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超挖引起双排桩支护基坑倾覆型连续破坏机理研究

郑  刚1,2,衣  凡1,黄天明3,程雪松*1,2,俞丹瑶1,雷亚伟1,4,王若展1

(1. 天津大学建筑工程学院,天津 300350;2. 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300350;3. 浙江浙峰工程咨询有限公司,浙江杭州 310000);4. 中国建筑第二工程局有限公司,北京 100160)

摘  要:基坑事故屡有发生,其中不乏由于局部超挖引起的倾覆型连续破坏事故,然而此类连续破坏的机理和评价指标尚缺乏研究。为此,以某双排桩基坑倾覆垮塌事故为依托,采用有限差分法,研究了局部超挖对双排桩内力、变形及稳定性的影响,并提出抗倾覆稳定状态值(即桩在施工过程中任一时刻所受的抵抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值)作为实时判断支护桩倾覆稳定状态的指标。结果表明,局部超挖发生后,倾覆破坏主要通过主动区土拱效应及冠梁的荷载传递作用向超挖区外传递,支护结构稳定状态值瞬间减小,其最小值决定了支护结构是否发生倾覆型连续破坏及其扩展范围。当稳定状态值不考虑冠梁荷载传递作用时,倾覆破坏的范围在超挖区外将被严重低估。对于倾覆型连续破坏,冠梁不能降低连续破坏发生风险,反而会加重超挖区以外的倾覆程度,扩大倾覆垮塌范围,与在弯曲型连续破坏中的作用不同。施工过程中的不利工况,如超载及振动荷载扰动,会加剧倾覆破坏的程度,扩大倾覆型连续破坏的范围。

关键词:基坑;局部超挖;倾覆破坏;连续破坏;有限差分法

海底盾构隧道–竖井连接部位三维非线性地震反应特性

陈国兴1,2,卢艺静1,2,王彦臻1,2,阮  滨3

(1. 南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京 210009;2.江苏省土木工程防震技术研究中心,江苏南京 210009;3. 华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074)

摘  要:海底盾构隧道–竖井连接部位在地震作用下易发生损坏。以汕头海湾海底隧道为例,考虑海床土体和混凝土的非线性,利用多点约束与连接单元模拟管环间的螺栓连接,经幅值标定的不同特性的强震记录作为输入基岩地震动,采用动力时程法(纵轴向+横向+竖向震动、纵轴向+竖向震动)与广义反应位移法(纵轴向+横向+竖向震动)对比分析了盾构隧道–竖井连接部位的三维非线性地震反应特性。不同特性的地震动作用下,多点约束与连接单元能有效模拟盾构隧道管环间的变形特性,管环拱顶与外拱肩处的张开量较大;竖井在与竖轴共轭45°方向上的损伤严重、应力集中显著;低频丰富的地震记录激励比高频发育的地震记录激励对该连接部位的影响更大。隧道–竖井接头处的地震变形与应力远大于距离接头较远处隧道管环的地震变形与应力,且横向地震激励的影响不容忽视。两种方法计算的连接部位沿隧道纵向的地震反应特征一致,但广义反应位移法计算的隧道、竖井的地震反应明显大于动力时程法的结果。

关键词:隧道–竖井连接部位;动力时程法;广义反应位移法;管环间张开量;地震损伤

一种实用型深海能源土多场耦合离散元数值方法

蒋明镜1,2,3,4,陈意茹1,卢国文1

(1. 天津大学建筑工程学院,天津300350;2. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300350;3. 同济大学土木工程防灾重点实验室,上海200092;4.同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092)

