土工格栅加筋粉煤灰改良黄土力学特性研究

随着西部黄土地区城镇化进程的加快,填挖结合的新增用地方式要求地基处理技术需要重点解决填方区的强度与变形问题。论文将粉煤灰作为改性填料对黄土进行改良,通过直剪试验、三轴试验、湿陷试验与扫描电镜试验,分析不同粉煤灰掺入比条件下加筋与未加筋黄土试样的强度变化规律、宏观破坏特征和微结构特征。结果表明:采用粉煤灰改良和土工格栅加筋后,黄土的最优含水率增大,最大干密度降低。当粉煤灰掺入比λ=20%时,加筋改良效果最好,黄土的峰值强度、残余强度和等效内摩擦角均有大幅提高,侧向变形显著减小,且能有效降低其湿陷性。微结构分析表明:粉煤灰对黄土的改良主要体现在颗粒直接填充和化学结晶体交织成的网状填充两种类型的强化作用,改良后黄土的孔隙率与孔隙尺寸均有所下降。研究结果可为黄土地区填方边坡与填方路基的改良加固提供参考。

库水作用下滑坡土体渗流与蠕变耦合试验研究

水库滑坡变形具有显著的渗流与蠕变耦合效应。为此,采用自主研发的渗流与蠕变耦合三轴试验仪,分别开展了渗流对蠕变的影响以及变形对渗流的影响试验研究,并改进GDS三轴仪完成了高精度控制和量测的渗流与蠕变耦合试验。结果表明:渗流作用下,土样体积变形随时间先逐渐增大后缓慢减小,主要原因是超孔隙水压力导致围压卸荷,使得土样产生回弹变形,但渗透压力持续作用于土体,使得土样体积持续缓慢减小;获取了渗流过程中土样体积的变化结果,分别建立了渗流开始前试样e-k(孔隙比-渗透系数)关系曲线及渗流稳定后试样e-k关系曲线,结果表明考虑变形影响的e-k关系曲线更能反映土体的流固耦合效应。研究成果可望为水库滑坡变形演化预测提供更加科学严密的理论和方法。

岩土工程勘察、测试与评价进展

文章全面总结了近5年岩土工程勘察测试与评价领域的技术进展,主要包括土工室内试验技术,原位测试技术、模型试验以及岩土工程勘察测试智能化技术。重点介绍了特殊环境(低温)试验技术、特殊材料(含气土、污染土等)、新型微观分析、技术原位测试新功能与新应用、水陆域超深原位测试技术、土工离心机技术、大型模型试验技术、智能勘察技术、智能监测技术、智能评价技术以及岩土工程智能管理平台建设等方面的进展。分析表明,重大工程建设、低碳绿色理念、智能技术、极端环境催生了一批岩土工程勘察测试新技术与新方法,智能化测试与评价是未来一段时期我国岩土工程勘察评价技术发展的方向。

水位差法模拟波浪荷载作用下大直径圆筒稳定性离心模型试验研究

某人工岛护岸工程采用大直径圆筒结构,结构直径和高度尺寸较大,工程所处位置波浪条件恶劣。采用水位差法等效模拟波浪荷载,开展波浪荷载作用下大圆筒施工期稳定特性离心模型试验研究,结果表明,在25 a一遇波吸力荷载作用下,筒体位移模式近似平移,侧向位移量约353 mm,筒顶沉降约为187 mm,施工阶段钢圆筒整体稳定;筒壁环向拉应力均值约为90 MPa,处于钢圆筒材料允许应力范围内;筒壁海侧土压力值随水位差增大至峰值后趋于稳定,表明筒体与周围邻近土体之间没有新的相对位移趋势,大直径钢圆筒护岸结构在波浪荷载作用下是稳定安全的。

