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湿干冻融耦合循环作用下渠道劣化过程离心模型试验研究

蔡正银1,朱  锐*1,2,黄英豪1,张  晨1,郭万里1

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所,江苏 南京 210024;2. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024)

摘  要:季冻土地区复杂的水–热耦合作用是输水渠道等水工结构物发生劣化失稳的诱因。研制了一套季冻区渠道湿干冻融离心模型试验设备,实现了在离心场下进行湿润—干燥—冻结—融化过程的水–热耦合循环作用模拟。以北疆输水渠道为原型,开展了渠道在湿干冻融耦合循环作用下渠道劣化过程的离心模型试验。试验结果表明:湿干冻融耦合循环作用诱发模型渠道中的裂隙不断拓展,并最终产生一条贯穿渠顶表面的深层横向张拉裂隙,导致渠道有自渠顶张拉裂隙发生劣化失稳的趋势,这一过程中,渠水入渗深度不断增大,入渗量逐渐减小,土体的冻结速率和融化速率呈上升趋势。试验观测出渠坡处产生的累积法向变形最大,渠顶次之,渠底最小。所采用的离心模拟试验设备及测试方法对于寒冷地区渠道灾变问题的研究是适用的。

关键词:湿干冻融;输水渠道;裂隙;离心模型试验

TJ-M1模拟火壤承载特性的研究

蒋明镜1,2,吕  雷1,2,李立青1,2,黄  伟3

(1. 天津大学建筑工程学院土木系,天津 300072; 2. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点试验室,天津 300072; 3. 北京空间机电研究所,北京 100076)

摘  要:火星土壤(火壤)的研究是火星表面探测活动迈出的第一步,也是火星表面探测活动的主要研究对象之一。模拟火壤的平板荷载试验可用于了解真实火壤的工程性质,为火星探测器的安全着陆提供参考。采用自行研制的TJ-M1模拟火壤作为试验基材,通过静力触探和静载荷原位试验的分析对比,结合已有的静力触探与静载荷试验的经验公式,研究探讨适合火壤静承载力的经验公式。首先,搭建尺寸为6 m×6 m×1.25 m(长×宽×高)着陆试验床,分5层铺设至设计标高,而后在其表面对称布置8个静力触探试验测点和2个静载荷试验测点进行测试,最后基于太沙基提出的承载力修正公式及已有的11种适用于中密实砂土的经验公式对模拟火壤承载特性的预测进行研究探讨。结果表明:太沙基提出的修正地基承载力公式的计算结果明显偏小,而经验公式(唐贤强)[R]=80Ps+31.8可近似计算TJ-M1模拟火壤的地基承载力。

关键词:火星土壤;TJ-M1模拟火壤;静力触探;地基承载力;着陆试验床

冻土毛细–薄膜水分迁移机制及其试验验证

程  桦1,2,陈汉青*1,曹广勇3,4,荣传新2,姚直书2,蔡海兵2

(1. 合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽 合肥 230001;2. 安徽理工大学土木建筑学院,安徽 淮南 232001;3. 安徽建筑大学土木工程学院,安徽 合肥 230601;4. 安徽省建筑结构与地下工程重点实验室,安徽 合肥 230601)

摘  要:鉴于毛细理论和薄膜水理论只考虑一种水分迁移机制,难以全面合理揭示土体冻胀机理。根据毛细水和薄膜水在孔隙中的赋存特征,提出以孔径D=0.1 μm或横向弛豫时间T2=2.5 ms作为毛细水和薄膜水的判别条件。基于流体动力学和热力学基本原理,分别建立了薄膜水迁移驱动力、广义Clapeyron方程力学和毛细–薄膜水迁移驱动力模型,给出了压力变量和吸力变量之间的换算系数;模型分析表明,冻结大孔在弯曲冰–水界面处产生一集中吸力,驱使未冻孔隙中的毛细水和薄膜水向冻结大孔内部迁移;其迁移路径为:未冻孔隙中的毛细水和颗粒表面薄膜水→弯曲冰–水界面→冻结大孔内壁薄膜水。最后,根据粉土在冻结过程中的低场–核磁共振试验,证明了毛细水和薄膜水的分界线,并验证了毛细–薄膜水分迁移模型及迁移路径的正确性。