摘  要:水合物储量丰富且污染小,是全球关注的未来绿色能源。而水合物的大规模开采将致使水合物沉积物(即能源土)力学性质劣化,从而引发出砂、海底滑坡等工程和地质灾害,制约水合物的安全高效开采。针对目前大多数多场耦合分析框架无法准确描述颗粒运移等大变形问题,基于离散元商业计算软件Particle Flow Code (PFC)和含水合物多孔介质的多相流分析程序TOUGH+HYDRATE (T+H),构建了一种实用型水合物开采多场耦合分析框架T+H+PFC。通过将力学计算模块PFC所得孔隙率参数和T+H计算所得温度、压力、盐浓度信息交换、更新,实现了T+H与PFC的耦合计算。然后,通过一维固结和一维热传导试验验证了该耦合程序的有效性。最后,模拟分析了一维降压、升温开采下能源土动态响应的与水合物弱化过程。结果表明,耦合模拟与试验结果较为吻合,T+H+PFC在多场耦合下水合物开采引起的地层变形、出砂、海底滑坡等问题分析中具有良好的应用前景。

关键词:能源土;水合物开采;数值模拟;离散单元法

盾构隧道泥水劈裂三维数值模拟

陈铁林,周墨臻*

(北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京100044)

摘  要:泥水盾构法是一种重要的隧道施工方法,在复杂工程条件下易发生泥水劈裂破坏,目前国内外对泥水劈裂机理的研究还没有十分有效的方法。发展了基于弥散裂缝模型和流体体积法的泥水劈裂三维数值算法,自主研发了相应的有限元计算程序,开展了盾构隧道泥水劈裂的三维数值模拟,研究了盾构隧道泥水劈裂形态、劈裂过程及其引起的地层位移变化,对比分析了土体黏聚力、内摩擦角、弹性模量和隧道尺寸对泥水劈裂形态及劈裂压力的影响。结果表明,劈裂面扩展至地表后,将在盾构机顶部土层内形成下窄上阔的梯形状块体,地层隆起变形主要发生在该块体内。相较于中小直径隧道,大直径隧道的劈裂路径更短,且启裂之后更容易扩展,劈裂风险更高。

关键词:盾构隧道;泥水劈裂;有限元;劈裂扩展;劈裂压力

基于严格滑移线场理论临坡条形基础地基极限承载力分析

李承超1,2,关云飞*1,蔡正银1,姜朋明2,韩  迅1

(1.南京水利科学研究院岩土工程研究所,江苏南京210024;2.苏州科技大学土木工程学院,江苏苏州 215009)

摘  要:临坡地基极限承载力的计算是岩土工程中的常见问题,欲求得其精确解,必须同时满足静力平衡条件和机动许可条件。基于严格滑移线场理论,利用特征线方程和三类基本边值问题构造同时满足应力边界条件和速度边界条件的滑移线场,并提出临坡地基5种单侧破坏模式,最终求得相应的地基极限承载力。利用上述方法,分析了土体剪切强度、边坡几何形状以及基础与坡肩相对位置对临坡地基极限承载力和破坏机理的影响。研究结果表明:计算结果与已有模型试验结果较为吻合。同时,临坡地基极限承载力随土体剪切强度的增大而增大,但随边坡高度和坡角的增大而减小。当边坡高度达到临界高度时,地基极限承载力不再随之发生变化。此外,极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而增大,并最终达到稳定。当基础放置位置达到临界值时,边坡稳定性对极限承载力不再产生影响,此时临坡地基整体结构服从Prandtl地基承载力破坏。随着基础与坡肩相对距离的增加,临坡地基的破坏模式由坡面承载力破坏,逐渐过渡到坡面滑动破坏或深部滑动破坏,并最终达到Prandtl地基承载力破坏,在此过程中临界滑动范围不断增大直至服从平地地基破坏模式,从而导致了极限承载力先增大后保持不变的过程。

关键词:临坡地基;极限承载力;滑移线场理论;边值问题

温度变化对深基坑内支撑轴力和变形的影响研究

金亚兵,沈  翔*,劳丽燕

(深圳市地质局,广东 深圳 518023)

摘  要:温度变化对深基坑内支撑轴力和变形的影响明显,当支撑长度和断面尺寸较大时,温差引起的内支撑轴力和变形增量不容忽视。基于内支撑–支护桩–土相互作用且变形协调的前提,提出了采用弹性抗力法对单道支撑和多道支撑的温度应力简化计算方法。结合多道内支撑的深基坑工程案例,采用自主研发的地质灾害与工程结构安全自动化监测预警平台(简称监测平台),实现了深基坑内支撑系统温度变化影响的实时、连续、在线的自动化监测。监测结果验证了本文提出的多道水平支撑温度应力简化计算方法的可行性和可靠性;证明了监测平台是深基坑支撑轴力和变形实时、连续、在线最有效的监测方法。

