不良级配粉细砂路基碾压数值模拟

我国滨海地区存在大量粉细砂,其级配较差,为减少客土使用,可将其用做路基填料。依托海南某旅游公路粉细砂填筑路基项目,建立不良级配粉细砂路基压实过程的PFC2D模型,研究压实作用力、静动碾压和压实遍数的压实效果,建立压实度K和孔隙率n关系。结果发现,不同压实力作用下粉细砂孔隙率沿深度变化不明显,动碾相对于静碾压实效果更好且作用深度更深,随碾压遍数增加,粉细砂孔隙率减小,路基压实度增大,但碾压超过一定遍数后,对压实效果提升不明显。数值模拟与现场试验结果较为一致。

沙漠砂混凝土力学性能试验研究

研究了不同沙漠砂单掺、沙漠砂-矿渣粉复掺以及沙漠砂-矿渣粉-钢纤维三掺量对沙漠砂混凝土(Desert Sand Concrete, DSC)抗压强度、劈裂抗拉强度的影响,结果表明,随着沙漠砂掺量的增加,混凝土的抗压强度先增加后减小,当掺量为20%时达到最佳状态;矿渣粉掺量20%时显著提高了混凝土的强度;钢纤维掺量在0.8%时对抗压强度和劈裂抗拉强度的提升效果最为显著。沙漠砂、矿渣粉钢纤维的加入能够改善混凝土的孔隙结构,钢纤维的桥接作用有效阻止裂缝扩展,对增强材料韧性最为显著。

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。

不同支撑剂组合方式下页岩导流能力实验评价

为了深入了解多粒径支撑剂组合条件下页岩储层导流能力的大小,依据达西定律,采用API支撑剂实验装置,评价分析不同支撑剂质量比例、粒径、铺砂浓度、类型、流体类型、岩性等对导流能力的影响。实验结果表明:随着闭合压力增加,各种支撑剂组合方式下的导流能力都有很大程度下降;相同条件下,铺砂浓度与导流能力呈正相关关系,覆膜砂的导流能力高于石英砂,清水条件下的导流能力高于破胶液,硬度高的页岩储层导流能力高于硬度低的页岩储层;70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂支撑剂组合,在质量比为1∶6∶3时导流能力最优;在高闭合压力下,70/140目陶粒+40/70目覆膜砂+30/50目覆膜砂组合的导流能力,略高于70/140目陶粒+30/50目覆膜砂+20/40目覆膜砂支撑剂组合。可见,对于较软地层采用覆膜砂组合支撑剂,更有利于长期保持较高的导流能力;压裂液选用时更要注重压裂液配方的低伤害性,以提高导流能力。

支撑剂回流对页岩人工裂缝导流能力影响试验

支撑剂回流对页岩人工裂缝导流能力的伤害不容忽视,须对实际应力加载条件下支撑剂回流进行定量表征。利用自主研发的导流能力测试系统,通过添加支撑剂回流腔体模块,实现压裂液返排过程中支撑剂回流的定量表征,在实验室尺度下开展不同应力加载方式(变围压测试和变流压测试)下的页岩人工裂缝长期导流能力对比试验。结果表明:不同应力加载方式对支撑剂破碎量和嵌入量的影响相似,但变围压测试下支撑剂回流量随围压变化维持在约4.46%,与现场支撑剂回流数据不符;变流压测试下支撑剂回流量在流压20 MPa时的支撑剂回流量为20.53%,且随着流压的降低,回流量下降,与现场支撑剂的回流变量变化规律一致;忽略支撑剂的回流会导致对裂缝导流能力伤害率的计算值偏低,不利于制定施工方案;页岩人工裂缝导流能力的准确测试,应采用与实际应力加载更符合的变流压测试方法,以便更好地体现支撑剂回流对导流能力的影响。

不同推进比下螺旋桩在砂土中安装力的离散元研究

螺旋桩作为一种颇具潜力的海上风电基础形式,其安装问题是螺旋桩能否成功应用在海上风电工程中的关键。基于离散元方法,采用PFC^(3D)模拟分析了螺旋桩在不同推进比下安装时的桩身受力情况以及对周围土体的影响。宏观上,研究了螺旋桩在不同推进比下安装时螺旋桩连杆侧壁、连杆端部、螺旋叶片上下表面的受力变化规律;微观上,分析了螺旋桩安装过程中桩周土体孔隙率、配位数及应力变化规律。研究表明:随着推进比的减小,螺旋桩安装时受到的竖向力与扭矩也随之降低,对桩周土体的扰动也更小;螺旋桩在推进比为1时安装与在推进比小于1时安装存在两种不同的安装机制。研究结果对进一步确定螺旋桩在不同推进比下的安装条件具有一定意义。

