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。

聚四氟乙烯材料在环境岩土工程土工试验中的应用

采用聚四氟乙烯材料研制出一种用于环境岩土工程固结试验的新型耐腐蚀固结仪,利用该新型固结仪分别在去离子水,0.08、0.1 mol/L的KCl盐溶液以及pH值等于5、4、3的盐酸溶液中,进行了不同水化学环境下桂林红粘土的室内固结压缩模拟试验,试验结果表明:红粘土的压缩性随盐溶液和酸液浓度的增大而增大。该新型耐腐蚀固结仪在中压条件下的实测变形量小于0.001 mm,满足试验精度要求。

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。

蔗渣生物炭对岩溶峰丛洼地石灰土土-水特征曲线的影响

岩溶地区岩石裸露、土壤浅薄且持水能力较低,其土壤水分保持和运动状况是其水土漏失治理的重要因素。生物炭拥有多孔结构和高比表面积,能改变土壤持水能力,但其种类、粒径、添加量和土壤类型等因素对土壤持水能力产生正面或负面作用,为了研究添加不同比例蔗渣生物炭对岩溶峰丛洼地石灰土持水特性的影响,选取位于广西河池地区岩溶峰丛洼地的石灰土壤作为试验样本,分别添加不同比例生物炭(0%,2%,4%,6%),利用滤纸法测定生物炭-石灰土混合土在0~40MPa吸附能力下土水特性曲线,并使用扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振波谱法(NMR),观察生物炭-石灰土混合土的微观孔隙结构。研究结果表明:当土壤含水量超过30%时,不同比例生物炭掺入量的持水能力相似,土壤的持水性并不会随着生物炭掺入量的增加而持续提升。在添加生物炭0%,2%,4%时混合土的持水能力是在逐渐提高的,添加4%和6%时混合土的持水能力基本一致,这表明添加生物炭存在一个最优值和适用范围。建议岩溶峰丛地区石灰土含水率在30%以下时,施加4%~6%的蔗渣生物炭,可提高土壤的持水能力。

水-岩相互作用下华南红层软岩力学特性

为研究红层软岩的水-岩相互作用,开展了不同含水率红层软岩的三轴压缩试验,分析了含水率对力学特性、破坏形式、微观结构和损伤机制的影响,构建了含水红层软岩的统计损伤本构模型。研究结果表明:随含水率的升高,红层软岩的峰值应变呈线性递增,峰值强度和弹性模量分别呈线性和指数函数递减;含水率对红层软岩的破坏模式产生明显影响,含水率较低时的破坏形式为剪切破坏,随着含水率的增加,破坏形式向剪切-张拉复合型破坏转变。在水-岩相互作用下,华南红层软岩的孔隙颗粒物相互吸附,形成片状结构;在饱水状态下,片状和鳞状结构进一步增多,整体结构变得更加松散破碎。考虑水-岩作用,引入损伤修正系数对本构模型进行改进,改进后的统计损伤本构模型计算结果与试验结果一致,能较好地描述水岩作用对红层软岩力学性质的影响。

核磁共振在岩土工程方面的应用综述

准确地测量岩土体中水分的变化及孔隙的变化对于岩土体的力学性质、施工方法有重要的指导意义,而核磁共振技术在检测岩土体孔隙及水分变化方面,具有快速、无损、分辨率高、精准性高等优点。本文主要介绍了核磁共振的原理,简要说明了核磁共振成像技术,以及核磁共振技术在岩土工程方面的研究现状。

桂东南风化花岗岩中铁锰夹层物质组成及微观结构

铁锰夹层是桂东南风化花岗岩稳定性的重要影响因素。利用扫描电镜(SEM)、高分辨率CT、X射线粉末衍射分析(XRD)、差热-热重分析(DSC-TG)、X射线光电子能谱技术(XPS)等测试手段,对花岗岩中铁锰夹层的微观结构及组成进行了研究。铁锰夹层土体颗粒根据风化程度不同,表现出球形、不规则块状、片状等形态;铁锰夹层光滑面内孔隙较小以孤立孔为主,连通孔主要分布于铁锰夹层与全风化土过渡层中,样品总体大孔隙占比超过90%;铁锰夹层主要组成元素为:O、Si、Al、Fe、Mn、C等元素,并且Fe、Mn元素明显高于同地区全风化土,Fe、Mn含量比接近1∶2,在夹层中分别以+3、+4价的较高价态存在;铁锰夹层主要成分为:高岭石、石英、水钠锰矿、水铁矿、针铁矿。

