基于CT扫描研究颗粒形状对砂土力学性质的影响

为了探究颗粒形状对砂土力学性质的影响,选取玻璃珠、石英砂、玻璃渣3种颗粒形状差异较大的砂土作为研究对象。首先通过计算机断层(computed tomography,CT)扫描重构了3种砂土的三维结构,选取了伸长率(EI)、扁度(FI)、球度(S)3个表征颗粒形状参数的均值作为砂土颗粒整体形状参数(overall regularity,OR),并对整体形状参数OR进行统计分析。然后配制7种不同形状参数的砂土进行了常规三轴压缩试验得到了其力学强度参数,研究砂土颗粒形状对其力学强度的影响规律。结果表明:7种砂土的应力-应变曲线均为应变软化型,都呈现出先剪缩后剪胀的特性;整体形状参数OR能较好反映砂土的力学特征,即随着整体形状参数OR的减小,应变软化现象变得不明显,但其峰值偏应力呈增大的趋势;砂土的内摩擦角随整体形状参数OR的减小呈线性增长,表观黏聚力急剧增大,但最大剪胀角随OR的减小而减小。此外,将临界内摩擦角与整体形状参数OR进行线性拟合,得到了两者较好的线性关系。

干湿循环对机制砂改良膨胀土力学与变形特性影响

在膨胀土中加入不同掺量的机制砂进行物理改良,对土样开展0~5次的干湿循环试验以分析土样的裂隙发育规律,并将干湿循环1、3、5次后的土样进行直接剪切试验及收缩和膨胀试验,探究经过干湿循环后土样的强度衰减和收缩膨胀特性。结果表明:机制砂可有效抑制膨胀土的裂隙发育,在机制砂掺量为10%时抑制效果最好,能较好抑制改良土裂隙集中发育,且在10%掺量下改良土的抗剪强度衰减幅度最小,收缩和膨胀特性方面也表现最佳。本试验验证了机制砂可延缓膨胀土在干湿循环过程中的裂隙发育和抗剪强度衰减,并且能改良土样的收缩膨胀变形特性,改良效果受机制砂掺量影响,综合考虑各项因素,机制砂掺量应控制在10%以内。

二线水铁矿改良高岭土力学性质研究及机理分析

为了研究二线水铁矿对高岭土力学性能的影响,对不同二线水铁矿掺量试样进行固结不排水(CU)三轴剪切试验、不固结不排水(UU)三轴剪切试验和扫描电镜试验,分析抗剪强度指标差异和影响力学性能机理。二线水铁矿改良高岭土抗剪强度指标均有所提高,在二线水铁矿掺量7%时改良效果最为显著;CU试验条件下黏聚力的增加对改良高岭土抗剪强度贡献更大,UU试验条件下黏聚力和内摩擦角均具有增强效果,两者共同决定高岭土抗剪强度;不同固结条件、不同剪切速率下二线水铁矿吸附包裹在高岭土颗粒表面,形成的团状物之间联结加固限制土颗粒移动空间,呈现抗剪强度增大的结果。

天然气水合物开采的土力学问题:现状与挑战

有效确定含天然气水合物(以下简称水合物)沉积物的工程力学特性并厘清其随水合物分解过程的变化规律,是实现水合物安全、高效开采的前提和保证。为此,围绕水合物开采过程所涉及的关键土力学问题,从物理力学特性的关键测试技术、沉积物的力学特性、含水合物沉积物的物理力学模型、水合物开采过程土力学多场耦合数值模拟等方面,分析和评述了国内外最新相关研究现状、存在的缺陷与不足,进而探讨了上述研究方向未来的发展趋势。结论认为,尽管经过20多年来的发展,有关水合物开采的理论、方法和技术均取得了显著的进展,但从岩土力学的角度来看,目前仍然面临着以下挑战:①大尺度含水合物沉积物试样的人工制备;②含水合物沉积物微细观组构的精细探测与定量表征;③组构变化对含水合物沉积物力学特性的影响机理与规律;④开采扰动下,流沙发生的条件及对储层稳定性的影响机制;⑤开采扰动下,多相多组分含水合物储层的多过程耦合问题;⑥水合物分解/生成条件下,含水合物沉积物的本构响应;⑦有关水合物开采过程数学模型的适定性问题;⑧高效稳定的水合物开采过程数值模型的全耦合解法。