砂土中能量桩单桩水平承载特性模型试验研究

为探究能量桩单桩水平承载特性,针对砂土中能量桩在水平荷载下的承载特性进行研究,基于模型试验,分析了水平荷载作用下能量桩在制冷和加热过程中的桩顶位移、桩前土压力以及桩身弯矩等的变化规律。研究结果表明:制冷会引起能量桩桩顶水平位移略微增大,增量为0.48%D(D为桩体直径),而加热会引起较大的桩顶水平位移,达到了2.38%D;制冷和加热在初始阶段会引起桩前土压力增大,初始增长阶段结束后,土压力变化较小,多为缓慢增长或基本不变。相较于初始土压力,制冷和加热结束时的土压力基本呈增长趋势,仅个别埋深处土压力减小。制冷过程中,埋深0%L~40%L(L为有效桩长)范围内的弯矩增大,埋深40%L~100%L位置处的弯矩变化较小;加热过程中,埋深0%L~60%L范围内的弯矩均有所增大,0%L~40%L位置处的弯矩增大最为明显。制冷和加热过程中均在20%L处产生了最大弯矩,最大弯矩的增加量分别为9.93%和10.32%。进一步基于圆孔扩张理论提出了弯矩计算的理论解,并与试验结果进行对比分析,理论计算值与实测值较为吻合。

泡沫轻质土回填管道沟槽路面表层动力响应研究

市政道路下伏管道沟槽常采用土、砂子、碎石等传统散体材料回填,由于沟槽空间受限,压实度难以满足设计要求,管道破损渗漏或交通荷载作用下,容易造成路面开裂,甚至塌陷。泡沫轻质土具有轻质、高强、自密实、抗渗漏等特性,可以将其应用于管道沟槽回填工程。为了研究泡沫轻质土回填管道沟槽的路面动力响应特性,以振动加速度和动位移为动力响应指标,开展泡沫轻质土回填段和中砂回填段的路面动力响应现场试验。试验车速分别为20,40和60 km/h,车重分别为空载、半载、满载,共9种试验工况。研究结果表明,泡沫轻质土回填区段测点振动加速度最大值、动位移最大值分别为31.93 mm/s^(2)、6.23μm,而中砂回填区段分别为35.79 mm/s^(2)、6.90μm。振动加速度峰值、动位移峰值均随车重、车速的增加而增大。车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区段测点动位移峰值变化幅度仅为中砂回填区段测点的15.2%~51.0%;车速由20 km/h增加至60 km/h时,动位移峰值变化幅度为中砂回填区段测点的16.8%~66.8%。泡沫轻质土回填区段振动加速度峰值衰减率、动位移峰值衰减率分别为中砂回填区段的1.16~1.38倍及1.15~1.33倍,削减了沟槽回填区段路面测点振动的高频和低频成分,泡沫轻质土回填区段整体刚度较好,减振效果良好。研究成果可为泡沫轻质土回填管道沟槽的设计施工提供参考。

基于含冰量的冻结砂土-混凝土接触面蠕变特性

保证高含冰量冻土区桩基础的长期稳定性是多年冻土区桥梁桩基础安全服役中的关键问题,为研究含冰量对冻土-混凝土接触面蠕变特性的影响,采用自行研制的大型蠕变剪切仪,在−2℃条件下开展含冰量为6%、12%、16%、23%、36%、60%、80%的冻结砂土与混凝土接触面蠕变试验.试验结果表明:在恒定的剪应力作用下,除含冰量为6%试样出现加速蠕变外,其他试样仅出现衰减蠕变及稳定蠕变2个阶段;随含冰量的增大,试样黏性变形占比增大,含冰量为80%试样的黏性变形超过总变形量的80%;稳定蠕变速率受到干密度及含冰量的综合影响,含冰量为16%时稳定蠕变速率最小;Burgers黏弹性模型能较好地模拟高含冰量冻结砂土-混凝土接触面蠕变曲线;随着含冰量的增大,初始剪切模量和稳定蠕变阶段黏滞系数先增大后减小,初始蠕变阶段的渐进剪切模量呈幂函数减小,初始蠕变阶段黏滞系数呈幂函数增大.

