膨胀土强度干湿循环试验研究

通过南宁地区原状膨胀土干湿循环试验,探讨了膨胀土抗剪强度与含水率、循环次数、循环幅度等循环控制参数的关系。研究结果表明:膨胀土抗剪强度随干湿循环次数增加而衰减,最终趋于稳定,强度稳定值与稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而减小。在此基础上,利用压汞试验测定了膨胀土干湿循环过程中的孔径分布,发现干湿循环对土的粒间联结产生不可逆的削弱,使得土体形成更大的孔隙空间,在高含水率时主要表现为集聚体间孔体积增加,在低含水率时集聚体内孔体积增加,从而降低土的抗剪强度。

膨胀土干湿循环过程孔径分布试验研究及其应用

采用压汞法对膨胀土干湿循环过程孔隙大小分布的演化规律进行了试验研究,结果表明,随着循环次数的增加,膨胀土的总孔隙体积、孔隙率和平均孔径等微结构参数均递增;分析了试验结果产生偏差的原因,其一是干湿循环过程中膨胀土试样的体积收缩,其二是孔隙形状和测试压力有限的影响,在此基础上对试验数据进行了合理修正。结合毛细管模型,利用修正的孔径分布曲线推算了膨胀土干湿循环过程中的土-水特征曲线,并分析了干湿循环过程中基质吸力的变化规律:以含水率28%为分界点,含水率大于该值时基质吸力随循环次数N的增加而线性递增,含水率小于该值时基质吸力随循环次数N的增加而线性递减;在此基础上,建立了基质吸力与循环次数之间的关系,为解释膨胀土力学特性的干湿循环效应开辟了一条新途径。

胀缩性土抗拉强度试验研究

抗拉强度是黏性土重要的力学指标之一。自行研制了简易土工拉伸仪,并通过试验确定了合适的制样方法。在此基础上,对具有胀缩性的武鸣红黏土和百色膨胀土分别进行试验,探讨了其抗拉强度与干密度、含水率、干湿循环次数等影响因素的关系,研究结果表明:两种土的抗拉强度-含水率曲线在饱和度接近66%时出现峰值,该峰值对应含水率接近最优含水率,峰值两侧呈指数关系变化,抗拉强度随含水率的变化规律受土中水的形态影响。抗拉强度随干密度的增加而线性递增,增加幅度显著。抗拉强度随干、湿循环次数增加而衰减,1～2次循环时,强度衰减幅度最大,但3次循环后,趋向于一稳定值,稳定值为初始值的20%左右,土体干、湿循环后抗拉强度降低是微结构劣化的结果。

广西红黏土矿物成分分析

黏土矿物成分对其工程力学性质具有显著的影响。目前,在黏土矿物种类鉴定方面已有一些成熟的方法技术,而对黏土的矿物成分定量分析尚没有成熟的方法。本文基于X射线衍射试验、全化学元素分析、Bogue法和K值法,对广西武鸣、桂林两地红黏土的矿物成分进行了定性鉴定和定量分析。研究结果表明:(1)桂林、武鸣两地红黏土的主要矿物均为高岭石、三水铝石、针铁矿,桂林红黏土还含有一定量的石英。(2)武鸣红黏土的矿物成分及其含量依次为:高岭石(74.0%)、三水铝石(12.53%)、针铁矿(<2mm,2.22%)、针铁矿(>2mm,8.37%)。(3)桂林红黏土的矿物成分及其含量依次为:高岭石(56.59%)、三水铝石(11.44%)、针铁矿(15.61%)、石英(12.45%)。

浅层地能开采中土体的热湿迁移机制及力学性状研究综述与展望

浅层地能的开采是与岩土介质相关的能量交换过程。本文从岩土工程应用的角度,简述了浅层地能开采中与岩土体相关问题的国内外研究现状,指出了目前存在的问题并进行了分析和展望;在此基础上,凝练出了3个主要的科学问题,即换热过程岩土体热湿迁移机理、岩土层地质构造对热交换的影响以及热交换对岩土力学性质的影响,并对它们的具体研究内容进行了详细的分析。论文的分析成果对于掌握浅层地能开采对土体力学性状的影响,合理开发利用浅层地能,实现能源的可持续发展具有重要的理论和现实意义。

