高分子固化剂改良砂土的渗透特性试验研究∗

对高分子固化剂改良后的砂土进行常水头渗透试验和变水头渗透试验,研究高分子固化剂浓度、养护时间以及砂土干密度对砂土渗透特性的影响,并结合试验结果与扫描电镜深入分析了高分子固化剂改良砂土的机理。研究结果表明:固化剂浓度、养护时间和砂土干密度对改良后砂土的渗透特性有显著影响。随固化剂浓度、养护时间和干密度增加,砂土的出水时间变长,渗透系数快速降低,相对渗透阻力系数急速变大;固化剂浓度和养护时间对改良砂土渗透特性影响最为显著的范围分别为1%～5%和养护3～12 h;高分子固化剂在砂粒之间形成高分子膜包裹、连接砂粒,填充砂土空隙,减小砂土空隙,进而降低砂土渗透特性。     

高分子稳定剂改良河道岸坡表层砂土水稳定性试验研究∗

针对河道岸坡表层砂土水稳定性问题,采用高分子稳定剂对砂土进行改良,结合浸泡崩解测试法和浸泡剪切测试法对改良砂土的水稳定性进行一系列的试验研究,并对砂土改良前后的水稳定性进行对比分析,并结合微观扫描电镜对改良机理进行分析。研究结果表明：稳定剂可以提高河道岸坡表层砂土的水稳定性。改良砂土随着稳定剂含量和密度的增大,崩解后的散开面积减少,当稳定剂含量达到0.3%时,试样呈现稳定状态。改良砂土试样在200 kPa轴向应力下的剪应力峰值整体上随稳定剂含量和密度的增加而增加。改良砂土的水稳定系数K随着稳定剂含量和砂土密度的增加而增大;当稳定剂含量大于3%时,改良砂土的稳定系数K均达到90以上。高分子稳定剂作为一种土体改良材料,与水混合后加入到砂土中,可填充砂土颗粒间的孔隙,包裹和连接砂土颗粒,形成一个整体的网状膜结构,提高砂土的水稳定性能。研究结果可为河道岸坡有效治理提供一定的参考。     

无侧限压缩条件下重塑土微观结构研究∗

近年来,基坑、隧洞等开挖工程中的卸载作用导致软土结构破坏,进而引起过大侧向变形的工程事故越来越多。土体所表现出来的各种变形及强度特性是其内部微观结构要素调整和演化的综合反映。为了研究结构遭到扰动破坏的软土在无侧限压缩变形后的微观结构特征,将原状软土重塑成不同含水率土样,在不同轴向应力作用下压缩变形稳定后,对土体微结构进行定性和定量分析,探讨无侧限条件下土体的微观结构与宏观变形的相关机理。研究结果表明,软土重塑样的微观结构主要以分散结构和絮凝结构为主,单元体之间多有架空,土体颗粒的接触方式以边-面和面-面接触为主。在无侧限压缩条件下,随着轴向应力和试样含水率的增大,试样的表观孔隙比减小,孔隙形状变得扁平狭长,孔隙的有序性和定向性增强。不同位置的定向性不同,在水平方向上,靠近试样边缘处的土颗粒定向性和有序性更强;在竖直方向上,靠近试样中间位置的土颗粒定向性更强。     

粉土中掺入不同比例砂粒对微生物胶结效果影响∗

土样的颗粒级配对微生物胶结效果存在影响,但目前的研究很不充分。通过向粉土中掺入砂粒来制备不同级配土样,砂粒占试样总质量的比重由 0% 增至 40%。微生物选用巴氏芽孢杆菌,胶结液选用等比例的尿素和氯化钙溶液,加固方法采用两阶段注浆法。试验结果表明粉土中掺入砂土对于提高处理后的无侧限抗压强度有显著作用,碳酸钙生成量虽然有所减少但分布更均匀。密实度的提高有利于无侧限抗压强度的提升,但试样过于密实将对碳酸钙分布产生不利影响,碳酸钙相对集中在注浆口附近。当试样处于比较松散的状态下,粉土中掺入砂土越多（不超过 40%）,强度提升越多;密实状态下,粉土中掺入少量砂土（不超过 20%）能有效提升强度。试样初始孔隙比越小,处理后的强度越高,但碳酸钙生成量有所下降。随着粉土中砂土掺入量增多、试样密实程度增加,碳酸钙晶体的尺寸有所减小,但数量显著增加。     

