胶结液注入轮数和体积对微生物加固粉土的影响∗

通过微生物诱导碳酸钙沉积可以将松散土颗粒胶结成整体从而达到加固目的。胶结液的注入轮数和每轮使用的胶结液体积会影响加固效果,但目前关于这方面的研究还不充分。以海相粉土为处理对象,通过室内试验来研究胶结液的注入轮数和体积对加固效果的影响。改变胶结液注入轮数的试验结果表明:随着注入轮数的增加,试样中沉积生成的碳酸钙逐渐增多,碳酸钙的分布比较均匀,加固后的无侧限抗压强度逐渐提高;但当胶结液的注入达到一定轮数后,强度的增长幅度逐渐减缓。改变每轮胶结液体积用量的试验结果表明:胶结液体积的增加会带来碳酸钙数量的增加和强度的提高,但当胶结液体积从1.5Vv(孔隙体积)增加至2Vv后,效果改善不明显。从钙离子用量与无侧限抗压强度的关系也表明,每轮注入的胶结液体积应选择1.5Vv。     

MICP结合南海岛礁资源加固珊瑚砂的方法及效果研究∗

为解决南海岛礁地基加固所需材料运输困难的问题,利用双极膜电渗析系统和海水生成盐酸,溶解岛礁上的珊瑚砂后得到 MICP 加固所需的自制钙源。然后通过自制钙源、化学纯钙源的 MICP 水溶液及砂柱加固对比试验, 研究了自制钙源的适用性及加固效果。结果表明：通过双极膜电渗析装置可制得 1.5 mol/L 的盐酸,溶解珊瑚砂即可得到氯化钙纯度为 94.9% 以上的自制氯化钙溶液,其 MICP 水溶液试验的效果优于化学纯钙源组,自制钙源组的加固后砂柱强度均值为 2.1 MPa,远高于化学纯钙源组的 628 kPa。自制钙源中的镁、铝离子等能改变沉淀矿物形貌和成分,同时可生成更多的碳酸钙,使得自制钙源组加固砂柱的总体效果优于化学纯钙源组。     

STW型生态土壤稳定剂改性土强度试验研究

对STW型生态土壤稳定剂改性重塑土在不同掺量、不同制备方法及不同养护条件下的强度变化进行了试验研究。试验结果表明:STW型生态土壤稳定剂对重塑土无侧限抗压强度具有明显的增强效果,并与试样的制备方法、稳定剂掺量及养护条件有关;5%的掺入量改性效果最佳;在室温下养护72小时其强度提高幅度最大。同时,还对STW型生态土壤稳定剂土质改性机理进行了分析。     

沉积方向对珊瑚砂动剪切模量及阻尼比的影响∗

复杂地质赋存环境下珊瑚砂具有显著的各向异性特征,颗粒的沉积方向显著影响其动力特性。对南沙岛礁珊瑚砂开展均等固结的共振柱试验,探究了珊瑚砂颗粒的沉积方向角 φ（沉积面与水平面的夹角）和初始有效固结围压对其动剪切模量 G 和阻尼比 λ 的影响。在给定 φ 下,G 随剪应变幅值 γ_a增大而减小的速率随 的增大而增加;给定 下,G 随 γ_a增大而减小的速率随 φ 增大呈现先减后增的趋势,φ = 60°时 G—γ_a曲线位于最下方。最大动剪切模量 G₀随 φ 的增大表现出先减后增的现象,且 φ 对 G₀的影响随 的增大而降低。建立了考虑 φ 和 影响的修正 Hardin 模型,预测和量测的 G₀值偏差小于 10%。动剪切模量比 G/G₀—γ_a曲线对 φ 不敏感,结合修正 Hardin 模型和 Davidenkov 骨架曲线预测和量测的 G 值偏差小于 15%。在陈国兴等（2006）提出的阻尼比经验模型中引入 φ 影响的修正项,预测和量测的 λ 值偏差小于 20%。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

火源位置对凹型砖木结构古建筑火蔓延特性影响研究∗

为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用 Pyrosim 软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和 CO、CO₂浓度动态分布情况等。结果表明：不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达 240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值 1 000 ℃,CO、CO₂浓度亦均达最值,且在垂直高度 1.67 m 处能见度下降速率达到峰值,人员需在 2 min 内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。     