重塑黄土的往返加卸载真三轴试验研究

针对不同应力路径往返加卸载条件下黄土累积塑性应变发展特性,以重塑黄土为研究对象,利用真三轴仪开展不同应力路径的往返加卸载试验研究,探究不同应力路径、应力幅值下黄土的循环应力时程曲线、滞回曲线、骨干曲线及累积塑性应变曲线的影响规律。揭示了应力路径对重塑黄土力学特性的影响,描述了各主应力与中主应力比b和应力幅值的相关性,提出了重塑黄土的滞回曲线近似呈椭圆形,长轴斜率随中主应力比b值的增大而增大,随应力幅值的增大而减小;随着中主应力比b值的增大,循环应力-应变骨干曲线随之硬化,累积塑性应变曲线依次降低,且累积塑性应变发展更早的进入平缓阶段,为解决相关黄土工程问题提供了参考。

激光粒度仪在特殊土颗粒分析试验中的应用

采用激光粒度仪对膨胀土、黄土和红土进行了颗粒分析试验,研究了取样质量和超声波分散时间对试验结果的影响,发现遮光率与取样质量呈现很好的线性正相关,给出了特殊土在激光粒度仪法试验中适宜的遮光率范围(15%~25%)、取样质量(膨胀土取0.1~0.2 g,黄土取0.4~0.8 g,红土取0.2~0.4 g)和超声波分散时间(膨胀土取6 min,黄土和红土取2 min);激光粒度仪法试验结果的离散性,对于黄土和膨胀土较小,但对红土相对较大,红土平行试验中粒组含量极差的最大值为10.1%;与密度计法相比,激光粒度仪法测得的胶粒(0,0.002]mm含量偏小,而黏粒(0.002,0.005]mm或更大粒组的含量则偏大,可能是因为两者试验原理的不同而导致的;2种方法对红土的测试结果差异较大,与红土的特殊性质有一定关系。研究成果为激光粒度仪在特殊土颗粒分析试验中的应用提供了借鉴。

稻草加筋土边坡稳定性模型试验

为了研究稻草加筋土边坡的稳定性及变形破坏特征,先后开展了稻草加筋土无侧限抗压强度试验与边坡稳定性模型试验.通过无侧限抗压强度试验得出,在土体中加入稻草,可有效抑制土体的变形,且当稻草加筋率为0.2%、筋材长度为25 mm,即最优加筋条件时,加筋土无侧限抗压强度最大,对试样变形的抑制效果最好.在此基础上,开展了最优加筋条件下的稻草加筋土边坡稳定性模型试验,试验结果表明,相较于素土边坡,稻草加筋可有效提高边坡极限承载力,减小竖向位移;素土边坡与加筋土边坡的水平位移变化趋势均可分为稳定、等速变形和加速变形(包括弱加速变形阶段与强加速变形阶段)三阶段演化,稻草的加筋作用在弱加速变形阶段发挥明显,能显著提高坡体抵抗变形能力;加筋土边坡完全破坏后产生的滑面深而广,且滑面周围小裂隙相对较多,整体性与稳定性均优于素土边坡.

带压环境下泥浆-泡沫组合改良级配不良砂剪切特性研究

盾构穿越富水砂性地层时易出现排渣不畅或喷涌等风险,仅采用泡沫改良往往无法有效改善级配不良渣土的流动性与抗渗性,归因于泡沫易消散和流失,故须引入膨润土泥浆进行组合改良。正确认识土舱压力环境泥浆-泡沫组合改良级配不良砂土的剪切大变形行为有助于优化满足盾构安全掘进的渣土组合改良方案。因此,开展了泥浆-泡沫组合改良级配不良砂土的加压十字板剪切试验,研究结果表明:在土舱压力环境下,组合改良砂土的初始孔隙比和饱和度随泥浆注入比(bentonite injection ratio,简称BIR)增加而增大,有效应力降低,进而导致峰值强度和残余强度降低;然而剪切强度的剪切率相关性和有效内摩擦角对BIR的敏感性较弱;BIR增加还使大变形后改良砂土的屈服应力有所降低。此外,对比常压下流动性相似的3类不同改良砂土带压剪切大变形行为,表明带压环境下提高BIR或泡沫注入比(foam injection ratio,简称FIR)均可提高孔隙比且减小有效应力,但相较于纯泡沫改良砂土,组合改良砂土具有更低的有效应力和剪切强度。该类级配不良砂土的合适组合改良参数为FIR=20%、BIR=10%~15%。最后,细观成像结果揭示了膨润土对改良砂土剪切强度的双重削弱作用:(1)吸附砂土颗粒表面,降低颗粒间摩擦力;(2)延缓泡沫衰变,使得小粒径气泡较均匀分布于孔隙中,进而有效削弱土骨架强度。