β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂制备及对甲基橙溶液的降解

采用简单、环保的方法合成β-FeOOH/SiO_(2)复合非均相Fenton催化剂,采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)对催化剂进行表征分析,考察质量比、合成温度和合成时间对催化剂催化活性的影响,通过分析催化剂类型、用量及双氧水用量,探究β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂处理染料废水的最佳工艺条件。结果表明:β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂制备工艺简单,操作条件温和,易于工业化生产;β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂在满足m(β-FeOOH)/m(SiO_(2))=1∶1,反应温度为90℃,反应时间为8 h时,具有最佳的催化活性;在30℃条件下,β-FeOOH/SiO_(2)的加入量为5 g/L,过氧化氢的加入量为0.1 L/L时,200 mg/L甲基橙染料废水的去除率最大,达到98.85%,对亚甲基蓝和罗丹明B的去除率分别达到90.44%和99.25%;β-FeOOH/SiO_(2)复合催化剂对染料废水具有良好的降解效果。

自动巡航草方格固沙机结构设计分析及试验

针对荒漠化治理对草方格固沙机的需求,提出了一种集底盘、开沟机构、草箱机构、插草机构、覆压沙机构、播种及洒水机构、升降机构与一体的多功能草方格固沙机。分析了“T+一”式草方格种植模式的优势,提出了自动巡航草方格固沙机整体结构方案,并对开沟机构、草箱机构、插草机构、覆压沙机构、播种及洒水机构、升降机构等关键组件的功能和结构进行了详细分析。应用三维建模软件建立虚拟机构模型,对推草和插草机构进行了运动仿真分析,并对整机进行了作业性能试验。结果表明:各机构构件间无干涉,构件运动仿真轨迹符合功能要求,杆件尺寸参数设计合理,机器作业效率高,可有效保证草方格铺设的准确性和有效性,满足机械化固沙的要求,具有良好的通用性和适应性。

CSAMT在松辽盆地梅里斯地区铀矿勘查中的应用

上白垩统四方台组是松辽盆地北部铀矿找矿的主要层位之一,其铀矿化主要受控于上白垩纪曲流河三角洲沉积体系,工业铀矿体主要在底部砂岩层富集,多呈板状、透镜状,矿体规模与砂体规模、层数等密切相关,砂体规模越大,矿化层越多,矿体规模越大,反之则规模越小。但是上白垩统四方台组底部砂体在松辽盆地西部超覆带内梅里斯地区发育情况尚不明确。以可控源音频大地电磁测深(CSAMT)为手段,利用Occam算法反演得到研究区电阻率断面,结合研究区内各地层岩石电阻率特征,分析了研究区内盖层结构,尤其是找矿目的层上白垩统四方台组的空间分布特征,同时还推断了基底起伏特征以及断裂走向、倾向及其延深情况。研究结果显示:研究区内四方台组河流相砂体主要分布于研究区的东南部,多呈透镜状,整体表现为自南东向北西呈逐渐尖灭的特征,厚度一般不超过180 m。研究成果为钻探工程的部署提供了依据。

不同形状的珊瑚砂颗粒沉降试验研究

珊瑚砂在液体中的沉速是反映泥沙运动特性的一个重要物理量。由于珊瑚砂形状多样,套用现有的珊瑚砂沉速公式进行计算并不合适。针对珊瑚砂颗粒开展形状分析,将珊瑚砂颗粒分成枝棒状、片状和块状3种形状,然后开展单颗粒沉降试验。基于试验数据,分析不同形状珊瑚砂颗粒的沉降特性,与各家理论公式计算结果进行比较分析,选取经典的珊瑚砂颗粒沉速公式,引入颗粒形状系数进行公式修正,从而推求了枝棒状、片状和块状珊瑚砂颗粒的阻力系数和沉降速度公式。该公式充分考虑不规则珊瑚砂颗粒形状的影响,具有更高的计算精度和适用性。

云南涛源盆地古砂脉及其代表的古地震事件

根据野外地质调查结果和地层测年数据,分析涛源盆地上部地层中的古砂脉及其代表的古地震事件。涛源至下力农东西长7 km的范围内集中分布十余处古砂脉,砂脉及砂流堆积呈蘑菇状、伞状、囊状和歪斜的水杯状,砂流堆积规模大,分布广,暗示该区域发生过强烈的喷砂冒水事件。砂流堆积宽数米,厚数十厘米至1 m左右,最大堆积宽度和厚度分别为8 m和1.0~1.5 m;砂脉长1.0~4.5 m,直径为0.25~0.35 m,最大宽度为0.8 m。地面以下1.5~3.0 m深度普遍发育连续性较好的古土壤层,代表砂脉形成时期的地表面。这些砂脉及砂流堆积普遍赋存在古土壤层的上下部位。据古土壤层顶部和砂流堆积上覆地层底部的14C测年结果,推测形成砂脉的古地震事件时间为13030±40~12120±40 aBP,震级大于7级。程海-宾川断裂为晚第四纪强烈活动断裂,并引发此次涛源大地震。