海洋平台桩腿周围局部冲刷及其对基础承载力的影响∗

在海洋平台桩靴基础安装施工过程中,容易发生穿透现象而导致破坏。业界建议可通过在桩靴周边加设向上的袖结构来抑制贯入时周围土体的回流,从而缓解穿透破坏。但这种袖结构的存在会导致局部冲刷,形成的冲刷坑会减小桩靴有效埋深,进而影响其使用期的承载力。通过一系列水槽试验,探讨了不同形式桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对于冲刷坑形状的影响,进而开展了考虑冲刷坑影响的桩靴基础承载力数值计算,并与忽略最大冲刷深度以上土体的传统模型、假设冲刷坑为倒圆台状的简化模型计算结果进行了对比。主要研究结果如下：（1）加设圆形袖结构的桩腿引起的冲刷深度要比方形袖结构桩腿小,建议工程中采用面积比较小的圆形袖结构来缓解穿透破坏;（2）桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对冲刷坑形状都存在影响。最大冲刷深度随着开孔率的增大而减小,当开孔率较大时,冲刷现象近似于群桩冲刷,出现随着冲刷角度的增大冲刷深度先增大后减小的现象;（3）当考虑冲刷坑对于桩靴承载力的影响时,简化模型能够合理反映冲刷坑对于桩靴基础承载力的影响。     

黏土分层特性对吸力嵌入式板锚埋深损失的影响∗

海洋工程中,海床土体常伴有分层现象。将均质土、正常固结土在海床土体中的分布情况称之为土体分层特性。基于耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）法,建立起用于分析不同土体分层特性的条件下,吸力嵌入式板锚（SEPLA） 旋转调节过程的大变形有限元模型。通过与离心机实验及数值模拟结果对比,验证了模型的有效性。以双层黏土为例,研究了不同黏土分层特性下板锚的埋深损失。明确了衡量黏土分层特性的指标 s_u1,ave/s_u2,0,并考察了不同 s_u1,ave/s_u2,0下,系缆点距土层分界线的距离 d 对板锚埋深损失的影响。研究结果表明：在 s_u1,ave/s_u2,0＞1 的双层黏土中, 随着 d 值的增大,板锚的埋深损失逐渐减小,当 d≤-0.5B 与 d≥1B 时,板锚的埋深损失分别仅受上层土体与下层土体强度影响;在 s_u1,ave/s_u2,0＜1 的双层黏土中,随着 d 值的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,当 d=1B 时,埋深损失存在一极大值 ΔZ_max,该极大值比板锚在单层土体中的埋深损失大 32%~123%。同时,在 s_u1,ave/s_u2,0＜1 的双层黏土中,板锚的埋深损失与上层土体的平均强度 s_u1,ave和锚埋深处的土体强度 s_ue有关;由于板锚埋深损失存在极大值 ΔZ_max,在工程中较为危险,因此,考察了强度比 s_u1,ave/s_ue、埋深处土体强度 s_ue、板锚初始埋深 H 对 ΔZ_max的影响。     

冻融循环作用对F1加固黄土强度与微观结构的影响研究∗

冻融循环作用显著影响固化剂加固效果和固化土物理力学特性。为研究冻融循环作用对 F1 加固黄土强度与微观结构特性的影响,对不同掺量、不同冻融次数的 F1 固化黄土试样开展三轴不固结不排水试验及电镜扫描试验,探讨冻融前后 F1 加固黄土抗剪强度参数及微观孔隙结构变化规律。研究发现,F1 可显著改善黄土持水特性和压实特性。当 F1 掺量为 0.3 L/m³ 最佳掺量时,与黄土相比,F1 固化黄土塑限和最优含水率分别减少 2.65% 和 7.22%,液限和最大干密度分别增大 7.92% 和 9.83%;F1 显著增大黄土黏聚力与内摩擦角。0 次和 15 次冻融循环时 ,与未冻融黄土相比 ,0.3 L/m³ 掺量 F1 固化黄土的黏聚力分别增大 36.82% 和 16.64%,内摩擦角分别增大 16.92% 和 4.63%;与黄土相比,冻融循环 15 次时 F1 固化黄土中微孔隙增大 6.28%、小孔隙减少 17.84%,孔隙面积比和平均分形分维数分别减小了 20.4% 和 0.67%,表明经 F1 固化后黄土形成更加稳定的层状堆叠结构,显著改善冻融循环作用下微、小孔隙的演化和发育,提高密实度、增强力学性能和抗剪强度。     