复杂运动路径下滑坡转向变形机理研究

滑坡受地表地形地貌和滑面形态的影响,在运动过程中常表现出转向、分叉、聚合等复杂行为,研究复杂运动路径下滑坡转向变形机理对滑坡的防灾减灾工作有重要意义。以三维地质建模技术为基础,构建庞家湾滑坡的三维颗粒流模型。通过PFC模拟滑坡的运动过程,得到如下结论:庞家湾滑坡发生了转向和聚合行为,滑坡中后部土体的滑动方向发生偏转并在坡脚与东北区域滑体聚合;滑坡中部发生转向运动的颗粒以较快的速度首先开始滑动,且速度由滑坡中部向周围呈辐射状减小;滑坡前缘在整个运动过程中,始终保持较快的运动速度,而后缘运动速度较慢,此外滑体表面速度大于滑体内部和底面速度,而滑坡各部分运动速度不同则是造成滑坡转向变形的重要原因。揭示了复杂路径滑坡的运动规律和转向变形机理,为评估滑坡风险,采取更为合理的防治方案提供理论依据。

非饱和粉质黏土中毛细作用对X70钢电化学腐蚀行为的影响

【目的】探究毛细作用对X70钢在土壤中腐蚀的规律。【方法】基于非饱和土与电化学阻抗谱理论,结合极化曲线技术(PC)、电化学阻抗技术(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)等测试方法,在室内条件下通过一维土柱仪的模拟试验研究了粉质黏土中毛细作用对X70钢的电化学腐蚀行为。【结果】试验结果表明,毛细作用对X70钢的电化学腐蚀行为具有一定的影响,即在土柱12 cm、27 cm高度位置处的钢片腐蚀速率随埋置时间先增大后减小,在土柱42 cm、57 cm高度位置处的钢片腐蚀速率随埋置时间先减小后增大;毛细水在粉质黏土中的上升速率满足先快后慢的规律。【结论】X70钢片表面的腐蚀类型以点蚀为主,且腐蚀产物表面伴有较深较宽的裂缝,随着土样高度的增加,腐蚀程度降低,整体上腐蚀坑的大小和数目均呈现出减小趋势;毛细水上升过程中,当X70钢片处于固-液-气三相界面(TPB)时,其腐蚀速率最快,腐蚀程度最严重。

工业废渣固化淤泥力学特性及微观机理研究

目的针对大宗固废难以消化、疏浚淤泥处理困难、传统水泥固化淤泥不符合新发展理念等问题,采用钢渣、石灰和脱硫石膏制备环保型复合固化剂,应用在淤泥质土固化处理领域,以达到“以废治废”的目的。方法对固化淤泥土开展无侧限抗压强度、pH、扫描电镜等试验及其固化机理探究。结果复合固化剂最优配比为钢渣5%、石灰9%、脱硫石膏6%,龄期28d时固化土的强度高达1.657MPa,略低于同掺量龄期的水泥固化淤泥土,但延性有显著提高。碱性环境主要由石灰提供,pH阈值约为13,当pH值约12~13时最有利于水化反应的进行。微观特性分析表明,AFt与C-S-H为固化土提供骨架结构作用,填充颗粒孔隙,使其形成更加致密的网状结构,显著提高了淤泥固化土的宏观力学特性。结论此环保型复合固化剂可以固化淤泥土用于建筑回填和路基填土,能有效提高淤泥的资源化利用率。

