Effect of intermediate principal stress on strength of soft rock under complex stress states

A series of numerical simulations of conventional and true triaxial tests for soft rock materials using the three-dimensional finite difference code FLAC3D were presented. A hexahedral element and a strain hardening/softening constitutive model based on the unified strength theory(UST) were used to simulate both the consolidated-undrained(CU) triaxial and the consolidated-drained(CD) true triaxial tests. Based on the results of the true triaxial tests simulation, the effect of the intermediate principal stress on the strength of soft rock was investigated. Finally, an example of an axial compression test for a hard rock pillar with a soft rock interlayer was analyzed using the two-dimensional finite difference code FLAC. The CD true triaxial test simulations for diatomaceous soft rock suggest the peak and residual strengths increase by 30% when the effect of the intermediate principal stress is taken into account. The axial compression for a rock pillar indicated the peak and residual strengths increase six-fold when the soft rock interlayer approached the vertical and the effect of the intermediate principal stress is taken into account.

海陆交互相软土固结抗剪强度指标变化规律研究

以珠三角地区海陆交互相淤泥质软土为研究对象,通过室内直剪试验探究不同固结压力和固结度下抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律,提出抗剪强度及对应指标-固结度-固结压力三维Logistic数学模型。研究结果表明,当固结压力P≥200 kPa、固结度U≥40%时,软土黏聚力(c)和内摩擦角(φ)增长较为明显;当U=100%时,各级固结压力作用下的软土抗剪强度(τ)相较于初始状态分别提高了7.89、12.73、13.50、18.20、22.38 kPa;所给出的三维数学模型可直接计算出某一固结压力和固结度下的抗剪强度指标c、φ、τ。研究成果能够更为准确地评价该地区软土地基逐级加载过程中的整体稳定性。

CFG桩在公路软土地基处理中的应用研究

为提高软土地基承载力和稳定性,论文依托实际工程,将水泥、粉煤灰、赤泥和再生砖骨料作为原材料制作CFG桩,将其应用于软土地基中,形成复合地基,并通过室内试验检测新拌混凝土立方体的抗压强度,评价CFG桩的力学性能。研究结果为,当赤泥掺量为10%,粉煤灰掺量为10%,再生砖骨料掺量为40%时,3 d、7 d和28 d抗压强度分别为22.63 MPa、16.98 MPa和33.96 MPa,不仅满足强度性能要求,还提高了建筑固体废弃物的再生利用率。最后,总结了CFG桩在软土地基处理中的施工技术要点。

碱激发地聚物固化海相淤泥质软土抗压强度及固化机制研究

海相淤泥质软土富含各类可溶性盐和有机质,使用水泥进行固化时易出现劣化效应。为了解决传统硅酸盐水泥固化常出现加固失效的工程问题,以NaOH为碱激发剂,使用地聚物-水泥联合固化海相淤泥质软土,研究水泥与地聚物掺量比、碱激发剂含量和养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响,并采用扫描电镜和X射线衍射试验分析碱激发地聚物固化海相淤泥质软土的微观形态和水化产物,进一步揭示其固化机制。研究结果表明:单独加入NaOH对水泥土强度的提升并不明显,水泥土强度并不会随着碱激发剂含量的增加而显著提高。同时不同钙系地聚物的固化效果差异显著:矿渣地聚物固化土早期强度增长迅速,后期强度增长缓慢,其无侧限抗压强度随NaOH含量的增加先增加后降低,随矿渣的掺量增加而提高。粉煤灰地聚物固化土强度增长较慢,NaOH含量越高其无侧限抗压强度越大,且强度随粉煤灰的掺量增加而降低。将1/2的水泥以矿渣替代,固化土28 d强度最高可达6.19 MPa,相较于水泥土提升了107.5%。而使用同样比例的粉煤灰替代,其28 d强度最高仅为3.012 MPa。微观试验分析表明碱激发剂和地聚物的加入,可促进可溶盐水化结晶和有机质碱性环境降解,有效增加有效水化产物,增强颗粒间的凝聚力使得土体结构更加紧密,宏观上表现为固化土强度的提升。研究结果可为解决水泥加固海相淤泥软土所引起的实际技术问题提供理论指导。

大荷载矿石堆场中深厚吹填软土的地基处理及后评价

吹填淤泥形成陆域是资源利用和环境保护方面的优质解决方案,但当前吹填软土形成陆域的工程中,多数为荷载较小的堆场、工业园区道路、绿化区等。以青岛港董家口港区矿石码头工程20万吨级散货泊位后方预留堆场区的地基处理工程为例,对该工程的设计、施工及使用后6年的情况进行详细阐述,从多个角度展示深厚吹填软土的演变情况,详细介绍土体含水量、孔隙比、抗剪强度等指标在不同时期的变化,对比施工期沉降计算和监测数据,分析不同时期抗剪强度指标下矿石堆存的高度。结果表明,在大荷载矿石堆场中采用吹填软土形成陆域是可行的,通过合理的地基处理方式和有序增加堆存荷载,最终可使矿石堆场达到满载堆存。

