硫酸盐侵蚀作用下水泥砂浆水力劈裂特性

为研究硫酸盐侵蚀作用下水泥砂浆水力劈裂特性,利用三场耦合试验系统,设计4种试验工况进行水力劈裂试验,分析不同pH值的硫酸盐溶液、不同侵蚀时间下水泥砂浆力学性能和抗水力劈裂能力。试验结果表明,不同pH值的硫酸盐溶液对水泥砂浆的水力劈裂力学特性有不同影响,在侵蚀后期,对于0.1 mol/L的Na_(2)SO_(4)溶液,pH值分别为7、3、1时,对砂浆试样水力劈裂力学特性的侵蚀劣化程度逐渐减小;硫酸盐侵蚀下的水泥砂浆抗水力劈裂能力和侵蚀时间有较好的三次函数相关关系。

温度对不同尺寸砂岩巴西劈裂特性影响

为研究高温与尺寸效应耦合作用下的砂岩巴西劈裂特性,分别对经过25、200、400、600、800和1000℃高温处理后的标准砂岩试件进行巴西劈裂室内试验,并基于颗粒流软件开展不同尺寸高温砂岩巴西劈裂数值模拟,研究砂岩巴西劈裂强度及其劣化规律、孔隙率增加相对于裂纹扩展贯通的滞后性规律.研究结果表明:(1)在25~1000℃的温度范围和50~100 mm的直径范围内,温度与尺寸效应对砂岩巴西劈裂强度均有显著影响,且尺寸效应影响程度更大.在加热过程中,由于岩石内部首先发生热膨胀,然后在热应力作用下产生损伤,因此砂岩劈裂强度先有所增大,在400℃之后持续降低,劈裂强度下降约34.66%~35.10%;随着尺寸增大,岩石内部积聚的能量释放产生大量微裂隙,导致砂岩试样劈裂强度降低,下降约55.61%~56.99%.(2)砂岩巴西劈裂强度劣化幅值与其直径之间满足负指数函数关系,可用于预测不同尺寸高温砂岩的巴西劈裂强度.(3)砂岩在巴西劈裂过程中的孔隙率增加相对于裂隙扩展贯通滞后的荷载差值随温度升高以及尺寸增大而增大;考虑两因素的耦合作用,尺寸效应对荷载差值的影响程度随温度的升高而降低,温度对荷载差值的影响程度随砂岩尺寸的增大而降低.研究成果对火灾后顶板维护,初步预测顶板强度具有一定参考意义,也可为核废料处理、地热资源开发和深井工程等涉及高温和尺寸变化的岩体工程设计提供有益参考.

沥青混凝土孔隙率与劈裂特性影响因素研究

沥青混凝土孔隙率及劈裂特性受各原材料性能和含量的影响显著,且直接影响其防渗及稳定性能。系统研究沥青混凝土孔隙率与劈裂特性受级配指数、填料含量、沥青含量的影响规律,为沥青混凝土的施工配合比设计提供依据。基于控制变量法,系统研究4种级配指数、4种填料含量、4种沥青含量条件下,标准马歇尔试件孔隙率与劈裂特性的变化规律。结果表明,孔隙率与劈裂位移随级配指数的增大而减小,分别降低了29.33%,39.13%;随填料含量的增大,先减小后增大,且填料含量为12%时最小;随沥青含量的增大,先增大后减小,且沥青含量为6.8%时最大;劈裂强度随级配指数增加而增高,且增高了23.98%;随填料含量和沥青含量增大而逐渐减小,且分别降低了11.59%,22.32%。基于灰色优势分析表明,级配指数、填料含量、沥青含量对沥青混凝土劈裂强度影响最大,孔隙率次之;填料含量对于孔隙率及劈裂特性的影响最为显著,其次为沥青含量,级配指数次之。

水工沥青混凝土劈裂特性影响因素分析

沥青混凝土配合比设计与分析是研究其物理力学性质的重要途径。依据正交试验设计理论设定3因素4水平16组试验,采用极差与方差分析法探究级配指数、填料用量及沥青含量对劈裂强度及劈裂位移影响程度,得到配合比参数最优组合;将配合比参数空间化,分析沥青混凝土劈裂特性分布规律。试验结果表明配合参数对沥青混凝土劈裂强度影响按级配指数、填料用量及沥青含量依次降低,对劈裂位移的影响程度相反。从强度而言,沥青混凝土劈裂强度优先考虑级配指数取值;从刚度角度,沥青混凝土劈裂强度优先考虑沥青含量取值。在可能存在水力劈裂的工程部位,选择沥青混凝土作为防渗体时,宜充分考虑其所处应力状态而择优选择适宜的配合比。