关键词:深基坑;内支撑;温度;轴力;变形

半无限空间饱和土一维热固结精确积分解

钮家军1,2,王秀凯1,2,凌道盛*1,2,巩师林1,2,石吉森1,2

(1. 浙江大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058)

摘  要:基于Coussy提出的饱和多孔介质热–水–力耦合理论,给出考虑热渗效应和等温热流效应的饱和土热固结耦合控制方程,然后通过正弦和余弦变换方法,结合Hamilton-Cayley定理,给出了两类任意非齐次边界条件下,半无限空间饱和土一维热固结精确积分解的求解方法,避免了Laplace变换处理复杂边界问题时的数值反演。最后,通过算例验证了本文解析解的正确性,并分析了半无限空间表面透水或不透水时,饱和土体在季节性温度荷载作用下的温度、超静孔压和位移响应特性。结果表明:温度、超静孔压和位移受季节性温度荷载影响而呈现周期性波动,表面不透水情形的土体超静孔压和位移响应明显高于相应的表面透水情形的土体响应。

关键词:半无限饱和土;一维热固结;正弦和余弦变换;精确积分解;季节性温度荷载

考虑土拱渐进发展的松动土压力研究

雷华阳1,2,刘  旭1,加  瑞1,施福硕1,许英刚1

(1. 天津大学建筑工程学院,天津 300350;2. 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300350)

摘  要:结构上方土压力的确定是顶管工程设计和施工中的重要环节,施工中地层损失所引起的上方土体相对滑动使得竖向土压力减小,即形成土拱效应。在Terzaghi松动土压力模型的基础之上,通过水平微分土条的主应力轴偏转角的分析构建了平衡方程,考虑了施工深度以及地层损失对滑移破坏面形态的影响,并利用土拱形成的初始状态和稳定状态的边界条件分别进行了求解计算,分析了土拱效应的渐进发展趋势。经过对比分析,验证了计算模型的合理性,结合顶管施工的实际情况,探究了土体剪胀角和摩擦角对土拱效应的影响,为顶管施工中的土压力计算提供参考依据。

关键词:松动土压力;土拱效应;应力偏转;渐进发展;等沉面高度

含石率对土石混合体–基岩界面剪切力学特性的影响

杨忠平1,2,3,李  进1,2,3,蒋源文1,2,3,胡元鑫4,赵亚龙1,2,3

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,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:土石混合体与基岩接触界面是高填方体边坡和天然斜坡失稳不容忽视的潜在滑移面。通过室内大型直剪试验和离散元数值模拟探究了含石率对土石混合体—基岩界面剪切力学特性的影响及接触面剪切破坏机理。结果表明:土石混合体—基岩界面的剪应力–剪切位移曲线随法向压力的增大有由应变软化向应变硬化转变的趋势;剪应力–剪切位移曲线出现“V型跳跃”主要与颗粒破碎、转动和翻越有关;土石混合体—基岩界面抗剪强度和抗剪强度指标随含石率的增加先增大后减小,存在着最优含石率,但内摩擦角φ变化不大,在38°左右波动;剪切带的分布和形态受含石率和法向压力影响显著,法向压力和含石率越高,剪切带就越厚;剪切带内的块石破坏表现为表面研磨、局部破碎和完全破碎3种模式;法向压力和含石率都是影响相对破碎率Br的主要原因,表现为随着含石率和法向压力的增加,块石相对破碎率不断增加。

关键词:土石混合体;含石率;基岩界面;剪切特性

考虑应力路径和颗粒破碎影响的钙质砂剪胀特性及剪胀方程研究

罗明星,张季如*,刘晓璇

(武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430070)

