矿渣地聚物改良红黏土力学特性及微观机制研究

利用水玻璃作为碱性激发剂与矿渣生成凝胶体地聚物,来改良广西红黏土的力学性能。通过无侧限抗压强度试验得到当矿渣掺量为红黏土质量的10%、水玻璃模数为1.2、掺入的水玻璃为矿渣掺量的10%、养护龄期为28 d时,红黏土强度最高可以达到3204 kPa。同时,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对地聚物改良红黏土进行分析可知,加入地聚物后生成的水化硅酸钙等凝胶体将土体内部孔隙填充,使红黏土内部孔隙变小,土体结构更加稳定,提高了土体的强度。

砒砂岩的结构组成研究

明晰砒砂岩的结构组成和矿物组成,是揭示砒砂岩地区水土流失机制及研发治理砒砂岩地区水土流失方法的基础。通过借助定量XRD及光学显微镜分析等材料分析法,分析中国内蒙古鄂尔多斯地区砒砂岩的结构组成和矿物组成。结果表明:砒砂岩的结构由颗粒状骨架物质和黏土类胶结物质组成,其胶结方式为接触式胶结;砒砂岩颗粒状骨架物质主要由石英、碳酸钙及长石等组成,黏土类胶结物质为蒙脱石、绿泥石、高岭石及氧化铁等;砒砂岩颗粒状骨架晶体(石英和长石等)是依靠亲水弱胶结黏土物质的胶结力、晶体间的摩擦力、机械咬合力及颗粒支撑作用所形成的固体混合物,为三元颗粒支撑渗透式结构。

大面积无序堆土引起基桩沉降的研究

某大型建筑工程因出土条件发生变化,施工工序有所调整,需在已施工的基桩上大面积堆土。大面积堆土会引起群体基桩的沉降,基槽开挖后基桩沉降离散性较大,最大基桩沉降高达670 mm,单体建筑物中基桩间沉降差最大极值高达510 mm,远超过规范计算值,沉降原因存在争议。采用有限元软件PLAXIS3D建立三维数值模型并对基桩沉降综合分析,结果表明,在已施工完成桩基上方大面积堆土可引起基桩较大沉降,地表及桩顶最大沉降均位于堆土中心,沉降最大与最小的两基桩上部负摩阻力相差一倍;按区域分析,大面积无序堆土引起基桩整体沉降趋势符合软土地区的沉降规律;各基桩产生较大离散性主要因素包括堆土厚度、堆土面积、堆土时间、排水条件、桩穿越土层情况、桩端下卧层的土层情况等。本研究为类似工程积累了经验。

不同应变类型红黏土归一化特性分析

基于红黏土不排水三轴剪切试验,采用人工制备2种不同压实度红黏土试样,分别测定其变形特性,研究不同应变类型红黏土的应力应变曲线归一化特性。试验结果表明:试验过程中出现应变弱塑性与应变强塑性这2种应变类型曲线,压实度对红黏土应变类型存在较大影响;2种应变关系曲线皆可用双曲线函数模型进行拟合;利用主应力差渐近值对不同应变类型的红黏土进行归一化分析均取得了较为理想的效果,对应变强塑性红黏土的曲线拟合效果优于应变弱塑性红黏土;本次试验用红黏土在重塑过程中损失了部分结构性,宜继续对比原状红黏土即结构性红黏土的应力-应变关系,构建结构性土本构模型。

地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动特性现场测试分析

对地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动响应进行现场测试,从时域和频域角度分析地铁列车引起合建建筑结构环境振动特性。分析地铁列车引起地铁合建建筑结构环境振动传播规律及频率分布特点,结合振动控制标准对环境振动进行了评价。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,合建建筑结构的振动幅值随距振源距离增大而减小;合建建筑结构上部结构的振动频率分布特性基本上与地铁线路结构一致,主要集中在20~80 Hz范围内;合建建筑结构横向环境振动水平比垂向环境振动小,振动响应幅值约为垂向的0.8倍,但两者处于同一水平,甚至在部分频率范围内比垂向速度振动水平高。

