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。     

汶川地震次生泥石流形成模式与机理

以汶川地震灾区的典型的代表性泥石流案例为基础,分析了汶川地震次生泥石流的形成地形地貌、降水和土源条件特征,概括分析了汶川地震泥石流形成的5种模式,即:(1)沟床启动型;(2)坡面崩滑转化型;(3)震裂表土侵蚀启动型;(4)滑坡表面土体液化型和(5)松散坡积物冲切沟启动型。分析了这些形成模式的启动机理。地震次生泥石流的形成机理包括土力类和水力类。泥石流的形成需要一定的细颗粒含量,尤其是粘土颗粒含量;此外低密度干燥度较高的土体在降雨作用下易湿陷,体积收缩,从而有利于土体孔隙水压力的升高,而有利土体强度的降低,导致泥石流的启动。所以地震灾区的泥石流集中分布于干旱河谷松散固体物质大量存在且以花岗岩风化壳和碎屑岩及其变质岩为主的地区,降雨量特征与国内外众多泥石流的降雨特征可以比较,其模式多样。     

基于多传感器数据融合分析的路堑滑坡模型试验研究∗

以成都天府国际机场高速公路 TJ04 标段 K17+700~K17+900 段滑坡为典型代表,通过地质分析及室内模型试验相结合的方法,运用数据融合及统计学概率运算方法,对降雨作用下路堑边坡的变形破坏过程进行研究。 结果表明：(1)通过地质分析认为 K17+700~K17+900 段滑坡形成主要原因是地表水入渗及滑坡前缘路基开挖 ; (2)通过模型试验研究已开挖路基在降雨条件下的变形特征,得出其变形机理为：降雨入渗→边坡局部溜坍→地表水入渗加剧→土体含水率上升→孔隙水压力增大→边坡失稳→整体牵引式滑移;(3)通过传感器数据融合及统计学概率分析得出,随着降雨历时增长,含水率的变化曲线与累计降雨量之间呈正相关,相关系数为 0.600 15 具有显著相关性,孔隙水压力的变化曲线与含水率之间正相关,相关系数为 0.921 74 具有高度相关性,说明雨水入渗是土体含水率与孔隙水压力增长的直接原因。     

MICP胶结液中尿素过量的影响研究∗

分析了研究人员对于胶结液中尿素对MICP影响的不同认识之间存在的分歧,利用水溶液试验及一维砂柱加固试验,对比研究了胶结液中尿素过量（双倍浓度）对MICP的影响。在水溶液和砂柱中,进行了三种氯化钙浓度（0.25 M,0.5 M,1.0 M）条件下尿素过量与否的对比试验。测试对比了水溶液试验过程中NH₄⁺,Ca²⁺变化规律、砂柱试验中Ca²⁺消耗,CaCO₃生成情况和砂柱无侧限强度等。研究结果表明：(1)水溶液试验中,过量的尿素在反应初期不利于尿素水解与碳酸钙沉积; (2)在砂柱试验中,过量的尿素也对MICP不利,加固后土体强度较低,加固效果较差; (3)砂柱试验中这一现象与注浆方式（间隔12 h直灌式注浆）和较短的胶结液停留时间有关; (4)在水溶液和砂柱两种环境下,低氯化钙浓度（0.25 M）情况下尿素过量对MICP的影响都最为明显。     

堤基非稳定水压力传递滞后效应研究

洪水灾害过程中,堤防上游水头快速变化,作用在堤基土体上的水压力是非稳定的。选取常见的堤基砂土作为试验材料,利用自行设计的试验装置,研究洪水灾害时非稳定水头条件下,堤基无黏性土渗径长度、孔隙比、渗透系数以及颗粒粒径等因素对水压力传递滞后效应的影响规律。研究结果表明:土体颗粒粒径越大水压力传递滞后效应越弱,直径>2 mm的细砾土中水压力传递滞后效应基本可以忽略;上游水头水力梯度提升的越快,下游水压力启动和稳定滞后时间越短,但下游水压力恢复滞后时间越长;水压力传递滞后时间与土体孔隙比呈反比关系;下游水压力启动和稳定滞后时间与渗透系数呈对数关系。     

压力板仪法测土-水特征曲线试验研究

非饱和土土-水特征曲线(SWCC)表示了土中含水量与吸力之间的关系。针对非饱和土干-湿循环过程中的吸力变化特征,开展试验研究。采用体积压力板仪实现非饱和土的脱湿和吸湿过程。试验成果显示:(1)土-水特征曲线是不稳定的,它与土体含水率的变化路径有关;(2)在干湿循环过程中,相同的基质吸力具有不同的含水量。     