矿物掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响

为了研究不同矿物细掺合料对活性粉末混凝土力学性能的影响,用硅微粉、粉煤灰、石英粉、粉煤灰与石英粉双掺(双掺组)共4种矿物掺合料,分别取代不同比例的硅粉来制作活性粉末混凝土试块;同时,采用不同的养护温度和不同的养护龄期对混凝土试块进行养护;最后,测出4组混凝土试块的抗压和抗折强度以及棱柱体的抗压强度,分别绘出抗压和抗折性能曲线。研究结果表明:同一种矿物掺合料,养护温度越高,其抗压和抗折强度越高;在同一养护条件下,粉煤灰改善活性粉末混凝土的抗压和抗折性能效果最好,石英粉最差,硅微粉和双掺组介于两者之间。

粉煤灰和二灰对桂林红黏土力学性质的影响

为了研究粉煤灰和二灰掺量及养护时间对桂林红黏土的改良效果,进行了直剪试验、固结试验以及电镜扫描试验。试验结果表明,粉煤灰的掺入提高了红黏土的抗剪强度,但超过一定量(18%粉煤灰掺量)反而会降低红黏土黏聚力,各掺量粉煤灰红黏土随养护龄期的延长,抗剪强度呈先增后缓趋势。二灰改良红黏土,在早期强度剧增,且强度随养护时间增长而大幅增加,一定龄期内,二灰红黏土黏聚力随二灰掺量呈先增后减趋势。粉煤灰和二灰的掺入均增大了红黏土的压缩模量,且随养护时间的延长而逐渐增大。红黏土中随粉煤灰、石灰的加入,发生一系列物理化学反应,从微观结构分析得知土中孔隙减少,结构性较素红黏土好。

纳米石墨粉对红黏土力学性质的影响

对添加了纳米石墨粉的红黏土以击实进行了重塑样制备,设计了不同掺量纳米石墨粉在红黏土最优含水率下的三轴固结不排水试验;通过应力-应变曲线,分析了不同掺量纳米石墨粉对红黏土力学性能的影响,得出了抗剪强度和抗剪强度指标的规律,并采用SEM微观手段对其改善机理进行了分析。试验结果表明:抗剪强度和黏聚力C随纳米石墨粉掺量的增加先增加后减小,内摩擦角φ基本保持不变,得出适量的纳米石墨粉对红黏土的力学性质有显著的提高,最优掺量在1%~2%之间。研究认为,纳米石墨粉红黏土呈现出的力学性质,与纳米石墨粉对红黏土孔隙结构的影响、纳米石墨粉对红黏土颗粒的黏附胶结密切相关。

不同pH值条件下干湿循环作用对桂林红粘土力学性质的影响

分析了不同p H值条件下干湿循环作用对红粘土抗剪强度、压缩模量的影响。p H值相同条件下,干湿循环次数增加时红粘土的粘聚力会降低,干湿循环次数越大,降低得越明显。红粘土的内摩擦角随着循环次数的增加而变大,但是当循环达到一定次数时,则会降低。干湿循环次数一定时,随着p H值的增大或减小,红粘土的粘聚力均会减小。在干湿循环次数相同时,溶液酸性或碱性增大时内摩擦角均有不同程度的增大,但无明显变化规律。干湿循环作用使红粘土的压缩模量减小,压缩系数增大。

掺不同纤维的活性粉末混凝土力学性能研究

通过对16组分别掺入钢纤维和聚丙烯纤维的活性粉末混凝土试件进行抗压、抗折强度试验,并且对每组试件采用了三种不同的养护方案。试验结果表明：热水养护对活性粉末混凝土的抗压和抗折强度有较大幅度的提升,当温度达75℃时,提升幅度10%～30%;相比单掺聚丙烯纤维单掺钢纤维对活性粉末混凝土试块的抗压、抗折强度提升幅度更大,钢纤维含量为4%时活性粉末混凝土的抗压和抗折强度分别提高21%和53%;钢纤维掺量为2%和聚丙烯纤维掺量为0.3%并且经过75℃高温养护的活性粉末混凝土试块其抗压、抗折力学性能达到最优,其抗压强度达到168.4MPa,抗折强度达到31.57MPa。