关键词:毛细水;薄膜水;迁移机制;驱动力模型;广义Clapeyron方程;核磁共振试验

隧道掘进爆破诱发隧道后方开挖段地表振动效应分析

陈士海1,2,刘小鸣1,张子华1,林从谋1

(1.华侨大学土木工程学院,福建 厦门 361021;2. 福建省隧道与城市地下空间与工程技术研究中心,福建 厦门 361021)

摘  要:针对目前在隧道已开挖区段地表振动效应理论研究的不足,从理论方面对隧道的地表振动效应进行了研究,并利用现场实测数据加以验证和分析。首先,对隧道掘进爆破模型进行简化,将掏槽孔的爆破简化为一系列球形药包的爆破,再利用保角映射将隧道已开挖段地表质点的振动问题转化为半空间内一系列球形药包的地表振动问题,最终得出已开挖段地表质点的振动速度计算方法。通过实际工程,对比了理论和实测的隧道轴线振速峰值分布曲线,验证了理论计算方法的可行性,同时利用理论计算方法探讨了隧道埋深对隧道轴线振速峰值的分布规律,发现隧道埋深较浅时,已开挖段振速峰值大于未开挖段的现象较明显,随着埋深的增加,该现象逐渐消失。

关键词:隧道;爆破;振动效应;已开挖段;振速峰值分布

基于变截面孔隙模型描述岩土介质的渗透及持水特性

张  昭1,程靖轩1,刘奉银*1,齐吉琳1,2,柴军瑞3,李会勇4

(1. 西安理工大学岩土工程研究所,陕西 西安 710048;2. 北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044;3. 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室(西安理工大学),陕西 西安 710048;4. 中国水电基础局有限公司,天津 301700)

摘  要:为研究孔隙变截面特征对岩土介质渗透及持水特性的影响,先构建了圆柱形孔喉–大孔隙联合体组成的变截面孔隙模型。其次,假定孔径分布服从分形分布,基于构建的变截面孔隙模型推得岩土介质的饱和渗透系数函数、相对渗透系数函数及滞回持水曲线的理论表达式。最后,利用已有文献中4种砂岩、8种土的饱和–非饱和渗透试验以及3种土的减、增湿持水试验(含一种黏土的补充持水试验)结果分别验证了理论表达式在表征饱和渗透率与孔隙率关系、相对渗透系数与有效饱和度关系以及滞回持水特性时的有效性,通过计算饱和渗透率及相对渗透系数的预测值与其实测值之间的均方根偏差,发现理论表达式在描述4种砂岩和8种土的饱和–非饱和渗透特性时优于Kozeny-Carman公式和Assouline模型。

关键词:岩土介质;渗透系数函数;持水曲线;变截面孔隙;有效饱和度

射流联合盾构切削钢筋混凝土仿真与试验

庄欠伟1,2,袁一翔*1,徐天明2,张  弛2

(1. 上海大学土木工程系,上海 200444;2. 上海隧道工程有限公司,上海200238)

摘  要:针对传统盾构刀具直接切削钢筋混凝土所产生的弊端,进行磨料水射流联合盾构刀具切削钢筋混凝土研究。通过仿真和试验探究了磨料水射流在不同横移速度下对钢筋和素混凝土的切削效果和切割机理并确定了切割钢筋混凝土的最佳横移速度。研究结果表明:磨料水射流对钢筋和混凝土的切割机理存在差异性,水射粒子对钢筋的切割贡献十分有限;混凝土的切口深度和宽度大于钢筋,对横移速度变化的敏感性小于钢筋;在高横移速度下混凝土切口损伤宽度得到扩大但并不显著、钢筋出现切割残余;切割深度随着横移速度的增加而减小,下降速度由陡变缓;10 mm/min的横移速度较好满足切割C55钢筋混凝土的要求。基于前期研究成果开展模拟盾构切削试验,分析了磨料水射流联合盾构刀具破除C55钢筋混凝土的效果、刀具损伤和参数特征。试验结果表明:磨料水射流联合盾构刀具切削能有效解决盾构刀具直接切削所产生的钢筋缠绕问题,减少了刀具损伤,控制了扭矩峰值。