不同种类软土与杂填土互嵌沉降试验研究

为了研究不同种类软土与杂填土互嵌沉降的规律,以下卧的淤泥软土为研究对象,分别开展了不同软土种类在不同荷载及不同液性指数下与上覆杂填土的室内互嵌沉降试验。分析了不同种类软土与杂填土地基在50,100,150 kPa下总沉降、固结沉降及互嵌沉降随时间发展规律,以及不同种类软土分别在液性指数为0.8、1.0、1.2与杂填土地基在100 kPa下总沉降、固结沉降及互嵌沉降随时间发展规律。研究结果表明:三种土样互嵌沉降量与互嵌沉降完成度分别随荷载及液性指数的增大而增大,对于不同土样来说,高液限土的互嵌沉降大于低液限土的互嵌沉降,互嵌沉降完成度在不同的液性指数下具有不同的变化规律。

考虑含水率变化的路基压实填料介电特性试验研究

研究介电特性是路基电磁法无损检测技术的基础,为分析路基填料介电特性及其与含水率关系,采用TDR测试砂土、黏性土、改良土、盐渍土等6种典型填料在不同压实度、含水率状态下的介电常数。结果表明:压实填料的介电常数主要受含盐量、含水率、土质类型、压实度等影响;一般路基填料的介电常数主要受控于含水率,压实度在90.0%~96.0%变化时对填料的介电常数影响不显著;一般黏性土、砂性土、改良土的含水率-介电常数关系采用Alharathi模型拟合可满足工程应用精度要求;不同压实度下的Alharathi模型参数较为接近,a=0.100~0.140、b=-0.270~-0.140;掺灰改良土不同压实度的拟合参数差别较大,实际应用中应考虑掺灰比及压实度对介电常数-含水率关系模型的影响。

超声辅助复合淋洗对污染黏土的工程性质影响

研究采用超声辅助复合淋洗剂(酒石酸、乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)),对人工配制的Cu^(2+)、Ni^(2+)、Pb^(2+)重金属污染黏土开展试验,分析了在不同重金属离子浓度下,超声辅助复合淋洗前后土体pH值、液塑限、强度特性、压缩特性等工程性质的变化规律。试验结果表明:(1)超声淋洗修复后,污染黏土pH值显著降低,酸性淋洗剂会带来较严重的土壤酸化;(2)修复后土体液性指数增加,塑性指数降低;(3)超声淋洗修复后,土体抗剪强度降低,内摩擦角整体降低2°~3°;(4)孔隙比随固结压力增大而减小,重金属浓度越大,降低幅度越大;(5)修复后土体的压缩性增大,压缩系数增加,压缩模量降低。

循环球应力作用下黄土变形特性研究

针对西安某地铁车站基坑Q3原状黄土,开展偏应力恒定的循环球应力加/卸载试验,对不同固结应力与不同动应力幅值条件下原状黄土的轴向变形与体应变发展规律进行分析。结果表明:循环球应力作用下,黄土会产生一定的不可逆塑性变形与可逆弹性变形,其变形增长规律与偏压程度和动应力幅值成正比,与固结应力成反比;轴向变形规律符合Monismith C L幂函数模型,且其模型参数与固结应力条件具有显著的相关性;原状黄土在加载初期体应变累积较明显,之后逐渐趋于稳定;固结应力比对体应变影响较小,固结球应力对体应变发展具有抑制作用,表明浅层土体更容易产生压缩变形。

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明:1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D_(50),远大于下剪切带9D_(50)和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D_(50)。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h_(t)/D_(50)与D_(50)的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D_(50)。研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据。