摘  要:钙质砂的剪胀特性受应力路径和颗粒破碎的共同影响。为了探讨钙质砂在不同应力路径下的剪胀特性,进行了一系列不同固结压力和应力路径组合的排水三轴压缩试验。结果表明:应力路径和颗粒破碎对钙质砂的剪胀特性有重要影响。不同应力路径下钙质砂的剪胀比与应力比的关系存在显著差异。相同应力比下的剪胀比,等围压试验的最大,等轴向应力试验的最小,等平均主应力试验的居中。峰值应力比对应的剪胀比随峰值应力比的增大而减小且为线性关系,随颗粒相对破碎率的增大而增大并近似呈幂函数关系,应力路径对这些关系的影响不大。忽略应变软化阶段的剪胀比与应力比相关的参数大致呈线性关系,其直线斜率与应力路径和固结压力相关。基于试验结果,提出了一种与应力路径和颗粒破碎相关的剪胀方程并进行了试验验证,显示出剪胀方程对不同类型的粒状土均具有较好的适应性。

关键词:钙质砂;剪胀特性;剪胀方程;应力路径;颗粒破碎

 冻融后不同含水率红砂岩三轴蠕变特性及损伤模型研究

万  亿1,陈国庆*1,孙  祥1,张广泽2

(1. 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;2. 中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都 610031)

摘  要:针对寒区自然环境对岩体长期稳定性的影响,以川藏铁路沿线的红砂岩为研究对象,对不同含水率的岩样进行了冻融后核磁共振检测及三轴蠕变试验。试验结果表明,含水率的增加促进了冻融循环过程中红砂岩内各尺寸孔隙的发育扩展,且冻融后红砂岩中孔的发育程度最高;在长期荷载作用下,冻融后红砂岩的时效变形特征呈现明显的软化趋势,随着含水率的增加,冻融后红砂岩的蠕变量及蠕变速率随之增大,而荷载等级及长期强度显著降低,破坏断面由单一剪切向张拉劈裂型逐渐演变。根据试验结果,基于损伤力学原理建立一种考虑冻融及含水劣化的西原模型,并通过弹塑性力学理论将其扩展为三维形式,采用通用全局优化算法对模型进行参数辨识,借此揭示了模型参数及劣化系数随冻融循环次数及含水率的变化规律。通过FLAC3D岩石三轴蠕变仿真模拟,验证模型能较好地反映冻融后不同含水率红砂岩全阶段蠕变特征。研究结果可为川藏线寒区岩土工程长期稳定性提供科学依据及技术参考。

关键词:红砂岩;三轴蠕变;损伤力学;本构模型

含砾滑带土残余强度与剪切面粗糙度的细观响应机制

任三绍1,2,3,张永双*1,3,徐能雄2,吴瑞安4

(1. 中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄 050061;2. 中国地质大学(北京),北京 100083;3. 中国地质调查局第四纪年代学与水文环境演变重点实验室,河北 石家庄 050061;4. 中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081)

摘  要:含砾滑带土的力学性质与剪切面细观结构紧密相关,定量化表征剪切面的粗糙度对于揭示含砾滑带土残余强度变化的细观机制具有重要意义。基于反复直剪试验和高精度三维激光扫描技术,对含砾滑带土剪切面的粗糙度进行了定量刻画,并剖析了其与残余强度参数之间的关系,结果表明:滑带土剪切面摩擦系数与粗糙度呈较明显的相关性;砾石是滑带土残余强度变化的内在因素,垂向应力和水是残余强度变化的外部因素。含砾滑带土的残余强度由剪切面砾石的接触性质和剪切面的起伏程度共同决定:砾石含量决定了咬合摩擦接触面的数量,随含石量增大,剪切面中咬合摩擦接触面增加;砾石最大粒径控制了接触面积和夹角,粒径越大,咬合摩擦越大;垂向应力的压实作用和水的软化作用有助于咬合摩擦向滑动摩擦转化,减小滑带土的残余强度。