关键词:隧道开挖;磨料水射流;盾构刀具;钢筋混凝土;仿真

横观各向同性冻胀寒区隧道应力与位移的塑性统一解

张常光1,2,高本贤1,单冶鹏1,李宗辉1

(1. 长安大学建筑工程学院,陕西 西安 710061;2. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059)

摘  要:以统一强度理论作为寒区隧道冻结围岩塑性状态的判定依据,考虑中间主应力效应和横观各向同性冻胀对围岩强度的综合影响,建立了寒区隧道应力与位移的塑性统一解析解,给出冻结围岩塑性状态的判定方法,并对所得解答进行讨论、验证和参数分析。研究表明:统一解的正确性被有关文献的Mohr–Coulomb准则解答和外接圆Drucker– Prager准则解答所验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;中间主应力对冻结围岩位移的影响显著,应考虑中间主应力效应以充分发挥寒区隧道的承载潜能;围岩不均匀冻胀系数和体积冻胀率的增加均导致冻胀力增大,使得寒区隧道稳定性降低,应采取有效保温措施予以缓解围岩冻胀效应。该结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。

关键词:寒区隧道;统一强度理论;冻胀力;中间主应力;横观各向同性冻胀

高铁地基低黏土矿物泥岩微膨胀性定量评定研究

薛彦瑾1,2,王起才*1,2,马丽娜1,2,张戎令1,2,李  盛1,2,张  凯1,2

 (1. 兰州交通大学土木工程学院,甘肃 兰州 730070;2.兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室,甘肃 兰州 730070)

摘  要:微膨胀性地基红层泥岩遇水引起的高速铁路无砟轨道路基上拱,已成为当前阻碍中国高速铁路发展又一关键因素,合理评定低黏土矿物泥岩微膨胀性对高速铁路设计和施工具有重要意义。以兰新高速铁路为依托选取等效蒙脱石含量、 阳离子交换量、 自由膨胀率和液限为微膨胀性判别指标,通过大量现场地基泥岩钻孔实测资料,提出了地基泥岩微膨胀潜势分级标准,采用改进层次分析法、基尼系数法和相对熵理论确定了判别指标组合权重,基于线性综合评定法建立了泥岩微膨胀性定量评价模型。结果表明:判别指标间有一定线性关系,其作为泥岩判别与分级指标具有较好分类特性;泥岩微膨胀潜势分级标准可实现94%样本的3项指标一致性;线性综合评价法克服了同一试样不同指标属于不同等级判别缺陷,可使泥岩微膨胀性进行量化,并得出了泥岩微膨胀潜势定量分级标准;通过室内膨胀力试验验证了泥岩微膨胀性定量评定及分级方法对兰新高铁适用性。研究成果对类似地质条件高速铁路路基长期持续上拱变形的工程控制措施提供理论依据。

关键词:高速铁路;上拱变形;微膨胀性泥岩;评价指标;定量评定模型

基于污染物击穿时间的填埋场复合衬垫厚度简化设计方法

张春华1,吴家葳2,陈  赟3,谢海建*2,4,陈云敏4

(1. 江西理工大学建筑与测绘工程学院,江西 赣州 341000;2. 浙江大学水文与水资源工程研究所,浙江 杭州 310058;3. 浙江大学建筑设计研究院有限公司,浙江 杭州 310028;4. 软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058)

摘  要:通过对中国6个典型垃圾填埋场中渗滤液各组分的实测浓度值的统计分析,并与中国生活饮用水卫生标准中的界限浓度值进行对比分析,确定了以渗滤液中不同污染物组分为指示性污染物时的典型击穿标准和极端情况的击穿标准分别为0.1和0.01。基于已有的污染物在复合衬垫GMB+CCL中的一维运移解析解,在分别考虑了以有机物污染物和无机污染物为击穿指标的情况下,利用数值拟合的方法得到了两种情况下复合衬垫中CCL厚度的简化计算公式。以杭州天子岭垃圾填埋场为例,利用简化计算方法对复合衬垫的厚度设计进行了验证;结果表明,若要保证渗滤液中的Pb击穿GMB/CCL复合衬垫的时间大于50 a,则土工膜下覆的CCL的厚度至少需要0.6 m。