软弱基底排土场边坡逆排堆高速率及稳定性控制方法研究

针对软弱基底排土场逆排堆高过程的稳定性控制需求,构建了堆高速率与软弱土层强度参数对应关系,提出了一种不同堆高速率条件下排土场边坡稳定性分析方法。针对某排土场案例,开展了软弱基底土样不同固结度快剪试验,结果显示,随着固结度增大,内摩擦角以双曲线型函数逐渐增大,黏聚力基本保持不变。结合硬化土模型,利用有限元法分析了预压堆载下软弱土层平均固结度演化规律,联合直剪试验结果构建了强度参数与堆载厚度、固结时长的定量关系。结果表明,较厚软弱层在堆载和固结时长均相同时具有更低的内摩擦角;当堆载较小、固结时长相同时,软弱层具有更高的内摩擦角;当预压固结时长由50 d提高到100 d时,排土场边坡破坏模式从沿基底滑动变成堆排土体内部滑动,继续延长预压时长不再提升整体稳定性。

高稳定性增深硅油乳液在织物整理中的应用

针对当前增深硅油乳液稳定性不佳、整理织物撕裂强力显著降低的问题,合成了增深硅油乳液,并研究了其乳液稳定性、增深整理工艺条件及应用性能。结果表明:该增深硅油乳液具有优异的乳液稳定性,较优的应用工艺条件为质量浓度30~60g/L、焙烘温度140~180℃、焙烘时间为60~100s。其在黑色涤纶织物上增深率最高(88.50%)、撕裂强力几乎无损失,且具有优异耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度和手感,市场应用前景良好。

有限元强度折减法分析软基边坡稳定性

有限元强度折减法在均质土坡和岩石边坡中已有较多的研究和应用,但应用到强度较低的软基边坡,其模型网格划分和边界条件,与均质边坡有所不同。经对比研究得出软基边坡模型的网格节点密度达到每米2点较为适宜,模型边界应以修正后的坡高H来界定。结合具体工程案例,利用有限元强度折减法复核其稳定,并与极限平衡法进行了对比,结果表明前述网格划分和模型边界设置较为适宜,且有限元强度折减法可以较好的反映边坡应力应变分布。

软段组成对聚氨酯软泡性能的影响

以聚四氢呋喃二醇PTMG2000、聚醚三醇EP-330N、聚合物多元醇POP-3628和聚醚三醇CHK-3602中的至少2种为软段原料,配以相同助剂组成多元醇组分,以MDI型半预聚体为异氰酸酯组分,制备了4种聚氨酯软泡,研究了软段组成对泡沫密度、力学性能和吸水性能的影响。结果表明:在发泡原料配比、异氰酸酯指数、发泡剂用量相同的条件下,多元醇种类和含量对聚氨酯软泡的性能影响显著。自由发泡条件下,制备的聚氨酯软泡密度范围为77.0~116.7 kg/m^(3);以EP-330N为主要软段组分的泡沫,其拉伸强度为244 kPa、断裂伸长率为183%、吸水率为293.3%;以POP-3628为主要软段组分的泡沫,其拉伸强度为313 kPa、断裂伸长率167%、吸水率为328.9%;以CHK-3602为主要软段组分的泡沫,其拉伸强度为249 kPa、断裂伸长率为282%、吸水率为543.5%。

PVP对有机无机复合绝缘FeSi粉芯力学性能与磁性能的影响

在FeSi粉芯的环氧树脂/SiO_(2)绝缘工艺流程中添加PVP作为增强剂,系统研究了PVP添加量对粉芯生坯强度、成品强度以及磁性能的影响规律。研究发现,PVP的引入可增加绝缘层各组分之间以及绝缘层和磁粉之间的粘结力,进而有利于生坯强度的提高。在退火过程中,适量PVP的熔化还有助于SiO_(2)纳米粒子的均匀重排,从而增强成品强度。同时,适量PVP可促进稳定、均匀SiO_(2)绝缘层的形成,进而实现直流偏置性能的优化以及维持良好的磁导率频率稳定性和较低的磁芯损耗。PVP最佳添加量为0.3%(质量分数),相应的FeSi粉芯生坯强度为22 N,成品强度为305.76 N,有效磁导率在20~2000 kHz具有良好的频率稳定性,8000 A/m直流偏置场下的有效磁导率百分比高达86.5%,50 kHz/100 mT的损耗仅为522.7 kW/m^(3)。