矿物掺和料对再生混凝土力学性能的影响

以工程常用的3种矿物掺和料:粉煤灰、矿渣微粉以及硅灰单掺和双掺为主要因素,通过试验设计制作了一批不同配合比的再生混凝土试块,考察各因素对再生混凝土抗压强度和抗折强度的影响规律。试验结果表明:3种矿物掺和料对再生混凝土的强度均有一定程度的提高,其中单掺时以硅灰最能提高其抗压强度,粉煤灰最能提高其抗折强度,当双掺硅灰和粉煤灰时能使其抗压强度和抗拉强度的提高达到最佳。

不同酸碱度对改良红黏土力学性质及结构的影响

红黏土在土类划分上属于特殊性土,由于其特殊的成因过程及成因环境,工程性质也有很大区别。为了研究地下水环境酸碱度对改良土的强度影响,通过将改良土体浸泡到不同酸碱度的溶液中,测试改良土的力学性质,研究不同掺量、浸泡时间和溶液酸碱度对改良红黏土的影响和作用机理。再通过电镜扫描,研究改良红黏土的微观结构,探讨其与力学性质改善的关系。试验结果表明,从宏观上,在酸性环境下改良土凝聚力均随浸泡时间的增长而减小。从微观上,土粒的搭接形式、搭接程度以及颗粒间的胶结程度决定了土体的物理力学性质,而酸碱环境使改良红黏土结构发生变化,土粒间黏结程度得到改善。

桂林地区酸、碱污染红黏土力学效应弱化试验研究

为了研究酸、碱污染对红黏土力学性质的影响,分别使用酸(HCl)溶液和碱(NaOH)溶液对桂林雁山红黏土进行浸泡,考虑酸浓度(0、1%、4%、8%)和养护时间(7,14d),碱浓度(0、4%、8%、12%)和养护时间(7,14d)双因子因素,通过室内试验,包括固结试验、三轴试验(UU)和直剪试验(快剪),分析酸碱污染对桂林雁山红黏土压缩性指标和抗剪强度指标的变化。试验结果表明:1)红黏土在HCl和NaOH中浸泡后,其压缩模量、黏聚力与内摩擦角逐渐减小,且随着酸、碱浓度及养护时间增加,减小的幅度增大;2)对比经HCl和NaOH浸泡红黏土,在相同养护时间下,经HCl浸泡红黏土的压缩模量、黏聚力的变化程度大于经NaOH浸泡红黏土的变化,内摩擦角反之;3)随着养护时间增加,经HCl浸泡的红黏土黏聚力与内摩擦角的变化程度小于经NaOH浸泡红黏土的变化,压缩模量反之。对试验结果分析后认为:在酸碱溶液作用下,红黏土的化学成分、颗粒大小及形状都将发生变化,使其原本稳定的结构状态发生改变,导致桂林地区酸碱污染红黏土力学效应弱化。

桂林地区酸污染红黏土力学效应弱化试验

选取具有代表性的桂林市雁山区红黏土作为试验土样,以盐酸为酸污染物,配置3种不同质量分数的酸溶液,将盐酸溶液的质量分数和红黏土在酸溶液中的浸泡时间作为影响因素,对酸污染红黏土的力学性质进行了研究,以揭示酸污染红黏土力学效应弱化机理。研究结果表明:酸污染红黏土的压缩性增强,抗剪强度降低,黏聚力减小,且随着盐酸质量分数的增加和浸泡时间的延长,这种弱化更加明显。污染红黏土中Fe2O3和Al2O3的减少、Si O2的增加、Ca CO3和MgCO3的溶解及离子交换,是导致污染红黏土力学性质弱化的根本原因。

桂林地区碱污染红黏土力学效应弱化试验

为了研究碱污染对红黏土力学性质的影响,使用氢氧化钠(NaOH)溶液对桂林雁山红黏土进行浸泡,考虑碱浓度(0、 4%、 8%、 12%)和养护时间(1、 7、 14 d)双因子因素,通过室内直剪试验和固结试验,分析碱污染对桂林雁山红黏土力学性质的变化。试验结果表明:随着碱浓度及养护时间的增加,红黏土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角减小;浸泡后红黏土的孔隙比增大,压缩系数增大,压缩模量减小。碱-土相互作用是导致桂林地区碱污染红黏土力学效应弱化的根本原因,其相互作用导致红黏土颗粒间的胶结物被溶解后又重新生成絮状物,使其原本稳定的结构状态发生改变。