关键词:填埋场;渗滤液;击穿标准;简化计算;复合衬垫系统

深部圆形巷道围岩能量的调整机制及平衡关系

陈昊祥1,2,王明洋*2,戚承志1,李  杰2

(1. 北京建筑大学北京交通基础设施建设国际合作基地,北京 100044;2. 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏 南京 210007)

摘  要:巷道开挖过程中,能量的调整与再平衡会深刻地影响围岩的力学行为,理解围岩中能量的变化规律有助于工程灾变的防控及支护方案的优化。从应力状态与变形协调角度出发,分析了深部圆形巷道围岩的变形破坏模式,研究了准静态、弹塑性卸载条件下围岩中能量的调整机制以及传递、转换规律。在数学上严格证明了围岩内部能量的平衡关系,并详细分析了各组份能量的物理意义。结果表明:能量由外部围岩输入并以径向压力做功的形式向内部围岩传递,此时输入的能量部分以弹性应变能形式储存于围岩内,部分通过塑性变形耗散,剩余部分则通过围岩压力做功的形式释放并用于抵抗支护压力(无支护时,此部分能量将转化为围岩动能),此过程严格满足能量守恒定律。

关键词:深部围岩;准静态卸载;弹塑性;能量调整与平衡

带地连墙异跨地铁车站结构周围地基液化振动台试验

王建宁1,2,杨  靖3,庄海洋*3,付继赛3,窦远明4

(1. 中国机械工业集团有限公司,北京 100080;2. 清华大学土木工程系,北京 100084;3. 南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009;4. 河北工业大学土木与交通学院,天津 300401)

摘  要:地下结构的外部轮廓及其对整体抗侧刚度产生明显改变的附属构筑物都将对主体的抗震性能、变形性态和破坏特征等产生显著影响。通过开展可液化地基土–地下连续墙–异跨地铁车站结构动力相互作用的大型振动台模型试验,对比分析了不同强度地震动作用下模型地基的孔隙水压力发展、加速度响应和地表震陷等动力响应规律。试验结果表明:地连墙和地下结构的存在明显减小了其周围地基的加速度和动孔压比反应,且地基液化程度不同时的影响规律存在明显差异;模型地基对地震动的低频段反应更为强烈,反应谱随地震动强度的增大逐渐向长周期移动;当输入地震动强度较小时,模型结构和场地均出现少许沉降,强地震动作用下的地基土沉陷明显,地下结构呈整体水平上浮状态;模型地基动孔压发展及其分布沿结构纵向变化较小,根据试验结果给出了具体的影响规律及其影响机理。

关键词:地铁地下结构;砂土液化;地震反应;地下连续墙;振动台试验

正交–等值线法在堆石料细观参数标定中的应用

王晋伟1,2,迟世春*1,2,邵晓泉1,2,赵飞翔1,2

(1. 海岸与近海工程国家重点试验室(大连理工大学),辽宁 大连 116024;2. 工程抗震研究所,建设工程学部水利工程学院(大连理工大学),辽宁 大连 116024)

摘  要:针对堆石料离散元模型细观参数标定过程中计算量大的现状,以堆石料室内三轴排水剪切试验为对象,采用正交试验与等值线法相结合的方法,在优化细观参数取值范围和分析宏观响应对细观参数敏感性基础上快速确定了堆石料细观参数。结果表明,多次正交试验可以较快的缩小细观参数取值范围;综合利用正交试验和等值线法的优势能快速标定堆石料离散元模型的细观参数。该方法也为其它材料离散元模型标定细观参数提供了新的手段和思路。