矿渣-水泥与磷石膏-水泥固化软土力学特性对比研究

为优化工业废渣在软土固化中配置,选用磷石膏与矿渣替代部分水泥,通过无侧限抗压强度与海水浸泡试验对比分析初始含水率、工业废渣掺量、养护龄期及海水侵蚀对工业废渣-水泥固化土强度特性影响。结果表明:磷石膏-水泥固化土抗压强度随养护龄期延长而提高,随磷石膏掺量和初始含水率增加而降低;矿渣-水泥固化土抗压强度随养护龄期延长而提高,更适应较高初始含水率软土,随初始含水率及矿渣掺量先增加后减小。海水浸泡后,磷石膏-水泥固化试样因磷石膏掺量增加更易遭受侵蚀,表现为更严重的开裂现象与强度损失;矿渣-水泥固化软土更耐受海水侵蚀,各掺量下固化试样均未开裂,且海水浸泡导致的强度损失随矿渣掺量增加呈减小趋势。

双向近场地震下结构性软黏土震陷特性研究

软黏土的震陷效应与土体的结构性有着密切联系,但目前关于土体的结构强度对震陷影响的研究还较少。自然界中很难获取到物质成分相同而结构性质不同的土,为了对P波和S波耦合作用下结构性软黏土的震陷特性进行深入研究,人工制备了物质成分相近而结构强度不同的软黏土,通过开展两组动态围压下的动三轴试验,探讨结构强度、双向动荷载和P波与S波的相位差对其震陷特性的影响规律。试验结果表明:双向激振下,轴向动荷载与结构屈服应力比值越大,双向动荷载的耦合对轴向残余应变积累速度的加速作用越明显;相位差对轴向残余应变的影响则取决于土体结构强度,结构强度越小,影响越大。双向近场地震中,径向动荷载一般会加速震陷的发展,加速作用的大小与土体结构强度大小有关,结构强度越小,加速作用越明显,但轴向动荷载的剪切作用对结构性软黏土的残余应变积累仍起主导作用。研究结果可为软土地区综合防灾提供有益参考。

基于强度折减法的河漫滩软土浅埋偏压连拱隧道洞口边坡稳定性研究

以南京市乌龙山大跨浅埋偏压连拱隧道为背景,基于有限元强度折减法分析了隧道施工过程中洞口边坡的安全系数和塑性区分布特征,探明了不同坡角和隧道埋深下边坡稳定性情况与破坏模式发展规律,并提出相应施工建议。结果表明:边坡角度越大、隧道埋深越小时,隧道开挖过程中上覆边坡的安全系数越低。及时施作隧道衬砌能大幅度提高坡体稳定性,但当隧洞顶部埋深超过洞高的1.5倍后,衬砌加固效果相对有限;当边坡角度为60°时,坡体潜在滑动面将沿隧道浅埋侧拱顶附近产生,当隧道洞顶埋深达1.5倍洞高时,边坡破坏面不再经过隧道,而是分布于拱顶上方;针对隧道洞口段安全性较差问题,建议根据不同隧道埋深和边坡角度采用不同范围的坡表注浆加固方案。当隧道埋深>1.5倍洞高时,无须坡表注浆;当隧道埋深<1.5倍洞高且边坡角度<60°时,应在隧道浅埋侧施工前对坡脚至中隔墙区域进行注浆,且加固深度不应小于隧道拱腰埋深;当边坡角度达60°时,深埋和浅埋侧隧道施工前均需进行坡表注浆。

K_(0)固结软黄土的不排水抗剪强度模型

为准确预测工程建设场地中饱和软黄土的不排水抗剪强度,采用考虑结构特性及各向异性特征的K_(0)固结软黄土模型,在e-lnp′空间下推导得出考虑结构性影响的体应变通式。引入结构应力比来反映土体固结历史对不排水强度的影响,遵从不排水条件下的体应变规律,推导得出K_(0)固结软黄土的不排水抗剪强度理论计算模型。研究结果表明:本文所提出的计算模型能较准确预测饱和软黄土的不排水抗剪强度。通过参数分析探讨模型主要参数与软黄土不排水抗剪强度的关系,发现软黄土的不排水抗剪强度比与塑性参数负相关,与结构性参数和结构应力比正相关。

