废弃玻璃粉风积沙混凝土柱抗震性能试验研究

为研究玻璃粉等质量取代20%水泥与风积沙等质量取代30%天然砂对混凝土柱抗震性能的影响,本文设计和制作4根混凝土柱试件。第1根是普通混凝土柱,第2根是玻璃粉等质量取代20%水泥的混凝土柱,第3根是风积沙等质量取代30%河砂的混凝土柱,第4根是同时用玻璃粉和风积沙分别等质量取代20%水泥和30%河砂的混凝土柱。通过低周往复荷载试验,对比分析各个试件的破坏形态、承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、延性系数、刚度退化规律和变形特点。结果表明:20%取代率的玻璃粉取代水泥和30%取代率的风积沙取代天然河砂均能提高混凝土柱的抗震性能,降低构件破坏程度;基于试验结果、Fajfar和Park-Ang提出的地震损伤模型,对其耗能因子β进行修正,得到了修正后的Park-Ang损伤模型,并与废弃玻璃粉风积沙混凝土柱的试验过程吻合较好。

砂柱法制样及剪切速率对黏性粗料三轴试验的影响

对砂柱法和常规方法制备的黏性粗粒土三轴试样进行饱和试验,对比其饱和效果,同时为论证砂柱对土体排水效果、应力-应变关系和强度特性的影响,开展砂柱法试样和常规试样在不同剪切速率下的三轴CD剪试验,并讨论剪切速率对试验的影响。试验结果表明:砂柱法配合反压饱和6 h,试样基本饱水均匀;常规试样的速率敏感度较高,随着剪切速率的增大,强度指标φd减小、Cd增大,同一围压下,峰值偏应力减小;体应变εv与剪切速率呈反比,且围压越大,越不利于土体排水,峰值偏应力减小的幅度越大;剪切速率与Ei呈反比,与Bi成正比,邓肯-张模型参数Rf、k、n、D和F值随剪切速率的增大而减小;砂柱法制备的试样速率敏感度较低,且砂柱法试样在0.3 mm/min剪切速率下具有同常规试样0.03 mm/min剪切速率下相似的三轴应力-应变特征;该方法获取了相近的CD剪强度指标和邓肯张模型参数,同时缩短了试验在饱和-固结-剪切3个阶段的用时,大幅提高了试验效率,具有良好的经济效益。研究结果可为与黏性粗粒土三轴试验相关的实践和研究工作提供参考。

含低渗透镜体包气带典型LNAPL迁移分布模拟研究

针对地下油品储运设施少量短时泄漏问题,选取甲基叔丁基醚(methyl tert-butyl ether,MTBE)作为典型轻质非水相液体(light non-aqueous phase liquid,LNAPL),通过物理试验和数值模拟方法,选取LNAPL的迁移时间及其滞留在透镜体内的质量等作为迁移分布特征变量,研究了MTBE在含低渗透镜体的多孔介质包气带内的迁移过程及其在透镜体内的滞留分布情况,并通过对模拟数据统计分析,识别出了各特征变量的主控因子。结果表明:MTBE遍历包气带所需时间不仅受包气带水动力参数的影响,还受其厚度的控制;而透镜体内滞留的MTBE质量主要受到基质和透镜体的水动力参数以及透镜体体积的影响;各特征变量与其相关因子之间具有良好的幂函数乘积统计关系。本研究可为LNAPL泄漏事件中的应急管理和污染防控提供预测模型的参考和研究方法的借鉴。