NaCl作用下红黏土裂隙发育规律研究

土体在盐作用下强度会弱化,造成土体变形。为探索不同浓度NaCl溶液对红黏土的裂隙发育演化规律及其工程性质的影响,分别制作不同浓度NaCl的泥浆样,定时对试样进行称重、拍照,观察试样裂隙发育过程。结果表明:NaCl浓度的增加,改变了土颗粒之间的作用力,红黏土的水分蒸发速率也随之降低,裂隙块数明显减小,NaCl溶液对红黏土裂隙发育起到明显的抑制作用,且浓度越大效果愈明显。此外,通过界限含水率与直剪试验探索了不同浓度NaCl溶液对红黏土力学性质的影响,利用Zeta电位试验分析了其力学性质变化原因与裂隙发育规律。试验发现:由于NaCl溶液改变了土体结构与颗粒间的摩擦力,使得扩散层厚度变小,从而红黏土的液塑限与抗剪强度指标随着溶液浓度的增加而降低。

NaCl溶液中不同含水率高岭土的变形特性

土试样的初始结构和孔隙溶液的化学性质强烈影响其力学行为。为探究不同初始含水率以及不同浓度NaCl溶液对高岭土的体积变形的影响,进行了一系列膨胀压缩试验。不同初始含水率试样被不同浓度NaCl溶液浸入饱和,待变形稳定后再进行压缩试验。对膨胀稳定后的试样进行核磁共振试验发现,膨胀后的高岭土试样中孔隙水有两种赋存状态,一种为在颗粒表面受到扩散双电层影响的吸附水,另一种为存在于孔隙中的水。当试样浸入NaCl溶液后,饱和度增加,有效应力降低,试样发生膨胀。由于扩散双电层的影响,使得土颗粒之间形成广义渗透压,在同样条件下,随着NaCl溶液浓度的增加,广义渗透压力降低,考虑化学作用的颗粒间的有效应力增加,膨胀率随之降低。在相同压实功下,随着初始含水率的增加,由于试样颗粒排列趋向定向,小于0.01μm的孔径增加很多,而小于0.01μm部分孔径很难压缩。

氯化钠溶液对膨胀土膨胀力及孔隙分布影响的研究

利用常规三轴固结仪,进行了一系列膨胀力实验,研究了不同浓度氯化钠溶液对不同初始干密度试样的膨胀力的影响,并且利用核磁共振仪,探究了完成膨胀力试验后试样孔隙分布的情况。试验结果表明:在干密度不变的情况下,随着盐浓度增加,膨胀力逐渐减小;盐浓度越大,T2曲线分布整体往右移,说明大孔隙体积增加,小孔隙体积减小。分析试验结果认为:在相同干密度下,随着盐浓度增加,Donnan渗透压逐渐减小,导致膨胀力降低;在体积保持恒定的情况下,由于膨胀力降低,必然导致内部膨胀力相应减小,所以孔隙被填充的体积减小,使得大孔隙较多,因此随着盐溶液浓度增加,同一干密度试样的T2曲线向右移动。

含水合物泥质粉细砂三轴试验及本构模型

为了得到不同有效围压和水合物饱和度对含水合物沉积物强度和刚度的影响规律,并得出相应数学表达式,以南海北部沉积物土样级配作为参考,配制人工泥质粉细砂,利用自主研发的含水合物沉积物三轴试验机,制备不同饱和度的含CO 2水合物沉积物,在1,2,4 MPa有效围压下等向固结并进行三轴剪切试验。由于围压能自动根据气压的变化而变化,所以在水合物生成过程中有气体消耗但有效围压保持不变。试验结果表明:初始弹性模量随水合物饱和度的增加而增加,与有效围压无关;初始泊松比随着有效围压增加而减小,而随水合物饱和度的增加而增加;黏聚力随水合物饱和度的增加而增加,而内摩擦角与水合物饱和度无关。在邓肯-张模型的基础上,引入参数水合物饱和度,建立了含水合物沉积物的非线性弹性本构模型。最后,用试验数据对模型进行了验证,其结果符合较好。