关键词:细观参数标定;正交试验;等值线;堆石料;颗粒流

正断型断裂模拟及其对山岭隧道影响研究

汪  振1,钟紫蓝1,赵  密*1,杜修力1,黄景琦2

(1. 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124;2. 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083)

摘  要:活动断层的运动和与其相交山岭隧道的震害密切相关,是隧道抗震设计所面临的严峻挑战之一。为此,以滇中引水工程香炉山隧洞为研究背景,运用断裂力学中的黏性界面模型结合有限元方法模拟正断层破裂过程。通过震害调查和试验结果对三维自由场的响应进行验证。进一步建立跨断层隧道三维数值分析模型探讨了不同断层错动量和倾角对隧道响应的影响规律,并引入损伤指数建立隧道安全评价的分类标准对结构的震害进行初步评估。结果表明:正断层错动所引起的地表破裂机制主要有弯曲陡坎和断裂陡坎;隧道衬砌的轴向拉应变和环向剪应变在其与断层滑动面相交位置处达到最大;断层错动量和倾角的变化对隧道不同震害状态沿纵向分布有明显影响;随断层倾角的增大,隧道衬砌处于严重损伤和完全损毁状态的长度要明显减小,断层倾角在50°~70°时对结构安全更为不利。

关键词:山岭隧道;正断层;黏性界面模型;破碎带;衬砌响应

粒间摩擦对岩土颗粒材料三维力学行为的影响机制

杨舒涵1,2,周  伟1,2,马  刚1,2,刘嘉英*1,2,漆天奇1,2

(1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072)

摘  要:颗粒间摩擦是影响岩土颗粒材料力学特性的重要因素之一,现有研究主要集中在粒间摩擦对颗粒集合体堆积、宏观剪切强度等的影响,而其在复杂应力路径下对岩土颗粒材料的影响机制尚不明确。采用离散单元法(DEM)进行了颗粒材料的真三轴加载路径数值试验,通过改变颗粒间摩擦系数μ来研究粒间摩擦对颗粒材料宏观力学特性的影响。对比了4种三维强度准则,发现当0.2<μ≤0.5时,Lade-Duncan和Matsuoka-Nakai准则能较好地拟合不同加载路径下的数据点。采用平均接触力将颗粒体系的接触网络划分为强、弱两个子网络,分析了强、弱接触网络的配位数分布、接触力和组构各向异性等。结果表明在峰值剪应力状态,随着颗粒间滑动摩擦系数μ的增加,强接触网络中参与形成“力链”的颗粒数目基本不变,但强接触网络中颗粒间法向接触力明显增加以及法向接触力各向异性加强,这是导致宏观抗剪强度增大的主要原因。而弱接触网络的配位数分布随μ值明显变化,其对颗粒体系剪胀程度的增加贡献显著。

关键词:离散元;粒间摩擦;真三轴数值试验;强弱接触网络;三维强度准则;接触组构

疏干条件下隧洞涌水量及孔压分布解析研究

吴  建,周志芳*,庄  超

(河海大学地球科学与工程学院,江苏 南京 211100)

摘  要:隧洞涌水和孔隙水压力计算一直是地下工程领域最为关注的焦点问题,然而对于疏干条件下隧洞涌水量及衬孔隙水压力的变化规律仍未得到很好的解决。针对浅埋、深埋及衬砌隧洞分别进行解析分析,然后利用数值计算方法反算出关键参数(影响距离、等效地下水位及衬砌等效地下水位)的计算公式,进一步提出了隧洞涌水量的解析公式,探讨了孔隙水压力的分布规律。结果表明,疏干条件下隧洞涌水量取决于隧洞半径、初始地下水位高度及围岩与衬砌相对渗透性,其中围岩与衬砌相对渗透性起到决定性因素;衬砌圈显著改变了隧洞涌水量大小与外水压力分布规律,随着相对渗透性的增大,孔压解析解与数值解的拟合程度逐渐提高;通过与传统解析公式及数值的相互对比,提出的解析公式真实刻画了浅埋、深埋和衬砌隧洞渗流场特征,计算结果更加合理和准确。