碾压式沥青混凝土心墙工程特性研究现状与对策

沥青混凝土由于良好的防渗性能与变形适应性,在土石坝中得到了越来越广泛的应用,其工程特性有别于常规混凝土与一般岩土体,包括温度敏感性、耐久性、抗震特性、抗水力劈裂特性等。为突破沥青混凝土心墙坝150m坝高的技术瓶颈,解决深厚覆盖层、高寒、强震等条件下直接修建高沥青混凝土心墙坝的筑坝技术难题,消除热沥青施工引起的环境污染问题,长江科学院自20世纪90年代开始,对三峡茅坪溪防护坝、黄金坪水电站、拉洛水利枢纽工程及Karot水电站等沥青混凝土心墙进行了系统研究,研制了静力、动力、蠕变三轴温控装置,并很好地应用到科研,在碾压式沥青混凝土心墙工程特性方面取得了大量成果。在总结水工沥青混凝土国内外的研究现状的基础上,重点讨论了碾压式沥青混凝土心墙的5个关键问题,以及长江科学院在沥青混凝土方面的研究进展与成果,可为类似复杂条件下沥青混凝土心墙堆石坝的设计、施工及运行管理提供依据。

多年冻土区温度对沥青混合料力学特性的影响

我国多年冻土地区主要分布于青藏高原和大小兴安岭地区,青藏公路自通车以来,由于当地海拔高、太阳照射强烈、昼夜温差大等原因,沥青路面经常发生低温收缩开裂病害。为研究温度对沥青混合料弯拉特性、抗压特性及劈裂特性的影响,分别对3种不同的沥青混合料进行弯拉试验、单轴抗压试验和间接拉伸试验,研究表明:-10℃是3种沥青混合料抗弯拉强度与温度关系曲线的变坡点,最大弯拉应变均随温度的升高而增大且变化率较大,弯曲劲度模量均随温度的升高而减小。多年冻土地区沥青路面设计时需严格控制-10℃下沥青混合料的最大弯拉应变,有必要对强度与模量参数取值进行修正。

实时高温蒸汽加热和高温蒸汽加热冷却后富有机质页岩巴西劈裂试验研究

在富有机质页岩原位注热开采过程中,热力耦合作用下的抗拉强度直接关系到页岩矿层的强度与稳定性,对页岩的开采有着至关重要的影响。为研究高温蒸汽加热冷却后和实时高温蒸汽加热下页岩劈裂力学特性随温度变化的关系,采用自主研发的实时高温蒸汽试验系统和岩石压力机,对500℃范围内富有机质页岩进行了巴西劈裂试验。研究结果表明:随着温度的升高,高温蒸汽加热冷却后抗拉强度呈先降低后增大再降低的趋势,300℃时达到最大值,峰值应变呈持续上升趋势;实时蒸汽加热下抗拉强度呈先降低后增大趋势,在400℃时降到最低点,峰值应变呈先下降后上升再下降趋势;页岩试样劈裂破坏裂纹为复合型裂纹,主裂纹为贯穿型裂纹,次生裂纹为层理裂纹,且随着温度的升高,次生裂纹数目有所增加。研究结果对流体运移通道改造时确定压裂参数具有一定的工程意义。

橡胶沥青混合料在冻融作用下的性能研究

采用SMA-10橡胶沥青混合料,通过橡胶沥青混合料冻融后的劈裂实验,分析劈裂强度、拉伸应变及劲度模量随油石比和冻融次数的变化规律,以确定季冻区合适的油石比和空隙率范围。研究结果表明：冻融循环对混合料性能的影响较大,其中劈裂强度与劲度模量随冻融次数的增加逐渐减小,拉伸应变随冻融次数的增加而增加;初始空隙率较小的橡胶沥青混合料在4次冻融循环内劈裂强度和劲度模量迅速衰减,其抗冻融性能较差;初始空隙率较大的混合料抗冻性能较好,在冻融10次左右强度趋于稳定,但混合料初始强度较小;在季冻区内,推荐SMA-10橡胶沥青混合料的油石比范围为8.5~9.0,空隙率为3.5%~5%。

高压压水作用下裂隙岩体渗透特性分析

裂隙岩体渗透特性往往由于裂隙发育的随机性而难以准确认知。现场高压斥水试验通过研究压力P～流量Q关系曲线可以了解裂隙岩体宏观渗透特性。某抽水蓄能电站高压岔管部位岩体存在较大规模的断层及影响带，为配合工程处理设计，采用现场高压压水试验对断层（含影响带）、断层周围岩体的透水性及渗透变形特性进行评价，现场试验成果表明裂隙的张开扩展是裂隙岩体渗透变形的主要形式，其P～Q曲线类型表现为非线性。为对试验过程和成果进一步量化分析．采用等效连续介质模型和三维有限元数值模拟技术对试验进行模拟。对比分析成果表明，P～Q曲线基本吻合，采用现场试验与数值计算相结合的方法可以较好地对裂隙岩体的宏观渗透特性进行分析评价．