HR软土固化剂的研制与工程应用

本文聚焦HR软土固化剂的研制与工程应用,重点探讨HR软土固化剂的主剂和辅剂的配合比及研发过程。通过室内试验和原位试验,对照性地评价软土在HR软土固化剂与水泥作用下的固化效果,观察土体在固化剂作用后力学性能的变化情况。试验结果表明:与水泥固化土相比,HR软土固化土的力学性能表现出显著优势。在相同固化时间内,HR软土固化土抗压强度均强于水泥固化土;从环境保护和经济效益层面出发,使用HR软土固化剂代替传统水泥进行软土固化,可极大减少水泥用量,该举措不仅降低了二氧化碳排放,而且大幅降低了工程造价。该研究对于软土地基处理工程、以软土为基材的预拌固化土具有重要的指导意义。

在棉纺设备上加工麻纤维的回潮率控制研究

为了探讨回潮率对麻纤维在棉纺设备上干纺的可纺性影响,分别测试了不同回潮率下棉纤维、苎麻纤维和亚麻纤维的强伸性和柔软性,并对比了3种纤维回潮率随时间的变化趋势。结果表明:相较于棉纤维,回潮率对麻纤维性能有更显著的影响,随着回潮率的增大,苎麻纤维和亚麻纤维的断裂强力和断裂伸长率总体均呈现增长趋势;回潮率对纤维柔软性的改善有显著影响,尤其当回潮率达到15%以上时,苎麻纤维和亚麻纤维的柔软性得到大幅提高;纤维放湿回潮率-时间曲线显示,保湿性从高到低依次为棉、亚麻、苎麻。认为:在麻纤维纺纱中,确保其回潮率在15%~20%,可有效提高苎麻纤维和亚麻纤维的强伸性和柔软性,从而增大纤维之间的抱合力,改善麻纤维的可纺性。

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。

动荷载作用下结构性软黏土震陷特性研究

动荷载作用下的软黏土震陷特性与其结构性密切相关,研究结构性软黏土的震陷特性对于预防软土地区震陷灾害具有重要意义。通过配比试验,配制了四种含水率相同、物质成分相近而结构强度不同的人工结构性软黏土,对其进行动三轴试验,研究在循环动荷载作用下结构性软黏土的震陷特性。结果表明:对于同一种结构强度的软黏土,循环动荷载幅值越大、围压越小,其震陷量越大;结构性软黏土对循环动荷载的抵抗能力与土体结构强度呈现非线性关系。研究成果可为相关工程建设提供参考。

基于BP神经网络的海底浅层超软黏土不排水抗剪强度预测

准确评估海底浅层超软黏土的不排水抗剪强度对海洋资源开发、灾害评估、海洋工程建设等具有重要的意义。世界多个海域超软黏土数据分析对比表明,现有不排水抗剪强度评估经验公式存在受地域限制的问题,计算精度较低。因此,以超软黏土的6个物性指标为输入变量,不排水抗剪强度为输出变量,建立BP神经网络模型进行海底浅层超软黏土不排水抗剪强度预测;根据建立的超软黏土不排水抗剪强度与物性指标之间的非线性映射网络,以权积法求解超软黏土不排水抗剪强度对各指标的敏感度系数,定量分析各指标对不排水抗剪强度的影响程度。结果表明:考虑多因素影响的BP神经网络模型在超软黏土不排水抗剪强度预测方面具有普遍适应性,其预测结果非常接近落锥试验实测结果,均方差0.02139,R2值达到0.9874,预测精度远高于现有经验公式;采用权积法计算得到的对数流动性指标对不排水抗剪强度最为敏感;据此建立了以对数流动性指标为参数的黏土不排水抗剪强度预测经验公式,该公式在计算中国海域超软黏土不排水剪切强度方面具有较高精度,但由于数据量有限,依旧存在一定局限性。本研究为海底浅层超软黏土不排水抗剪强度的计算提供了参考。

浅埋软岩地下厂房开挖支护设计仿真计算

浅埋软岩地下厂房的开挖中,软岩抗压、抗拉强度较低,支护不当洞室变形过大会导致围岩失稳。依托于国外某水电站地下厂房,对于洞室开挖和支护进行有限元仿真计算。先对深埋巷道进行分析,使用Mohr-Coulomb屈服准则,标定不同黏聚力残余和摩擦角残余下的屈服区变化规律和计算结果准确性。在此基础上,模拟地下厂房的开挖,计算结果表明,塑性区集中于软弱围岩附近,沿倾角方向扩展。黏聚力和摩擦角的残余越低,围岩的屈服范围增大,锚杆屈服单元数增加。围岩摩擦角残余tanφ'=(0.7~0.9)tanφ,黏聚力残余c'不低于0.5c时,围岩变形最大值在18~31 cm。在原有设计上,使用管棚支护、板桩、置换岩体等措施对洞室关键部位的变形的进行控制,仿真计算结果表明围岩变形得到控制,达到稳定要求。