关键词:隧洞;涌水量;孔隙水压力;解析公式;数值模拟

超固结土中排水圆孔扩张弹塑性UH解

武孝天,徐永福*

(上海交通大学土木工程系,上海 200240)

摘  要:目前超固结土中圆孔扩张排水解无法合理考虑超固结土的应力–应变关系和三维强度效应,因而其解答与实际情况存在一定偏差。现有研究表明三维统一硬化(UH)本构模型可以合理描述超固结土的力学特性,基于该模型推导了超固结土中柱孔和球孔扩张的排水半解析解。为得出该问题的精确解答,通过引入辅助变量并联合UH模型、应力转换法和大应变理论等,将弹塑性圆孔扩张问题归结为非线性微分方程组的初值问题。解答中孔周无弹性区,所需的岩土参数与剑桥模型相同。通过与基于修正剑桥模型的解答相对比,详细研究了圆孔扩张过程中孔周超固结土应力场和体积的变化规律。结果表明,预测结果合理模拟了超固结土的剪缩和剪胀、峰值强度、超固结比和潜在强度的衰化以及三维强度效应等特性,因此可以广泛应用于超固结土地区的扩孔工程分析。

关键词:柱(球)孔扩张;超固结土;UH模型;三维强度;排水

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积与黄原胶联合防风固沙室内试验研究

吴  敏,高玉峰,何  稼*,刘  阳

(河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210024)

摘  要:大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术(SICP)是一种新型环保生物加固土体技术,黄原胶是一种新型环境友好型土体改良材料,将大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术与黄原胶相结合,对前者进行优化改进。通过表面强度试验发现,黄原胶能提高SICP固土所得表面强度,且表面强度随着大豆脲酶胶结液浓度和黄原胶浓度上升而上升。通过风沙吹蚀试验,测定试样在不同强度不含沙风蚀和含沙风蚀下的质量损失率并观测表面硬壳破损情况,发现仅用SICP技术处理的试样具有较好的抵抗风沙侵蚀能力,黄原胶的加入进一步优化了其抵抗能力,降低了试样质量损失率,且表面硬壳层保存更加完好。此外,试验考虑风夹带沙侵蚀作用,由于沙颗粒的冲击和磨蚀,含沙风蚀破坏作用强于净风吹蚀,处理所得强度最低的试样在15 m/s不含沙风蚀1 h工况下,质量损失率仅为3.8%,而在同等含沙风蚀工况下,质量损失率达66.7%,说明考虑风沙吹蚀是必要的。同时发现,经过处理的土体,其抗风能力和表面强度之间有较强的正相关性。通过SEM扫描电镜试验观察其微观结构,发现胶体的包裹黏结和持续硬化,可能使得碳酸钙与土颗粒之间的胶结更为紧密。

关键词:SICP;黄原胶;防风固沙;表面强度;风蚀试验;SEM扫描电镜试验

膨胀土裂隙发育的厚度效应试验研究

骆赵刚1,汪时机*1,2,张继伟1,杨振北1

 (1. 西南大学工程技术学院,重庆 400715;2. 长江师范学院土木建筑工程学院,重庆 408100)

摘  要:膨胀土的裂隙开展受到许多因素的影响,包括自身的土体性质,环境状况,边界条件、土体尺寸等。厚度对膨胀土等黏性土体的开裂规律具有重要的影响,为了探究这种重要因素在膨胀土失水收缩开裂过程中的具体影响规律,试验设置了4个具有不同厚度的大直径圆形泥浆试样。运用图像处理技术,通过记录试样的裂隙演化过程及质量的变化,定量分析裂隙面积分形维数、长度分形维数等指标随含水率下降的动态变化关系。试验结果发现:①厚度对膨胀土失水收缩开裂及裂隙扩展过程有明显影响,厚度较小的试样其裂隙发育充分,裂隙密集细长而纹理丰富;厚度较大的试样裂隙发育单一,裂隙宽大而边界效应明显,通过提出厚度和试样直径的比值,可以初步预估试样的裂隙发育情况;②裂隙面积分形维数受厚度的影响较小,而裂隙长度分形维数受厚度的影响较大,结合两者可以有效地对裂隙形态及分布进行表征,裂隙最终的长度分形维数一般在1~1.5,而面积分形维数基本维持在1.6~1.7。此外,结合土体开裂的张拉破坏理论以及试样的收缩蒸发情况,对厚度影响下的土体开裂差异进行了理论分析,进一步探究了裂隙的扩展规律。