水-岩作用下砂岩微细观结构变化特性及机理研究

为了较好地分析水-岩作用下库岸边坡消落带岩体的劣化机理,设计进行了考虑库水压力升降变化和浸泡-风干循环的水-岩作用试验。研究结果表明:(1)在水-岩作用过程中,砂岩的单轴抗压强度劣化趋势明显,其中前6期抗压强度劣化趋势较为显著,6次水-岩作用之后,岩样的强度劣化趋势逐渐趋于缓慢。(2)随着水-岩作用周期的增加,岩石内部孔隙、裂隙逐渐发育、汇集,矿物颗粒逐渐软化、分解,使得岩石微观结构逐渐趋于松散。(3)水-岩作用下砂岩劣化的进程中,首先是岩样中胶结物的溶解、溶蚀,然后是失去胶结物包裹的矿物颗粒表面发生水-岩物理化学作用,最后是矿物颗粒本身软化、分解。(4)水-岩作用过程中,岩样内部胶结物的溶解、溶蚀对水-岩作用前期的宏观力学性质影响明显,岩石矿物颗粒本身的软化、分解对水-岩作用后期的力学性质影响明显。相关研究成果可为库岸边坡消落带水-岩作用机理分析提供较好的参考。     

地震作用下地裂缝场地土体的损伤量化分析∗

为研究地震作用下地裂缝场地的破坏特征和损伤变化规律,以西安f4地裂缝场地为背景,进行振动台模型试验。基于希尔伯特边际谱理论,通过土体内部实测数据对地裂缝场地损伤过程进行分析。结果表明:(1)地震作用下,地裂缝场地上、下盘土体变形不一致导致主裂缝两侧产生张拉应力,使得主裂缝不断开裂、扩展,破裂面为锯齿状,且上盘区域产生的次生裂缝更多;(2)损伤指数的发展规律与试验现象较为吻合,说明此损伤量化方法适用于评价地裂缝场地在地震作用下的损伤特征;(3)地表各测点的损伤指数和峰值加速度分布规律表现出较高的一致性,均在靠近地裂缝处达到最大,随着与地裂缝距离的增大而递减,表现出“上、下盘效应”,土体的损伤状况与输入峰值加速度、土层类别等因素有关。     

碎石桩处理液化地基抗液化研究现状及存在问题

就目前国内外碎石桩处理液化地基抗液化理论、动力分析以及液化判别等方面的研究作简要的归纳和评述。在加固机理研究方面,主要认为碎石加固砂土有以下几种作用:(1)挤密作用;(2)振密作用;(3)排水减压作用;(4)预震作用;(5)加筋作用。其次,在理论研究方面如排水效应和桩体效应方面的研究也取得了长足进展,已经从总应力法深入到有效应力法,从只对孔压的研究发展到对水土共同作用的研究。并且随着计算机的发展,数值计算为复杂条件下的问题解答开辟了一个新的途径,现在已经可以模拟地震时土体的变形和孔压变化情况。但是在碎石桩处理液化地基的判别标准研究方面发展较慢。最后,对高速公路碎石桩复合地基抗液化研究方面的一些不足之处提出了解决的思路,主要包括:(1)上部荷载对复合地基的影响;(2)碎石桩处理深度设计时应考虑的影响因素;(3)碎石桩加固区与周围环境的相互作用;(4)考虑碎石桩排水、应力集中和附加应力共同影响下的液化判别标准。     

南黄海6.2级地震水化异常分析

<正> 1984年5月21日南黄海河豚沙发生6.2级地震。此后,发生了一系列余震,最大余震4.9级。本文拟对这次地震前后,江苏省水化学的异常情况作一初步的分析。我们统计了离震中350公里以内的水化点共19个井孔,其观测项目有水氡、氯离子、钙离子、镁离子、水温、流量等。这些井孔工作正常,资料连续,井孔分布(图1)。     

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。     

横向通过滑坡输油气管道应变响应分析

输油气管道通过山区时不可避免地会受到滑坡灾害的威胁。为了分析管道在滑坡作用下的应变响应特点,利用ANSYS有限元分析软件建立了管道横向通过滑坡的模型,并考虑了管道与土体的相互作用。在此基础上,通过算例分析了管道轴向应变的分布特点,并分析了滑坡宽度、管道壁厚以及管道埋深对管道轴向应变的影响规律。结果表明:(1)横向滑坡作用下,管道轴向应变有沿滑坡作用中心位置呈对称分布的特点;(2)在滑坡作用中心位置、滑动区与非滑动区交界处附近的管道将会产生最大的轴向应变,是管道最为危险的截面;(3)适当增加管道壁厚和减小管道埋深可以达到降低管道应变的目的。     