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。

预应力加固技术在某改造工程中的应用

某高校体育馆依据新的使用要求,需将原建筑物第3层的部分柱拆除。对结构的分析和计算表明,新生成的荷载已超出原结构的允许承载力。通过方案比选,使用预应力技术对原框架梁进行主动受力加固,此种加固法既能增加构件的抗弯强度,又能提高构件的刚度并减少其挠度值。若对框架柱采取扩大截面加固法,则增加了框架柱的截面及配筋。整个加固设计中着重考虑节点的构造措施,确保新老结构能共同工作,以提高结构的综合承载力,使得在改造加固后建筑物的整体抗震能力不降低。施工方案设计中采取先加固后拆除的工作流程,无需设置大型的支撑结构,具有经济效益好、施工速度快、安全度高等优点。

碳酸铵溶液作用下红黏土工程特性试验

农业用地长期受化肥污染,其工程性质发生改变。通过直接剪切、一维固结以及变水头渗透试验,分别研究了不同浓度碳酸铵溶液作用下红黏土的抗剪强度、压缩性以及渗透性。试验结果表明:随着碳酸铵溶液浓度的增大,红黏土的黏聚力和渗透性均增大,而同级荷载作用下的破坏强度、内摩擦角以及压缩模量则减小。利用双电层理论,计算不同浓度碳酸铵溶液浸泡后红黏土表面结合水膜厚度,并分析红黏土工程性质的影响机理。碳酸铵溶液改变土体结合水膜厚度,是影响红黏土强度、压缩性和渗透性的根本原因。

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。

干湿交替条件下膨胀围岩隧道的力学性态研究

以广西南宁膨胀土为围岩材料,制作室内膨胀围岩隧道物理模型。通过对隧道模型进行干湿循环试验,得出围岩在吸水及失水条件下的围岩应力-时间关系曲线及衬砌应变-时间关系曲线。试验认为在吸水过程中大部分测点的围岩压力都经历了增长、减小、不同速率的再增长3个阶段。衬砌变形则经历缓慢增长、急剧增长、急剧减小、微增长4个阶段;在失水过程中,从整体上可以将围岩压力变化分为两部分,即围岩失水收缩致使衬砌和围岩的接触压力下降导致围岩应力值减小以及土体收缩产生收缩应力导致应力监测值增大。并分析这种变化规律的形成机理,证明时间效应和空间效应的存在。为今后膨胀围岩隧道的结构设计和施工优化提供一定的理论参考。

土质隧道考虑时空效应的施工力学行为分析

通过对膨胀土隧道开展动态施工力学的物理模型试验,得出各测点在洞室开挖和衬砌支护条件下的围岩应力—时间响应曲线。根据响应曲线对施工过程中围岩随时间及空间条件的变化而呈现的力学响应及行为表现进行分析,并将响应曲线的发展变化趋势按开挖和支护分为不同阶段,其中开挖过程分为零增长、微增长、急剧下降、缓慢减小和相对平稳5个阶段;支护过程分为急剧增长和缓慢下降2个阶段。此外,通过对隧洞竖向线及水平腰线上距洞室边缘不同距离测点的分析,表明随着距离的增大,由隧洞开挖导致的围岩应力释放量减少,释放速率减缓,力学响应敏感度降低,衬砌支护对围岩力学特性的影响也逐渐减弱。

不同颗粒粒径重塑与原状膨胀岩物理力学性质变化规律研究

以南宁盆地膨胀岩为研究对象,通过室内试验测定原状样与不同颗粒粒径重塑样的膨胀力、抗剪强度及热特性,研究其性质差异。结果表明:重塑后不同粒径范围膨胀岩土样的无荷膨胀率较原状样明显升高,而主应力差峰值、抗剪强度和热物理指标较原状样均有降低。因此,应选择合适粒径范围的土颗粒重塑代替原状样进行室内试验:无荷膨胀率和膨胀力试验应选择粒径范围1 mmd<2 mm的土颗粒;三轴试验和热物理指标测试应尽量选择粒径较小的土颗粒。