关键词:膨胀土;厚度效应;裂隙演化;分形维数;定量化

模拟海水环境下MICP固化钙质砂的力学特性

李  昊,唐朝生*,刘  博,吕  超,程  青,施  斌

(南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023)

摘  要:钙质砂广泛分布于近海大陆架、海岸带及大洋岛礁,具有低强度和易破碎的特点,且长期受风浪侵蚀。为了改善钙质砂的力学特性,提出了基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)固化技术,并在模拟海水环境中开展了一系列固化试验,测试了试样的无侧限抗压强度,同时与淡水环境下获得的试验结果进行了对比分析。此外,试验通过设置不同尿素浓度(0.25,0.5,1.0和1.5 mol/L)的胶结液,探究了尿素浓度对MICP固化钙质砂力学性能的影响及机理。研究结果表明:①MICP技术能够适用海洋环境,且对钙质砂的加固效果比淡水环境更佳,在海水环境中固化后试样的无侧限抗压强度相比淡水环境得到了成倍提高;②海水的弱碱性环境对提升脲酶菌活性和MICP固化效果具有积极作用;③尿素浓度对MICP的固化效果有重要影响,试样的无侧限抗压强度随尿素浓度的增加呈先增加后减小趋势,本次试验发现最优尿素浓度为1.0 mol/L;④MICP固化试样的无侧限抗压强度与微生物诱导生成的碳酸盐含量呈正相关关系。

关键词:海水环境;MICP;钙质砂;力学特性;碳酸盐含量;尿素浓度

深水海洋环境下砂土换填地基振冲加固应用研究

秦志光1,2,袁晓铭1,牛  犇2,曹振中*3

(1. 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080;2. 中交四航工程研究院有限公司中交交通基础工程环保与安全重点实验室,广东 广州 510230;3. 桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室,广西 桂林 541004)

摘  要:海洋环境特殊、场地条件较陆地更加复杂,水深超过20 m地基无料振冲加固尚无工程实践、技术标准、工艺参数借鉴与参考,现行有关振冲的规范与技术标准主要针对陆地地基,且基于早期、装备相对落后的工程经验认识。在科特迪瓦阿比让港口水深20~25 m条件下对原状地层进行基槽开挖、中粗砂换填,并采用100,180,230 kW的振冲器对换填砂层进行无填料振冲加固处理,分析常用振冲器在深水海洋环境下容易出现的问题,探讨深水海洋环境下换填砂土地基的单次加固深度、施工效率、加固效果、工艺参数等。结果表明:①海洋环境中振冲器容易出现脱焊或断裂、腐蚀而加速损坏、难以振冲至预定深度等问题,应慎重选择合适的振冲设备;②水深对振冲器加固深度影响十分显著,100,180,230 kW振冲器的单次加固深度分别为4~6 m,6~8 m,8~10 m,明显低于同等条件下陆地地基加固深度;③单个振冲孔的水平加固面积作为施工效率的评价标准,180 kW较100 kW振冲器的施工效率高56%,230 kW较100 kW的施工效率高125%;④深20~25 m、振冲器功率100~230 kW、处理厚度10~19 m、水平间距2~3.5 m、留振时间30 s等阿比让港口的振冲基本工艺参数,可为今后“一带一路”港口工程、岛礁吹填等海洋工程地基加固处理提供参考。

关键词:深水;海洋岩土工程;换填地基;水下振冲;工艺参数

土石混合体—基岩界面剪切力学特性试验研究

杨忠平1,2,3,蒋源文1,2,3,李诗琪1,2,3,李  进1,2,3,胡元鑫4

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学),重庆 400045;3. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆),重庆 400045;4. 渝武机场建设指挥部,重庆 401120)