腐殖酸和pH对典型轮胎磨损颗粒迁移行为的影响机制

轮胎磨损颗粒(Tire wear particles,TWPs)作为微塑料(Microplastics,MPs)的重要种类之一,当下其生态风险已受到生态学家的高度重视。通常,颗粒型污染物的环境行为过程是其生态风险的重要影响因素。然而,TWPs在土壤等多孔介质中的迁移过程及影响机制至今尚未见报道。选择冷冻破碎制备的冷冻破碎轮胎磨损颗粒(C-TWPs)以及道路磨损产生的滚动摩擦轮胎磨损颗粒(R-TWPs)和滑动摩擦轮胎磨损颗粒(S-TWPs)为典型研究对象,以石英砂柱来模拟研究TWPs在土壤等环境多孔介质中的迁移行为,并探究天然有机物腐殖酸(HA)及不同pH(4、7和10)环境对以上三种类型TWPs迁移行为的影响。结果显示:HA(50 mg·L^(-1))能够显著增强三种类型TWPs的迁移性,并且在HA(50 mg·L^(-1))存在下,不同pH(4、7和10)对TWPs迁移行为影响不同,中碱性环境(pH=7/10)更有利于TWPs的迁移。主要原因在于,HA存在或(和)中碱性环境有利于(同时)增大TWPs和石英砂颗粒表面的Zeta电位值(绝对值),此时,一方面TWPs的分散性得到改善,有较小的粒径分布,另一方面增加了TWPs和石英砂颗粒间的静电排斥力,有助于TWPs的迁移。值得注意的是,HA存在和不同pH环境条件下,低温破碎制备的C-TWPs的迁移性较R-TWPs和S-TWPs强,主要由于C-TWPs制备时携带有较多的负电荷、较小的等电点和较强的疏水性,上述性质也可促使其吸附更多的HA,从而加强其电负性;而R-TWPs和S-TWPs由于粘附了道路矿物、金属盐或灰尘而减弱以上性质,表面具有较小的电负性。研究结果揭示了不同类型TWPs在自然界中地球化学迁移行为的差异性,并暗示了研究源头性质(排放方式)以确定同种材质微塑料环境行为及生态风险内在差异的必要性。

基于村镇建筑的新型沙漠砂混凝土砌块墙体的抗震性能研究

利用沙漠砂研发的蒸压加气混凝土砌块是一种新型砌体材料。为了研究这种新型砌块在村镇建筑中的应用,考虑在不同竖向压应力和构造柱的约束作用下,对4片沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体开展拟静力试验,通过对比分析4片墙体在低周反复荷载作用下的破坏特性、力-位移曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等性能指标。结果表明:1)墙体主要以剪切破坏为主,未设置构造柱墙体主裂缝沿约45°贯彻整个墙体,设置构造柱墙体主裂缝呈“倒八”字型,且当竖向压应力增大时,墙体的抗震承载力也随之增大,抗侧刚度有所提高,但延性随之减小;2)竖向压应力相同情况下,对比分析表明设置构造柱墙体的极限承载力约是素墙体的2.22倍,延性提高了约60%,且刚度也有所提升;3)基于主拉应力理论和库仑破坏理论分别建立了适用于该新型砌块墙体的抗震承载力计算公式,且库仑破坏理论建立的抗震承载力计算公式应用更合理;4)建立了恢复力模型骨架曲线,能够较好地反映沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的试验特点。

复杂地层中一柱一桩施工关键技术

结合南京市某地铁车站逆作法通道基坑一柱一桩施工案例,对高地下水位深厚砂层的复杂地层中嵌岩一柱一桩施工工艺进行创新、总结。重点阐述了高地下水位桩孔施工、立柱定位调垂等关键施工技术,可为同类工程施工提供借鉴。

注水井回灌过程中堵塞问题的试验研究

采用砂柱在试验室内模拟井灌过程中注水井周围砂层的堵塞过程。通过测定渗透系数的变化来分析堵塞的程度,同时,通过测定水样悬浮物浓度(SS)、细菌数目、溶解氧(DO)、TOC等水质参数的变化来分析井灌过程中可能发生的物理、生物堵塞。试验分别采用平均粒径为0.59mm和0.34mm的两种砂样。试验结果分析表明:悬浮物颗粒填充砂粒介质空隙引起的机械堵塞和微生物积聚、繁殖堵塞介质空隙引起的生物堵塞是砂柱堵塞的主要原因;砂柱上部对悬浮物和微生物的过滤、吸附作用强,堵塞也更严重;介质粒径差异对堵塞过程和堵塞程度的影响明显,平均粒径较小的砂柱更容易发生堵塞,而平均粒径为0.59mm的砂柱渗透系数减小的持续时间长,渗透系数减小的幅度大。