冲击荷载引起的颗粒破碎对钙质砂液化特性的影响

钙质砂具有孔隙率高、强度低、易破碎的特点。同时,钙质砂在波浪和地震等振动荷载的作用下,也具有发生液化的可能性。为探究钙质砂颗粒破碎与抗液化强度的关系,对南海永兴岛的钙质砂开展了三轴试验研究工作。首先,利用小型手动冲击装置对钙质砂进行破碎处理,获取了不同相对破碎率(Br)的试样,然后利用多功能动三轴仪分别对原始试样和不同破碎程度的试样进行了液化试验。结果表明:在相同围压和密实度条件下,钙质砂的抗液化强度(CRR)随着Br的增大而降低,但降低速率会随着Br的增大而减小。另一方面,相对密实度的增大会削弱颗粒破碎对钙质砂抗液化能力的影响。最后,为了定量评价颗粒破碎对钙质砂抗液化强度的影响,建立了Br-CRR的数学关系。

高液压射台前板球墨铸铁件铸造工艺设计

射台前板是注塑机中的关键部件之一,其油缸孔部位加工精度高且有承压要求。本文介绍了高液压球墨铸铁射台前板铸件的工艺难点,设计了分型方案、浇注系统及冷却系统,并借助软件模拟分析了缩孔与缩松缺陷,确定了型芯方案。通过合理选择铸件的化学成分,严格控制球化、孕育及浇注过程,铸件本体渗透检验(PT)达到EN1371标准的质量等级I级,附铸试块铸件的力学性能和金相组织均符合客户标准。

海砂超高性能混凝土试验

采用未淡化的海砂制备超高性能混凝土(UHPC)和普通混凝土,研究了不同氯离子含量的海砂对UHPC抗压强度、孔结构、快速氯离子渗透性以及内置钢筋耐久性的影响,并与普通混凝土进行分析比较。结果表明,海砂中的氯离子含量对UHPC抗压强度并不会产生较大的消极影响;海砂UHPC的临界孔半径约为2 nm,与海砂普通混凝土不同,孔隙率随海砂中氯含量的增加而增加;即使海砂氯离子含量高达0.636%,海砂UHPC的氯离子渗透性仍可忽略不计;海砂UHPC中钢筋在28 d后处于钝化状态并趋于稳定。

陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。

硫酸锌胶结珊瑚砂渗透特性试验及工程应用探讨

对松散珊瑚砂进行胶结处理以降低岛礁地层渗透性是促进生态岛淡水涵养的重要手段之一。为此,开展了硫酸锌胶结珊瑚砂的渗透试验,分析了不同浸泡时长、硫酸锌溶液浓度及初始干密度对胶结珊瑚砂渗透性的影响,采用干湿循环试验验证其耐久性,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)、能量色散X射线光谱(energy dispersive spectrometer,简称EDS)及计算机断层扫描(computed tomography,简称CT)扫描研究微观胶结机制。结果表明:(1)硫酸锌胶结可将珊瑚砂渗透系数降低70.17%~95.79%;(2)干湿循环16次后,胶结处理36 h的珊瑚砂样品质量损失率不超过4%,渗透系数变化不超过1.0×10^(-3)cm/s,表明样品耐久性良好;(3)珊瑚砂和硫酸锌反应生成二水石膏与菱锌矿填充样品孔隙,使孔喉平均半径、配位数均减小,孔隙连通性显著下降。该技术可应用于岛礁吹填初期固砂防侵蚀、提高地基承载力、降低渗透性以促进地下淡水涵养和生态岛建设,具有重要的工程应用价值。

纳米硅溶胶改良辽宁台安砂土的抗液化性能研究

辽宁台安砂土属于易液化砂,提升其抗液化性能具有重要的工程意义。文章针对纳米硅溶胶(CS)对辽宁台安砂土抗液化性能的改良效果进行探究,通过不排水动三轴试验,对纯砂样和改良砂样的液化特性进行对比研究,分析CS浓度和固化时间两个参量对改良砂样动力特性的影响。研究结果表明:(1)CS能够显著提升台安砂土的抗液化性能,在动载作用下改良砂样均未发生液化破坏。(2)随CS浓度和固化时间的增加,试样动孔压u_(d)、动应变ε_(d)呈现先迅速下降后趋于平缓的发展规律;当CS浓度增至4%、固化时间达到3周后,试样抗液化性能的提升效果不再明显。(3)改良砂样的滞回曲线变得更加稳定。随CS浓度增加,阻尼先降低后趋于稳定,动弹性模量逐渐增大并趋于平缓,但伴随有一定的波动;随固化时间增大,阻尼呈减小趋势,动弹性模量呈增大趋势。研究成果可为辽宁台安地区砂土液化治理提供参考依据。