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。

膨润土作为缓冲材料的研究现状及展望

高放废物处置是一个世界性的难题,对我国核能发展具有重大的意义。膨润土因为其优异的性能被作为理想的缓冲/回填材料。该文从缓冲/回填材料的各项性质方面总结了前人的研究成果,并对未来的研究方向做了展望,提出了今后研究的重点。

膨胀土干湿循环效应及其对边坡稳定性的影响

膨胀土的干湿循环性状在膨胀土边坡的稳定性分析中占有重要地位。结合膨胀土边坡的现场含水率观测数据和南宁地区大气影响深度的计算结果,确定了室内试验的干湿循环幅度并进行了膨胀土强度干湿循环室内试验,对干湿循环引起膨胀土强度指标衰减的变化规律进行了初步探讨;在此基础上,结合干湿循环效应对膨胀土边坡进行了稳定性分析。研究结果表明:(1)膨胀土的黏聚力随干湿循环次数递增而减小,第1～2次循环时黏聚力衰减程度最强,但经历2～3次循环后,黏聚力衰减程度减弱,最终趋向稳定;干湿循环次数引起内摩擦角的波动变化极小,基本保持一恒定值。(2)干湿循环的强度稳定值与稳定时所需循环次数均随含水率变化幅度的增加而减小。(3)由于干湿循环效应,膨胀土的粒间联结产生了不可逆的损伤,致使土体微结构劣化、抗剪强度降低。(4)随着干湿循环次数的增加,边坡稳定性降低,安全系数递减;结合当地大气影响深度对膨胀土边坡进行干湿循环分层的稳定性分析方法更符合工程实际,可为相关边坡设计和防护的计算参数选取提供参考。

地下水渗流对竖埋管换热器传热影响的数值模拟

地下水渗流对竖埋管换热器与岩土体的热量交换具有显著影响。该文应用地下水渗流理论和传热学理论,建立考虑热传导和地下水渗流共同作用的热渗耦合传热模型;针对南宁河流阶地土层,模拟分析地下水渗流对竖埋管换热器传热的影响。研究结果表明:1)地下水渗流可以强化地埋管的换热,且随着渗流速度的增大,强化换热作用越明显;2)地下水渗流对换热器热交换的影响具有方向性,在此基础上,对竖埋管换热合理的布置方式进行分析;3)南宁河流阶地地区,仅考虑砂砾层存在地下水渗流对换热的影响,更符合工程实际。

自适应模糊神经网络在膨胀土胀缩等级分类中的应用

针对膨胀土胀缩等级分类这一多因素评判问题,在分析自适应模糊神经网络原理及结构的基础上,利用减法聚类获得模糊推理规则数目,确定网络结构,建立了适用于膨胀土分类的自适应模糊神经网络,并将其应用于两个实际工程的膨胀土分类中,取得了良好的效果。研究结果表明,自适应模糊神经网络能实现BP网络和模糊综合评判的分类功能,而且比BP网络具有更透明的网络结构、比模糊综合评判更具学习功能,在膨胀土胀缩等级的分类中显示出较强的适用性。

大气作用下膨胀土地基的水分迁移与胀缩变形分析

运用土体渗流和蒸发理论,建立了大气-非饱和土相互作用模型;以现场观测的气象数据作为边界条件,进行了地基土中水分迁移的数值模拟,得到了大气作用下地基土体含水量的动态分布规律。计算结果表明,地基土中含水量变化幅度随深度增加而递减,3.5 m深度以下土体的体积含水量基本不变,从而确定了南宁地区膨胀土地基的大气影响层深度为3.5 m。在此基础上,结合已有膨胀土胀缩性指标的干湿循环效应研究成果,提出了一种同时考虑干湿循环效应和1.0 m深处含水量变化的膨胀土地基胀缩变形计算方法,通过算例将该法与传统方法进行比较,结果显示该法更加符合工程实际。