钢管桩与砂桩多元复合地基室内模型试验

通过自行研发的试验装置,对钢管桩与砂桩多元复合地基进行一系列室内模型试验,得到其工作性状:钢管桩与砂桩多元复合地基的荷载沉降曲线特征,钢管桩、砂桩和土的应力特点,桩土应力比特点,各种桩和土的荷载分担比曲线特征.研究表明:本室内静载试验模型虽然不能完全模拟现场钢管桩与砂桩多元复合地基的工作性状,但从定性上分析钢管桩与砂桩多元复合地基的工作性状是可行的.从试验结果可见:当处理粉细砂类土时,钢管桩与砂桩多元复合地基明显优于砂桩复合地基.

基于COMSOL的低渗性盐土内设砂柱洗盐定量模拟

滨海粘壤质盐土具有质地黏重、渗透性差等特点,工程实践中一种有效的措施是在其土体中建构砂性土柱(简称砂柱)加速其脱盐。针对此工程措施,基于2-D土壤溶质运移模型,应用COMSOL软件模拟了饱和淋洗条件下3种类型砂柱设置的排盐效果,并进行了定量分析。结果表明:内设中竖砂柱、单斜对角砂柱和双斜'X'型长砂柱,经过24h淋洗后,其淋洗效率分别是不设砂柱的1.24、1.29和1.45倍;95%盐分的淋出时长分别为不设砂柱的0.88、0.83和0.78倍。这说明内设砂柱能显著提高脱盐效率,不同砂柱构建对脱盐效率也有显著影响,3种砂柱相比,内设双斜'X'型长砂柱的构型最有利于盐分的淋洗,也最节省水资源。

排水板和砂井联合堆载预压加固海相软土地基的工作性状的现场试验

针对场地内夹杂岸堤、塘埂和人行道路网的深厚海相软土地基处理,提出塑料排水板和袋装砂井联合堆载预压加固方法,并通过现场试验研究该类地基在路堤填筑及堆载预压过程中的地表及深层沉降特性、超孔隙水压力消散机制和地基水平位移规律等工作性状。结果表明,采用该方法处理深厚海相软土地基具有良好的加固效果,地基沉降大部分在填筑期和预压期间发生,有效降低了场地的工后沉降和施工工期,可为沿海深厚复杂海相软土地基加固处理提供参考;塑料排水板和袋装砂井联合堆载预压处理地基的沉降-时间曲线呈多级式发展,袋装砂井处理部位的沉降量小于塑料排水板处;软基上部土体的排水效果明显优于中、下部土体,排水板处理区域的超孔隙水压力大于砂井处理区域;软基顶部土体向堆载区域移动,地表3 m以下的软土层被挤向堆载处理区域外。

盐土改良中砂柱的作用机理研究

采用室内土柱模拟试验结合田间试验的方法对砂柱在盐土改良中的作用机理及应用效果进行了初步研究。结果表明:在土柱模拟试验中,设置砂柱的土柱3次淋水水分平均下渗速率达到0.132 mm/min,是未设置砂柱的1.73倍;含盐量由3.78%降低至0.51%,淋盐效率是未设置砂柱的1.45倍;其淋水后pH值较未设置砂柱的降低了0.12,田间试验区淋水后表现出和土柱试验相似的规律。同时,随着砂柱密度的增加,土壤脱盐率、脱盐均匀度提高,抑制pH值升高效果增加,砂柱间距0.67 m的田间试验区土壤脱盐率达到83.9%,垂直方向均匀度差值为3.9%,而未设置砂柱的脱盐率仅为53.2%,均匀度差值达到33.1%,前者pH值相对后者降低了0.59。在一定范围内,盐土含盐量、pH值及水分下渗速率显著线性相关,随着淋水速率加快、pH值升高,盐土含盐量降低。综合考虑各方面效果砂柱处理以间距0.67 m为最佳。