基于非饱和土渗流理论的尾矿库流固耦合分析

基于非饱和土渗流理论,针对某上游法尾矿库工程地质、水文地质条件以及库内尾矿的物理力学性能试验成果,建立了尾矿库三维有限元模型,研究了尾矿的土-水交互特征曲线,分析了尾矿库的渗流场、应力场以及流固耦合效应,总结出了上游法尾矿库流固耦合计算规律。结果表明:(1)与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用时尾矿库堆积坝内浸润线平均埋深更符合实际、更趋合理;(2)与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用时尾矿库内正孔隙水压力更大,而考虑流固耦合作用时尾矿库内负孔隙水压力则更小;(3)与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用时尾矿库内最大Von-Mises应力和最大切应力均更小;(4)连续流固耦合只需耦合计算1次,完全流固耦合则需多次耦合计算,完全流固耦合作用时的计算精度随耦合计算次数增加而趋于精确,尾矿库流固耦合分析宜采用完全流固耦合分析方法。     

冻土随机性研究现状及展望

基于国内外近些年对土体随机性问题所取得的研究成果,分别从影响冻土随机性的内外因素、冻土参数的概率分布规律和随机场计算模型等几个方面总结了随机性的研究现状及进展,取得了如下认识:(1)由于内外因素的影响,冻土物理力学参数、水分场参数等均存在很强的变异性;(2)分析总结了随机变量的概率函数推断方法,相比而言,正态信息扩散法能够有效地描述随机变量的波动性;(3)总结了随机性描述方法,发现随机场方法不仅能考虑随机变量的空间性,而且具有较好的应用前景;(4)总结分析了冻土随机场的计算方法,其中,随机有限元法能够充分考虑材料参数的随机性,具有较好的应用前景。基于以上对冻土中随机性研究现状的认识,笔者认为今后还需展开更深入的研究:对冻土中涉及的参数分布规律进行充分的研究;对冻土冰水相变过程中的随机过程进行深入分析;开展冻土水、热、力及水、热、力、盐等多耦合场、多尺度随机场的研究。     

怒江东月各泥石流搬运能力研究

泥石流灾害的破坏能力除了受地质、地形及水文条件的控制外,还与泥石流浆体特性密切相关。对采集于东月各特大粘性泥石流堆积体中2 mm以下土体样本进行了土水混合静置试验,并进行了粒度分析,以计算上限粒径D_0、分析密度变化对于泥石流浆体乃至泥石流体悬浮能力的影响;同时结合2 mm以下土体沉积现象探讨了泥石流体沉积规律与运动特征。试验结果表明,密度小于1.80 g/cm~3的浆体中,粒径0.07~0.20 mm部分较多集中于上层L1,而在中层L2与下层L3中含量较其他四组样品含量少;L1/L2,L1/L3比值随密度增加有一段明显的上升趋势;密度较小的样品浆体超孔隙水压力较小,浆体释水较快并且颗粒沉积呈明显的分选性;在极限状态下密度小于1.85 g/cm3的样品上限粒径D0较稳定,并且随着浆体密度增大,D_0值逐渐增大。     

我国重大传染病疫情风险评价及空间格局分析

重大传染病风险评估是国家制定卫生安全战略的参考依据。通过构建我国重大传染病疫情风险指标体系,从潜在威胁、社会脆弱性、疫情后果三个维度并采用熵权法对各省区进行风险评价,研究发现:(1)三个分维度中,社会脆弱性对疫情风险影响作用最大,疫情后果其次、潜在威胁最小;(2)我国重大传染病疫情风险空间差异显著,具体表现在地区间差异和地区内不平衡性,其中潜在威胁差异最凸出,社会脆弱性差异最不明显;(3)各分维指数存在空间格局差异,潜在威胁、疫情后果与经济发展空间格局相关联。研究认为,应加快完善重大疫情防控体制机制,提高疫情抵御能力;既要对高风险地区重点防控,也要平衡区内风险;疫情防控需因地制宜和扬长避短。     