饱和粉土粉粒含量影响的动孔压发展规律试验研究

采用多功能静动液压剪切三轴仪,进行大量不同粉粒含量的饱和粉土试验。通过试验研究了不同粉粒含量对饱和粉土振动孔压发展的影响。试验在达到液化标准后继续施加动荷载,使试验结果能够模拟液化破坏严重情况下的孔压发展的完整过程。研究结果表明,不同粉粒含量的粉土其孔压发展可以用同一个改进指数函数表达式来表示,该表达式包含2个参数a,b。粉粒含量的影响主要体现在系数b上,系数b随着粉粒含量的增加而单调增加;而系数a则基本不受粉粒含量变化的影响。结果表明由该模式得到的理论值与试验值拟合得较好。     

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。     

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。     

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。     

土体环境对微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的影响研究

生物地基处理技术利用微生物诱导碳酸钙沉积来加固土体,符合环境保护和可持续发展的要求,具有良好的发展前景。目前已取得的研究成果主要是针对简单离子化学环境下的松散砂土,对不同环境下的细粒土研究的较少。以江苏东部沿海地区的海相吹填粉土为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌进行微生物注浆试验,定量分析温度、pH值、氯化盐含量、土体中胶结阳离子含量等土中的环境因素对加固效果的影响规律。结果表明:随着温度的升高、试样中生成的碳酸钙增加,但无侧限抗压强度并不是呈现出一直提高的趋势,而是存在一个峰值。偏碱性的环境有利于巴氏芽孢杆菌的工作,但过高的pH值会影响加固效果。土中的氯化盐含量过高时会抑制细菌的活性从而对加固产生不利影响。土中的胶结阳离子含量对微生物注浆的影响很小,可忽略不计。本次试验研究结果能为现场环境下采用MICP技术加固粉土提供有效的依据。     

饱和砂土不排水单调剪切特性试验研究——考虑剪切过程中变化的总主应力方向的影响

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,针对相对密度Dr=30%的福建标准砂,进行了不排水条件下的单调剪切试验。在剪切过程中,控制平均固结应力和中主应力系数保持不变,而总主应力方向不固定。与剪切过程中总主应力方向固定不变条件下的单调剪切试验进行了对比分析。试验研究表明,当饱和砂土试样具有水平沉积面时,初始固结主应力方向与剪切方向的不同组合,导致单调剪切过程中总的主应力方向的不断变化,从而显著地影响着饱和砂土不排水单调剪切特性。总的主应力方向是影响饱和砂土不排水单调剪切特性的最根本原因。     

细粒含量对粉土液化特性影响的试验研究

采用动三轴仪进行粉土液化试验,研究了不同干密度、有效围压、粉粒含量及粘粒含量变化对饱和粉土液化特性的影响。试验结果表明:干密度增加,粉土动强度增加;不同有效围压对动强度的影响不大,其他条件相同时归一化的动强度比基本不变;粘粒含量和粉粒含量对粉土动强度有较大影响。粉土中粘粒含量变化对动强度的影响规律并不是单调变化的,而是在粘粒含量为8%时粉土动强度达到最小值;粉土中粉粒含量变化对动强度影响是单调线性关系,随着粉土中粉粒含量的增加,粉土动强度也线性增加。粉土中粘粒含量和粉土含量对其动强度的影响规律需从粉土的微观结构角度解释。     

粉质混合碎石土中土工格栅拉拔阻力特性试验研究

土工格栅凭借其良好的加筋特性,在大型土工结构中得到了广泛的应用。然而土工格栅在粉土中的加筋效果并不理想。通过室内大尺寸土工格栅拉拔试验,针对不同的法向荷载和粉土中不同的碎石含量,对土工格栅受拉时的拉拔阻力特性进行了对比试验。结果发现:单纯提高法向荷载来增加格栅表面的摩擦剪切阻力的方法并不适用。在粉土中加入大粒径碎石,可以提高格栅横肋的被动阻力,但在竖向荷载较小的情况下,反而降低了格栅的整体拉拔阻力;而施加适当的法向荷载,抑制土体的剪胀效应,格栅整体拉拔力则得到了显著增强。该试验结果对土工加筋结构的设计具有一定的参考价值。     

对在沙漠地区应用化学固沙剂固沙的探讨

探讨了化学固沙的原理和效果。提出了开展化学-生物一体化固沙新观点。认为LD系列化学固沙剂、超高强吸水保水剂等固沙植被用新材料及低成本制备技术，将在沙漠地区的公路、铁路建设中具有更为广阔的应用前景。