水合物开采模拟超重力试验装置的研发及应用

天然气水合物是突破世界能源瓶颈的重要潜在能源,广泛分布于深海沉积物和陆域永冻土。水合物赋存在高压低温环境下,储层厚度达数十至百米,大尺度储层重力场显著影响其开采时的液气渗流、储层变形和传热过程,进而影响开采产气效率且可能诱发工程灾变。研发了一套能够在超重力场下模拟大尺度水合物储层长历时开采演变过程的离心模型试验装置,主要由高压釜系统、水合物制备模块、水压力控制模块、水合物开采模块、监测与响应模块组成。该装置能够在100g超重力下伺服调控高压釜内气液压力和温度环境,在模型尺度上有效再现水合物储层应力、温度和荷载条件。在系统介绍装置研发思路和技术特色的基础上,通过100g下水合物储层模型降压分解试验探析了原位等效重力场下储层不同深度处孔压演化规律及开采产气特性,再现了Nankai海槽原位试采产气速率峰值模式,为揭示水合物储层开采相变多相多场耦合机制和灾变防控提供了新的研究手段。

渗流条件下花岗岩残积土渗流-剪切变形试验研究

采用福建闽南地区花岗岩残积土重塑试样,选取渗流压力、渗流时间、主应力差、试验围压4个主要影响因素,运用SLB-1型三轴渗流-剪切试验仪进行4因素4水平渗流-剪切正交试验。研究分析了渗流压力、渗流时间、主应力差、试验围压对试样最大轴向变形影响的主次关系、各因素对试样最大轴向变形影响特性。结果表明,影响因素主次关系排列顺序为主应力差、渗流时间、试验围压、渗流压力;随着主应力差的增大,试样最大轴向变形不断增加,且增加幅度较大;随着渗流时间和渗流压力的增加,试样的最大轴向变形增大,但上升幅度不大;随着试验围压的增大,试样的最大轴向变形不断减小。

藏东南冰碛体剪切特性受冻融循环的影响及改良

藏东南地区广泛分布着冰碛体堆积体,此土体严重影响工程安全。为了研究冰碛体的剪切性能并对其进行改良,运用相似原理配制出级配良好的冰碛体相似材料,分别在不同冻融循环次数和不同含水率的条件下,对冰碛体相似材料开展了直剪试验,同时掺入机油和粉煤灰外加剂进行三轴试验,研究其对冰碛体相似材料抗剪强度参数的影响。结果表明:(1)直剪试验过程中,随着垂直压力的增大,冰碛体的位移-剪应力曲线由弱应变软化型转变为弱应变硬化型。(2)含水率变化对冰碛体抗剪强度的升降受到冻融循环次数的影响。(3)冻融循环为5次是冰碛体材料抗剪强度的分界线。(4)机油和粉煤灰对冰碛体抗剪强度指标(咬合力和内摩擦角)的影响相反。

颗粒组成和基质吸力对残积土抗剪强度的影响

花岗岩残积土遇水后基质吸力丧失,强度显著劣化,会引起崩岗、塌陷等地质灾害和工程问题。受风化程度影响,残积土的颗粒组成在垂直方向上存在差异。为研究颗粒组成和基质吸力对非饱和花岗岩残积土力学性质的影响,对5种不同颗粒组成的残积土进行土水特征曲线测试和不同饱和度下的直剪试验。采用粒组质量分形维数D表征残积土颗粒组成,D随土壤细粒含量的增加而增大。试验结果表明:残积土土水特征曲线受颗粒组成影响;VG模型参数与分形维数D存在良好的线性关系;颗粒组成和基质吸力影响土颗粒的接触方式,进而影响残积土的抗剪强度;残积土的表观内摩擦角φ和表观内聚力c随基质吸力ψ的增大先增大,当基质吸力ψ达到约200 kPa后φ逐渐稳定而c有所减小;残积土的抗剪强度参数可以使用含有分形维数D和基质吸力ψ的经验公式进行预测。研究成果可以为花岗岩残积土分布地区工程设计中的力学强度参数选取提供参考。