海水腐蚀条件下喷射混凝土力学性质演化规律研究

为了系统研究喷射混凝土在海水腐蚀条件下的力学性质变化规律,本文以人工配制海水对喷射混凝土进行干湿循环来模拟天然海水腐蚀喷射混凝土工况,开展喷射混凝土的力学性能试验,分析水灰比、水泥用量、粉煤灰掺量、砂率、速凝剂掺量对喷射混凝土腐蚀前、后力学性能的影响规律,确定最佳配合比。结果表明:腐蚀前、后的喷射混凝土强度和动弹性模量与水泥用量呈正相关,与水灰比、砂率、速凝剂掺量呈负相关,随粉煤灰用量增加呈现先增加后减小趋势。喷射混凝土在人工海水腐蚀作用下的最佳配合比为:水灰比0.45、水泥用量450kg/m^(3)、粉煤灰掺量20%、砂率45%、速凝剂掺量3%、减水剂掺量为0.8%。

膨胀土的工程特性、力学、水力学行为研究进展

简要介绍国内外有关膨胀土的工程特性及力学与水力特性等力学行为的研究现状,针对膨胀土的"三性"问题指出了当前研究中存在的主要问题,并从其强度特性、变形特性、持水特性和渗透特性等四个方面对现有膨胀土力学行为的研究成果进行归纳总结,简要分析目前研究中存在的不足,提出考虑各特性之间的耦合影响是今后研究的主要方向。

低强再生碎砖混凝土力学性能试验研究

通过对4组不同配合比的低强再生碎砖混凝土试块进行力学试验,试验结果表明:粉煤灰采用等量取代的方式掺入能改善混凝土的和易性但对强度会有较大的影响,且在一定的范围内,其掺量与抗压强度的下降幅度基本相等;低强再生碎砖混凝土的应力-应变曲线与普通混凝土相似,但其弹性模量不能直接套用普通混凝土的经验计算公式。

纳米膨润土改良红黏土力学特性机理分析

为研究纳米膨润土对桂林红黏土的改良效果,通过三轴试验、X射线衍射试验、X射线荧光光谱分析试验和扫描电镜试验,分析不同掺量的纳米膨润土对红黏土力学性质的影响,并探索改良土的作用机理。结果表明,红黏土的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角随着纳米膨润土掺量的增加呈先增大后减小的趋势,最优掺量分别为2.23%、2.87%、1.76%,当纳米膨润土掺量相同时,抗剪强度与围压成正比例关系;纳米膨润土使红黏土中高岭石、赤铁矿的半定量增加,石英的半定量减少,并且使化学成分中Al2O3、Fe2O3分别提高了5.67%、1.93%;加入纳米膨润土后,红黏土的结构从粒团结构变化至絮状结构,颗粒间由点点接触转变为面面接触,颗粒的边缘轮廓变得模糊,孔隙率、分型维数降低,结构致密性增强。

游离氧化铁对红黏土力学特性的影响

游离氧化铁对红黏土力学特性存在显著影响,为分析其影响机理,采用柠檬酸钠、碳酸氢钠和连二亚硫酸钠的混合溶液(DCB法)去除红黏土中游离氧化铁,以去除和未去除游离氧化铁红黏土为研究对象,通过室内试验研究了两种试样的土水特征曲线、不同含水率条件下的抗剪强度和失水收缩特性。结果表明:吸力在较高范围内,同一含水率时去铁红黏土的基质吸力和总吸力整体高于未去铁红黏土的基质吸力和总吸力;红黏土无论在去游离氧化铁还是未去游离氧化铁时其试样的渗透吸力都很小,几乎可以忽略;基质吸力的影响导致红黏土抗剪强度随含水率增大而降低,去铁过程减小土颗粒胶结效应引起红黏土抗剪强度明显下降,主要表现为有效黏聚力的下降。去铁后红黏土收缩率明显高于未去铁红黏土,主要归结于游离氧化铁胶结土颗粒作用抑制其收缩。

粗骨料形状对混凝土力学性质的影响

混凝土是一种力学行为复杂的多相复合材料。通过PFC2D模拟,对四种不同形状粗骨料混凝土试件的应力-应变曲线,破坏形态及破坏过程中的能量变化进行对比分析。结果表明:混凝土单轴受压开裂裂缝都是绕骨料产生的,粗骨料本身不发生破坏;混凝土的单轴受压强度与砂浆基质与粗骨料外边缘有效接触面积有关,非圆形骨料较圆形骨料的界面接触面积大抗压强度也高,对应的峰值应变也越大,应力应变曲线下降段也越陡些。