡表层土强度及整体性,最适宜加筋深度为60 cm左右;深根植物主根穿过塑性区后能有效发挥锚固作用,且边坡稳定性随深根生长而提高;深根植物种于坡脚时固坡效果最明显,且宜采取坡下密坡上疏方式种植.

基于最大密度曲线理论的珊瑚礁砂吹填材料级配设计方法

为改善用于岛礁建设的珊瑚礁砂吹填场地强度和稳定性能,采用最大密度曲线理论设计级配方案.通过重型击实、表面振动压实、无侧限抗压强度和承载比(CBR)试验测定吹填材料的力学性能,采用贝雷法评价并提出最终级配设计方案.结果表明:相同粗颗粒质量分数和最大粒径下,重型击实试验中的混合料最大干密度小于表面振动压实试验;粗颗粒质量分数60%的级配混合料7 d无侧限抗压强度(掺入水泥质量分数为2%)最大;CBR试验中粗颗粒质量分数由40%增长到60%时级配混合料嵌挤作用更明显,CBR值呈现快速增长.最大粒径为53.0和31.5 mm及粗颗粒质量分数为60%的级配珊瑚礁砂吹填混合料致密性更强,在压实度、强度等方面均优于其他级配,浅表层地基振动压实加固效果较好,可推广在滨海浅表层地基振动压实加固工程中应用.

基于水面校准和圆柱特征分割的水下桩基尺寸检测方法

为了实现水下桩基尺寸测量和缺陷检测,设计了水下桩基声学可视化检测系统,提出了基于水面校准和圆柱特征分割的水下桩基尺寸检测方法.采用声呐系统获取水下桩基点云数据,利用正态分布变换(NDT)方法实现同一站点不同俯仰角下的配准,同时结合声呐水面点云特征,利用随机抽样一致(RANSAC)方法实现水面拟合,并基于该水面进行校准,然后采用多种滤波算法滤除杂散点云.提出了圆柱特征分割,通过圆柱分割与拟合方法,实现桩基尺寸测量和缺陷检测.采集实际码头桩基点云进行实验验证.结果表明,相比欧式聚类算法和区域生长算法,系统能有效分割出多个圆柱体目标,缩径实验中拟合得到的桩径与实测值误差为0.036 m,精度达97.6%;扩径实验中测量误差为0.052 m,精度达94.8%.所提检测方法能为水下桩基检测与分析提供技术支持.

可液化土中劲芯复合桩的地震响应特征

劲芯复合桩是将预制混凝土管桩插入水泥土桩中复合而成的新型桩基。通过振动台模型试验及有限差分程序FLAC3D数值模拟分析,研究可液化地基中劲芯复合桩的地震响应。利用模型试验结果验证数值模型的准确性和可靠性,进而通过参数分析讨论水泥土桩桩径、桩长、剪切模量等因素对可液化土—复合桩—上部结构地震响应的影响规律,定量评价水泥土桩加固对场地抗液化性能及桩基弯曲破坏的影响特征。结果表明:增大水泥土桩桩径和桩长可有效提高复合桩的抗震性能;增大水泥土剪切模量对复合桩抗震性能的提高有限;桩基在桩头附近或水泥土与可液化砂土交界处易产生较大的弯矩响应,该部位应采取必要的抗震构造措施。根据研究结果,提出了可液化地基中劲芯复合桩的抗震设计要点。

玄武岩纤维提升水泥土抗拉性能的试验研究

为研究玄武岩纤维对水泥土抗拉力学性能的影响,选取不同长度、直径及掺量的玄武岩纤维掺入水泥土,通过开展单轴拉伸试验、无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,并采用正交试验极差法,分析了玄武岩纤维对水泥土的应力-应变曲线、抗拉强度、拉压强度比和破坏形态的影响规律和微观作用机理。结果表明:玄武岩纤维水泥土的单轴抗拉试验应力-应变曲线可分为弹性变形、破坏、残余强度和稳定4个阶段;纤维变量对抗拉性能影响大小依次顺序为长度、掺量、直径;玄武岩纤维长度9 mm和掺量1.5%为玄武岩纤维的最优单掺参数。玄武岩纤维水泥土的拉压比较未掺入纤维的水泥土的拉压比高,但纤维种类和掺量等对纤维水泥土的拉压比影响较大;三维随机网状分布的玄武岩纤维可提升水泥土的抗拉强度和韧性。