关键词:含砾滑带土;残余强度;剪切面粗糙度;三维激光扫描;细观机制

基于XSite的钻孔起裂水力裂缝三维扩展研究

赵凯凯1,2,3,张  镇1,3,4,李文洲1,3,4,王小华5,6,伊  康1,3,4,孙卓越1,3,4

(1. 中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;2. Engineering Geology and Resource Geotechnics Group, SimonFraser University,Burnaby, BC,Canada V5A 1S6;3.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京 100013;4. 中国煤炭科工集团有限公司,北京 100013;5. 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室,上海 200092;6.同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092)

摘  要:为了认识近井筒水力裂缝三维扩展特征,采用基于离散格点理论和合成岩体方法研发的数值模拟软件XSite,分析了井筒方位和地应力对水力裂缝三维扩展的影响。研究结果表明:裸眼井筒起裂条件下,井筒方位变化导致裂缝三维形态产生差异,但整体上裂缝趋向沿垂直于最小主应力的平面扩展。中间主应力的增加抑制了垂直于本方向的裂缝扩展,裂缝在中间主应力方向的扩展轨迹变得更加平直。低应力比(最大主应力与最小主应力之比)条件下,井筒上产生多条裂缝分支,趋向于形成空间缝网。随应力比增加,裂缝分支扩展受到抑制,主裂缝趋于沿最大主应力方向扩展。对于预制切槽压裂情况,裂缝沿切槽方向扩展后会逐渐偏转至垂直于最小主应力的平面,裂缝并未产生多条分支。水力裂缝最终扩展方向不受起裂方式的控制,而是由地应力主导。研究结果可为优化水力压裂设计和施工提供参考。

关键词:水力压裂;扩展形态;钻孔起裂;地应力;格点法

基于WUS概率密度权重法的边坡稳定系统可靠度分析

姬  建1,2,王乐沛1,廖文旺1,张卫杰1,2,朱德胜3,高玉峰*1,2

(1. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210029;2. 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210029;3. 扬州大学建筑科学与工程学院,江苏 扬州 225127)

摘  要:复杂边坡工程中由于边坡土体分层或土体参数的不确定性等因素,边坡失稳往往会发生在多个潜在失稳滑面,因此,采用单一临界确定性滑面或临界概率滑面对边坡系统可靠度进行分析会极大低估其失效概率。运用WUS(WeightedUniform Simulation)方法对边坡系统可靠度进行了概率分析,运用4个多层边坡算例演示WUS对于边坡系统可靠度分析的良好适用性。分析结果表明,该方法对高维、隐式极限状态方程下的多层土边坡问题分析精度较高的同时,可极大减少边坡模型计算样本数,例如,对于边坡可靠度分析MCS通常需要104以上的样本量,而WUS仅需500组左右即可满足精度要求。通过对原始WUS算法的修正,在样本量足够的情况下,修正WUS法能更加高效计算得到复杂边坡系统失效概率,并且可以自动摒弃冗余失效模式而得到较为准确的多失效模式所对应的多组可靠度参数设计点,即MPP(Most ProbableFailure Point),进而高效识别出多层土复杂边坡的代表性滑动面,为边坡安全及失稳灾害防治提供重要的参考价值。

关键词:边坡稳定;多滑裂面识别;WUS抽样模拟;系统可靠度;蒙特卡洛模拟

一种改进的盾构隧道双层衬砌计算模型及其工程应用

王  俊1,徐国文*2,蔚艳庆1,何  佳1,何  川2,王士民2

(1. 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610041;2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川成都 610031)

摘  要:提出一种改进的盾构隧道双层衬砌计算模型,该模型可以反映接头抗弯刚度的非线性以及管片与二次衬砌接触面压剪弹簧失效机理。采用该模型对狮子洋隧道衬砌的力学行为进行了分析,结果表明:①管片结构最大正负弯矩随接头抗弯刚度增大而增大,而二次衬砌内力及管片结构最大轴力受接头抗弯刚度影响较小;②若不考虑管片与二次衬砌接触面的接触弹簧失效,将会使得计算结果量值偏大;③当盾构隧道所处岩层均匀时(t/D=0或1,t为结构范围内软弱层的厚度,D为隧道直径),全环各个位置处接头刚度值差别不大,当岩层不均匀时,接头抗弯刚度的取值差异分布显著;④径向弹簧、切向弹簧受力的最大值与平均值随着t/D的增加呈增大的趋势。