混凝土二维骨料随机分布对物质扩散的影响

将混凝土视为骨料和砂浆组成的二相复合材料。首先建立二维骨料的随机分布模型,并改进模型骨料重叠的判断方法,在此基础上以混凝土的中性化为例,通过计算机模拟骨料随机分布对混凝土中性化时CO2扩散的延缓作用。结果表明,单个骨料的形状、大小和摆放位置都会对CO2扩散路径产生影响,而骨料集合体通过扩散路径的长度、迂曲度的变化影响扩散速度,表现为混凝土的扩散系数Da与骨料圆度α、平均粒径d和骨料含量ra具有良好的对应关系。最后,通过数值模拟确定了二维扩散中Da-α、Da-d和Da-ra的关系式,可供工程应用参考。

海相软土孔隙分布的分形特征及应用

利用压汞试验对琼州海峡浅海区软土的孔隙尺寸分布分形特征进行分析,发现原状土具有2个分形的无标度区,根据这一特点确定了团粒内孔隙和团粒间孔隙之间的分界尺寸为0.2μm.通过对固结过程孔隙分布的变化规律的研究,发现土体结构性的损伤与一定的团粒间孔径尺寸相联系,通过分形理论可以确定每级压力下的影响孔隙尺寸,得出琼州海峡软土宏观结构强度丧失时对应的孔径特征值为4μm.

基于BP神经网络的单层钢筋混凝土柱工业厂房震害预测

将人工神经网络理论应用于等高单层钢筋混凝土柱工业厂房的震害预测.在分析震害特点的基础上,将震害影响因子分为精确性和规律性两大类,提出以地震反应指标、天窗类型、支撑情况、建筑材料作为主要的影响因子,并给出了相应的量化取值范围,然后将震害等级作为输出结果,构造了震害预测的BP人工神经网络.通过对52个实际震害实例的检验,网络的准确率超过80%.计算结果证明了该人工神经网络的有效性.

含砾武鸣红黏土的击实性能与承载强度

取自广西武鸣的一种红黏土粗粒含量高,胶结作用明显,工程性质特殊。通过对三种不同级配的武鸣红黏土进行击实试验及CBR试验,结合其矿物组成,比较了粗粒含量以及含水率变化对填筑性能的影响。研究结果表明:天然武鸣红黏土颗粒组成中砾粒和粉粒含量较多,不同级配的击实土在最优含水率时,其浸水后的CBR均为最大值,虽然级配不同浸水后CBR值下降幅度不同,但三种土样浸水后CBR均趋向一个稳定的值,这一规律受红黏土的土质特点以及浸水前后土间毛细力、范德华力及化学胶结力变化所控制;饱和度较高时,武鸣红黏土的工程性能主要受控于土中的黏粒及具有黏粒特性的粉粒级团粒结构,大于0.5mm粗粒组的存在并不能提高泡水后CBR强度以及改善水稳定的范围,无法产生类似于掺加粗粒料对土性改良的效果。在最优含水率附近,天然级配的武鸣红黏土CBR满足规范对路堤及路床填料的要求。

SOM神经网络在膨胀土分类中的应用

利用SOM神经网络对膨胀土胀缩等级分类问题进行分析,研究表明:SOM神经网络具有对输入模式保持拓扑结构不变的优点,在聚类过程中能直观反映不同类在竞争层二维平面的相对位置,当胀缩等级数目确定时,SOM神经网络能正确地对样本进行胀缩等级分类;另一方面,SOM神经网络能提取样本特征值,确定聚类中心,据此确定了安康膨胀土的聚类中心,并对预测样本进行判别,取得了良好的效果。

两种浅海软土的取样质量评价

在总结取样扰动影响因素的基础上,对琼州海峡浅海区两种软土的取样质量进行了评价。从结构性角度对软土取样过程所受扰动进行了分析,解释了不同评价方法得到的结果存在差异的原因。