软土层地连墙施工对邻近浅基础房屋影响研究

以深厚软土层地下连续墙施工对邻近浅基础房屋的影响为研究对象,采用数值模拟计算房屋长期沉降,并与实测值对比分析,通过房屋不均匀沉降引起的结构内力变化,判断房屋安全性。结果表明:(1)房屋长期沉降由地连墙成槽土体损失、超孔压消散土体固结和土骨架蠕变引起的,其沉降是长期的;(2)房屋的沉降主要为工后沉降,施工阶段房屋沉降较小,仅为455 d沉降量的15%,软土变形有较大的滞后性;(3)软土层中地连墙施工引起的房屋沉降,在施工阶段采用HS硬化土模型,工后采用SSC蠕变模型,模拟计算结果与实测值较为接近;(4)剪应力最大值主要集中在沉降较大部位附近,部分横墙剪应力超过砂浆抗剪强度,需要对相应墙体进行加固。     

营养液钙源对微生物固化砂土效果影响的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种环保型地基处理技术,其机理是通过微生物诱导碳酸钙沉淀有效改善土体工程性能,参与固化反应的营养液成份不同对固化效果有显著影响。分别选用氯化钙和硝酸钙作为营养液中的钙源,通过渗透实验、干密度实验、吸水率实验、无侧限抗压强度实验从宏观角度分析钙源对微生物固化砂土物理力学指标的影响。同时,结合电镜扫描测试,从微观角度对比了不同钙源作用下碳酸钙沉淀晶体形态及空间分布的差异。研究结果表明:利用硝酸钙固化后的砂柱整体密实度更高,其破坏裂缝在饱水和干燥状态下比氯化钙固化后的砂柱更小;硝酸钙作为钙源固化后的砂柱渗透系数和吸水率更低,干密度和无侧限抗压强度也更高。电镜扫描结果显示,氯化钙为钙源形成的碳酸钙沉淀量较少,形态为球状,散落分布在砂粒表面;硝酸钙形成碳酸钙沉淀量较多,形态以球状或者立方体为主,包裹住砂颗粒,团聚效果更为明显。因此,就钙源而言,硝酸钙的微生物固化效果较氯化钙更好。     

白龙江流域武都区段新发泥石流堆积物基本特征及颗粒级配分维研究∗

白龙江流域是我国泥石流的高发地区,在强降雨的激发下沟谷内堆积的大量固体松散物质易形成泥石流。 松散固体物质的颗粒级配影响着它的力学性能,进而对泥石流的启动产生较大影响。强降雨后,松散堆积体内大范围剪切破坏而转化为泥石流。以白龙江流域近期新发泥石流的 16 条泥石流沟为研究对象,取其具有代表性的堆积样品,通过室内土工实验,测试其基本物理力学参数。并通过筛分及激光粒度仪对样品的颗粒进行分析,采用统计图解法、粒度分维法和经验公式法对泥石流堆积物的特征、性质、粒度分形结构和颗粒级配关系进行分析。结果表明：1. 区内泥石流堆积体粒度分布具有良好的分形特征,粒度分维值 D 为 2.5~2.6,且粒度分维值 D 随黏粒含量 P_c的增加而增大,二者满足关系式 D=0.115 1ln(P_c )+2.509 8。2. 通过经验公式、粒度分维计算、现场称重等方式确定了白龙江流域武都区段大部分泥石流为黏性泥石流。3. 堆积物中的黏粒含量较多,但大都缺失中间粒径,级配不良,且堆积物的抗剪强度普遍不高。各泥石流堆积物的物理力学性质有着较大的差异,但其内摩擦角却大都在 27°~30°变化。说明该区域泥石流堆积物的内摩擦角具有良好的相似性。通过研究新发泥石流堆积体的物理力学特性,依据分形理论,剖析粒度分维值与粒度组成、粘粒含量、黏粒级配等相关性,为泥石流防灾减灾提供基础数据支撑。     

干湿循环作用下泥岩颗粒料崩解试验研究

通过室内模型试验,探究在干湿循环作用下泥岩颗粒料的崩解规律。利用基础熵量化泥岩颗粒料在干湿循环作用下的破碎程度,分析了土体级配随干湿循环的变化规律;引入破碎势的概念量化上覆荷载、粗颗粒含量等对泥岩颗粒料崩解破碎的影响。研究结果表明:崩解过程主要集中在前4次干湿循环中,其中2~4次的干湿循环作用下的颗粒崩解破碎最为剧烈,在经历9次干湿循环之后,泥岩试样由连续级配变为非连续级配;破碎势可以较好的量化分析上覆荷载、粗颗粒含量在干湿循环前后泥岩颗粒料所具有的崩解破碎的概率,总破碎率可以量化描述从具有破碎的概率到发生破碎的这一类泥岩颗粒料占比情况。