关键词:盾构隧道;双层衬砌;抗弯刚度;接触面;弹簧

钙质砂临界状态随颗粒破碎演化规律分析

王  刚1,2,杨俊杰1,2,王兆南1,2

(1. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆 400045;2. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045)

摘  要:根据物理试验揭示的钙质砂颗粒破碎特征和发展规律,建立了可进行钙质砂三轴试验的离散元数值模型。首先通过预压均匀级配的钙质砂破碎生成不同初始级配的试样,进行不破碎三轴剪切过程的数值试验,以确定临界状态与固定级配的对应关系。结果表明,一个固定级配对应一条固定的临界状态线,在压缩平面内各固定级配临界状态线基本平行但是位置随颗粒级配的拓宽(颗粒破碎程度的增大)而逐渐降低。然后,采用相同均匀级配的试样,进行加载过程颗粒可破碎的三轴试验,以揭示实际三轴试验中临界状态线的变化机理。结果表明,在e–p–Br三维空间中,可破碎三轴试验的各临界状态点都落在由固定级配临界状态线所确定的破碎临界状态面上,说明临界状态由最终的颗粒级配决定,而与产生该颗粒级配的过程无关。实际物理试验中,不同围压和应力路径达到临界状态时颗粒破碎程度的不同是导致实测临界状态线出现复杂变化的机理;在三轴压缩剪切情况下,颗粒破碎程度基本随着有效球应力的增大而增大,所以实测的颗粒破碎临界状态线相对于固定级配的临界状态线呈现出旋转的变化。

关键词:颗粒破碎;钙质砂;离散元;级配演化;临界状态

 考虑初始状态影响的膨胀土一维膨胀特性研究

叶云雪1, 2,邹维列2,韩 仲*2,谢  鹏3,张俊峰4,徐永福5

(1.南昌航空大学土木建筑学院,江西 南昌330063;2.武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉430072;3.广东省建筑科学研究院集团股份有限公司,广东 广州 510500;4.中建三局集团有限公司,湖北 武汉 430074;5.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240)

摘 要:以南阳中膨胀土为研究对象,通过室内一维膨胀特性试验和土水特性试验探究不同初始状态(包括吸力、含水率和干密度等)影响下非饱和重塑土膨胀率或膨胀力的演化规律。试验结果表明,在不同初始含水率下,无荷膨胀率与初始吸力呈幂函数关系,且与初始干密度无关;膨胀力随初始干密度的增加呈幂函数增大,而膨胀力随初始含水率的增加却是先增大后减小;膨胀力与初始干密度和最终吸水量均呈幂函数关系,给出初始干密度–最终吸水量–膨胀力的三变量模型;构建了全吸力范围内初始含水率–初始干密度–初始吸力–膨胀力的统一模型;所提模型不仅参数少,方程左右量纲统一,且与试验数据具有良好的一致性,便于工程应用。

关键词:膨胀土;膨胀特性;土水特性;初始状态;模型

低频振动对低渗透砂岩试样铀浸出过程孔隙率的影响

赵  勇1,2,李熙琪1,刘  军3

(1. 南华大学资源环境与安全学院,湖南 衡阳 421001;2. 中国原子能科学研究院核安全研究所,北京 100000;3. 中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400039)

摘  要:为提高低渗透砂岩渗透率,将低频机械振动引入CO2+O2浸出铀过程,针对低频机械振动作用下砂岩孔隙率、渗透率变化展开研究。建立化学侵蚀、物理机械振动共同作用下振动损伤孔隙率方程和渗透率表达式,采用自制的振动浸出试验系统对低渗透砂岩试样进行振动浸出试验,以检验方程的正确性及研究振动对渗透率的影响特性。结果显示:低频振动增大了低渗透砂岩试样孔隙率,显著提高了渗透率。试验条件下振动渗透率增量值可达3.265 md,相比未振动作用提高了6.34倍,并且试验实测渗透率增量值、计算渗透率增量值、计算孔隙率值变化规律相同,计算渗透率增量值和实测渗透率增量值变化范围基本吻合。表明振动使砂岩试样受到损伤,从而孔隙率变大,有效提高了渗透率。因此,方程计算能正确反映不同振动频率、振动作用时间下砂岩试样孔隙率、渗透率的变化规律及渗透率的变化范围,从而为CO2+O2原地浸出低渗透砂岩提供理论依据。