废弃口罩加筋固化土的强度特性与破坏模式北大核心CSCD

新冠疫情防控消耗大量一次性口罩,口罩废弃物处置量大、环境环保要求高;高含水率淤泥水泥固化土并作路基填料是解决路基优质填料来源难、价格高等问题的重要途径之一。提出利用废弃口罩加筋高含水率淤泥固化土并作路基填料的解决思路,以水泥为固化剂、以废弃口罩为加筋材料,实测不同废弃口罩掺量、尺寸及龄期条件下废弃口罩加筋水泥固化土的无侧限抗压强度值,探讨废弃口罩掺量、尺寸及龄期等因素对水泥固化土的加筋效果,以及废弃口罩加筋对水泥固化土破坏模式的影响规律。研究结果表明,废弃口罩适用于加筋高含水率淤泥水泥固化土,本文试验条件下废弃口罩的最佳掺量约为0.5%,无侧限抗压强度值提高约87.5%。废弃口罩加筋水泥固化土的无侧限抗压强度应力-应变曲线呈软化型,且废弃口罩的加筋作用提高了试样的抗变形能力;废弃口罩加筋水泥固化土呈现一定的塑性破坏特征。     

粉土用作路堤填料的试验研究

通过对安徽地区粉土的室内改良试验,从试验的角度对不同的掺灰剂(水泥、石灰)及不同配合比改良后粉土的性质进行分析。研究改良后粉土CBR(承载比)值及无侧限抗压强度与龄期及配合比的关系,并根据室内试验的结果,提供经济合理的方案;通过对改良后粉土CBR值和无侧限抗压强度的比较,认为两者对于判断材料强度具有相关性,由试验结果拟合得到两者的关系。     

河道疏浚废弃淤泥改良土的强度变化规律探讨

通过系列室内试验,研究了添加生石灰改良高含水量疏浚淤泥的处理土的无侧限抗压强度的主要影响因素;探讨了高含水量疏浚淤泥生石灰处理土的无侧限抗压强度与原泥初始含水量、生石灰掺入比、处理土含水量的关系,得出了生石灰处理土的无侧限抗压强度随着含水量降低率的增加而线性增加的变化规律;建立了生石灰处理土无侧限抗压强度与原泥初始含水量及处理土含水量的定量表达式,给出了生石灰改良高含水量疏浚淤泥的处理土不排水强度的预测方法,可为高含水量疏浚淤泥的有效利用和相关工程设计、施工提供理论基础和指导。     

石灰石煅烧煤矸石水泥处理镍污染土的固化特性北大核心CSCD

随着碳排放量的增加,使用可持续且有效的低碳低成本胶结材料在污染土壤的稳定/固化方面受到了广泛关注。本研究通过无侧限抗压强度、毒性浸出、X射线衍射、扫描电镜等试验来确定新型低碳低成本石灰石煅烧煤矸石水泥对重金属镍污染土的固化特性。结果表明:强度随着养护龄期的增长而增加,随着镍离子浓度的增加而降低;镍离子浸出浓度随着养护龄期的增长而降低,随着镍离子浓度的增加而增大;pH较大(碱性环境),有利于促进水泥对重金属污染土壤的固化效率;X射线衍射和扫描电镜试验表明,生成水化硅酸盐、钙矾石等水化产物及不溶性金属氢氧化物是稳定镍的主要方式。石灰石煅烧煤矸石水泥可以为重金属镍污染土提供环保且可持续的固化修复,处理后的固化土可作为建筑材料循环使用。     

双向振动条件下的饱和砂土动强度特性试验研究

利用全自动静动三轴双向耦合剪切仪,分别在均等固结和非均等固结条件下,进行了福建标准砂的动三轴不排水剪切试验,对比分析了轴向振动、径向振动、相位差分别为0°和180°的轴向-径向耦合振动等不同振动方式对饱和砂土动力特性的影响。试验结果表明,无论是均等固结还是非均等固结条件下,只要在最大剪应力面上的动剪应力水平相同,4种剪切方式对动应力-应变关系及动强度的影响都并不显著。     