NaCl溶液引起红黏土界限含水率变化的试验研究

以红黏土为研究对象,探究NaCl溶液引起界限含水率变化的机理,为判断岩土工程中土体力学特性变化规律提供参考。然后通过电泳和热分析试验,分析NaCl溶液造成桂林红黏土界限含水率改变的原因,并提出一种判断黏土颗粒表面结合水含量变化的思路。研究结果表明:随NaCl溶液浓度不断增大,红黏土的界限含水率呈减小趋势,且当浓度增大到一定值时,曲线趋于平缓;随Na+浓度增大,黏土颗粒表面电势逐渐减小,扩散层厚度随之变小,这主要是黏土颗粒表面带有的负电荷与孔隙溶液中的Na+相互吸引导致的;随盐浓度增大,红黏土中的自由水、弱结合水、强结合水的温度界限均有上升趋势,这主要是孔隙溶液中Na+浓度升高,使土粒表面对水分子吸附能力加强,结合水含量降低引起的。

铜污染宁明膨胀土的微观形态及剪切强度特性

通过开展不固结不排水(UU)三轴剪切试验,分析了铜污染宁明膨胀土的剪切强度变化规律。通过扫描电子显微镜(SEM)试验、X射线荧光光谱分析以及马尔文激光粒度试验,研究了铜污染宁明膨胀土的微观机理与粒径变化特征。试验结果表明:宁明膨胀土表现出较为明显的应变硬化趋势,随着Cu2+质量浓度的增大,宁明膨胀土的抗剪强度明显减弱,硬化趋势也逐渐弱化。由于铜的侵蚀,宁明膨胀土的Al、K、Fe元素的质量分数随Cu2+质量浓度的增大而减少。铜污染后土颗粒间的孔隙增大,面-面叠聚作用明显增强,土颗粒骨架更为脆弱。铜污染后的宁明膨胀土中,粒径约为22μm的微团聚体分解,粒径约为4μm的颗粒累积量随Cu2+质量浓度的升高而逐渐升高。

稻壳灰固化红黏土的路用性能及微观机理

为响应建设节约的发展思路,向红黏土中掺入稻壳灰,并通过一系列实验探讨稻壳灰对红黏土力学性能的影响,分析稻壳灰对红黏土的微观作用机理。试验结果表明,掺入稻壳灰后红黏土液塑限变化较小;其最优含水率与渗透系数随稻壳灰掺量的增加而增高,最大干密度降低;掺入稻壳灰的红黏土抗压强度随掺量的增加呈先增后减的趋势,当稻壳灰掺入量为15%,养护时间为28 d时达到最大值。电镜扫描试验发现:稻壳灰表面覆盖大量的胶凝物质,红黏土结构密实性相应提升。用稻壳灰改良红黏土能节约路基的建设成本,同时也有利于保护环境,实现资源的可持续利用。

碱污染下红黏土强度指标变化的微观角度分析

为了研究碱性环境条件下桂林红黏土强度指标变化机制,对不同质量分数NaOH溶液污染下的红黏土开展直剪试验、物化分析试验、颗粒分析试验以及比表面积试验,进而探究地基土体宏观力学指标与微观结构之间的关系。研究结果表明:随着NaOH质量分数的增加,黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小。随着孔隙溶液中Na^(+)质量分数的增加,微小土颗粒向黏粒转化,使黏粒质量分数增加,黏聚力增加。Na^(+)的加入引起土体内部孔塌陷,造成比表面积减小,黏聚力提高。本文从微观层面-矿物成分、土粒尺度和比表面积角度,分析了碱污染下红黏土强度指标变化的机理,发现碱污染状态下红黏土矿物成分被腐蚀引起颗粒内部孔塌陷,部分更微小的胶粒颗粒转化为稍大的黏粒颗粒,从而造成单位质量内土的比表面积减小。