农田区地下水氮污染和氮转化的实验研究

为研究不同条件下农田区氮污染和氮转化的过程及结果 ,进行了 4个土柱的模拟实验 .模拟菜田施肥 (化肥 )残存量对地下水氮污染的实验表明 ,土柱中所施化肥残存量的 72 .0 8%和4 7.4 4 %随下渗水流出 .模拟非均质包气带结构对地下水氮污染去除的实验表明 ,装有 4层粘性土夹层的砂柱对硝酸根离子的去除率分别为 85.69% (以蒸馏水混合液注入 )和 32 .4 8% (以地下水混合液注入 ) ,而没有粘性土夹层的砂柱对硝酸根离子的去除率则分别为 38.2 5% (以蒸馏水混合液注入 )和 2 8.92 % (以地下水混合液注入 ) .

沙漠砂混凝土框架柱低周反复荷载抗震性能试验研究

基于沙漠砂混凝土柱与普通砂混凝土柱2个试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究,并对比分析了2个试件的骨架曲线、滞回曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震指标。试验结果表明:试件主要发生压弯破坏;随着循环次数和位移幅值的增加,构件的刚度、强度不断退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;与普通砂混凝土柱相比,沙漠砂混凝土柱滞回曲线较丰满,滞回耗能总量相对较大。研究结果为揭示沙漠砂混凝土柱的抗震机理提供试验支持。

有色示踪剂在溶质运移实验中的数字图像识别和处理

文章介绍了不同浓度高锰酸钾溶液的数字图像RGB识别方法,并将此方法运用到标准砂介质中高锰酸钾溶液浓度的拟合识别。在实验后期,提出了用高斯模板进行数字图像平滑处理来获得更精确的实验数据。本实验为砂柱溶质运移实验提供了一种简便而有效的溶质浓度测量方法。

高密度电阻率法监测纳米胶体在多孔介质中运移的实验

利用高密度电阻率法监测纳米胶体在饱和多孔介质中的运移过程。对纳米胶体和保守性示踪剂在末端的电导率穿透曲线进行了比较。结果表明,纳米胶体与保守性示踪剂在多孔介质中的运移过程非常相似,均可用一维对流弥散方程进行拟合。通过对不同截面、不同电极间距、竖直方向的电阻穿透曲线的比较,说明利用高密度电阻率仪监测纳米胶体在多孔介质中的运移是可行的。无论是传统示踪剂还是纳米胶体,在同一截面上不同电极间距几个测点的穿透曲线非常相似,沿着水流向前推进的溶液锋面到达同一电极截面的时间非常接近,说明多孔介质是非常均质的。同时高密度电阻率法可以动态反映砂柱中纳米胶体运移的时空变化特征。

砂土体微生物固结的微观及力学特性研究

渗漏和坡岸崩塌是水利工程中常见病害,直接威胁工程运行安全。通过对4种不同粒径砂柱进行生物固结试验表明,生物固结方法能快速大幅度降低多孔介质渗透性,粒径较大的砂柱内部具有良好的营养物质输送通道,渗透系数下降速率相对较高。剪切试验结果表明,经生物固结处理后砂柱的抗剪强度有了明显提升,但未发现强度变化与砂样粒径之间存在任何明显的内在联系。由此可见,砂样强度的提高与钙质沉积的个体差异有关,同时强度的提高不仅和钙质沉积量有关,也与砂粒之间的胶结形式相关。微观研究结果表明,小粒径砂柱与大粒径砂柱内部钙质沉积形式有着显著差异,相对小粒径砂柱而言,钙质沉积在大粒径砂柱表面的分布较为凌乱,并非均匀附着。EDS能谱仪分析结果表明,砂柱内部固结物质主要成分为碳酸钙,并附有少量其他杂质。