关键词:CO2+O2浸出;低频机械振动;物理化学损伤;孔隙率;渗透率

粗粒土三轴试验橡皮膜嵌入量测量方法研究

徐卫卫1,陈生水*1, 2,傅中志1, 2,吉恩跃1,2

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所,江苏南京 210024;2. 优德w88苹果手机下载土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏南京210024)

摘  要:粗粒土试验的橡皮膜嵌入效应使得试样体积变形测量结果失真,从而影响其强度变形指标测量精度。为此,在同一试验仪器上开展了多组不同直径试样粗粒土的等向固结三轴试验,分析了橡皮膜的嵌入量的变化规律和影响因素,在此基础上提出了一个计算粗粒土橡皮膜嵌入量的经验公式。研究表明,橡皮膜的嵌入量随围压的增大而增大,与其围压大体呈幂函数关系。相同围压下,随着试样直径的增加, 橡皮膜的嵌入量占总体变的比例减小;试样直径相同时,围压变化对橡皮膜嵌入量占总体变比例的影响明显小于试样直径变化的影响,且随着试样直径的增大,影响逐渐降低。因此,粗粒土的强度变形试验应尽可能采用较大直径的试样进行,以降低橡皮膜嵌入量对其试验结果的影响。由于粗粒土的母岩性质和级配变化较大,既有橡皮膜嵌入量计算公式将明显低估堆石料试样的橡皮膜嵌入量,建议采用本文提出的方法对粗粒土试样橡皮膜嵌入量进行估算。

关键词:粗粒土;橡皮膜;嵌入量;测量方法

温控电动联合淋洗法去除污染淤泥质黏土中铬的试验研究

王  艳,王爱骅,刘干斌

(宁波大学土木与环境工程学院,浙江宁波 315211)

摘  要:自行设计了温控电动联合淋洗试验装置,开展了铬污染淤泥质黏土室内土柱试验,分析了电流、电解质溶液pH的变化以及淋洗液种类、外加电压、温度对铬去除效果的影响。结果表明:电动联合淋洗法可以有效去除土体中的重金属铬,当电压较小为15 V,淋洗液为十二烷基苯磺酸钠(SDS)和草酸(OA)时,Cr(Ⅵ)的去除率分别高达95.86%和95.91%,Cr(总)的去除率分别为81.31%和78.08%。升高温度有助于草酸与铬的络合作用及铬的迁移,当温度升高至45℃时,Cr(Ⅵ)与Cr(总)的去除率可高达99.65%与82.50%;而当淋洗液为SDS时,升高温度使Cr(总)的去除率降低了10.99%。电压提高到55V对铬迁移的促进作用有限,淋洗剂为SDS和草酸时,Cr(VI)的去除率分别提高2.58%和3.05%,Cr(总)的去除率分别提高9.29%和3.78%,从节能角度考虑可采用较低的电压。电动联合淋洗法可有效去除污染土中水溶态及弱酸提取态的铬,降低污染土的毒性,并使土粒之间的孔隙变小,土粒结构更为紧密。

关键词:电动联合淋洗;铬;污染淤泥质黏土;温控

 酸性水化学溶液侵蚀下不同矿物成分含量灰岩溶解特性及力学特性研究

马  涛1,丁梧秀*1, 2,王鸿毅2,陈桂香1,陈华军2,闫永艳3

(1.河南工业大学土木工程学院,河南郑州 450001;2.洛阳理工学院土木工程学院,河南洛阳471023;3.郑州大学化工学院,河南郑州 450001)