摘  要:填方体–下伏基岩接触面间的剪切强度是控制高填方体或堆积体边坡稳定性的重要因素,界面强度参数取值是高填方工程设计的重要参数之一。通过较系统地室内大型直剪试验探讨了接触面粗糙度对土石混合料–基岩接触面剪切力学特性的影响。结果表明:在低法向应力作用下,剪应力–剪切位移曲线前期呈现出应变硬化现象,后期呈现出塑性应变现象,且接触面粗糙度越大接触面发生剪切破坏时变形越小;在高法向应力作用下,曲线呈现出应变硬化现象,无明显峰值;相同法向应力水平作用下,接触面粗糙度越大,土石混合体–基岩接触面剪切刚度越大。剪切界面上块石的破碎形态可分为完全破碎、部分破碎和表面磨损3种,随着接触面粗糙度的增加,剪切界面上块石的破碎总数也增加。接触面的抗剪强度、内摩擦角和表观黏聚力随着接触面粗糙度的增加而增大,相比于内摩擦角,接触面的表观黏聚力增大较为明显。接触面粗糙度对剪切带宽度有影响作用,表现为接触面粗糙度越大,剪切带越宽。

关键词:土石混合体;基岩界面;粗糙度;剪切特性;块石破碎

固化/稳定化和软土加固污染土的强度和浸出特性研究

王  菲1,2,徐汪祺1

 (1. 东南大学交通学院岩土工程研究所,江苏 南京 210096;2. 剑桥大学工程系,英国 剑桥 CB2 1PZ)

摘  要:研究了固化/稳定化和软土加固两种土壤搅拌技术修复英国Yorkshire郡的重金属及有机物复合污染土的强度和浸出特性。使用的固化剂为氧化镁和高炉矿渣。选取现场固化/稳定化和软土加固处理后取回实验室分别养护1.5 a和1 a的试样,开展了无侧限抗压强度和浸出试验,研究了场地深度对两种技术处理复合污染土的强度和浸出特性的影响。研究结果表明,氧化镁–高炉矿渣可以显著提升污染土强度,固化土无侧限抗压强度均值均超过英国的设计值350 kPa;浸出结果表明修复后除部分样中Ni不达标,Cu和Pb的浸出浓度均达到英国饮用水标准。氧化镁和高炉矿渣联合使用可以有效固化Ni。相较于软土加固技术,固化/稳定化技术修复污染土pH值更高、Ni浸出浓度和有机物浸出浓度更低,在固化重金属和有机物复合污染土方面效果更加显著。场地深度对修复后污染土的性质影响微弱。

关键词:固化/稳定化;软土加固;无侧限抗压强度;浸出试验

基于广义S变换的不同类型泥石流声波试验研究

胡至华1,2,胡雨豪3,马东涛*1,袁  路4,李  梅5

(1. 中国科学院优德w88苹果手机下载成都山地灾害与环境研究所,中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室,四川 成都 610041;2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 中煤科工集团重庆设计研究院有限公司,重庆 400016;4. 成都城投建设集团有限公司,四川 成都610037;5. 中国地质大学(北京),北京 100083)

摘  要:开展稀性、过渡性、黏性泥石流等3类泥石流声波模型试验后,通过引入窗函数参数,提出一种广义S变换,分析不同类型泥石流声波信号的时频特征,针对传统傅立叶变换的不足,运用小波包变换方法,提取声波信号的频带能量分布特征。研究表明:①相比较传统的时频分析手段,广义S变换具有优良的时频聚焦性和分辨率;②随着泥石流重度的增加,泥石流峰值频率向低频移动;③经小波包变换可将信号分解为8个频段(0~6.25,6.25~12.5,12.5~18.75,18.75~25,25~31.25,31.25~37.5,37.5~43.75,43.75~50 Hz),稀性泥石流主要分布在S6-8,过渡性和黏性泥石流能量集中于S2-4内;④基于声波信号频率区间和频带能量可综合识别不同类型泥石流。

关键词:泥石流类型;声波信号;广义S变换;小波包变换;频带能量

 

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日期:2020年10月21日 09:33:23点击数:字号:【

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