软土地区交叠盾构隧道对并行高架桥群桩的水平位移研究

为研究交叠盾构隧道施工对并行高架桥群桩的变形影响,进行有限元模拟计算,并对比实测数据验证,计算结果表明:在双线施工完成后,桩顶为最大水平位移处,桩身朝向隧道的水平位移呈“上下双S型曲线”,在下洞隧道上下2D深度内的桩身挠曲变形共产生4个水平位移极值点,且前排桩对于水平位移阻隔作用较小。在此基础上研究了不同隧道与群桩、交叠隧道净距的工况下,前排桩桩身水平位移的变化及不同注浆压力对水平位移的控制效果:隧道-桩的净距与桩顶水平位移呈正相关,与桩身上部水平位移极大值呈负相关,当净距小于等于4m时,桩身上部水平位移极大值大于桩顶位移值;改变交叠隧道净距时,桩顶仍为水平位移最大处并且位移值与净距呈负相关,当净距较小时,减小下洞注浆压力,增加上洞注浆压力,控制桩顶最大水平位移的效果较好。

酸雨作用下红黏土渗透性影响机制及压实度控制

酸雨会溶解红黏土中的部分物质,是导致红黏土路基病害的重要因素。研究红黏土在酸雨环境下的渗透机制、提出红黏土路基压实度建议标准对于红黏土地区路基设计具有很强的工程实际意义。设计新型的淋溶仪器,用不同p H值溶液模拟酸雨对原状红黏土进行淋溶后,进行渗透性试验、物相分析试验及电镜微结构扫描试验,深入分析酸雨对桂林红黏土渗透性的影响因素及影响机制;进一步通过试验研究重塑红黏土渗透系数与压实度的变化关系。结果表明:红黏土渗透系数随干密度增大而减小;红黏土中的主要物质成分包括铁、硅、铝和钾4种金属元素的化合物均能被酸性物质溶解,随地下水迁移而流失,造成土体结构孔隙比增大、内部的孔隙连通性增强,酸雨的p H值越小,这些物质的溶解程度越大,对红黏土的渗透性影响越大;当在p H值≥3的酸雨地区用红黏土作为路基填料时,控制路基压实度≥95%可有效预防酸雨对红黏土的不利作用。

结构层厚度对半刚性基层沥青路面车辙的影响分析

路面结构本身对车辙的产生和变化存在较大影响。文中为了研究路面结构对车辙的影响,进行了3种沥青混合料的flow number试验,对试验数据进行回归,得到了时间硬化模型参数。对国内常见的半刚性基层沥青路面建立车辙有限元模型,并分析路面结构层厚度对车辙的影响。结果表明:车辙随中面层和下面层厚度的增长而递减,随基层厚度的增长而递增;随下面层厚度的增长而递减的趋势逐渐变慢,当下面层厚度较薄时车辙随其厚度增长而快速减小,当下面层厚度达到20cm时车辙减小的速度明显下降,车辙量趋于稳定。这些结论可为进一步的路面车辙控制研究提供参考。

氯化钙对红黏土的影响及其作用机理分析

为探讨氯化钙对桂林红黏土持水能力、力学性能、界限含水率的影响,采用氯化钙改良桂林红黏土,有针对性地开展土体干化试验、不固结不排水直接剪切试验、界限含水率试验。试验结果表明:质量为土体质量比例10%的氯化钙添加入桂林红黏土中致使其液限含水量下降、塑限含水量稍有上升,总体上表现出塑性指数下降;氯化钙加入桂林红黏土中,孔隙水中的Ca^(2+)导致黏土颗粒表面的双电层被压缩,扩散层水膜变薄,致使红黏土液限含水量降低。在25℃时,氯化钙与水反应的产物主要是CaCl_(2)·6H_(2)O、CaCl_(2)·6H_(2)O溶液具有大于水的比热容,蒸发速率小于纯水,使得氯化钙—红黏土裂隙发育程度弱于红黏土素土,持水能力得到提高。氯化钙的加入减弱了红黏土的力学性质,掺加氯化钙后红黏土黏聚力整体呈增大趋势,内摩擦角呈降低趋势。