摘  要:以灰岩、方解石为研究对象,配置不同酸性水化学溶液,对酸性水化学溶液侵蚀下灰岩、方解石试件进行溶解动力学试验及力学试验,获得水化学溶液侵蚀过程中灰岩、方解石试件溶解行为及抗压强度的变化规律,研究不同矿物成分含量对灰岩溶解特性及强度损伤特性的影响。试验结果表明:①浸泡灰岩、方解石试件水化学溶液中离子浓度随着浸泡时间的增加呈幂函数上升趋势,试件在酸性水化学溶液中的溶解过程分为酸岩反应、水解反应两个阶段;②在酸性水化学溶液侵蚀过程中,灰岩试件酸岩反应速率小于方解石试件,但其水解反应速率大于方解石试件,最终灰岩溶蚀破坏程度大于方解石;③酸性水化学溶液侵蚀下灰岩、方解石试件的力学损伤规律与其溶解动力学行为之间呈现良好的相关性,灰岩、方解石试件单轴抗压强度随着浸泡时间的增加呈幂函数下降趋势,酸岩反应阶段,灰岩强度损伤程度低于方解石,水解反应阶段,其强度损伤程度高于方解石。

关键词:化学侵蚀;矿物成分;溶解动力学;抗压强度;灰岩

膨胀土–EPS缓冲层–挡墙体系侧压力的模拟和计算

丁鲁强1,韩  仲*1,邹维列1,万梁龙2,匡文壮3

(1. 武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2.深圳市住宅工程管理站,广东 深圳 518000;3. 武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430070)

摘 要:采用ABAQUS有限元热力耦合模块,以热膨胀类比膨胀土增湿膨胀,对膨胀土–EPS缓冲层–挡墙体系进行了数值模拟,研究了EPS缓冲层与墙体和膨胀土间的界面摩擦、墙后膨胀土的宽度、EPS块体间隙等因素对EPS缓冲层减压性能的影响。结果表明:①膨胀土–EPS缓冲层之间、挡墙–EPS缓冲层之间的界面摩擦力使作用在挡墙上的侧压力产生重分布,进而显著影响挡墙的倾覆力矩,但对水平推力影响很小;②墙后膨胀土宽度越宽,作用在膨胀土–EPS缓冲层–挡墙上的侧压力越大。当膨胀土宽度超过挡墙高度的2倍时,墙后侧压力不再明显增加;③组成EPS缓冲层的EPS块体间的间隙不影响挡墙上的侧压力分布。结合数值模拟结果,对膨胀土–EPS缓冲层–挡墙体系的工作机理进行了分析,提出了挡墙侧压力的计算模型。以重力式挡墙为例,说明了该计算模型在膨胀土–EPS缓冲层–挡墙体系设计中的应用,为EPS用于膨胀土挡墙缓冲减压的工程设计提供参考。

关键词:膨胀土;EPS;挡墙;侧压力;数值模拟

 仿岩溶碳酸氢钙改性分散性土的试验研究

高  策,杨秀娟,邱维钊,樊恒辉*,刘  竞,王俊杰

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 712100)

摘  要:分散性土具有遇水分散流失的工程特性,常采用石灰、水泥等对其进行改性处理,但这些改性材料对环境容易造成一定的破坏。通过针孔试验、碎块试验、双比重计试验以及扫描电镜试验、能谱分析试验等,研究了基于岩溶作用形成的碳酸氢钙溶液改性分散性土的影响因素及其作用机理。试验结果表明,采用抽滤或抽气的土水分离方式能够保证碳酸氢钙分解程度高,改性速率快,改性效果好。当仿岩溶碳酸氢钙溶液与分散性土的质量比为4∶1时,分散性土被改性为非分散性土。仿岩溶碳酸氢钙溶液加入到分散性土中后,增加了土体中钙离子的含量,降低了土体的碱性,新生成的碳酸钙具有填充和胶结作用,提高了土的抗水蚀性,降低了土体的分散性。研究表明,仿岩溶碳酸氢钙不仅具有环境友好的特点,而且能有效改性分散性土。

关键词:分散性土;岩溶作用;碳酸氢钙;碳酸钙;改性机理

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日期:2021年08月11日 17:07:06点击数:字号:【

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