温度作用下膨胀土的胀缩特性及微观机理北大核心CSCD

温度场作为外部环境要素场之一,对膨胀土的水-力学性质具有显著影响。为研究温度对膨胀土胀缩特性的影响规律及微观机理,以南宁膨胀土为对象,开展了不同温度(5~45℃)下膨胀土的浸水膨胀和失水收缩试验,结果表明膨胀土的胀缩特性具有显著的温度效应,其膨胀率随温度升高而增大,温度越高其增大效果越明显;收缩率随温度升高则呈现出先增大后减小的变化规律,存在临界温度“T_(c)=35℃”。在此基础上,基于不同温度(5~45℃)下的吸附结合水试验,从土-水作用角度阐释了膨胀土胀缩特性温度效应的微观机理;随着温度的升高,土中结合水量减小,水膜厚度变薄,从而引起两方面的结果:①土颗粒间的吸力减弱而斥力增加,宏观表现为土体的膨胀性增加;②土颗粒间距变小,促进了土颗粒骨架由松散状态向紧密状态转化,颗粒排列更紧密,收缩性增加,而达到一定温度后,水分蒸发时间较短,土-水作用加剧使得土体骨架没有充足的时间向紧密状态转化,是造成土体收缩性减小的主要原因。     

温度变化对水泥土强度特性和破坏性状的影响

为研究温度对水泥土强度和破坏性状的影响,选用粘土和粉土这两种素土制成水泥土试样,分别在25°C±2°C、10°C±2°C和0°C±2°C的温度下进行养护,随后测试各龄期试样的单轴抗压强度,并观测各试样的破坏特征。研究表明:随着龄期的增长,温度变化对峰值应变的影响在减小;龄期较短(1~5天)时,水泥土单轴抗压强度对温度变化不敏感,在龄期7~40天,提高养护温度,水泥土单轴抗压强度显著增大;随着温度的升高,水泥土强度显著提高,但增长的趋势越来越缓慢;低温情况下水泥粘土的强度都比水泥粉土低,而一旦提高温度,水泥粘土的强度便超过水泥粉土;较低温度下养护的水泥土表现出比较明显的脆性破坏,迅速产生裂缝。     

养护温度和冻融循环等对微生物胶结试样强度的影响

目前在研究影响微生物胶结土体时,着重于研究加固方法及影响加固效果的因素,缺少对养护条件以及处理后试样耐久性的探讨。本文以海相吹填粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌为试验用菌,采用两阶段注浆的方法进行加固,研究不同养护温度、冻融循环以及干湿循环对加固效果的影响。试验结果表明：(1)采用注浆方法可以有效对该粉土进行胶结加固。在排除水分的影响后,高、低温养护温度对试样的无侧限抗压强度以及 CaCO₃生成百分比均无明显影响;(2)冻融循环对试样无侧限抗压强度的削弱主要发生在第 1 次冻融循环中,然后随着冻融循环次数的增加,试样的加固效果无明显变化。冻融循环后的试样烘干后,其无侧限抗压强度有明显提高,但仍低于未经冻融循环的试样;(3)干湿循环次数对试样强度的影响较小。烘干试样和饱和试样的强度有较大差别,说明试样的含水状态对强度有明显影响。因此在进行强度试验前,应明确试样的含水状态以便于评价加固效果。     

水灰比对高温下混凝土质量损失及抗压强度影响试验研究

为研究水灰比对不同温度作用下混凝土残余抗压强度、质量损失的影响,对不同受火温度和不同水灰比的混凝土标准立方体试件进行高温下及高温后的抗压强度试验和质量损失测试。试验结果表明:随着水灰比的增大,高温下及高温后混凝土抗压强度、混凝土质量损失均呈现出整体下降的趋势。通过试验拟合回归分析,建立了高温下混凝土抗压强度、质量损失与受火温度之间的关系式,可通过质量损失、受火温度来预估高温下混凝土残余抗压强度。     

基于粒间接触关系的饱和砂土液化特性研究∗

为了研究饱和砂土的液化机理,通过等体积加载的方式建立了循环荷载下饱和砂土动力响应的颗粒流计算模型,研究了饱和砂土在不同围压和加载幅值下的动力响应,探讨了颗粒间力链的发展特性,并从Shannon 熵、Boltzmann 熵以及Clausius 熵的基本关系入手,建立基于粒间接触力链的饱和砂土颗粒熵计算方法,分析了颗粒熵发展特性。结果表明：饱和砂土初始总力链主要受围压的影响,围压越大,初始总力链越多;循环荷载下饱和砂土颗粒间力链总数逐渐降低,且强力链持续向中、弱力链转换;循环荷载下饱和砂土颗粒熵表现出先升高后降低的二阶段特性,围压和加载幅值对颗粒熵峰值无明显影响,各工况的颗粒熵峰值均为0.92;定义颗粒熵峰值为相变颗粒熵,相变颗粒熵时的饱和砂土表现出固液临界态的力学特征,指示了饱和砂土由固态向往返液化状态转变的临界点。     