碎石桩处理液化地基抗液化研究现状及存在问题

就目前国内外碎石桩处理液化地基抗液化理论、动力分析以及液化判别等方面的研究作简要的归纳和评述。在加固机理研究方面,主要认为碎石加固砂土有以下几种作用:(1)挤密作用;(2)振密作用;(3)排水减压作用;(4)预震作用;(5)加筋作用。其次,在理论研究方面如排水效应和桩体效应方面的研究也取得了长足进展,已经从总应力法深入到有效应力法,从只对孔压的研究发展到对水土共同作用的研究。并且随着计算机的发展,数值计算为复杂条件下的问题解答开辟了一个新的途径,现在已经可以模拟地震时土体的变形和孔压变化情况。但是在碎石桩处理液化地基的判别标准研究方面发展较慢。最后,对高速公路碎石桩复合地基抗液化研究方面的一些不足之处提出了解决的思路,主要包括:(1)上部荷载对复合地基的影响;(2)碎石桩处理深度设计时应考虑的影响因素;(3)碎石桩加固区与周围环境的相互作用;(4)考虑碎石桩排水、应力集中和附加应力共同影响下的液化判别标准。

中线法底流尾矿砂的共振柱试验研究

底流尾矿砂是中线法尾矿坝筑坝材料。对底流尾矿砂开展共振柱试验，探讨含水率、干密度及固结压力对其动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明：最大动剪切模量Gdmsx随固结压力和干密度的增大而增大，随含水率的增大而减小；最大阻尼比λmax随固结压力和干密度的增大而减小，但对含水率的变化不太敏感。小应变（10^-6-10^-4）条件下：动剪切模量Gd随固结压力和干密度的增大而增大，随含水率的增大而减小；阻尼比λ随固结压力、含水率的增大而减小，随干密度的增大而增大。研究成果可为尾矿坝动力反应分析提供基础数据。

测定砂土水分特征曲线的一种简易方法

土壤水分特征曲线反映了土壤含水率与吸力之间的关系,是研究土壤水分流动和溶质运移的基础数据。对于砂性土,提出一种测定水分特征曲线的简易试验方法,即对砂柱进行逐级排水,获得排水量与自由面(潜水面)高度的关系曲线,将其转化为水分特征曲线。采用这种砂柱试验测定了地大粗砂的土壤水分特征曲线,得到了良好的"S"型曲线,能够用Van Genuchten公式进行拟合。砂柱试验结果与压力膜仪法实测的和Arya-Paris模型间接推求的土壤水分特征曲线具有一致性。与现有测定方法相比,砂柱实验具有原理简单、准确度较高、成本低的优势。

南海钙质砂的动剪切模量与阻尼比试验研究

岩土体的动剪切模量和阻尼比是土工建筑物、近海场地动力稳定性分析中的主要动力学参数,为评价南海钙质砂的动力学特性,利用美国GCTS共振柱测试系统,对取自南海地区的钙质砂进行共振柱试验,研究固结压力、相对密实度对其动剪切模量和阻尼比的影响,并与石英砂进行对比分析。研究发现:相同的试验条件下,钙质砂的最大动剪切模量、阻尼比均大于石英砂;从总体而言,钙质砂的动剪切模量在剪应变小于0.1%时大于石英砂动剪切模量,在大于0.1%时两者趋于一致,其动剪切模量比G/Gmax随剪应变γ衰减的速度快于石英砂。根据试验结果建立钙质砂动剪切模量比G/Gmax、阻尼比D的数学模型,并结合现有的钙质砂动剪切模量比及阻尼比研究成果,给出钙质砂动剪切模量比和阻尼比的变化范围,为钙质砂场地工程建设中建筑物动力稳定性分析提供依据。