基于PCA-RVM的矿山岩石爆破粒径预测模型

为解决露天矿山爆破开采过程中岩石爆破粒径大小难以获取的问题,提出一种基于主成分分析法(PCA)及相关向量机(RVM)相结合的矿山岩石爆破粒径预测模型.该模型利用PCA对样本数据进行降维处理,选取出4个相互独立的主成分变量,并借助RVM构建主成分与爆破粒径之间的非线性映射关系,从而建立预测模型.将该模型应用于工程实例,并与BP神经网络和LM双隐含层模型进行对比.结果表明,在相同学习样本下,PCA-RVM模型预测结果与实际值更加接近,在平均相对误差和均方差上远小于另两种模型.

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。

碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数演化及微观特征

碱-热条件下膨润土缓冲层材料的导热性能是核废物深地质处置库设计的一个关键因素。对MX80膨润土粉末进行不同碱-热工况预处理,采用热针法探讨碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数的演化规律;选取代表试样分别进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、压汞(MIP)和热重分析(TGA)等试验,揭示出碱-热作用对膨润土试样矿物成分、微观形貌、孔隙结构和结合水形态等演化特征的影响机制,阐释碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数演化的微观机理。试验结果表明:碱-热条件下,膨润土试样的导热系数λ随碱液p H值的递增而减小,随环境温度T的升高而增大,在高碱性溶液(pH=13.0~14.0)和高温环境(T=60℃~90℃)中这一特性表现得尤为显著;根本原因在于试样中原有矿物成分在碱液作用下发生不同程度的溶蚀现象,表现为蒙脱石和石英含量的减少、方沸石含量的增加,导致试样中固体成分减少、孔隙率增加、表观干密度减小、吸水性能变弱,而环境温度在该过程中起到良好的促进作用。

窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗弯性能试验研究

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩下的受力性能,提出一种新型窄幅钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁。通过6根试验梁的反向静力加载试验,得到试验梁受力全过程跨中荷载-挠度、荷载-应变、荷载-最大裂缝宽度关系曲线、裂缝发生发展及破坏形态等,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限抗弯承载力计算公式。结果表明:窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下具有良好的受力性能;提高配筋率、钢纤维掺量和UHPC相对板厚都可在一定程度上改善组合梁延性,提高其极限抗弯承载力;翼板配筋率对承载力影响较大,配筋率由1%增加至2%时,其极限抗弯承载力提高了15%;钢纤维掺量和UHPC相对板厚对初始开裂荷载影响较大,钢纤维掺量从1%增加到2%时,初始开裂荷载提高32%,UHPC相对板厚由0增加到0.5时,初始开裂荷载提高56%;增加钢纤维掺量和UHPC相对板厚可有效控制裂缝宽度,减少结构主裂缝数量,改善组合梁耐久性;组合梁极限抗弯承载力计算公式计算值与试验值吻合较好,表明塑性理论适用于窄幅钢箱-UHPC组合梁的承载力计算。

预应力锚索用腐蚀传感器的设计

预应力锚索的腐蚀程度与结构安全密切相关,但一直缺乏有效的监测手段。考虑到腐蚀的发生与周围环境pH变化密切相关,选用HEMA-AA水凝胶作为敏感材料并结合光纤光栅的传输优势设计传感器,识别灌浆部分受拉开裂时腐蚀介质侵入引起的pH值变化,在锚索面临腐蚀威胁时做出预警。测试结果表明:传感器的测量范围为pH值4~11,灵敏度为25 pm/pH,相关系数0.997;对比裸光纤发现将水凝胶的涂覆并没有带来光纤光栅温度特性的明显变化,灵敏度为9.5 pm/℃;试验模拟传感器在环境中持续进行监测的性能较为稳定。若考虑应用环境干湿循环的限制,则需提高水凝胶和光纤光栅结合度。通过在锚索内设置腐蚀传感器,可以达到腐蚀监测的目的。