添加剂对微生物胶结砂渗流特性的影响研究北大核心CSCD

从MICP反应环境及细菌代谢过程分析出发,选取NH_(4)Cl与NaHCO_(3)作为添加剂,应用于砂土的微生物改性加固,研究结果表明:(1)NH_(4)Cl、NaHCO_(3)添加浓度为0.1 mol/L时,CaCO_(3)生成量显著增加,相较于添加前增加了68.30%,原因是NH_(4)Cl和NaHCO_(3)的添加,调节反应体系pH值,使其更趋近于脲酶最佳活性所需碱性环境,同时促进细菌活性及代谢过程,进而增加CaCO_(3)生成量;(2)核磁共振检测结果显示,添加NH_(4)Cl、NaHCO_(3)后固化砂柱的孔隙率减小了15.93%,渗透系数降低了2~3个数量级,与MICP固化结果相比也有明显改善,渗透系数降低了50%以上;(3)在渗流模型分析中,一方面考虑CaCO_(3)沉淀对孔隙的填充作用,将其等效为填充于砂颗粒间的小颗粒,提出了MICP固化效应系数表述灌浆加固前后砂颗粒平均粒径的变化,另一方面根据固化后微细观检测分析结果,考虑CaCO_(3)沉淀对砂颗粒表面形貌的改变,调整模型中的颗粒材料形状系数α的取值。综合这两个方面对Kozeny-Carman渗流模型进行了修正,验证分析表明,修正后的Kozeny-Carman渗流模型能够较好地描述加固体的渗流特性,这也为MICP固化砂土的渗流特性分析提供了一种便捷的思路,只需测试不同阶段CaCO_(3)的生成量,就可以比较准确地估算加固体的渗透系数。     

砂土液化对基础隔震结构地震反应的影响分析∗

砂土液化会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,这一现象也将对基础隔震结构地震反应规律产生影响。 基于有限元方法,采用 ABAQUS建立了土?隔震结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同地基液化情况对基础隔震结构地震反应规律及隔震效果的影响进行了深入分析。结果表明：隔震结构下部桩基础能够有效提高下部地基的抗液化能力,进而保证隔震结构的整体稳定性。总体来看,液化场地上隔震结构的隔震效果及地震反应与输入地震动的特性相关,近场地震作用下液化地基上隔震结构的隔震性能保持良好,而远场强震作用下液化地基上隔震结构的隔震效果降低。同时隔震层产生较大的位移反应可能导致隔震支座失稳或强度破坏,设计时需特别注意。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

高温中植筋胶拉伸抗剪强度试验研究

为了研究高温中植筋胶的拉伸抗剪强度,进行了57个植筋试件在不同温度下的拉拔试验。试验温度共11个,温度范围为25～350℃。采用电炉加热升温,当到达设定温度后立即进行拉拔实验,每个温度下做5组试件。试验中量测电炉温度,植筋试件温度,植筋滑移和拉拔力。试验结果表明:随着温度升高,植筋胶的拉伸抗剪强度显著下降,当温度高于350℃后,植筋胶基本丧失承载力,约为常温下的4%左右。     

高温后珊瑚海水海砂混凝土力学性能试验研究∗

为研究高温后珊瑚海水海砂混凝土（CSSC）的力学性能,设计制作了 30 个 CSSC 试件,进行常温与高温后轴心受压和静力受压弹性模量试验。通过试验观察了试件高温后的表观变化和轴心受压破坏形态,获取了轴心受压全过程应力—应变曲线、弹性模量及烧失率等参数,深入高温后 CSSC 微观结构变化机制,得到了受火温度对 CSSC 力学性能的影响规律,揭示了高温作用后 CSSC 的力学性能退化机理。结果表明：随着受火温度的增加, CSSC 力学性能不断劣化。T=200 ℃时 CSSC 轴心抗压强度和弹性模量分别比常温时下降了 26.52 %,6.19 %,混凝土具有较好的力学性能;T=400 ℃时 CSSC 弹性模量下降迅速,弹性模量损失率为 65.48 %,但与 T=200 ℃相比混凝土轴心抗压强度上升了 6.4 %;T=600 ℃时 CSSC 轴心抗压强度下降迅速,强度损失率为 66.74 %;T=800 ℃ 时 CSSC 破坏严重,已无法测得有效的弹性模量。